Wärmepumpen: Top oder Flopp?
Die Edelenergie Strom verheizen? Umweltfreunden graust es bei diesem Gedanken. Auch wenn das Vierfache an Wärme wieder der Umwelt entzogen werden kann. Wenn allerdings statt mit Strom mit Gas gepumpt wird? Wie gross sind die Arbeitszahlen nun wirklich? Und wie teuer ist der Wärmepumpenstrom?
- Arbeitszahlen
- Gaswärmepumpen
- Wärmepumpen durchgefallen
- Wieviel kostet der Strom für Wärmepumpen?
- Wärme aus Abwasser
- Geld vom Staat
Wärmepumpen in Bestandsgebäuden
Neue Wohnhäuser werden inzwischen zur Hälfte mit Wärmepumpen beheizt, Tendenz weiter steigend. Gründe hierfür sind moderate Investitionen, reduzierte Betriebskosten und eine positive CO2-Bilanz. Auch im Bestand entdeckt man inzwischen die Vorteile von Wärmepumpen.
Von Ralf Krug
(20. April 2023) In Deutschland wurden im vergangenen Jahr weit über 200.000 Heizungswärmepumpen installiert, viel mehr als je zuvor. Die politische Zielsetzung bewegt sich sogar bei jährlich 500.000. Wärmepumpen können auch in Bestandsgebäude eingebaut werden. Welche Möglichkeiten gibt es hier, wo liegen die Grenzen?
Wärmepumpenprozess
Wärmepumpen entziehen der Umwelt Energie und bringen diese auf ein höheres Temperaturniveau. Was beim Kühlschrank im Kleinen passiert (innen kalt, außen warm), machen Wärmepumpen – mit umgekehrtem Wirkungssinn – bei Gebäuden im Großen: innen warm, außen kalt. Antriebsenergie ist meistens Strom, selten auch Gas.
Energiebilanz
Elektrische Wärmepumpen brauchen Strom, der verlustreich hergestellt wird. Wärmekraftwerke haben Wirkungsgrade von rund 40 %. Wärmepumpen müssen daher Arbeitszahlen (Verhältnis von Wärmeerzeugung zu Stromverbrauch) von mindestens 2,5 haben, damit sie effizienter sind als ein Heizkessel und die Energiebilanz in Ordnung ist. Dies ist in der Praxis fast immer gegeben (siehe „Klimaanlage statt Wärmepumpe“).
Unterschiedliche Wärmequellen
Am verbreitetsten ist die Wärmequelle Außenluft, ihr Marktanteil liegt bei fast 90 %. Mit der Wärme der Außenluft wird das Heizungswasser erwärmt (sogenannte Luft-Wasser-Wärmepumpen; Grafik 1). Die Anlagen erfordern keine aufwendige Genehmigung und sind einfach zu realisieren. Alternativ kommt die Wärmequelle Erdreich beziehungsweise Grundwasser infrage, bezeichnet auch als Wasser-Wasser-Systeme. Sie haben eine größere Effizienz, sind aber deutlich teurer. Schließlich lässt sich mit der Wärme der Außenluft durch Luft-Luft-Systeme oder Klimaanlagen die Luft eines einzelnen Raums direkt erwärmen ohne den Umweg über das Heizungswasser (siehe „Klimaanlage statt Wärmepumpe“).
Heizflächenauslegung
Entscheidend ist die Frage, wie die Heizflächen ausgelegt sind: Fußbodenheizungen sind immer geeignet für Wärmepumpen. Bei Heizkörpern sind Wärmepumpen nur dann sinnvoll, wenn im Winter die Vorlauftemperaturen der Heizung meist unter 55 °C bleiben, selbst im Fall extremer Kälte, der sogenannten Auslegungstemperatur. Bei höheren Vorlauftemperaturen sinkt der Wirkungsgrad der Wärmepumpe und der höhere Stromverbrauch würde sie unwirtschaftlich und umweltbelastend machen (siehe Grafik 2). Aus der Heizkurve lässt sich ablesen, wie hoch die Vorlauftemperaturen bei sehr kaltem Wetter sein würden. Die Heizkurve lässt sich auch durch Ablesen und Notieren von Außentemperaturen und Vorlauftemperaturen rechnerisch erschließen. Oder es wird eine Wärmebedarfsrechnung für jeden einzelnen Raum gemacht. Aufgrund der Leistung der vorhandenen Heizkörper kann man die notwendige Vorlauftemperatur bei extremer Kälte errechnen.
