Systeme zur Nutzung regenerativer Energien schonen Klima und Ressourcen. Nicht zuletzt tragen sie auch dazu bei, die Kosten für die Wärmeerzeugung nachhaltig zu senken. Ein Beispiel sind Wärmepumpen im Neubau, die in Kombination mit Photovoltaikanlage und Stromspeicher sowie Energiemanagementsystem noch höhere Einsparpotenziale aufweisen.
Darum machen Wärmepumpen Sinn
Wärmepumpen werden laut dem Bundesverband Wärmepumpe e.V. (BWP) heute bereits in jedem dritten Neubau installiert. Wesentliche Gründe dafür sind die dort idealen Voraussetzungen durch Niedertemperatur-Flächenheizungen und dass sich die Vorgaben des Erneuerbare-Energien-Wärmegesetzes (EEWärmeG) sowie die Anforderungen der Energieeinsparverordnung (EnEV) bzw. zukünftig des Gebäudeenergiegesetzes (GEG) sehr gut erfüllen lassen.
So können primärenergetische Anforderungen erfüllt werden
Von Vorteil für den Einsatz von Wärmepumpen sind auch die wachsenden Anteile erneuerbarer Energien im deutschen Strommix. Weil mehr Strom aus regenerativen Quellen in deutschen Netzen fließt, gilt heute ein Primärenergiefaktor für Strom von 1,8. Dadurch reduziert sich der Primärenergiebedarf von Gebäuden mit elektrischen Wärmepumpen, weshalb die primärenergetischen Anforderungen der EnEV ohne wesentliche zusätzliche Maßnahmen erfüllt werden können. Mit einer Luft/Wasser-Wärmepumpe lässt sich sogar der KfW 40-Grenzwert bei entsprechender Gebäude- und Anlagenkonzeption unterschreiten.
Vergütung für den aus der PV-Anlage in das öffentliche Stromnetz eingespeisten Strom ist rückläufig
Zusätzlich spielt bei vielen Wärmepumpensystemen auch die Kombination mit einer PV-Anlage und damit verbunden die Eigenstromnutzung eine wesentliche Rolle. Die Vergütung für den aus der PV-Anlage in das öffentliche Stromnetz eingespeisten Strom ist rückläufig. Kann stattdessen ein Teil des selbst erzeugten Stromes für den Haushalt und für den Betrieb einer Wärmepumpe genutzt werden, senkt dies die Stromkosten.
Bild: Buderus
Systemkombinationen senken Energiekosten
Wird eine Wärmepumpe installiert, lohnt es sich, über die Einbindung ergänzender Komponenten nachzudenken, um die Energiekosten noch weiter zu senken: eine Photovoltaik (PV)-Anlage zur regenerativen Stromerzeugung und gegebenenfalls zusätzlich Stromspeicher und Energiemanager. Um einen Überblick über Investitions- und Verbrauchskosten zu erhalten, werden im Folgenden in einer Vergleichsrechnung drei Varianten untersucht:
Bei allen Varianten ist eine kontrollierte Wohnraumlüftung enthalten, um einen ausreichenden Luftwechsel im Neubau zu gewährleisten. Basis für den Vergleich ist ein 179 m² großer Neubau mit Fußbodenheizung und einem Heizwärmebedarf von 35 kWh/m2a. Der Endenergiebedarf für Raumheizung, Warmwasser und Haushaltsstrom liegt bei 5 456 kWh/a. Zudem liegen der Berechnung eine jährliche Strompreissteigerung von 4 % sowie eine Zinssteigerung von 1 % über einen Zeitraum von 20 Jahren zugrunde.
