PV, Lüftung & Co.: Wärmepumpenanlagen sinnvoll ergänzen

Die Wärmepumpe ist wie geschaffen für feste Partnerschaften. Denn durch den Einsatz weiterer Technologien kann sich der Anlagenbesitzer noch unabhängiger vom Energiemarkt machen. Weil Luft-Wasser-Wärmepumpen für ihren Betrieb Strom benötigen, liegt insbesondere die Verbindung mit einer Photovoltaikanlage auf der Hand.

Photovoltaikanlage und Wärmepumpe kombinieren

Früher wurde in Anbetracht der hohen Einspeisevergütung die Photovoltaikanlage großzügig dimensioniert, um möglichst viel Strom in das öffentliche Stromnetz einspeisen zu können. Der heutige Trend geht in Richtung eines optimierten Eigenverbrauchs sowie zu mehr Unabhängigkeit vom Netzstrom und von den steigenden Stromkosten.

Für den Einsatz einer Photovoltaikanlage sollte zunächst die zur Verfügung stehende Dachfläche, ihre Ausrichtung, Neigung und Beschaffenheit geprüft werden. Wichtig ist zudem, dass die Tragfähigkeit des Daches ausreicht und eventuell vorhandene Schäden an der Dachfläche vorab instand gesetzt werden.

Doch wie groß sollte die Photovoltaikanlage in Verbindung mit einer Wärmepumpe dimensioniert werden? Der gängige Planungsansatz berücksichtigt den bisherigen jährlichen Stromverbrauch eines Haushaltes. Werden pro Jahr im Einfamilienhaus beispielsweise 4000 kWh verbraucht, sollte auch das Photovoltaiksystem darauf ausgelegt sein. Zusätzlich muss dann noch der vorab berechnete wahrscheinliche Stromverbrauch der Wärmepumpe addiert werden.

Je nach Standort und Ausrichtung wird bei einer Photovoltaikanlage mit etwa 800 bis 1000 kWh Ertrag pro kWp installierter Leistung gerechnet. Für die in Deutschland übliche Einstrahlung kann ein Ertrag von 800kWh angesetzt werden. Dementsprechend sollte im Fallbeispiel eine PV-Anlage mit einer Leistung von 5 kWp plus Stromverbrauch der Wärmepumpe empfohlen werden.

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PV-Eigenverbrauchsanteil erhöhen

Doch wie hoch liegt der tatsächliche Eigenverbrauch bei einer Photovoltaikanlage und wie viel wird eingespeist? „Rund ein Drittel des selbst erzeugten Stroms kann in der Regel selbst genutzt werden. Der Löwenanteil wird jedoch eingespeist“, weiß dazu Oliver Gremm, Leiter Produktvermarktung bei Vaillant Deutschland.

Diese Tatsache impliziert gleichzeitig die nächstmögliche und bei Hauseigentümern sehr beliebte Anlagenkombination, die noch einen Batteriespeicher einschließt. Ist die Stromproduktion größer als der Verbrauch im Haus, wird der Strom einfach im Batteriespeicher zwischengelagert und dann genutzt, wenn die Sonne keine Energie mehr liefert.

Dann sind Eigenverbrauchsquoten von mehr als 70% gang und gäbe. Für den Batteriespeicher wird eine Aufstellfläche benötigt, die durchschnittlich ca. 0,3m² beträgt. Zu beachten ist, dass eine Einbindung in die Elektroverteilung des Gebäudes erfolgen muss. Daher ist eine räumliche Nähe hierzu vorteilhaft. Mindestens sollte aber eine gute Verbindungsmöglichkeit bestehen.

Mit einer Photovoltaikanlage und einem modernen Batteriespeicher kann man in der Jahresenergiebilanz oder rein wirtschaftlich betrachtet weitestgehend unabhängig vom Energieversorger werden. Kommt dann noch eine Wärmepumpe dazu, wird der selbst produzierte Strom auch zur Wärmeerzeugung verwendet. Diese Anlagenkombination bietet eine Menge Vorteile und wird durch den Gesetzgeber massiv gefördert.

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Die passende Größe des Batteriespeichers wählen

Wie wird die Ladekapazität des Batteriespeichers kalkuliert? Hier lautet die Faustformel, dass dieser in etwa die gleiche Kapazität haben soll wie die Leistung der Photovoltaikanlage in kWp. Ein zweiter Planungsansatz berücksichtigt den Wunsch der Hauseigentümer, z.B. die Bedingungen eines KfW-40-Plus-Hauses zu erfüllen. Zugrunde gelegt wird hierbei die erzeugte elektrische Leistung pro Jahr und m² Wohnfläche. Das Ergebnis ist die Mindestgröße der benötigten Photovoltaikleistung. Die Größe des Batteriespeichers wird wiederum auf der Grundlage dieser Zahlen ausgewählt.

Die dritte Möglichkeit besteht darin, den Energiebedarf in der Nacht zu kalkulieren – z.B. verursacht durch Kühl- und Gefrierschränke oder Stand-by-Geräte. So lässt sich die Größe des Batteriespeichers berechnen, die damit zur Führungsgröße des Gesamtsystems wird.

Weil der Tagesertrag einer Photovoltaikanlage naturgemäß je nach Jahreszeit und Sonneneinstrahlung deutlich schwankt, sollte hier ein Durchschnittswert gebildet werden, der ca. drei Viertel des Jahres Gültigkeit hat.Dabei ist zu beachten, dass eine Photovoltaikanlage und ein Batteriespeicher kaum in der Lage sein werden, im Winter den kompletten Strombedarf einer Wärmepumpe zu decken. Denn der Lichteinfall auf die Photovoltaik und damit die Stromproduktion ist im Winter geringer, der Wärme- und dadurch Strombedarf der Wärmepumpe aber höher.