Heizkörperoptimierung
Für Vorlauftemperaturen von beispielsweise 70 °C sind Wärmepumpen nicht geeignet. Manchmal muss jedoch so hoch geheizt werden, weil nur in einzelnen Räumen größere Heizkörper oder höhere Vorlauftemperaturen notwendig sind, um den Raum warm zu bekommen. Die übrigen Räume würden mit geringeren Temperaturen auskommen. Einzelne Heizkörper können dann gegen leistungsstärkere getauscht werden, die größer sind und deshalb bei geringeren Vorlauftemperaturen mehr Heizwärme abgeben. Mit den „Wärmepumpenheizkörpern“ gibt es hierfür spezielle Lösungen. Sind jedoch alle Heizkörper betroffen, ist ihr Austausch zu aufwendig.
Königsweg: energetische Sanierung
Bei energetisch sanierten Gebäuden (Fenster, Außenwände, Dach) ergibt sich der Effekt, dass ehemals auf 70 °C Vorlauf ausgelegte Heizkörper nun mit 55 °C auskommen und damit für Wärmepumpen geeignet sind. Energetische Sanierung reduziert den Wärmebedarf und macht Gebäude wärmepumpentauglich. Allerdings ist sie eine teure Angelegenheit.
Hybridheizungen
Falls hohe Vorlauftemperaturen nötig sind, kommen Hybridheizungen infrage, eine Kombination aus Wärmepumpe und Heizkessel. Die Wärmepumpe deckt die Grundlast, den darüber hinaus gehenden Bedarf der Heizkessel. Festgelegt wird ein Umschaltpunkt, zum Beispiel eine Außentemperatur von 0 °C.
Der Deckungsanteil der Wärmepumpe beträgt bei Hybridheizungen 50 bis 80 % der jährlichen Wärmearbeit. Durch das Vermeiden ungünstiger Betriebszustände (diese deckt der Kessel ab) wird eine akzeptable Effizienz erreicht. Hybridheizungen erfordern hohe Investitionen, insbesondere wenn beide Wärmeerzeuger gleichzeitig installiert werden. Kostengünstige Nachrüstlösungen sind leider noch Mangelware. Wirtschaftlicher ist es, die bestehende Öl- oder Gasheizung im Keller zu behalten und mit der Wärmepumpe zu koppeln.
Stromverbrauch
Der jährliche Stromverbrauch von Wärmepumpenheizungen kann über die zu erwartenden Arbeitszahlen abgeschätzt werden. In Verbindung mit Fußbodenheizungen erreichen Wärmepumpen im Jahresmittel Arbeitszahlen von 3,5 bis 4,0; in Verbindung mit Heizkörpern (Auslegungs-Vorlauftemperatur 55 °C) sind es 2,5 bis 3,0. Bei einem Einfamilienhaus aus den 1990er-Jahren mit 130 Quadratmetern beheizter Fläche und einem bisherigen Heizenergieverbrauch von 2.000 Liter Heizöl oder 2.000 Kubikmeter Erdgas führt die Umstellung auf Wärmepumpen zu einem Heizstromverbrauch von 4.000 bis 6.000 kWh jährlich.
Sondertarife
Einige Stromversorger bieten Sondertarife für Wärmepumpen an, die günstiger sind als Normalstrom. Um diese zu nutzen, muss ein dafür geeigneter Stromzähler vorhanden sein oder eingebaut werden, was mitunter eine aufwendige Neuinstallation von Zählerschränken voraussetzt. Hierbei müssen die Wärmepumpen durch ein Signal des Netzbetreibers unterbrechbar sein. Aktuell erfolgen die Unterbrechungen sehr selten, möglich sind aber bis zu drei mal zwei Stunden täglich. Um die Sperrzeiten zu überbrücken, werden Wärmepumpen mit Pufferspeichern ausgestattet.
Wirtschaftlichkeit
Wirtschaftlich sind Wärmepumpen dann, wenn deren Arbeitszahl höher ist als die „Kostenzahl“, das Verhältnis vom Strom- zum Brennstoffpreis (siehe Tabelle). Je höher die Arbeitszahl und je günstiger Strom im Vergleich zu Gas ist, umso wirtschaftlicher ist eine Wärmepumpe.
