Wärmepumpe effizient kombinieren: Mit Photovoltaik oder Solarthermie?

In einem durchschnittlichen österreichischen Haushalt wird die meiste Energie für die Raumheizung verbraucht (siehe Grafik). Nimmt man noch die Warmwasserbereitung hinzu, so entfallen fast 60% des Energieverbrauchs auf den Bereich Wärme. Der Einsatz innovativer und effizienter Heiztechnik kann somit maßgeblich zur Einsparung von Energie und CO₂ beitragen.

Warum dabei nicht die Vorteile verschiedener Technologien effizient kombinieren? Dazu gehören Heizsysteme mit einer Wärmepumpe, die durch Sonnenenergie unterstützt werden. Die Sonnenenergie kann dabei auf zwei Arten genutzt werden.

• Bei einer Photovoltaikanlage dient sie der Produktion von Strom – nicht nur für den Betrieb der Wärmepumpe, sondern für alle haushaltsüblichen Elektrogeräte.
• Solarthermie hingegen nutzt die Sonnenenergie zur Wärmegewinnung und übernimmt damit direkt einen Teil der Heizleistung und Warmwasseraufbereitung.

Die Verteilung des Energieverbrauchs in einem durchschnittlichen österreichischen Haushalt (Quelle: Umweltberatung).

Photovoltaik oder Solarthermie?

Die Frage, ob auf dem eigenen Hausdach Strom (Photovoltaik) oder besser Wärme (Solarthermie) produziert werden soll, beschäftigt zahlreiche Hausbesitzer. Eine pauschale Antwort gibt es nicht, sie hängt stark von der eigenen Energienutzung ab. 

Wir haben hier für Sie ein paar grund­sätz­liche Unter­schiede zusammen­gestellt:

• Der große Vorteil der PV-Anlage: Der erzeugte Strom kann vielseitig eingesetzt werden: Für die Elektrogeräte im Haushalt, das Laden eines Elektroautos oder eben zur Wärmegewinnung mithilfe einer Wärmepumpe. Zu beachten ist: Eine Photovoltaikanlage ist in der Anschaffung zwar teurer als Solarthermie. Je höher jedoch der Eigenverbrauch des selbst erzeugten Stroms ist, desto besser schneidet die Photovoltaik ab.
  
  
• Wenig überzeugend wäre es allerdings, eine PV-Anlage ausschließlich zu Heizzwecken in Kombination mit einer Wärmepumpe zu installieren. Geht es um die reine Wärmegewinnung, ist die Solarthermie im Vorteil. Mit ihr „erntet“ man pro Quadratmeter Fläche mehr Energie im Jahr als mit einer Photovoltaikanlage, Solarthermie ist effektiver. Ein hoher Warmwasserbedarf – beispielsweise bei einer mehrköpfigen Familie – oder wenn nur wenig Dachfläche zur Verfügung steht, sprechen eher für Solarthermie.
  
  
• Wärme ist einfacher zu speichern: Sowohl die Solarthermie als auch die Photovoltaik erreichen mittags an sonnigen Tagen ihr Leistungsmaximum. Gebraucht wird die Energie – sowohl Wärme als auch Strom – aber in beiden Fällen eher am Abend oder am Morgen. Die Energie muss somit zwischengespeichert werden. Wärme ist in einem Pufferspeicher der Heizung billiger und einfacher zu speichern als Strom in einem Batteriespeicher. Die Kombination einer Photovoltaikanlage mit einer Wärmepumpe kann hier eine lohnende Variante sein.
  Alternativ kann man mit überschüssigem PV-Strom auch einen Heizstab betreiben und Warmwasser aufbereiten. Dies steigert die Effizienz der PV-Anlage deutlich.

Wärmepumpe und Photovoltaikanlage

Selbst an tiefen Wintertagen liefern Umgebungsluft, Erdreich oder Grundwasser ausreichend Wärmeenergie, um ein Gebäude zu beheizen. Um der Umwelt die Wärme zu entziehen und sie auf ein höheres Temperaturniveau zu „pumpen“, braucht die Wärmepumpe elektrische Energie (weitere Informationen: "Wie viel Strom braucht eine Wärmepumpe?").

