Wärmepumpe und Photovoltaik richtig "verdrahten"

Zwei, die Hand in Hand gehen

Fossile Energie ist aktuell günstig – doch wer auf Zukunft setzt, sollte sich mit Alternativen beschäf­tigen. Eine Option, um nachhaltig und unabhängig von fossilen Brennstoffen Wärme zu erzeugen, sind Wärmepumpen. Laut Bundesverband Wärmepumpe (BWP) e.V. stiegen die Absatzzahlen der Heizungswärmepumpen von 2015 bis 2016 um rund 30 Prozent auf etwa 62.500 Einheiten. Ein Grund mehr, sich die Technologie und den praktischen Einsatz genauer anzusehen.

Das Prinzip der Wärmepumpen lässt sich einfach zusammenfassen: 25 Prozent Strom als Antriebsenergie und 75 Prozent Wärmegewinnung aus Luft, Wasser oder Erde. Die Wärmepumpe entzieht der Umgebung dabei Wärme und gibt sie als Heizenergie an das Haus ab. Dieses physikalische Prinzip nennt man auch Joule-Thomson-Effekt. Welche Variante – Luft, Wasser oder Erde – zum Einsatz kommt, hängt vom jeweiligen Gebäude, dessen äußeren Gegebenheiten und natürlich von den Wünschen des Betreibers ab.

Die Photovoltaik-Anlage auf dem Haus der Familie Recktenwald.
Quelle: Solare Datensysteme GmbH
Mit der 11,73 kWp PV-Anlage versorgt Familie Recktenwald eine Wärmepumpe und lädt ein Elektromobil.

Besonders effektiv können Wärmepumpen in Neubauten integriert werden. Im Altbau ist der Einsatz einer Wärmepumpe in erster Linie von der Qualität der Gebäudehülle abhängig. Wichtig ist hier, dass wenig Wärme aus dem Gebäude dringt. Dass die Wärmepumpe nur mit einer Flächenheizung effizient ist, ist dagegen ein Vorurteil, das sich nicht bestätigt. Oftmals macht es Sinn, die vorhandene Öl- oder Gasheizung zu belassen und diese dann als unterstützendes Element für die Wärmepumpe einzusetzen.

Antriebsenergie vom Dach

Einen "Haken" gibt es bei der Wärmepumpe – sie kommt nicht ohne Strom aus. Und die Strompreise sind aktuell hoch, mit der Tendenz, weiter zu steigen. Es gibt bei manchen Stromanbietern noch sogenannte Wärmepumpenstrom­tarife, diese sind aber oft nur für eine begrenzte Zeit garantiert und können sich danach erhöhen.

Um diesen Kostenfaktor abzufedern, kann sich eine PV-Anlage lohnen. Der erzeugte Solarstrom wird abhängig von der Sonneneinstrahlung und dem Bedarf der Wärmepumpe für deren Betrieb verwendet. Um eine reibungslose und effiziente Versorgung der Wärmepumpe mit Sonnenenergie zu gewährleisten, gibt es sogenannte Energie-Management-Systeme, wie beispielsweise den "Solar-Log" aus dem Hause Solare Datensysteme GmbH.

Der "Solar-Log" erfasst die produzierte PV-Energie und den aktuellen Verbrauch im jeweiligen Gebäude bzw. Objekt. Er ermittelt aus diesen Werten, ob ein Energieüberschuss – also die Einspeisung ins Netz – vorhanden ist und wenn ja, wie hoch dieser ist.

Bildschirmansicht des Energie-Management-Systems
Quelle: "Solar-Log"-Portal, Datum 13.03.2017
Die PV-Anlage und die Wärmepumpe sind an das Energie-Management-System "Solar-Log" angeschlossen. In der Grafik sieht man in Gelb die Produktion der PV-Anlage, in Rot bzw. Grün ist der Verbrauch dargestellt. Rot steht für den Bezug aus dem Netz, Grün für die Eigenstromnutzung. Der Verbrauch der Wärmepumpe wird als Unterverbrauch mit der braunen Linie dargestellt.

Liegt ein Überschuss vor, kann die Wärmepumpe automatisch vom Energiemanager aktiviert werden. Das Zuschalten der Wärmepumpe ist dabei an bestimmte Parameter gekoppelt, wie ein voreingestellter Schwellwert, eine Tageszeit oder Mindestlaufzeit. Diese Parameter lassen sich individuell an die verwendete Wärmepumpe und das Komfortbedürfnis des Eigentümers anpassen.

Wärmepumpenbetrieb über ein Energie-Management-System

Um die Wärmepumpe mit dem Energie-Management-System "Solar-Log" zu koppeln und ansteuern zu können, gibt es zwei Wege:

Die erste Option, welche oftmals für ältere Wärmepumpenmodelle in Frage kommt, ist die Kopplung über das EVU-Sperrsignal. Dieses Signal kann bei Verzicht auf einen speziellen Wärmepumpen-Tarif durch den "Solar-Log" generiert werden. Je nach PV-Überschuss und eingestelltem Schwellwert gibt hierbei das Management-System die Wärmepumpe frei oder sperrt sie. Der Schwellwert richtet sich nach der Leistungsaufnahme der jeweiligen Wärmepumpe und lässt sich über das Management-System konfigurieren.

Ansicht von Ertragsprognosedaten im
Quelle: "Solar-Log"-Portal, Datum 15.03.2017
Ertragsprognosedaten für heute, morgen und übermorgen.

Die zweite Option ist eine mehrstufige Ansteuerung über sogenannte "SG Ready"-Eingänge ("SG" = "Smart Grid"). Viele aktuelle Wärmepumpenmodelle verfügen über diese potentialfreien Eingänge und können somit an ein intelligentes Stromnetz angeschlossen werden. Über eine spezielle "Smart-Energy"-Steuerlogik generiert der "Solar-Log" ein Bitmuster, um verschiedene Betriebszustände der Wärmepumpe anzusteuern. Hierbei sind folgende Stufen möglich:

  • Es gibt keine Energie,
  • es steht Energie für den Normalbetrieb zur Verfügung oder
  • es gibt mehr Energie für einen forcierten Betrieb der Wärmepumpe.

Im forcierten Betrieb sind wiederum zwei Stufen vorgesehen:

Weiterführende Informationen: https://www.solar-log.com

Vivian  Bullinger
Von Vivian Bullinger
Solare Datensysteme GmbH