Wärmepumpe und PV: Gelebte Sektorenkopplung

20.09.2023 | Veröffentlicht in Ausgabe 09-2023

Das große Wohngebäude von Familie Richter steht im brandenburgischen Jannowitz und verfügt über Sauna, Pool, Carport und Teich. - © Bild: Solarwatt — © Bild: Solarwatt

Das große Wohngebäude von Familie Richter steht im brandenburgischen Jannowitz und verfügt über Sauna, Pool, Carport und Teich.

Nachhaltige Haustechniklösungen sind gefragt: Immer mehr Hauseigentümer setzen auf eine Wärmepumpe in Kombination mit einer Solarstromanlage. Doch was ist bei der Planung zu beachten? Wie müssen die Komponenten konzipiert werden? Und worauf kommt es bei der Zusammenarbeit von SHK-Handwerker und Elektroinstallateur an? Antworten darauf liefert das folgende Praxisbeispiel.

Inhalt

Um die fossile Ölheizung zu ersetzen und die Energiekosten zu senken, suchten die Hausbesitzer nach einer nachhaltigen Energielösung, die Photovoltaik- und Wärmepumpensystem miteinander vereint.

Generell verliefen die Installationsarbeiten meistens problemlos. Allerdings gab es immer mal wieder Herausforderungen.

Für die für ein Eigenheim vergleichsweise große Photovoltaikanlage und den Stromspeicher mit einer Kapazität von 19,2 kWh mussten viele Kabel und Leerrohre verlegt werden.

Ein guter Wasserablauf ist wichtig, weil in der Wärmepumpe gerade im Winter recht viel Kondensat entstehen kann.

Das Energiemanagementsystem nutzt auch die Wärmeverbrauchsdaten sowie die Wetter- und Photovoltaikprognose, um die Wärmepumpe möglichst effizient zu betreiben.

Das Wohnhaus von Familie Richter steht im brandenburgischen Jannowitz, rund 30 km nördlich von Dresden. Es hat eine Nutzfläche von 300 m² und verfügt über Sauna, Pool, Carport und Teich. Ausgestattet ist das Gebäude seit einer Kernsanierung im Jahr 1994 mit einer Ölheizung. Familie Richter hat das 1982 gebaute Haus im Mai 2021 übernommen. Im vierten Quartal 2021 hatten die Hausbesitzer damit begonnen, nach einer nachhaltigen Energielösung zu suchen. Sie entschieden sich für ein kombiniertes Photovoltaik- und Wärmepumpensystem.

Auslegung des Photovoltaiksystems

Die Ausganslage: Der durchschnittliche Jahresstromverbrauch von Familie Richter beträgt 12.000 kWh. Hinzu kommen noch einmal rund 3500 l Heizöl für die Gebäudebeheizung und Warmwasserversorgung. Die neu geplante Lösung aus Solaranlage und Wärmepumpe sollte aufgrund des Komfortanspruchs der Hausbesitzer an den hohen Verbrauch angepasst werden. Die Berechnungen dazu übernahm Solarwatt. Anschließend erfolgte die Abstimmung bezüglich des Bauablaufplans.

Zur Planung der Gesamtanlage wurden zwei verschiedene Softwaretools genutzt: PV*Sol von Valentin Software zur Berechnung von PV-Anlage und Stromspeicher sowie eine Softwarelösung von Stiebel Eltron für die Heizlastberechnung und zur Auslegung der Wärmepumpe. Denn seit Frühjahr 2022 kooperieren Solarwatt und Stiebel Eltron im Bereich Sektorenkopplung.

Um den hohen Strombedarf zu einem Großteil abzudecken, wurden für die Stromerzeugung insgesamt 53 Glas-Glas-Solarmodule eingeplant. Die Photovoltaikanlage verteilt sich auf die Garage (12,5 kWp) und ein Nebengebäude (5,5 kWp). Als Stromspeicher wurde, mit Blick auf den hohen Komfortanspruch der Hausbesitzer, ein „Battery flex“ von Solarwatt mit einer Kapazität von 19,2 kWh ausgewählt. Denn auf dem Grundstück werden nachts schon mal 10 bis 15 kWh Energie für Strom- und Wärmeversorgung benötigt. Diesen Bedarf deckt der Batteriespeicher gut ab, sodass in der Regel auch in den Morgenstunden noch Solarstrom zur Verfügung steht.

Das Ehepaar Richter suchte nach einer neuen, nachhaltigen Heiztechniklösung und entschied sich für eine Kombination aus großer Photovoltaikanlage mit Stromspeicher und einer Luft/Wasser-Wärmepumpe.