Der Grundsatzgedanke der Kombination von Wärmepumpe und Photovoltaik lautet: Die PV-Anlage liefert günstigen Strom für die Wärmepumpe und senkt damit noch zusätzlich die ohnehin niedrigen Heizkosten der Wärmepumpe. Im Gegenzug steigert die Wärmepumpe durch die erhöhte Abnahme des Sonnenstroms die Wirtschaftlichkeit der PV-Anlage.

Eine Wärmepumpe lässt sich sehr gut mit einer Photovoltaikanlage kombinieren.

Reicht der Sonnenstrom für die Wärmepumpe?

Eine Wärmepumpe in Kombination mit Photovoltaik senkt die laufenden Kosten, sie ist aber kein Perpetuum mobile. Das heißt, die Wärmepumpe kann nicht ausschließlich mit Sonnenstrom betrieben werden. Zum einen muss die PV-Anlage weitere Geräte im Haus mit Energie versorgen, zum anderen muss auch zu jenen Zeiten geheizt werden, wenn wenig oder kein selbst erzeugter Strom zur Verfügung steht – etwa nachts und im Winter.

Die Größe der PV-Anlage ist ausschlaggebend dafür, welchen Anteil des Strombedarfs Ihre Wärmepumpe durch Photovoltaik decken kann. Wie effizient die Wärmepumpe mit Sonnenstrom betrieben werden kann hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie beispielsweise die Art oder Dimensionierung der Wärmepumpe.

Pufferspeicher: Mehr Effizienz für die Heizung

Nicht immer werden Heizung und Warmwasser genau dann gebraucht, wenn die Sonne scheint. Um mit der Kombination aus Wärmepumpe und PV-Anlage effizient zu heizen, ist ein Pufferspeicher unverzichtbar. Die Wärmepumpe schaltet sich automatisch ein, wenn ein Überschuss an Sonnenstrom vorhanden ist. Die so produzierte Wärme kann im Pufferspeicher zwischengelagert werden.

Die Temperaturen in den Speichern werden über das normale Niveau angehoben, sodass mehr Wärme produziert als gebraucht wird. In den Abendstunden wird der Bedarf an Heizwärme und Warmwasser zunächst aus den überladenen Speichern gedeckt.

Die Größe des Pufferspeichers hängt von der Anzahl der Bewohner ab, vom energetischen Zustand des Hauses und von der Art der Heizung. Hier ist die Vorlauftemperatur der Heizkreise entscheidend. Bei Fußboden- und Wandheizungen kann mitunter auf einen Pufferspeicher verzichtet werden, wenn das Rohrsystem alleine schon genügend Wasservolumen bietet. Außerdem bieten sich Gebäudebauteile wie der Estrich oder Beton des Fußbodenaufbaus als große Speichermassen an.

Zu beachten ist, dass ein Pufferspeicher einiges an Platz beansprucht. Im Durchschnitt fasst ein Warmwasserspeicher zwischen 700 und 800 Liter. Dann ist er etwa mannshoch und benötigt eine Stellfläche von rund einem Quadratmeter.

Kühlen mit Wärmepumpe und PV

Betrachtet man die Wetterstatistik der letzten Jahre, dann lässt sich ein Trend zu immer heißeren Sommern feststellen. Laut Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik (ZAMG) waren die fünf heißesten Sommer der über 250-jährigen Messgeschichte alle im 21. Jahrhundert (2003, 2019, 2015, 2017, 2018). Der Wunsch nach kühleren Raumtemperaturen in der heißen Jahreszeit wächst somit. An Hitzetagen verbrauchen wir jedoch mehr Energie zum Kühlen als an kalten Wintertagen zum Heizen.