Kostenzahl: Verhältnis Strom zu Wärmepreis |
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| Wärmepumpenstrom | Heizöl | Erdgas | Kostenzahl | |
| ct/kWh | ct/kWh | ct/kWh | Mittelwert | |
| 2014 | 20 | 8 | 7 | 2,7 |
| 2015 | 21 | 6 | 6 | 3,5 |
| 2016 | 20 | 5 | 6 | 3,6 |
| 2017 | 20 | 6 | 6 | 3,3 |
| 2018 | 21 | 7 | 7 | 3,0 |
| 2019 | 22 | 7 | 7 | 3,1 |
| 2020 | 22 | 5 | 7 | 3,7 |
| 2021 | 22 | 7 | 7 | 3,1 |
| 2022 | 22 | 13 | 15 | 1,6 |
| 2023 | 36 | 12 | 13 | 2,9 |
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Quelle: Statista, eigene Erhebungen |
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Kombination mit Solarstrom
Wärmepumpen können Solarstrom vom eigenen Dach effektiv nutzen – ein großer Vorteil im Vergleich zu Heizkesseln. Inzwischen gibt es spezielle Messkonzepte, die sowohl die Nutzung des Solarstroms als auch des Sondertarifs ermöglichen (siehe „Was kann eine Wärmepumpe mit Sonnenstrom leisten?“).
Warmwasserbereitung
Im Falle von zentraler Warmwasserbereitung können Wärmepumpen ähnlich Heizkesseln eingesetzt werden. Voraussetzung ist, dass
die Wärmepumpe Vorlauftemperaturen erreicht, die mindestens 10 °C über der gewünschten Warmwassertemperatur liegt. Es gibt auch Monoblock-Wärmepumpen ausschließlich für die Warmwasserbereitung.
Elektrischer Anschluss
Hausanschlüsse in Einfamilienhäusern haben häufig Sicherungen von 3 x 35 Ampere. Eine zusätzliche Wärmepumpe mit circa 6 kW maximaler elektrischer Leistungsaufnahme erfordert in der Regel eine größere Absicherung (z.B. 3 x 50 Ampere). Meistens ist das mit der vorhandenen Zuleitung möglich, die Leistungserhöhung ist allerdings mit einem Baukostenzuschuss verbunden.
Heizstabeinsatz
Wärmepumpen haben serienmäßig oder als Option einen elektrischen Heizstab mit rund 9 kW, der insbesondere bei kalten Außentemperaturen genutzt wird. Manche Hersteller empfehlen, die Wärmepumpe knapp auszulegen und die Spitzenlast dem Heizstab zu überlassen. Problematisch sind der zusätzliche Leistungsbedarf (s.o.) und die hohen Stromkosten. Letztere könnten noch steigen, falls Spitzenlaststrom besonders teuer wird. Eine knappe Auslegung der Wärmepumpe ist daher nicht sinnvoll.
Standorte, Platzbedarf und Genehmigung
Außenluft-Wärmepumpen werden meist straßenseitig vor dem Gebäude aufgestellt und müssen von Nachbargrundstücken mindestens drei Meter entfernt sein. Im Gebäude befindet sich ein Teil der Technik („Inneneinheit“ und Pufferspeicher). Eine Variante sind innen aufgestellte Wärmepumpen, die die Außenluft über Luftkanäle führen.
Im Falle der Wärmequelle Erdreich befindet sich die Wärmepumpe im Gebäude. Die Wärmequelle wird in Form von Bohrsonden oder Flächenkollektoren erschlossen, wofür es spezielle Richtlinien gibt und Genehmigungsbedarf besteht. Außenluft-Wärmepumpen sind genehmigungsfrei, Erdreich-Wärmepumpen genehmigungspflichtig. Der Platzbedarf ähnelt allgemein dem von Kesselanlagen.
Geräuschentwicklung
Bei Außenluft-Wärmepumpen ist die Geräuschentwicklung ein häufiger Kritikpunkt, insbesondere bei älteren Baureihen. Moderne Geräte haben bei Volllast einen Schallleistungspegel von circa 55 dB(A), ab drei Meter Abstand ist es dann „flüsterleise“. Aber es sind immer noch viele laute Geräte auf dem Markt. Der Schallrechner des Bundesverbands Wärmpumpe (BWP) gibt hierzu Informationen.
Energieeffizienz
Bei der Effizienzklasse sollte A+++ erreicht werden. Bei Vorlauftemperaturen von 35 °C schaffen das viele Produkte, bei einem Vorlauf von 55 °C nur noch einige. Noch mehr Aussagekraft haben die ETAs-Werte: Marktbeste Geräte erreichen hier über 200 % (35 °C) beziehungsweise 150 % (55 °C). Die Werte sind in der aktuellen Liste der förderfähigen Wärmepumpen unter bafa.de zu finden (siehe auch „Klimaanlage statt Wärmepumpe“).
