Spätestens wenn eine Heizung 15 oder sogar schon 20 Jahre alt ist, sollte der Betreiber sich Gedanken über deren Ersatz machen. Heute gibt es sehr gute Alternativen zu Öl- und Gasheizungen, die nicht nur umweltfreundlicher sind, sondern oft auch wirtschaftlicher arbeiten. Eine besonders sinnvolle Lösung ist es, eine Wärmepumpe mit einer Photovoltaikanlage zu kombinieren. Den Strom, den die Wärmepumpe zu einem schönen Teil nutzen kann, gewinnt man mit eine PV-Anlage an Fassaden oder auf dem Dach. So können Heiz- und Betriebskosten gesenkt werden.
Wärmepumpe ist heute Standard-Lösung
Wärmepumpen zählen derzeit zu den beliebtesten nachhaltigen Heizsystemen. Das überrascht nicht, denn Wärmepumpen sind innerhalb kurzer Zeit installiert und arbeiten äusserst effizient. Wer beim Heizen auf fossile Brennstoffe verzichten möchte, kommt an der Wärmepumpe als eine der möglichen Lösungen kaum vorbei.
Im Gegensatz zum klassischen Heizen mit Öl oder Gas wird bei der Wärmepumpen-Nutzung kaum CO₂ freigesetzt. Das macht die Wärmepumpe zur idealen Wahl für alle, die ihren ökologischen Fussabdruck verkleinern möchten. Neben dem Klimaschutz sprechen auch wirtschaftliche Gründe für den Umstieg auf eine Wärmepumpe. Zwar werden Wärmepumpen mit Strom betrieben, der Betrieb der Anlagen ist jedoch sehr energieeffizient: Aus einem Teil Strom erzeugt eine moderne Wärmepumpe drei bis fünf Teile Wärmeenergie.
Mögliche Wärmequellen und COP
Als Wärmequellen nutzt die Wärmepumpe meistens Umweltwärme aus der Luft, aus dem Erdreich (via Erdwärmesonde) oder aus dem Grundwasser (seltener aus See- oder Flusswasser). Als Wärmequelle genutzt werden kann auch vorhandene Abwärme aus anderen geeigneten Quellen.
Der COP-Wert ist eine Kennzahl für die Betriebs-Effizienz einer Wärmepumpe. COP steht für «Coefficient of Performance» (Leistungskoeffizient). Der COP-Wert ist das Verhältnis von resultierender nutzbarer Wärmeleistung in kW zur dazu erforderlichen Antriebsleistung (Elektrizität) in kW. Hier die ungefähren COP-Bereiche für die drei wichtigsten Wärmepumpen-Typen:
- Luft/Wasser-Wärmepumpe: COP 3 – 4 (Aussenluft)
- Sole/Wasser-Wärmepumpe: COP 4 – 5 (Erdsonde)
- Wasser/Wasser-Wärmepumpe: COP 5 – 6 (Grund-, See- oder Flusswasser)
Funktionsweise der Wärmepumpe
Mithilfe eines Kältekreislaufs wird die der Wärmequelle entzogene Wärme auf ein höheres Temperaturniveau gebracht. Der Kältekreislauf wird angetrieben durch einen Kompressor mit Elektroantrieb.
Etwas genauer beschrieben: Im Kältekreislauf der Wärmepumpe zirkuliert ein Kältemittel, das der Wärmequelle (z. B. Erdreich, Luft oder Grundwasser) Wärme entzieht und dabei verdampft (Verdampfungswärme). Das dampfförmige Kältemittel wird im mit Strom betriebenen Kompressor verdichtet. Dadurch erhöht sich die Temperatur so weit, dass die Wärme auf einem höheren Temperaturniveau über einen Wärmetauscher an das Heizsystem abgegeben werden kann. Durch Abgabe dieser Kondensationswärme wird das Kältemittel wieder flüssig. Es wird dann über ein Expansionsventil auf niedrigeren Druck entspannt und der Kreislauf beginnt von vorn.
Wärmenutzung/Wärmeabgabesystem
In Gebäuden werden Wärmepumpen eingesetzt als Wärmeerzeugung für Raumheizung und Warmwasser. Voraussetzung für einen effizienten Einsatz der Wärmepumpe ist eine gute Wärmedämmung des Gebäudes und im Idealfall ein Niedertemperatur-Wärmeabgabesystem, wie beispielsweise eine Fussbodenheizung mit Vorlauftemperaturen um 35 °C. Moderne Wärmepumpen sind auch für höhere Vorlauftemperaturen für die Wassererwärmung oder für eine Raumheizung mit Heizkörpern geeignet, jedoch sinkt mit einer Erhöhung der Vorlauftemperatur die Effizienz der Wärmepumpe.
Kühlung im Sommer, Regeneration Erdwärmesonde
Viele moderne Wärmpumpen können auch als Kältemaschine betrieben werden (reversibler Betrieb, Kühlbetrieb). Raumkühlung im Sommer wird je länger je mehr zum Thema. Bei Erdwärmesonden-Wärmepumpen kann die Abwärme aus den Räumen oder Solarwärme verwendet werden, um das im Winter abgekühlte Erdreich bezüglich Temperatur zu regenerieren. Direkt oder via Wärmepumpe, betrieben mit Überschuss-Strom von der PV-Anlage.