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Variante 1: Wärmepumpe
Bereits die Basisversion, bei der der Strom für den Betrieb einer Luft/Wasser-Wärmepumpe ausschließlich von einem Stromversorger bezogen wird (mit Wärmepumpentarif), stellt eine wirtschaftliche und ökologische Lösung dar. Bei einer Investitionssumme von 29 470 Euro – zusammengesetzt aus 18 950 Euro für eine Luft/Wasser-Wärmepumpe Logatherm WLW196i ART190 von Buderus mit integriertem 190-l-Warmwasserspeicher und 10 520 Euro für eine kontrollierte Wohnungslüftung – liegen die jährlichen Energieverbrauchskosten für Heizung, Warmwasser und Haushaltsstrom bei 1 809 Euro.
Dafür eignet sich die Wärmepumpe
Die Wärmepumpe eignet sich zur Gebäudeheizung, für die Warmwassererwärmung und zur Kühlung in Ein- und kleinen Mehrfamilienhäusern – sowohl im Neubau als auch im Bestand. Für den monoenergetischen Betrieb ist ein stufenweise angesteuerter Elektroheizstab mit bis zu 9 kW vorhanden. Die Luft/Wasser-Wärmepumpe arbeitet mit einem COP von bis zu 4,29 bei A2/W35.
Variante 2: Wärmepumpe und Photovoltaik
Selbstgenutzter Eigenstrom ist der preiswerteste, weshalb es sich anbietet, eine PV-Anlage zu installieren, um mit dem erzeugten Strom die Wärmepumpe zu betreiben. Die Kosten für zugekauften Strom liegen bei etwa 26 ct/kWh (durchschnittlicher Strompreis für Haushaltskunden – Standort Wetzlar, Deutschland). Die Stromerzeugungskosten einer PV-Anlage für ein Einfamilienhaus können mit 10 bis 13 ct/kWh angesetzt werden. Folglich kann von der PV-Anlage erzeugter und selbst genutzter Strom die Energiekosten zurzeit um bis zu 16 ct/kWh reduzieren.
Mit Photovoltaik 35 % Energie für den Wärmepumpen-Betrieb erzeugen
Weil die Vergütungssätze für eingespeisten Solarstrom deutlich unter den durchschnittlichen Strompreisen für Haushalte liegen, gewinnt die Eigennutzung zunehmend an Bedeutung. Im Berechnungsbeispiel ergänzt eine PV-Anlage mit einer Leistung von circa 5 kWp die Wärmepumpe und erzeugt jährlich etwa 4500 kWh Strom. So lässt sich bis zu 35 % der benötigten Energie für den Betrieb der Wärmepumpe und den Haushalt decken. Überschüssiger Strom wird in das öffentliche Netz eingespeist und über 20 Jahre mit einem garantierten Preis je Kilowattstunde vergütet.
Zwischenfazit: Die um rund 23 % höhere Investition im Vergleich zur ersten Variante lohnt sich, denn wer zusätzlich eine PV-Anlage installieren lässt, senkt die Energieverbrauchskosten deutlich – im Vergleich zu Variante 1 (ausschließlich Wärmepumpe) um 37 % auf nur noch 1 138 Euro. Bei den Gesamtkosten für 20 Jahre lassen sich so in Summe mehr als 5 000 Euro sparen.
Variante 3: WP, PV + Stromspeicher und Energiemanager
Größtmögliche Unabhängigkeit von der Strompreisentwicklung bietet eine Lösung, zu der außer der Wärmepumpe und der PV-Anlage auch ein abgestimmter Stromspeicher gehört. Vergleicht man für einen Zeitraum von 20 Jahren die Gesamtkosten (Investitions- und Energieverbrauchskosten) der Varianten 1 und 3, ergibt sich für dieses konkrete Beispiel folgendes Ergebnis: Mit 11 786 Euro Mehrinvestition spart man 18 246 Euro Energieverbrauchskosten, unterm Strich werden in 20 Jahren somit mehr als 6 000 Euro gespart. Übrigens ist ein System, wie in Variante 3 beschrieben, die Basis für ein KfW-Effizienzhaus 40 Plus mit einem zusätzlichen Förderzuschuss.