Kältemittel
Hier ist die starke Tendenz weg von fluorierten Kältemitteln (FKW, PSAF) hin zu Kältemitteln mit niedrigem Treibhauspotenzial (GWP). Moderne Wärmepumpen nutzen natürliche Kältemittel wie R290 (Propan). Bei brennbaren Kältemitteln ergeben sich Einschränkungen bei der Aufstellung der Anlage (Schutzbereich erforderlich).
Förderung
Im Rahmen der Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) werden Wärmepumpen als Einzelmaßnahme gefördert. Die Antragstellung kann durch den Bauherrn erfolgen. Es ist ein Zuschuss von 25 bis 40 % möglich, auch Beratungsleistungen sind förderfähig.
Fazit
Der Einbau von Wärmepumpen in Bestandsgebäuden ist bedingt möglich. Voraussetzung sind Heizflächen mit Auslegungs-Vorlauftemperaturen von maximal 55 °C. Bei energetisch sanierten Gebäuden ist das fast immer der Fall. Für Mehrfamilienhäuser sind Hybridlösungen interessant. Bei der Produktwahl sollte auf Effizienz, Geräuschverhalten und Kältemittel geachtet werden. Wärmepumpen sind mit Solarstromanlagen kombinierbar.
Sie tragen auch zur Friedensförderung bei, denn der Streit um Öl und Gas wird zunehmen.
Ralf Krug ist Gesellschafter eines Ingenieurbüros und beschäftigt sich seit vielen Jahren mit dem Einsatz von Wärmepumpen.
Segment-ID: 18779Klimaanlage statt Wärmepumpe
Wärmepumpen sind derzeit schwer zu bekommen – und durch die hohe Nachfrage stark im Preis gestiegen. Zudem sind Fachleute für den Einbau ebenfalls Mangelware. Da liegt ein Ausweg auf der Hand, der im Internet zirkuliert. Man schafft sich eine Klimaanlage an und betreibt sie im Winter als Heizung. Das funktioniert zumindest bei Wohnräumen gut gedämmter Häuser.
(17. April 2023) Klimaanlagen transportieren die Wärme aus dem Inneren des Hauses nach außen. Im Winter können diese Geräte ohne jede technische Änderung die Umgebungswärme der Außenluft in den Innenraum des Hauses transportieren. Man spricht von einer Luft-Luft-Wärmepumpe. Die der Außenluft entzogene Wärme erhitzt ein Wärmemittel, das sie an die Luft im Hausinneren abgibt. Man benötigt dazu keine großen Lüftungsöffnungen in den Außenmauern, sondern nur eine acht Zentimeter große Öffnung für den Schlauch des Wärmemittels. Im Unterschied zu Luft-Luft-Wärmepumpen geben rund 90 % aller Wärmepumpen die der Außenluft entzogene Wärme an das Heizungswasser im Haus ab. Man spricht von einer Luft-Wasser-Wärmepumpe oder schlicht einer Wärmepumpe.
Interview mit Michael Keller
Über seine Erfahrungen mit einer Luft-Luft-Wärmepumpe haben wir mit Michael Keller aus Bonn gesprochen. Er hat sich vor einem Jahr eine Klimaanlage zum Heizen einbauen lassen.
Das Interview führte Aribert Peters
Wie bist du auf die Idee einer Luft-Luft-Wärmepumpe gekommen und was bringt sie?
Michael Keller: Auf die Idee gekommen sind wir durch unsere winterlichen Reisen nach Skandinavien. In vielen Häusern, in denen wir übernachtet haben, wird mit Split-Klimageräten geheizt – also Anlagen mit getrenntem Innen- und Außenteil. Früher sprach man von teuren und energiefressenden Klimaanlagen. Das stimmt heute nicht mehr. Klimaanlagen sind mittlerweile so energieeffizient wie die besten Wärmepumpen. Meine hat einen SCOP-Wert von 5,2: Im Jahresdurchschnitt werden 5,2 kWh Heizleistung bei nur 1 kWh Stromverbrauch erzielt.
Unser Haus ist insgesamt gut gedämmt. Sollte Gas knapp werden, haben wir durch die Klimaanlage trotzdem eine Heizung. Darüber habe ich mir schon weit vor dem Ukraine-Krieg Gedanken gemacht. Auch suchte ich nach einer umweltschonenden Alternative. Und dann haben wir das mit der Klimaanlage einfach ausprobiert – und sind jetzt wahnsinnig zufrieden. Denn bei Temperaturen über 6 °C können wir den kompletten Wohnbereich und das Esszimmer damit heizen. Selbst bei Außentemperaturen von -6 °C funktioniert es, aber dann arbeitet die Klimaanlage nicht mehr so effizient. Das ist jedoch bei einer Wärmepumpe nicht anders.