Wärmepumpe und PV-Anlage: ein unschlagbares Duo
Trotz der im Vergleich zu Heizungen mit Verbrennung höheren anfänglichen Investition machen sich Wärmepumpen aufgrund der niedrigen Betriebskosten auf lange Sicht bezahlt. Ausgaben entstehen, abgesehen von allfälligen Wartungs- oder Reparaturarbeiten, einzig durch den Energieverbrauch. Im Umkehrschluss bedeutet das also, dass mit einem günstigeren Strompreis gleichzeitig auch die Heizkosten sinken.
Hier kommt die eigene Photovoltaikanlage ins Spiel. Im Vergleich zu Strom aus dem öffentlichen Netz ist selbst erzeugter Strom deutlich günstiger: Während die Gestehungskosten für Solarstrom etwa 8 bis 16 Rp./kWh betragen, werden für Netzstrom 20 bis 35 Rp./kWh fällig. Die Installationskosten der heutigen Anlagen sind inzwischen so niedrig, dass sich eine Photovoltaikanlage in der Regel bereits nach 9 bis 15 Jahren vollständig amortisiert. Um optimale Wirtschaftlichkeit zu gewährleisten, ist es wichtig, dass man so viel wie sinnvoll möglich des eigenen PV-Stroms zeitgleich selbst verbraucht. Verbleibende Überschüsse werden in das öffentliche Netz eingespeist. Der Rückliefertarif, den man dafür bekommt, ist heute in der Regel sehr gering.
Eigenverbrauch der PV-Anlage optimieren
Ziel ist es demnach, den Eigenverbrauchsanteil zu optimieren, also den Anteil des zeitgleich selbst genutzten PV-Stroms zu erhöhen. Eine Möglichkeit, um das zu erreichen, sind Strom- bzw. Batteriespeicher. Überschüssiger Strom, der während des Tages produziert wird, steht mit diesen auch dann zur Verfügung, wenn die Sonne gerade nicht scheint. So überbrückt man Abende und dunklere Tage, an denen die PV-Anlage naturgemäss weniger Strom erzeugt.
Eine weitere Möglichkeit, um den Eigenverbrauch zu erhöhen, ist die Kombination der PV-Anlage mit einer Wärmepumpe. Auf diese Weise schlägt man zwei Fliegen mit einer Klappe: Der Betrieb der Wärmepumpe wird günstiger, während sich gleichzeitig die Wirtschaftlichkeit der PV-Anlage erhöht. An Tagen mit viel Sonnenstrahlung ist man völlig unabhängig vom Netzstrom und betreibt die Heizung zu geringstmöglichen Kosten.
In einer Phase mit PV-Strom-Überschuss gilt: solange Wärme vor Ort genutzt werden kann, ist Wärmepumpen-Betrieb direkt für Heizung, für Wasserwärmespeicher-Ladung oder für die Speicherung als Wärme in der Gebäudemasse (leichte Temperatur-Überhöhung, 1 – 3 K) die richtige Strategie. Hingegen macht Wärmepumpen-Betrieb mit Strom aus einer Batterie meistens weniger Sinn.
Optimieren der Energieeffizienz
In der Praxis funktioniert das Zusammenspiel aus Photovoltaik und Wärmepumpe also wie folgt: Die PV-Anlage erzeugt Strom, der zunächst für den Betrieb aller Elektrogeräte verwendet wird. Neben Kühlschrank, Beleuchtung und Home-Office werden auch Wärmepumpe (Raumwärme und Warmwasser) und Elektroauto mit dem eigenen Strom versorgt. Mit einem Batteriespeicher bewahrt man eventuelle weitere Überschüsse für eine spätere Nutzung auf. Sollte trotzdem noch mehr Strom erzeugt werden, als man so zeitgleich verbrauchen kann, wird dieser automatisch in das öffentliche Stromnetz eingespeist.
Moderne SmartHome-Lösungen inklusive Monitoring ermöglichen eine besonders effiziente Verteilung des eigenen Solarstroms und erlauben es, die Steuerstrategie für Wärmepumpe und weitere Verbraucher über eine App festzulegen. So holt man das Beste aus der PV-Anlage heraus.
Kosten und Installation
Nur auf die Anschaffungskosten zu achten, wäre zu kurz gegriffen: Über die gesamte Laufzeit hinweg sind Ölheizungen aufgrund der laufenden Kosten heute teurer als Wärmepumpen. Sowohl Wärmepumpen als auch Photovoltaikanlagen haben eine Lebensdauer von rund 20 Jahren. Je nach Kanton gibt es Förderungen für die Installation. Zusätzlich werden bei energetischen Massnahmen auch steuerliche Vergünstigungen gewährt. Die genauen Kosten hängen von den individuellen Voraussetzungen, persönlichen Bedürfnissen und weiteren Randbedingungen ab.
Auslegung und Einbau sind von Fachleuten vornehmen zu lassen. Nur so stellt man sicher, dass die Einzelkomponenten sinnvoll aufeinander abgestimmt sind und das Potenzial voll ausgeschöpft wird. Falls man bis jetzt noch keine Photovoltaikanlage hat, kann diese bei der Installation problemlos mit einer Wärmepumpe verknüpft werden. Auch ein Nachrüsten ist in der Regel kein Problem.
fws.ch
wp-systemmodul.ch
swissolar.ch
energieschweiz.ch
helion.ch
