Eine Wärmepumpe kann mehr, als nur Wärme bereitzustellen. Gemeinsam mit Photovoltaik, dynamischem Stromtarif und Energiemanagement wird sie zu einem flexibel steuerbaren Teil des gesamten Gebäudes.
Dabei geht es nicht darum, die Wärmepumpe möglichst oft ein- und auszuschalten. Ein gutes System verbindet Wärmebedarf, Effizienz, Komfort und die Verfügbarkeit günstiger oder selbst erzeugter Energie. Die entscheidende Frage lautet deshalb nicht nur: Wie effizient arbeitet die Wärmepumpe? Sondern auch: Wann sollte sie arbeiten?
Wärmebedarf und Solarstrom passen zeitlich nicht immer zusammen
Eine PV-Anlage erzeugt den größten Teil ihrer Energie tagsüber. Der Wärmebedarf ist dagegen häufig morgens und abends besonders hoch. Eine klassische Regelung orientiert sich vor allem an Solltemperaturen und aktuellem Wärmebedarf; PV-Erzeugung oder Strompreis fließen nicht zwangsläufig ein.
Wird für den Mittag viel Solarstrom erwartet, kann es sinnvoll sein, einen begrenzten Teil des Wärmebedarfs dorthin zu verschieben. Die Wärmepumpe bereitet beispielsweise Warmwasser oder nutzt die thermische Trägheit des Gebäudes – immer innerhalb sinnvoller Temperatur- und Komfortgrenzen.
Auch ein Gebäude kann Energie speichern
Neben Batteriespeichern gibt es thermische Speichermöglichkeiten. Warmwasserspeicher bevorraten Energie für die spätere Nutzung. Ein Pufferspeicher kann Wärme zeitlich verschieben, sofern er zum Anlagenkonzept passt. Auch Estrich, Wände und andere Bauteile nehmen Wärme auf und geben sie später wieder ab.
Das ist kein Freibrief zum starken Aufheizen. Schon kleine, kontrollierte Verschiebungen können genügen. Aus dem Gebäude wird damit ein begrenzt nutzbarer thermischer Speicher.
Wärme aus eigenem PV-Strom
Besonders interessant ist der direkte Betrieb mit eigenem Solarstrom. Nehmen wir beispielhaft an, dass die Investition einer PV-Anlage über 20 Jahre betrachtet zu Stromgestehungskosten von 12 bis 15 Cent je Kilowattstunde führt. Diese Spanne ist keine allgemeingültige Preisangabe: Investition, Ertrag, Finanzierung, Betriebskosten und Betrachtungszeitraum unterscheiden sich von Anlage zu Anlage.
Vereinfachtes Beispiel:
15 ct/kWh PV-Strom ÷ COP 3 = 5 ct/kWh Wärme
12 ct/kWh PV-Strom ÷ COP 3 = 4 ct/kWh Wärme
Für die Entscheidung über einen bereits vorhandenen PV-Überschuss zählt zusätzlich sein alternativer Wert. Der Strom könnte auch eingespeist, in einem Batteriespeicher gespeichert oder zum Laden eines Elektroautos genutzt werden. Ein intelligentes System fragt deshalb nicht nur, ob PV-Überschuss vorhanden ist, sondern wo die Energie im Gesamtsystem den größten Nutzen erzielt.
Dynamische Stromtarife schaffen weitere Spielräume
Bei einem dynamischen Tarif verändert sich der Arbeitspreis mit den Spotmarktpreisen. Dafür ist ein intelligentes Messsystem erforderlich. Flexible Verbraucher können ihren Betrieb teilweise in günstigere Zeitfenster verschieben – sofern der Komfort und die technischen Grenzen der Anlage eingehalten werden.
Für die Wärmepumpe kann es sinnvoll sein, Warmwasser während einer günstigeren Tarifphase zu bereiten oder die Raumtemperatur leicht anzuheben. Später kann sie ihre Leistung reduzieren. Doch der niedrigste Strompreis führt nicht automatisch zu den niedrigsten Wärmekosten.