Klimaanlagen als Heizung
- Erwärmen direkt die Luft in einem Raum im Haus
- Hohe Energieeffizienz
- Deutlich kostengünstiger als Wärmepumpen
- Direkt lieferbar
- Problematisch könnten das Luftgeräusch und der Luftstrom sein
- Geeignet für gedämmte Häuser
Wie kann man bei sehr kaltem Wetter umweltschonend heizen?
Wenn es sehr kalt ist, machen wir Mischbetrieb: Die Gasheizung, die sonst nur gebraucht wird, um morgens den Warmwasserkessel zu erwärmen, heizt dann das Haus. Die Klimaanlage macht den Rest. Wir stellen die Thermostate an den einzelnen Heizkörpern auf 18 °C. Dadurch springt die Gasheizung morgens an und heizt das Haus, wenn es nachts abgekühlt ist.
Wie viel Heizleistung bringt die Klimaanlage?
Man steht morgens auf, es ist im Raum 17 °C. Man will hochheizen und stellt die Klimaanlage auf volle Power. Dann zieht sie auch tatsächlich bis zu 1.800 Watt in der Stunde und kriegt einen großen Wohnraum innerhalb einer Viertelstunde von 18 auf 21 °C, selbst wenn es draußen Minusgrade hat. Bei derzeit 7 °C Außentemperatur verbraucht sie morgens für das Aufheizen erst einmal mehr, dann tagsüber nur rund 300 Watt, also sehr wenig.
Und was kostet der ganze Spaß?
Unsere Klimaanlagenheizung hat 1.300 Euro gekostet, Innen- und Außengerät. Dann kamen noch mal 100 Euro für ein WLAN-Modul dazu. Die Installation war kein Problem: Es wird nur ein Acht-Zentimeter-Loch durch die Außenwand gebohrt für die Kühlmittelleitungen, man braucht keine große Öffnung für die Luft. Es wird ja keine Luft von außen angesaugt, sondern das Innengerät erwärmt die bereits warme Luft im Haus. Die Montage hat drei Stunden gedauert. Sie ist nicht so teuer und wird auch gefördert. Bei fair kalkulierten Preisen holt die Förderung fast die komplette Installation raus. Es gibt Quick-connect-Systeme: Die Schläuche werden nur noch zusammengesteckt. Eigenmontage macht keinen Sinn und ist auch nicht erlaubt.
Man braucht auch keinen Heizungsinstallateur, sondern einen Klimaanlagenbauer. Ein völlig anderes Gewerk. Diese Firmen liefern die Anlagen und montieren sie auch. Sie sind meistens auf eine Marke spezialisiert und bieten zum Beispiel nur Panasonic an. Ich habe mich aber für eine Mitsubishi-Anlage entschieden, weil die sehr leise sind. Über die Suche im Internet, vom Anbieter ausgehend, wurde ich fündig.
Auch für einen reinen Austausch der Gasheizung gegen eine konventionelle Wärmepumpe haben wir ein Angebot bekommen. Fürs Außengerät wollten die 50.000 Euro haben. Mit der Klimaanlage hat man zwar keine zentrale Heizungsregelung. Aber um Energie zu sparen, regelt man heute sowieso jeden Raum einzeln über Thermostate – und übers Handy.
Stört dich der Lärm der Anlage?
Am lautesten ist der Ventilator des Außengeräts und selbst das ist kaum zu hören, wenn man zwei Meter Abstand hat. Das Lüftergeräusch innen ist bei Mitsubishi-Anlagen sehr gering. Man hört ein ganz leichtes Rauschen, das sich bei voller Leistung natürlich steigert. Das Innengerät bläst die erwärmte Luft in den Raum. Der Luftstrom ist selbst bei hoher Leistung schwach und man kann seine Richtung einstellen. Es gibt bereits Geräte mit einem Sensor, der Menschen erkennt und den Luftstrom genau dort nicht hinlenkt. Wir haben das Innengerät oben im Raum montieren lassen. Weil die warme Luft nach oben steigt, erwärmt das Gerät die wärmste Luft weiter – und bläst sie dann nach unten in den Raum.
Wenn ich die Anlage noch mal planen würde, würde ich ein Multi-Split-Gerät einbauen. Dann hat man außen nur eine Einheit und kann daran mehrere Inneneinheiten hängen. Und ich würde eine leistungsstärkere Anlage aussuchen, die auch an sehr kalten Tagen ausreicht.