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Energiemanager und Batteriespeicher
Mit einem Batteriespeicher ist noch mehr Eigenstrom nutzbar. Bei der vorgestellten Variante speichern leistungsstarke Lithium-Ionen-Batterien überschüssigen Strom, der nicht direkt verbraucht wird, und stellen diesen in lichtschwachen Zeiten zur Verfügung. Erst wenn kein PV-Strom mehr aufgenommen werden kann, erfolgt die Einspeisung in das öffentliche Stromnetz mit der vereinbarten Vergütung.
Mit Energiemanagementsystem ergänzen
Eine weitere optionale Ergänzungsmöglichkeit, um zusätzlichen PV-Strom zu speichern, bietet die „SG Ready“-Funktion der Wärmepumpe oder die Kombination mit einem Energiemanagementsystem. Bei der „SG Ready“-Funktion sendet die PV-Anlage ein Signal an die Wärmepumpe, den Warmwasserspeicher/Pufferspeicher auf höhere Temperaturen aufzuheizen. Durch das Umwandeln von elektrischer in thermische Energie erhöht sich die Summe der gespeicherten Energie, die dann für die Warmwasserbereitung oder die Raumheizung genutzt wird.
Unabhängiger vom öffentlichen Stromnetz
Betreiber einer derartig vernetzten Anlage machen sich unabhängiger vom Energiebezug aus dem öffentlichen Stromnetz. Mithilfe von Wärmepumpe, PV-Anlage, Stromspeicher und Energiemanagement können Hauseigentümer im hier betrachteten Beispiel bis zu 55 % des Strombedarfs selbst erzeugen.
Selbst erzeugter Strom: Eigenverbrauchsquote optimieren
Als weitere Optimierungsmöglichkeit lässt sich die Eigenverbrauchsquote des selbst erzeugten Stromes optimieren, indem ein Energiemanagementsystem ergänzt wird. Beispielsweise erkennt die Energiemanagement-App My Energy Master von Buderus die Leistung im PV-System, die für die Eigennutzung vorhanden ist, und steuert die Wärmepumpe mit der Kompressorleistung an, die vom selbst erzeugten Strom zur Verfügung steht. Ein zusätzlicher Netzbezug ist somit ausgeschlossen und der Eigenverbrauchsanteil mit einer geringen Mehrinvestition gesteigert.
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Fazit
Anlagenbetreiber und Hauseigentümer von Neubauten sind mit einer Wärmepumpe auf der sicheren Seite. Fachgerecht installiert, lassen sich dank kostenlos nutzbarer Umweltwärme die Energieverbrauchskosten deutlich senken. Diese können noch weiter reduziert werden, wenn das Heizsystem um sinnvolle Komponenten wie eine PV-Anlage und einen Stromspeicher ergänzt wird.
So rechnet sich die Kombination Wärmepumpe – PV-Anlage – Stromspeicher
Während bei einer Wärmepumpe als alleinigem Wärmeerzeuger im 179 m² Neubau jährlich 1809 Euro anfallen, sind es nur noch 1138 Euro, wenn eine PV-Anlage selbst erzeugten Strom für die Wärmepumpen und den Haushalt liefert. Wird darüber hinaus ein Stromspeicher eingebunden, zahlt der Endverbraucher lediglich 897 Euro im Jahr für Heizung, Strom und Warmwasser.
So werden höhere Investitionskosten kompensiert
Die höheren Investitionskosten im Vergleich zu konventionellen Wärmeerzeugern wie Gas- oder Öl-Brennwertkessel werden kompensiert durch niedrige Energieverbrauchskosten. In Verbindung mit einem größeren Pufferspeicher lassen sich bei modernen Wärmepumpen zudem flexibel weitere regenerative Energien, etwa über einen Kaminofen, ins System integrieren.