Eine Alternative zu oft energieintensiven Klimaanlagen ist das Kühlen mit einer wesentlich effektiveren Wärmepumpe. Bei der aktiven Kühlung ist die Wärmepumpe im Prinzip im normalen Betrieb, jedoch mit umgekehrter Arbeitsrichtung. Sie nimmt überschüssige Wärme im Haus auf und gibt sie außen je nach System an Grundwasser, Erdreich oder die Umgebungsluft ab. Speziell im Sommer steht der meiste Sonnenstrom zur Verfügung. Photovoltaikanlagen und Wärmepumpen passen somit umso besser zusammen, wenn mit ihnen nicht nur geheizt, sondern auch gekühlt werden soll.

Eine Klimaanlage braucht oft wesentlich mehr Strom als eine Wärmepumpe.

Weitere Informationen zum Kühlen mit einer Wärmepumpe erfahren Sie unter: "Kühlen mit Wärmepumpe: die umweltfreundliche Klimaanlage".

Wärmepumpe und Solarthermie

Solarthermie nutzt die Sonnenenergie zur Wärmegewinnung und übernimmt damit einen Teil der Heizleistung. Eine Solaranlage kann laut Bundesverband der Deutschen Heizungsindustrie etwa 60% des Jahresenergieverbrauchs für die Trinkwassererwärmung decken – bei solarer Heizungsunterstützung sind es bis zu 30%.

Dadurch reduziert sich die Arbeitszeit der Wärmepumpe und deren Lebensdauer erhöht sich. Eine Kombination, die den solaren Ertrag von thermischen Solaranlagen als auch die Effizienz von Wärmepumpensystemen steigert und gleichzeitig Energiekosten senkt.

Bei der Kombination von Solarthermie und Wärmepumpe kann eine direkte Unterstützung genutzt werden. Dabei teilen sich Solarthermie und Wärmepumpe die Wärmeerzeugung. Die Sonnenwärme kommt direkt in den Heizkreislauf. Durch diese Kombination wird insgesamt ein höherer Energieertrag erzielt. Im Sommer kann die Solarthermie die Warm- und Heizwasserbereitung nahezu vollständig leisten. Im Winter unterstützt sie die Wärmepumpe.

Sowohl für Solarthermie als auch die PV-Anlage gilt: Der Ertrag hängt von Fläche, Ausrichtung und Neigung der Kollektoren ab. Solarthermie wie auch PV-Anlagen sollten für einen effizienten Betrieb in erster Linie auf den tatsächlich anfallenden Bedarf (einerseits Warmwasser und Heizung, andererseits Strom) hin geplant werden. 

Unsere Experten unterstützen Sie gerne bei der Konzeption und den Berechnungen von PV-Anlagen und Wärmepumpe: 0463 525 5051 (Montag bis Freitag von 8:00 – 16:00 Uhr).

Fazit

Die Sonnenenergie ist gänzlich kostenfrei. Sowohl Photovoltaik als auch Solarthermie können eine sinnvolle Ergänzung zu einer Wärmepumpe sein. Auch eine Kombination von Photovoltaik und Solarthermie ist möglich. Einerseits sinken die Heizkosten, andererseits steigt die Wirtschaftlichkeit der PV-Anlage.

Mit der Kombination Wärmepumpe und Photovoltaik/Solarthermie können Häuser kostengünstig und effizient beheizt werden. Eine Patentlösung gibt es jedoch nicht, denn jedes Gebäude ist unterschiedlich, genauso wie das Nutzerverhalten seiner Bewohner. Bei der Planung und bei den Einstellungen im laufenden Betrieb ist auf einiges zu achten, damit die Wärmepumpe bestmöglich mit Sonnenenergie unterstützt betrieben werden kann.

Und vergessen sie nicht: Die Wärmepumpe ist ganzjährig betrachtet die sicherste Form der indirekten Nutzung der Sonnenenergie 🌞

Mehr Informationen über die Vorteile einer Wärmepumpe finden Sie im Blog-Artikel "Umweltfreundlich heizen: Die Vorteile einer Wärmepumpe".