Energieeffizienz von Wärmepumpen: JAZ, COP, SCOP, ETAs
Für die Effizienz einer Wärmepumpe gibt es viele unterschiedliche Messmethoden. Der COP (Coefficient of Performance) beschreibt die Leistungszahl einer Wärmepumpe und wird im Labor unter Normbedingungen ermittelt. Die Jahresarbeitszahl einer Wärmepumpe (JAZ) wird individuell unter realen Bedingungen rund ein Jahr lang gemessen und gibt Aufschluss über das Verhältnis des Jahresertrags an Heizenergie zur aufgewendeten Energie. Bei der Jahresarbeitszahl geht es darum, wie die Wärmepumpe tatsächlich arbeitet, und bei der Leistungszahl, welche Leistung sie theoretisch erbringen wird. Der SCOP ist der COP mit dem Zusatz „seasonal“ – also saisonabhängig. Das heißt, er wird für verschiedene angenommene Außentemperaturen berechnet und ist damit präziser als der allgemeine COP.
Seit 1. Januar 2014 müssen Split-/Multisplit-Raumklimageräte bis 12 kW Kälteleistung im Heizbetrieb einen SCOP (Seasonal Coefficient of Performance) von 3,8 beziehungsweise bei Verwendung eines Kältemittels mit einem GWP < 150 (Global Warming Potential) einen SCOP von 3,42 erreichen. Geräte mit einem niedrigeren SCOP dürfen in den EU-Staaten nicht mehr in Verkehr gebracht werden.
Durch eine erneute Anpassung der Richtlinien spielt die JAZ seit Januar 2023 wieder eine wichtige Rolle beim Beantragen der Heizungsförderung. Infolgedessen muss eine Wärmepumpe so ausgelegt sein, dass sie eine errechnete JAZ von mindestens 2,7 erreicht. Ab 2024 muss der Mindestwert bei 3,0 liegen.
Eine weitere Kennziffer zur Effizienz der Wärmepumpe ist die jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz (ETAs oder ηs-Wert). Diese ist ebenfalls relevant für die staatliche Förderung nach BEG (Bundesförderung für effiziente Gebäude) und beschreibt, wie viel Primärenergie eine Wärmepumpe zur Erzeugung einer Kilowattstunde Heizwärme benötigt. Zur Ermittlung wird der Primärenergiefaktor durch den SCOP geteilt. In Europa liegt dieser bei 2,5 und wird als feste Größe zur Errechnung genutzt. Die ETAs wird in Prozent angegeben und sollte möglichst hoch sein.
Was kann eine Wärmepumpe mit Sonnenstrom leisten?
Mit rund 200.000 Stück waren die Hälfte der neuen Heizungen im Land im vergangenen Jahr Wärmepumpen. In den kommenden Jahren soll diese Zahl auf 500.000 pro Jahr gesteigert werden. Gleichzeitig boomt die eigene Stromerzeugung aus Sonnenenergie. Lässt sich beides kombinieren? Und: Kann eine Solaranlage genug Strom für die Wärmepumpe liefern?
Von Jörg Sutter
(13. April 2023) Beides kann kombiniert werden, vor allem – aber nicht nur – beim Neubau eines Wohnhauses. Hier wird „Sektorenkopplung“ betrieben, also Strom mit Wärme kombiniert. Wichtig ist dabei, diese Nutzungsmöglichkeit richtig und realistisch einzuschätzen. Denn rein aus der eigenen Photovoltaikanlage kann eine Wärmepumpe nicht betrieben werden. Es wird immer eine größere Menge Strom aus dem Stromnetz benötigt. Doch die Idee klingt zuerst einmal bestechend: Mit einer Luft-Wärmepumpe kann ein Wohnhausneubau geheizt werden, auch das warme Wasser wird damit zur Verfügung gestellt. Und mit einer Photovoltaikanlage wird dazu der notwendige Strom produziert.
Jörg Sutter | Geschäftsführer der Deutschen Gesellschaft für Sonnenenergie (DGS)
Eine Photovoltaikanlage besteht aus Solarmodulen auf dem Hausdach, die aus Sonnenlicht Gleichstrom erzeugen, und einem Wechselrichter, der mittels Elektronik diesen Strom in den Haushaltsstrom mit 230 Volt Spannung und 50 Hertz umformt. Nach der Umformung kann der Strom entweder ins öffentliche Netz eingespeist werden, dafür gibt es Vergütung nach dem EEG für jede Kilowattstunde. Oder er wird im Haus selbst verbraucht – durch Küchengeräte und Radiowecker, vom Fernseher bis zum Homeoffice-Laptop. Und auch eine Wärmepumpe kann diesen Strom nutzen.