Entwicklung und Einsatzgebiet von Stromspeichern im industriellen Bereich weit fortgeschritten
In der aktuellen Gesamtkostenbetrachtung, die die nächsten 20 Jahre prognostiziert, liegen die Varianten 2 und 3 nahezu auf gleichem Niveau. Allerdings sind Entwicklung und Einsatzgebiet von Stromspeichern im industriellen Bereich bereits weit fortgeschritten: Die Akkus werden ständig verbessert, was die Langlebigkeit sowie die Be- und Entladezyklen deutlich erhöht. Zusätzlich werden durch modulare Bauweise die Akkumulatoren leichter in der Handhabung, was von Vorteil bei Montage und Einbringung ist. So lässt sich ein Batteriespeicher auch nachträglich und mit einer genau ausgelegten Kapazität in einer bestehenden Anlage ergänzen. Diese Flexibilität wird viele Anwendungsfälle finden und dadurch preisregulierend wirken.
Hersteller bieten PV-Angebot mit modularen Stromspeichern an
Mit diesen Vorteilen wird der Einsatz auch im privaten Bereich attraktiv, sodass künftig der Batteriespeicher bei der Gesamtkostenbetrachtung durchaus besser abschneiden wird als zum heutigen Zeitpunkt. Viele Hersteller bieten heute schon ein abgestimmtes PV-Angebot mit modularen Stromspeichern als Systemlösung mit Wärmepumpe an.
Bild: Buderus
Info
So funktioniert ein Energiemanager
Anlagenbetreiber, die eine Wärmepumpe und eine Photovoltaikanlage installiert haben, können mit einem Energiemanagementsystem den Eigenverbrauch des Solarstroms erhöhen – unabhängig davon, ob zusätzlich ein Batteriespeicher installiert ist oder nicht.
Energiemanager integriert sämtliche elektrischen Verbraucher eines Haushalts
Der Vorteil eines Energiemanagementsystems liegt darin, dass nicht nur Heizsystem und Warmwasserbereitung als Verbraucher berücksichtigt werden. Vielmehr integriert ein Energiemanager sämtliche elektrischen Verbraucher eines Haushalts. Ziel ist es, die Energiekosten zu senken, indem eine möglichst hohe Eigenverbrauchsquote erreicht wird. Je nach Leistung der PV-Anlage lässt sich auch ein möglichst hoher Autarkiegrad anstreben.
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Energiemanager regelt Verbrauch und Speicherung des kompletten Systems
Ein Energiemanager regelt den Verbrauch und die Speicherung des kompletten Systems. Die Ansteuerung kann je nach Verbraucher unterschiedlich sein, beispielsweise über eine schaltbare Steckdose. Eine Wärmepumpe wiederum lässt sich über eine SG-Ready-Schnittstelle steuern oder modulierend regeln. Die Wärmepumpenleistung wird dann je nach verfügbarer Solarstrommenge angepasst oder ein Elektroheizstab aktiviert.
Schaltschwellen einstellen
Im Energiemanagementsystem lassen sich dazu zum Beispiel Schaltschwellen einstellen, die einen Kontakt ab einer definierten kW-Zahl aktivieren. Des Weiteren können Anlagenbetreiber Freigabeprioritäten und Mindestlaufzeiten für die Verbraucher setzen. Insbesondere die Reihenfolge, in welcher die Verbraucher und Speicher zugeschaltet werden, sollte sorgfältig gewählt werden.
Mit Solarstrom zunächst Eigenverbrauch decken
Um den Autarkiegrad zu erhöhen, sollten Anlagenbetreiber mit dem Solarstrom zunächst den aktuellen Eigenverbrauch im Haushalt und des Heizsystems (beispielsweise für den Wärmepumpenbetrieb) decken. Erst danach folgen Speicherbeladungen – Warmwasserspeicher, Pufferspeicher und gegebenenfalls Batteriespeicher.
Video: Energiemanager von Buderus
Dieser Beitrag ist eine Überarbeitung des Artikels „Nachhaltig investieren“ von Wolfgang Diebel und Hans-Jörg Risse aus SBZ 02-2020
