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Solarheizung mit Wärmepumpe und Photovoltaik: geht das doch?

Erschienen 2020-12-04 im RP-Energie-Blog (als E-Mail-Newsletter erhältlich!)

Permanente Adresse: https://www.energie-lexikon.info/rp-energie-blog_2020_12_04.html

Autor: , RP-Energie-Lexikon, RP Photonics Consulting GmbH

Inhalt: Ein Erfahrungsbericht aus Rheinland-Pfalz zeigt, dass ein großer Teil des Stroms für eine Wärmepumpenheizung mit Photovoltaik gedeckt werden kann. Allerdings bleibt das Problem der saisonalen Speicherung weiterhin ungelöst, weswegen ein Durchbruch der solaren Wärmepumpenheizung damit nicht erreicht ist.

Rüdiger Paschotta

Ich bin gerade bei ee-news auf einen Erfahrungsbericht gestoßen über ein Plusenergie-Einfamilienhaus in Rheinland-Pfalz. Hier wird das überraschende Resultat berichtet, dass der Strombedarf der Wärmepumpe ganzjährig zu ca. 70 % solar gedeckt werden kann. Normalerweise ist das Problem der Solarheizung ja, dass Sonnenenergie immer gerade dann am wenigsten verfügbar ist, wenn man sie am dringendsten für das Heizen benötigt, und dass dies durch Strom- oder Wärmespeicher sehr schwer zu lösen ist. Von daher ist es interessant zu analysieren, wie bzw. ob das wirklich funktioniert und wie es zu bewerten ist.

Heizwärmebedarf

Zunächst einmal handelt es sich um einen Neubau mit niedrigem Heizwärmebedarf durch eine gute Wärmedämmung. Dies ist auch der richtige Ansatz: Erst mal muss der Wärmebedarf minimiert werden, bevor man diesen dann durch aufwändige Technik deckt. Extrem niedrig ist der Wärmebedarf hier (11.000 kWh pro Jahr) allerdings nicht; unser eigenes Haus aus den 1950er Jahren mit umfassender energetischer Sanierung vor zehn Jahren liegt trotz vermutlich größerer Wohnfläche nicht massiv höher. Für einen Neubau würde ich einen eher noch niedrigeren Wert anstreben – in Richtung Passivhaus.

Wärmepumpe

Der Wärmebedarf wird dann weitgehend durch eine Elektrowärmepumpe gedeckt, und zwar mit einem Direktverdampfer-Erdregister. Dies ist eine in der Tat besonders effiziente Art von Wärmepumpenheizung, nur leider mit dem Nachteil, dass eine recht große Menge Kältemittel benötigt wird (um damit das gesamte Erdregister zu füllen), und dass dies je nach gewähltem Kältemittel unter Umständen die Gefahr einer massiven Klimaschädigung im Falle eines Lecks mit sich bringt.

Die Wärmeabgabe über eine Fußbodenheizung (was für Neubauten heute mehr oder weniger Standard ist) trägt natürlich zu guten Jahresarbeitszeit der Wärmepumpenheizung stark bei. In diesem Punkt sind Altbauten bei der Sanierung häufig stark im Nachteil.

Solaranlage mit Solarstromspeicher und Energiemanagement

Die Photovoltaikanlage auf dem großen Schrägdach hat eine Nennleistung von 16,8 kW. Zusätzlich wurde ein Solarstromspeicher mit einer Batteriekapazität von 9,2 kWh eingebaut. Das Energiemanagement des Hauses wurde umfassend optimiert, sodass vom erzeugten Solarstrom prioritär der Haushaltsstrombedarf inklusive Wärmepumpe gedeckt wird, dann ein Heißwasserspeicher und ein Heizung-Pufferspeicher elektrisch aufgeheizt wird; erst was dann immer noch übrig bleibt, wird in das öffentliche Stromnetz eingespeist.

Energiebilanz

Die Energiebilanz des Gebäudes wird mit einem umfassenden System von Sensoren erfasst und von den Besitzern genau analysiert. Es ergab sich, dass die Wärmepumpe über ein Jahr hinweg 3122 kWh verbraucht hat, wovon 2227 kWh (rund 70 %) mit Solarstrom abgedeckt werden konnten – entweder aus direkter Produktion oder über den Batteriespeicher. Nur zusätzliche 895 kWh mussten für die Wärmepumpe zusätzlich eingekauft werden, während andererseits zu anderen Zeiten insgesamt 12.790 kWh in das Netz eingespeist wurden.

Bewertung und Fazit

Das zentrale Resultat von 70 % Deckung des Wärmepumpenstroms mit Photovoltaik ist zunächst einmal beeindruckend. Allerdings fällt natürlich auf, dass der Wärmepumpe eine ziemlich große Photovoltaikanlage gegenübersteht, die über das Jahr eine weitaus größere Energiemenge erzeugt. Dies führt dazu, dass weitaus mehr Strom als Überschuss in das öffentliche Stromnetz eingespeist wird, als man für die Wärmepumpe einsetzen kann. Dies trotz Einsatz des Solarstromspeichers, dessen Kapazität bei gutem Wetter ja nicht einmal eine einzige Tagesproduktion aufnehmen kann. Offenkundig kann dieser Speicher nur einen gewissen Ausgleich innerhalb eines Tages schaffen – etwa für die Heizung in den Abendstunden mit tagsüber gewonnener Energie –, aber keineswegs zwischen den Jahreszeiten. Batteriespeicher sind als saisonale Speicher eben grundsätzlich ungeeignet.