Hürden für die Kombination
Doch so einfach ist das leider nur auf den ersten Blick: Für eine Wärmepumpe wird ein Großteil der Strommenge als Strombezug aus dem öffentlichen Netz benötigt. Vorneweg gibt es schon einmal Hürden für die Nutzung einer Wärmepumpe und auch für die Nutzung von Solarstrom: Beide stehen dann auch der Kombination von beidem im Wege.
Zuerst sollte eine möglichst große Dachfläche für die Solarnutzung zur Verfügung stehen, die auch noch wenig beschattet ist. Je größer die Verschattung durch Nachbargebäude, aber auch durch eine große Dachgaube oder Bäume, desto geringer der Solarertrag über das Jahr. Ein Problem sind oft auch zu kleine nutzbare Dachflächen, weil mit Kaminen oder Dachfenstern nur wenig Platz übrig bleibt für Solarmodule oder wie bei Reihenhäusern nur sehr schmale Dachflächen überhaupt vorhanden sind.
Das Stichwort Reihenhaus führt zum nächsten Problem, das derzeit aber schon politisch auf der Agenda steht: Es ist baurechtlich nicht überall möglich, eine Luft-Wärmepumpe aufzustellen. Der außen liegende Teil der Anlage (siehe Abbildung 1) muss einen Mindestabstand zur Grundstücksgrenze einhalten, denn beim Betrieb kommt es hier zu Geräuschentwicklung. Bei einem schmalen Reihenhaus kann der Einsatz damit schon scheitern.
Abbildung 1: Außenteil einer Wärmepumpe
Kaum ein Problem: Dachausrichtung
Oft herrscht noch immer die Meinung vor, ein Dach müsse zur guten Solarnutzung optimal nach Süden ausgerichtet sein. In Abbildung 2 finden sich einige Beispiele für unterschiedliche Dachausrichtungen. Es zeigt sich: Eine Abweichung von der Südausrichtung reduziert die Sonnenstromernte meist nur um wenige Prozent im Jahr. Auch wird in letzter Zeit häufig gleichzeitig die Ost- und Westdachfläche eines Hauses mit Solarmodulen belegt. Das schmälert den Jahresertrag ebenfalls leicht, sorgt aber für eine gleichmäßigere Erzeugung des Stroms über den Tag hinweg. Dann kann auch eine Wärmepumpe über den Tag verteilt optimaler mit Solarstrom arbeiten. Inzwischen sieht man sogar gelegentlich Solarmodule auf flachen Norddächern. Das ist kein Versehen, sondern Kalkül, wenn das Süddach schon voll belegt ist. Zwar haben die Module auf der Nordseite weniger Jahresertrag, aber die Gesamtleistung der Anlage steigt damit an. Das kann bei großen Stromverbrauchern wie einem Elektroauto oder einer Wärmepumpe sinnvoll sein.
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Abbildung 2: |
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Solarerträge bei verschiedener Dachausrichtung und -neigung |
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| Dachausrichtung | Solar-Jahresertrag |
| Süddach mit 30 Grad Dachneigung | 100% |
| Südwest-Dach mit 40 Grad Dachneigung | 94% |
| Südost-Dach mit 20 Grad Dachneigung | 93% |
| Ost- und Westdach mit 20 Grad Dachneigung | 83% |
| Norddach mit 15 Grad Dachneigung | 75% |
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Quelle: Jörg Sutter |
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Wichtig: realistische Einschätzung
Ein recht geringer Anteil an Solarstrom für die Wärmepumpe bleibt deshalb Realität, weil eine PV-Anlage ihren Schwerpunkt der Stromerzeugung im Sommer hat, die Wärmepumpe aber hauptsächlich im Winter zum Einsatz kommt. Die solarstrombetriebene Wärmepumpe kann deshalb im Sommer die komplette Versorgung mit Warmwasser übernehmen. Im Frühling und Herbst, wenn es sonnig, aber kalt ist, stellt die PV einen Teil des Wärmepumpenstroms bereit. Doch im Winter muss die Wärmepumpe größtenteils mit Netzstrom laufen, weil vom Dach kaum Solarstrom geerntet werden kann. Moderne Wärmepumpen können genauso wie ein Energiemanagementsystem ihre Arbeitsweise an die Sonne anpassen: Scheint diese, wird die Wärmepumpe zugeschaltet und nutzt den vorhandenen Strom vom Dach. Der Solarstromanteil für die Wärmepumpe liegt trotzdem über das ganze Jahr betrachtet oft „nur“ bei 20 bis 30 %. Zusätzliche 10 % können erreicht werden, wenn die Solaranlage mit einem Batteriespeicher ausgestattet ist.
