Intelligente Einbindung der Wärmepumpe ohne Aufpreis

Bis zu 75 Prozent der Heizenergie gewinnt eine Wärmepumpe gratis und CO2-frei aus der Luft oder dem Erdreich. Nur das letzte, das elektrische Viertel teilt sich die PV-Anlage bei Eigenversorgern mit dem Stromnetz. Damit sauberer Solarstrom eindeutig die Überhand gewinnt, muss die Wärmepumpe im solaren Eigenstrom laufen und intelligent gesteuert werden. E3/DC macht die nötige SG Ready-Schnittstelle nun zum Standard in den Hauskraftwerken der E- und der PRO-Serie. Extra-Bestellung, Aufpreis oder die Nachrüstung vor Ort entfallen – die Sektorenkopplung ist damit Werksstandard.

Wohngebäude haben in den vergangenen Jahrzehnten im Wärmebereich an Effizienz gewonnen – die Wärmeversorgung aber bleibt ein erheblicher Kosten- und CO2-Faktor, der nur mit erneuerbarer Energie weiter zu reduzieren ist. Wer dem Ziel des klimaneutralen Wohnens näherkommen will, sollte die Wärmepumpe mit einer leistungsstarken Photovoltaikanlage und einem intelligenten Speichersystem verbinden, die gemeinsam 80 Prozent des gesamten Energiebedarfs decken. Nur mit dieser Systemlösung lässt sich neben dem Haushaltsstrom auch die Wärmeenergie zu einem großen Teil selbst und regenerativ erzeugen. E3/DC hat zu diesem Thema im Juli 2020 das Buch „Masterplan eMobilie“ herausgegeben, das in Theorie und Praxis zeigt, wie Wohngebäude mit eigener Energieerzeugung die durch Bau und Nutzung entstehenden CO2-Schulden tilgen können. Der Wärmepumpenbetrieb mit Solarstrom ist hier ein ganz wichtiger Baustein, denn nur auf diesem Weg sind lokale Emissionen komplett zu vermeiden und wird der Solarstrom mit maximaler Effizienz zur Kosten- und CO2-Einsparung genutzt.

Abb. 1: Beispielhafter Jahresverlauf des Wärmepumpenbetriebs: Im Sommerhalbjahr benötigt die Wärmeerzeugung keinen Netzstrom, im Winter sind je nach Region solare Anteile von über 50 % möglich, wenn die Anlagentechnik optimal ausgelegt ist.

Intelligente Steuerung gibt Betriebsmodi vor

Die ab sofort in die Standardausführung des S10 E und S10 E PRO integrierte SG Ready-Schnittstelle bindet die Wärmepumpe in die intelligente Steuerung des Hausnetzes ein. Damit ist es ohne weiteres möglich, eine Wärmepumpe als lastvariablen Verbraucher strategisch zum Optimieren der Eigenstromnutzung einzusetzen: Verfügbare Solarenergie, die nicht im Haus verbraucht oder gespeichert werden kann, wird so in Wärme umgewandelt und selbst genutzt. Die Einbindung der Wärmepumpe erhöht die CO2-vermeidende direkte Nutzung des PV-Stroms, senkt zugleich in netzentlastender Weise die Einspeisung und verhindert das unerwünschte Abregeln der PV-Anlage während der Erzeugungsspitzen. E3/DC-Geschäftsführer Dr. Andreas Piepenbrink betont: „Mit der E3/DC-Technik können über 70 % des Wärmebedarfs zuhause CO2-frei sein.“ Das Ziel der intelligenten Vernetzung ist die klimaneutrale Eigenversorgung mit Solarenergie im Haushalt, bei der Wärme und der Mobilität.

Schematische Darstellung der Wärmepumpensteuerung durch das Hauskraftwerk über die Smart Grid Ready-Schnittstelle.


Wird bei E3/DC werksseitig eingebaut: Die SG Ready-Platine im Hauskraftwerk.

Dazu gehört unter Komfortaspekten natürlich als erstes die ausreichende Verfügbarkeit von Heizenergie im jahreszeitlichen Rahmen und von Warmwasser gemäß der Personenzahl im Haushalt. Weil die Wärmepumpe Energie sehr effizient speichern und den Bedarf zeitversetzt decken kann, folgt ihr Einsatz dem Prinzip „Solarstrom first“: Konsequent wird verfügbare Energie in den Verdichter geschickt, um in den Mittagsstunden eine Abregelung des PV-Wechselrichters oder – so weit wie möglich – die Netzeinspeisung von Überschüssen zu vermeiden. Der im Hauskraftwerk implementierten Wetterprognose folgend wird die Wärmepumpe aktiviert bzw. es wird ihr Betrieb für einen späteren Zeitpunkt eingeplant, wenn absehbar über den direkten Verbrauch und die Batterie-Speicherung hinaus Solarstrom verfügbar ist. Die Wärmepumpe kann aber auch den Einsatz des Batteriespeichers optimieren, indem vor Beginn eines sonnigen Tages die Restkapazität für die Wärmeerzeugung entnommen wird und der Speicher dann seine volle Kapazität erneut in den Dienst der Eigenstromnutzung stellen kann.