Eine wichtige Frage ist, ob wir das Problem der Heizung landesweit lösen könnten, indem es alle so machen – zumindest für den Sektor der Neubauten. Die Antwort ist leider nicht so positiv: Wir würden im Sommer Unmengen von dann schwer verwertbarem Solarstrom erzeugen und bräuchten im Winter immer noch einiges aus anderen Quellen. Das wird früher oder später auch wieder dazu führen, dass die Politik dem Ausbau der Photovoltaik eine Grenze setzt (wie früher mit dem 52-GW-Deckel).

Obwohl ich das Projekt durchaus interessant finde, sehe ich darin also keineswegs den Durchbruch für das Konzept der solaren Wärmepumpenheizung. Es bleibt nach wie vor das Problem, dass das saisonale Profil der Erzeugung aus Photovoltaik einfach nicht zum Heizstrombedarf passt und saisonale Stromspeicher zur Lösung dieses Problems nicht zur Verfügung stehen. Wohlgemerkt würde selbst eine weitere massive Kostensenkung bei den Batteriespeichern dies nicht ändern.

Wesentlich besser passt die Charakteristik der Windstromerzeugung zum Heizwärmebedarf. In Mitteleuropa bringt die Windkraft im Winter mehr ein als im Sommer, also recht gut passend. Zwar ist auch im Winter das Angebot recht unstetig, aber da ließe sich mit einem Lastmanagement einiges erreichen. Ich gehe davon aus, dass zukünftig ein großer Teil des Wärmebedarfs so gedeckt werden kann.

Es gibt übrigens noch einen ganz anderen technischen Ansatz, der beispielsweise in Dänemark schon vielerorts verfolgt wird. Hier verwendet man Solarthermie in Verbindung mit großen Wärmespeichern – aber eben nicht auf Ebene einzelner Häuser, sondern gemeinsam errichtete ganze Wohngebiete mit einem Nahwärmenetz. Damit kann man immerhin ohne weiteres die Hälfte des Wärmebedarfs solar decken, teils sogar noch deutlich mehr; zusätzlich lassen sich dann noch Wärmepumpen einsetzen, oder andere Option wie z. B. Holz oder andere Biomasse (mit zentraler Feuerung und guter Abgasreinigung, also umweltfreundlich und kostengünstig). Aber natürlich ist dies keine Option, die man als Hausbesitzer selbst schaffen kann. Wir sind eben angewiesen auf eine Energiepolitik, die die richtigen Weichen stellt – die aber beispielsweise in Deutschland immer noch fehlt, trotz aller Bekenntnisse zum Klimaschutz.

Am Ende möchte ich nochmals betonen, dass die Höhe des Heizwärmebedarfs die wohl entscheidendste Größe ist. Für einige tausend Kilowattstunden pro Haushalt sollte man immer eine akzeptable Lösung finden können. Das Problem liegt vielmehr in den unsanierten Altbauten, wo oft zigtausende von Kilowattstunden pro Jahr erzeugt werden müssen, und dies noch auf einem für Wärmepumpen ungünstig hohen Temperaturniveau. Leider wird die Sanierung solcher Häuser oft jahrzehntelang verschoben, obwohl sie früher oder später ohnehin geschehen muss, soweit das Objekt nicht ein Kandidat für einen baldigen Abriss ist. Dieses Vor-sich-her-Schieben ist wohlgemerkt auch nicht wirtschaftlich, da der Nutzen einer späteren Sanierung ja dann für entsprechend weniger Betriebsjahre entsteht. Wer ein solches Objekt umfassend saniert und damit einerseits den Heizwärmebedarf drastisch senkt und andererseits auch das nötige Temperaturniveau, hat für die Energiewende meines Erachtens mehr getan als durch Neubau eines noch so energetisch günstigen Hauses.

Dieser Artikel erschien als Teil des RP-Energie-Blogs von Dr. Rüdiger Paschotta. Sie können Links auf diese Seite setzen, da ihre Adresse permanent ist, und die Seite auch zitieren. Siehe auch das RP-Energie-Lexikon.

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Fragen und Kommentare von Lesern

09.01.2021

In Kandersteg (1200 müM) in der Schweiz liegt seit Dezember Schnee. So auch auf der großen Solaranlage auf dem Dach der Kunsteisbahn (400 kW peak). Seit Dezember liefert die Anlage keinen Strom. Meine Schlussfolgerung: Solarenergie muss parallel mit anderen Energieformen gestützt werden können. Ich verstehe nicht, wie viele Leute eine Energiewende mit Solarenergie ohne den Beitrag konventioneller Energien als Lösung postulieren können.

Antwort vom Autor:

Zunächst einmal ist es eine Selbstverständlichkeit, dass man sich mit Photovoltaik allein schwerlich versorgen kann. Das gilt für die meisten anderen Energiequellen übrigens auch, wenn auch aus unterschiedlichen Gründen.

Normalerweise ist es auch kein riesiges Problem, eine Schneebedeckung zu vermeiden oder wenigstens zu minimieren. Auf vielen steileren Dächern rutscht der Schnee von selbst ab, oder man kann mit nicht allzu komplizierten technischen Maßnahmen etwas unternehmen. Vielleicht war es einfach im konkreten Fall einfach nicht so schlau, eine große Solaranlage auf ein zu flaches Dach zu setzen, wo der Schnee zu viel von der Jahresproduktion kaputt macht. Ein grundsätzliches Argument gegen Photovoltaik ergibt sich daraus sicherlich nicht.

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