Wärmepumpensystem mit Kühl- und Lüftungsoption

Die nächste Ausbaustufe des Systems rund um eine Luft-Wasser-Wärmepumpe umfasst die kontrollierte Wohnungslüftung. Auch deren Strombedarf kann idealerweise in die Bedarfsberechnung der Photovoltaikanlage und des Batteriespeichers einfließen. Ansonsten ist darauf zu achten, dass beim Einsatz einer kontrollierten Wohnungslüftung der Heizbedarf des Gebäudes entsprechend niedriger ausfällt und die Wärmepumpe daraufhin angepasst wird.

Der Markt hält hier die verschiedensten Möglichkeiten bereit. Die wichtigste Unterscheidung geht in Richtung einer zentralen und einer dezentralen Lüftungsanlage. Jedes Konzept hat seine Vor- und Nachteile und kann für diesen Beitrag nicht näher betrachtet werden, um den Rahmen nicht zu sprengen. Darüber hinaus bieten Hersteller aber auch All-in-one-Anlagen, die Wärmepumpe, Hydraulik, Warmwasserspeicher und Lüftungsgerät verbinden.

Generell gilt bei diesen Systemen: Während bei der konventionellen Wärmeerzeugung der Heizwärme- bzw. Warmwasserbedarf im Mittelpunkt steht, dreht es sich bei einem System aus Photovoltaik, Batteriespeicher und Wärmepumpe (sowie ggf. einer Wohnungslüftung) um die ganzheitliche Betrachtung der Energieströme im Haus. Das impliziert mehrere Möglichkeiten zur Herangehensweise im Planungsansatz.

Gleichzeitig beeinflussen mehrere Parameter die einzelnen Komponenten in ihrer Leistung. Das betrifft z.B. auch die mögliche Kühlung eines Gebäudes mit der Wärmepumpe. Diese kann abhängig von der jeweiligen Wärmepumpe aktiv oder passiv erfolgen. Hierzu muss wiederum eine Kühllastberechnung in der Planungsphase durchgeführt werden. Dies hat wiederum Auswirkungen auf die Auslegung des Gesamtsystems. Denn z.B. gerade dann, wenn die Photovoltaikanlage im Sommer sehr viel Strom produzieren kann, ist der Strombedarf für die Kühlung am höchsten.

Insofern könnte der Batteriespeicher ggf. mit einer geringeren Kapazität geplant werden. Gleichzeitig muss aber auch das Wärme- bzw. Kälte-Verteilsystem im Gebäude auf Anforderung der Kühlfunktion ausgelegt sein.

Bivalente Anlagen bieten zweifache Sicherheit

Eine weitere Anlagenkombination schließt einen bereits vorhandenen oder neu zu installierenden Wärmeerzeuger auf der Basis fossiler Energieträger ein. Anders als die in der Regel bei einer Wärmepumpe standardmäßig vorhandene Elektro-Zusatzheizung zur Deckung von Spitzenlasten wird die gesamte Wärme- und Warmwasserversorgung hier über zwei Wärmeerzeuger realisiert, die mit unterschiedlichen Energieträgern betrieben werden – statt monoenergetisch zu arbeiten wird die Wärmepumpeanlage dadurch alternativ bivalent.

Ab einer vorab eingestellten Außentemperatur – dem Bivalenzpunkt – wird der zweite Wärmeerzeuger entweder zur Deckung des Wärmebedarfs zugeschaltet oder er übernimmt die vollständige Wärmeerzeugung. Umgesetzt wird diese Anlagenkombination oft bei Objekten mit vergleichsweise hohen Vorlauftemperaturen. Die Wärmepumpe deckt dann durchschnittlich 60 bis 70% der Jahres-Heizarbeit.

Sollen Objekte mit größerem Wärmebedarf, wie beispielsweise Mehrfamilienhäuser, versorgt werden, bietet sich die Kaskadierung von Wärmepumpen an. Das hat zahlreiche Vorteile. So erweitert sich die Modulationsbandbreite der Heizleistung erheblich. Darüber hinaus ist die Versorgungssicherheit vergrößert – gerade in der Wohnungswirtschaft oder gewerblichen Anwendungen ein wichtiges Argument. Denn beim eventuellen Ausfall einer Wärmepumpe kann dennoch weiter Wärme zur Verfügung gestellt werden. Gleichzeitig sind die Schallemissionen im Vergleich zu einer einzigen, sehr großen Luft-Wasser-Wärmepumpe spürbar geringer.

Fazit

Wärmepumpen stellen in ihrer Planung andere Anforderungen als die Gas- und Öl-Brennwerttechnik. Zudem bieten sie in ihrer technologischen Vielfalt andere Bedingungen und Möglichkeiten mit Blick auf eine fachlich ausgerichtete Planung und Montage, in deren Mittelpunkt die Kundenzufriedenheit steht.

Sowohl Trainings durch die Hersteller als auch Erfahrungen im täglichen Umgang mit der Technologie schaffen dann die Grundlagen für einen erfolgreichen, effizienten und störungsfreien Wärmepumpeneinsatz in der Praxis. Heizungsfachhandwerksbetriebe sollten deshalb die Trainingsangebote der Hersteller in jedem Fall nutzen – auch zur regelmäßigen Weiterbildung.

Dieser Artikel von Martin Schellhorn ist zuerst erschienen in SBZ 12-2018. Dipl.-Kfm. Martin Schellhorn ist Fachjournalist und Inhaber der Fachpresseagentur Schellhorn Public Relations GmbH.

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