Hohe Autarkie über das gesamte Jahr

Die Betriebsergebnisse von E3/DC-Kunden, die in stark wachsender Zahl aktive Sektorenkopplung betreiben, zeigen für die gesamte Energieversorgung einen Eigenstromanteil von bis zu 80 Prozent und für den Wärmepumpenbetrieb eine solare Deckung von 60 % und mehr. Voraussetzung dafür ist eine möglichst hohe PV-Leistung in Verbindung mit der passenden Speicherkapazität. Die Erfahrung zeigt, dass die PV-Anlage über das Jahr etwa das 1,8-fache des Strombedarfs erzeugen können sollte. Wer sich an diesem Richtwert orientiert, erreicht auch in Übergangszeiten sehr hohe und in den Wintermonaten immer noch gute Eigenstromquoten, was insbesondere mit Blick auf die Wärmepumpe entscheidend ist.

Neubau mit 18 kW PV-Leistung, Sektorenkopplung und intelligenter Wärmepumpensteuerung (SG Ready)

Ein gutes Beispiel für den solaren Wärmepumpenbetrieb im Einfamilienhaus ist das 2018 errichtete Wohngebäude des E3/DC-Vertriebspartners Stefan Korneck in Salzwedel. Korneck baute nach dem KfW40+-Standard und erreichte mit dem Hauskraftwerk 2019 im ersten Gesamtbetriebsjahr eine Autarkie von knapp 75 Prozent bei einem Jahresbedarf von rund 10.500 kWh. Die Wärme im Haus wird von einer Erdwärmepumpe erzeugt, eine Lüftungsanlage mit Wärme- und Feuchterückgewinnung sorgt für hohe Effizienz. Bemerkenswert ist das Verhältnis von eigener Energie zum Netzbezug im Jahresverlauf: 2019 war der Netzbezug nur im Januar und Dezember deutlich größer als die Summe aus Direktverbrauch und Batterieentladung. Im November überwog das Netz leicht, im Februar hatte der Eigenstrom die Nase deutlich vorn. Von März bis Oktober spielte der Netzbezug keine nennenswerte Rolle.

Abb. 2: Anteile des direkten und über die Batterie gespeicherten Solarstroms sowie des Netzbezugs über das Jahr 2019. Die Gesamtautarkie mit Wärmepumpe und Ladestrom für zwei Elektroautos lag bei knapp 75 %.

Tages- und Wochenverläufe belegen zudem, wie wärmeautark Korneck bereits im März war: In der dritten Märzwoche etwa fiel nur ein marginaler Netzbezug von 4 kWh an. Die Verbrauchskurve bewegt sich fast ausnahmslos innerhalb der solaren Erzeugungskurve und folgt dieser, während der nächtliche Strombedarf fast vollständig aus dem Batteriespeicher bedient werden konnte. Das Beispiel zeigt: Der Eigenstromvorrang wird über die intelligente Verbrauchssteuerung durch das Hauskraftwerk zielgenau durchgesetzt.

Wärme im Mehrfamilienhaus: Ökoenergie ohne Bürokratie

Wärmepumpen erobern nicht nur den Neubau und nicht nur die Einfamilienhäuser. Das hat Gründe, wie eine aktuelle Studie des Fraunhofer ISE zeigt. Untersucht wurden über 50 Wärmepumpen im realen solaren Betrieb. Es zeigte sich, dass hochwertige Erdwärmepumpen in der Praxis Arbeitszahlen von 4 und höher erreichen und sich auch in Bestandsgebäuden sehr gut bewähren, die nicht dem höchsten Dämmstandard entsprechen. Besonders interessant ist aber die eigenständige Wärmeversorgung im Mehrfamilienhaus, wie sie E3/DCVertriebspartnerin Dr. Tanja Lippmann in Nordhorn beispielhaft umgesetzt hat. Denn erneuerbare Wärme können Vermieter ohne Umlagen, Abgaben und Steuern preisgünstig an ihre Mieter liefern, ganz im Gegensatz zum immer noch komplizierten Mieterstrom-Modell. In der niedersächsischen Stadt jedenfalls werden 38 neu entstandene Wohnungen am Klukkerthafen mit Erdwärmepumpen beheizt.

KfW40+ mit 38 Wohneinheiten: Wärmepumpen und PV-Speicher reduzieren die Nebenkosten der Mieter unbürokratisch.

Zwei Hauskraftwerke der PRO-Serie versorgen die Wärmepumpen und die Gemeinschaftsräume im gesamten Gebäude mit selbst erzeugtem Solarstrom aus einer dafür ausgelegten Dachanlage. Die PRO-Serie wurde hier wegen der deutlich höheren Ausspeiseleistung gewählt, die auch die nächtliche Versorgung der Wärmepumpen aus den Batterien ermöglicht. Die Zielsetzung des Projekts: Ein minimaler Ressourcenverbrauch des Gebäudekomplexes und ebenso niedrige Nebenkosten für die Bewohner. Die von den Projektpartnern gewissenhaft erstellten Prognosen zeigen auch hier, dass der Wärmepumpenstrom über das gesamte Jahr problemlos zu 60 Prozent aus der Photovoltaik zu gewinnen ist, wenn die Anlagengröße stimmt und die eigene Erzeugung über intelligente Steuerung und passend dimensionierte Speicher zielgerichtet genutzt wird.