Energiemanagement: PV-Strom bedarfsgerecht für Wärmepumpen nutzen

Vergleichsweise geringe Einsparpotenziale resultieren aus der Nutzung eines Warmwasserspeichers und der eines Pufferspeichers ohne zusätzlichen Mischer. Ergänzt man den Pufferspeicher um einen entsprechenden Mischer, vervielfacht sich das Einsparpotenzial. Höhere Speicherpotenziale lassen sich zudem über die thermische Speicherung mittels Gebäudehülle und die ergänzende Nutzung intelligenter Raumthermostate erzielen.

Bedarfsgerechte Berechnung maßgeblich

Das thermische Speicherpotenzial von Warmwasser- und Pufferspeicher hängt in erster Linie von der Dimensionierung des Speichers ab. Dieser sollte an den Warmwasser- und Heizenergiebedarf der Bewohner und des Hauses angepasst sein. Eine beliebige Vergrößerung des Speichers ist nicht zielführend, da die größere Oberfläche mit proportional ansteigenden thermischen Verlusten einhergehen würde.

In Verbindung mit einem Mischer kann der Pufferspeicher auch in einem System mit Fußbodenheizung bei Photovoltaiküberschuss bis an seine maximale Speichertemperatur aufgeheizt werden. Auf diese Weise wird das thermische Speicherpotenzial deutlich erhöht.

Immer häufiger kann in modernen Ein- und Zweifamilienhäusern heute auf den Einbau von Pufferspeichern verzichtet werden, wenn die Fußbodenheizung über intelligente Raumthermostate gesteuert wird. Ein Energiemanagementsystem kann solche vernetzten Raumthermostate bei Photovoltaiküberschuss dann dazu nutzen, um einzelne Räume, z. B. das Bad oder das Wohnzimmer, mit Photovoltaikstrom aufzuheizen. Hierbei fungiert die Gebäudemasse neben der Raumluft als thermischer Speicher.

Eine solche Lösung bietet das größte thermische Speicherpotenzial und dem Nutzer darüber hinaus auch einen echten Vorteil im Sommer. Denn Luft/Wasser-Wärmepumpen können mit Photovoltaikstrom über eine Fußbodenheizung mit vernetzten Raumthermostaten die Raumluft um bis zu 4 K aktiv kühlen. Des Weiteren entlastet ein solches System durch die genannten Maßnahmen zur Steigerung des Eigenstromverbrauchs auch das Stromnetz.

Intelligente Schnittstelle bestimmend

Moderne Wärmepumpen werden über offene Standards wie SG-Ready oder EEBus für Wärmepumpen darauf vorbereitet, in Verbindung mit intelligenten Messsystemen (digitale Stromzähler mit Kommunikationsmodul) auf Anreize aus dem Stromnetz (z. B. flexible Stromtarife) zu reagieren. Mit so einer aktiven Steuerung einer Wärmepumpe durch das Energiemanagementsystem können die Stromkosten für den Kunden effektiv gesenkt werden. Gleichzeitig trägt dies zu einem stabilen und sicheren Stromnetz mit einem hohen Anteil erneuerbarer Energien bei.

Die jeweilige Schnittstelle und die dahinterliegende Funktion entscheiden schließlich über die Effizienz des Energiemanagements der Wärmepumpe. Hierzu lässt sich zwischen einer klassischen An-aus-Steuerung (z. B. über den SG-Ready-Standard) und einer modulierenden, leistungsgeregelten Schnittstelle und Funktion unterscheiden.

Die Grenzen einer SG-Ready-Steuerung

Mithilfe einer leistungsgeregelten Schnittstelle lassen sich moderne Wärmepumpen mit Invertertechnologie so steuern, dass diese exakt und nahezu wattgenau dem überschüssigen Photovoltaikstrom folgen. Dieser schwankt oftmals durch den Wechsel von direkter und indirekter Sonneneinstrahlung.

Einer An-aus-Steuerung wie SG-Ready sind hingegen Grenzen gesetzt, da diese die Einstellung einer festen Schaltschwelle voraussetzt, die der Wärmepumpe schließlich eine Anlaufempfehlung signalisiert. Die Leistung des Kompressors kann auf diese Weise nicht direkt beeinflusst werden und die richtige Balance zwischen der Nutzung überschüssigen Photovoltaikstroms und dem notwendigen Netzbezug ist nur selten gegeben.

Die Folge: Die Wärmepumpe bedient sich zusätzlichen Netzstroms – wesentliche Effizienz- und Einsparpotenziale bleiben ungenutzt.

Individuelle Konfiguration erhöht Einsparpotenziale

Ein effizientes Energiemanagement mittels thermischer Speicherung hängt nicht nur von der Technik der Wärmepumpe ab. Auch Hausbewohner können direkten Einfluss auf das thermische Speicherpotenzial von Photovoltaikstrom nehmen.

Ein Beispiel: Reduziert der Nutzer die minimale Solltemperatur des Warmwasserspeichers, verfügt der Energiemanager über ein größeres Speicherpotenzial. Dabei ist eine Reduktion der Solltemperatur häufig ohne Komforteinbußen zu erreichen. Eine Nachtabsenkung der Raum- und Warmwassertemperatur kann der Anwender mithilfe von Zeitprogrammen erreichen.

Auf diese Weise verschiebt sich die elektrische Leistungsaufnahme der Wärmepumpe in jene Tageszeiten, in denen Sonneneinstrahlung und Photovoltaikertrag dem Energiemanager höhere Energiespeicherpotenziale gewähren. Nach der Installation intelligenter Raumthermostate entscheiden die Nutzer, welche Räume mit Photovoltaikstrom aufgeheizt oder gekühlt werden sollen und welche nicht (z. B. das Schlafzimmer). Das Ergebnis: ein effizientes und bedarfsgerechtes System.

Über die Autoren: Stefan Kluepfel ist Product Manager für Energy Management and Monitoring bei Bosch Thermotechnik. Marius Schmitz ist System Developer für Energy Management and Monitoring bei Bosch Thermotechnik, 73243 Wernau.