Beispiel:
25 ct/kWh Strom ÷ COP 3 = 8,3 ct/kWh Wärme
35 ct/kWh Strom ÷ COP 4 = 8,75 ct/kWh Wärme
Obwohl der Strompreis im zweiten Fall 40 Prozent höher liegt, unterscheiden sich die rechnerischen Wärmekosten nur geringfügig. Außentemperatur, Vorlauftemperatur, Warmwasser-Sollwert und Betriebszustand beeinflussen die Effizienz. Ein Energiemanagement sollte daher nicht allein auf den Strompreis reagieren.
Prognosen machen die Steuerung vorausschauend
Mit Wetter-, Erzeugungs- und Preisprognosen muss das System nicht erst auf den aktuellen Zustand reagieren. Wird für den Mittag viel Solarstrom erwartet, kann ein verschiebbarer Wärmebedarf möglicherweise warten. Bleibt die PV-Erzeugung gering, kann ein günstiges Tarifzeitfenster interessanter werden.
Ein Home Energy Management System – kurz HEMS – kann dazu Informationen aus PV-Anlage, Batteriespeicher, Wärmepumpe, Smart Meter und weiteren Verbrauchern zusammenführen. Genau mit dieser Aufgabe beschäftigen wir uns auch bei der Entwicklung von Solanya HEMS. Das System befindet sich noch in Entwicklung; konkrete Funktionen und unterstützte Geräte stellen wir erst zu einem späteren Zeitpunkt vor. Auch andere HEMS-Lösungen am Markt verfolgen vergleichbare Aufgaben mit unterschiedlichen Schwerpunkten und Schnittstellen.
Komfort und Anlagenbetrieb setzen Grenzen
Ein Haus ist kein reines Rechenmodell. Das Badezimmer soll morgens warm sein, auch wenn der Strompreis ungünstig ist. Bewohner legen daher Komfortgrenzen fest; innerhalb dieses Rahmens kann das Energiemanagement optimieren.
Auch die Wärmepumpe selbst darf nicht wie eine einfache schaltbare Last behandelt werden. Häufiges Takten, Mindestlaufzeiten, Modulationsbereich, Hydraulik und Herstellervorgaben müssen berücksichtigt werden. Ein HEMS sollte mit der Wärmepumpenregelung zusammenarbeiten – nicht gegen sie.
Ein sonniger Wintertag als Beispiel
- Am frühen Morgen benötigt das Gebäude Wärme. Die PV-Anlage liefert noch wenig, der dynamische Strompreis ist aber günstig.
- Für den Mittag wird hohe PV-Erzeugung erwartet. Dann kann die Wärmepumpe Warmwasser bereiten oder begrenzte thermische Speichermöglichkeiten nutzen.
- Am Abend sinkt die PV-Leistung und der Strompreis steigt. Die zuvor bereitgestellte Wärme reduziert den Bedarf in dieser Phase.
Dieses vereinfachte Beispiel zeigt das Potenzial einer gemeinsamen Betrachtung. In der Praxis hängen sinnvolle Entscheidungen immer vom konkreten Gebäude und der installierten Technik ab.
Fazit: Von der Heizung zum flexiblen Verbraucher
Photovoltaik, Wärmepumpe und dynamischer Stromtarif können einzeln Vorteile bieten. Das größere Potenzial liegt in ihrem Zusammenspiel. Ziel ist nicht maximaler Eigenverbrauch um jeden Preis, sondern ein ausgewogenes Ergebnis aus Effizienz, Energiekosten, Eigenverbrauch, Komfort und zuverlässigem Anlagenbetrieb.
Damit entwickelt sich die Wärmepumpe vom einzelnen Heizgerät zu einem flexiblen Bestandteil des intelligenten Energiesystems eines Gebäudes.
Quellen und weiterführende Informationen:
Fraunhofer ISE: WP-QS – Schlussbericht mit Bewertung des PV-optimierten Wärmepumpenbetriebs
Bundesnetzagentur: Dynamische Stromtarife
Bundesnetzagentur: Steuerbare Verbrauchseinrichtungen nach § 14a EnWG
Verbraucherzentrale: Technik und Ausstattung einer Wärmepumpenanlage
Kommentare