Ich möchte das an dieser Stelle nicht schlechtreden: Mit 25 % vom Solardach und einem Ökostromanteil im Stromnetz von aktuell 50 % ist das eine weit ökologischere Heizung als jede fossile mit Öl oder Gas (Abbildung 3). Aber es darf eben nicht so getan werden, als könne die Solaranlage die Wärmepumpe vollständig versorgen. Hinzu kommt, dass sich der Ökostromanteil ja in den kommenden Jahren immer weiter verbessert, weil die erneuerbaren Energien weiter ausgebaut werden. Wer hier heute schon umweltfreundlich heizen möchte, der bestellt trotz der eigenen Solaranlage auch noch einen Ökostromtarif für seinen Hausverbrauch.
Lohnt sich das auch finanziell?
Die Wirtschaftlichkeit einer Solarstromanlage muss immer im Einzelfall untersucht werden, da können auch Energieberater fachlich weiterhelfen. Zu unterschiedlich sind die Dächer, die Anlagengrößen und auch die Angebotspreise. Der Staat hat hier vergangenen Dezember noch große Verbesserungen beschlossen: Zum einen wird seit 1. Januar auf Solarstromanlagen keine Umsatzsteuer mehr fällig. Zum anderen brauchen private Anlagenbetreiber nun auch keine Angst mehr vor dem Finanzamt zu haben: Die Erträge und Gewinne einer Solarstromanlage müssen nicht mehr angegeben oder versteuert werden. Und grundsätzlich ist Strom vom eigenen Dach deutlich günstiger als Bezugsstrom aus dem Netz, bei dem man vor teils deutlichen Preiserhöhungen nicht sicher ist. Das haben die vergangenen Monate deutlich gezeigt.
Noch ein weiterer Trick ist möglich, der jedoch zuvor mit dem zuständigen Stromnetzbetreiber abgeklärt werden muss: Eine PV-Anlage und eine Wärmepumpe lassen sich oftmals in einer sogenannten Kaskadenschaltung anschließen. Das bedeutet, dass einerseits der Stromverbrauch der Wärmepumpe genau gemessen werden, andererseits Solarstrom direkt in die Wärmepumpe fließen kann. Der finanzielle Vorteil: Für den Netzstrom, der für die Wärmepumpe genutzt wird, kann ein spezieller Wärmepumpentarif abgeschlossen werden, der etwas günstiger als der normale Haushaltsstrom ist.
Bei der Kaskadenschaltung werden zwei Zweirichtungszähler so in Reihe verbaut, dass die Wärmepumpe dazwischen angeschlossen wird. Damit kann dann überschüssiger Eigenstrom vom Dach von der Wärmepumpe genutzt werden. Gleichzeitig kann aber auch ihr genauer Strombezug gemessen werden. Das ist die Voraussetzung für die Nutzung eines vergünstigten Wärmepumpentarifs, der von zahlreichen Netzbetreibern angeboten wird und oft mehrere Cent pro Kilowattstunde günstiger ist als der übliche Haushaltsstrompreis.
Wirtschaftlich ist der Verbrauch des eigenen Stroms vom Dach sehr attraktiv: Solarstrom kostet – je nachdem, wie man es rechnet – zwischen 10 und 15 Ct/kWh gegenüber dem Haustarif von inzwischen 40 oder 45 Ct/kWh. Pauschale Aussagen sind schwer, da jedes PV-Projekt (und auch der Stromverbrauch) einzigartig ist. Doch für viele Betreiber kann sich die Installation von Solar und einer Wärmepumpe in Kaskadenschaltung in überschaubarer Zeit lohnen.
Insgesamt eine gute Sache
Die Kombination von Solarstrom und Wärmepumpe muss gut überlegt und geplant werden, hat dann aber meist viele Vorteile für den Nutzer und die Nutzerin: Günstiger erneuerbarer Strom kann auch für die Wärmeerzeugung genutzt werden. Und auch für die Allgemeinheit stellt sich ein Vorteil ein: Jede Kilowattstunde, die im eigenen Haushalt (auch mit einer Wärmepumpe) verbraucht wird, spart den Strom- oder Brennstofftransport und schont damit gleichzeitig die Stromnetze. So nutzt jede Kilowattstunde Solarstrom, die in der eigenen Wärmepumpe verwendet wird, nicht nur der Umwelt, sondern auch der Allgemeinheit.
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