Auslegung des Wärmepumpensystems

Zur berechneten Heizlast von 18 kW wurde über das Stiebel-Eltron-Softwaretool das passende Wärmepumpenmodell ausgewählt. In diesem Fall ist es die außen aufgestellte Luft/Wasser-Wärmepumpe „WPL 25 A“ mit einem Integralspeicher, in dem sich ein 100-l-Puffer- und ein 270-l-Warmwasserspeicher sowie alle Pumpen, Ventile und die Regelungen befinden. Die Wärmenennleistung von 9 bis 19 kW verdeutlicht den relativ großen Modulationsbereich. Das Gerät schafft bei einer Außentemperatur von –8 °C noch eine Heizleistung von 14 kW – und das ist genau das, was für das Haus von Familie Richter an diesem Punkt gebraucht wird. Das bedeutet: Bis zu dieser Außentemperatur versorgt die Wärmepumpe das Gebäude alleine; erst bei niedrigeren Temperaturen unterstützt der eingebaute Heizstab die Heizwärmeversorgung. Die Wärmepumpe liefert aber selbst bei Außentemperaturen bis –20 °C noch hohe Vorlauftemperaturen von bis zu 65 °C, obwohl solche tiefen Minustemperaturen am Standort des Wohngebäudes nur sehr selten auftreten.

Gefördert wurde das neue Wärmepumpenheizsystem über die BEG EM des Bafa mit einem Zuschuss von insgesamt 50 %, inklusive Bonus für den Sanierungsfahrplan, den es zum damaligen Zeitpunkt der Antragstellung noch gab. Berechnet wurde, dass sich die Anschaffung (Photovoltaik und Wärmepumpe) nach acht bis elf Jahren amortisiert.

**Die Deinstallation der gesamten Ölheizungsanlage, die im Jahr 1994 eingebaut wurde, dauerte insgesamt zwei Tage – inklusive aller notwendigen Maßnahmen.**

Planung und Kommunikation

Die Elektroinstallation und den Elektroanschluss übernahm Solarwatt. Als Installationspartner im Bereich Wärme fungierte die Firma R. Lubrich GmbH, die ihren Sitz ebenfalls in Jannowitz, dem Wohnort der Familie Richter, hat. Anfangs gab es bei Firma Lubrich einige Vorbehalte, weil das Unternehmen zwar schon viele Wärmepumpen (auch von Stiebel Eltron) im Neubau, aber noch keine Anlage im Bestand installiert hatte. Überzeugend wirkte jedoch das Planungshandbuch mit Anschlussplan und Hydraulik, welches das Stiebel-Eltron-Tool nach der Planung der Wärmepumpe ausgibt. Im Planungshandbuch ist alles hinterlegt, was der Heizungsbauer benötigt – inklusive der Stücklisten.

Generell verliefen die Installationsarbeiten meistens problemlos. Allerdings gab es immer mal wieder Herausforderungen. Typisch dafür waren Fragen von Handwerkern nach dem Verlauf bestimmter Unterputzleitungen, die Familie Richter nicht immer beantworten konnte, weil sie das Haus gekauft und nicht selbst gebaut hatten. Außerdem mussten für die für ein Eigenheim vergleichsweise große PV-Anlage und den Stromspeicher viele Kabel und Leerrohre verlegt werden. Die dadurch notwendigen Abweichungen von der Ausführungsplanung kosteten immer wieder etwas Zeit. Insgesamt funktionierte aber gerade die Kommunikation zwischen den Fachhandwerkspartnern sehr gut. Die Installation der Photovoltaikanlage verlief planmäßig. Innerhalb von wenigen Tagen waren sämtliche Module auf Haus und Carport installiert. Und der Stromspeicher wurde in einem eigenen Raum im Keller direkt neben dem Elektrohausanschluss platziert. Heizungsbauer Lubrich startete die Arbeiten zunächst im Bad im Obergeschoss, das im Zuge der Heizungsmodernisierung grundsaniert wurde. Der Einbau der Wärmepumpe erfolgte im Anschluss. Das meiste für den Einbau benötigte Material erhält der Heizungsbauer direkt von Solarwatt – abgesehen von Standardmaterial wie Rohren und Ausdehnungsgefäßen. Alles andere wird bei Solarwatt direkt kommissioniert und zur Baustelle geliefert. Zwei Tage beanspruchte die komplette Deinstallation und Entsorgung des alten Kessels, weiterer Komponenten sowie des Öltanks, wofür eine Spezialfirma eingesetzt wurde. Der Kessel selbst kam auf den Schrott.

Für die Installation der Wärmepumpe wurden vor dem Wohngebäude zwei kleinere Punktfundamente gegossen, damit die Standkonsole einen sicheren Platz hat und möglichst keinen Dreck abbekommt. Auch ein guter Wasserablauf ist wichtig, weil in der Wärmepumpe gerade im Winter recht viel Kondensat entstehen kann. Eine Wanddurchführung für die Verbindungsleitungen zwischen der außen aufgestellten Wärmepumpe und dem Integralspeicher im Kellerbereich war bereits vorhanden.

Die Wärmepumpe wurde mit einem Integralspeicher kombiniert, in dem ein 100-l-Puffer- und ein 270-l-Trinkwarmwasserspeicher übereinander angeordnet sind. Als Aufstellort wählte der SHK-Betrieb den Keller im Haupthaus.

Inbetriebnahme und Systemkopplung

Die Koppelung von Wärmepumpe und Photovoltaiksystem übernahmen die Solarwatt-Elektriker, z. B. das Verlegen und den Anschluss der Elektrokabel zwischen Wärmepumpe und Integralspeicher. Die Inbetriebnahme erfolgt anhand der vorgegebenen Parameter des Systemhandbuchs. Bei einer Verbindung von Photovoltaik und Wärmepumpe müssen, je nach Anlage, bis zu zwölf Werte auf die Temperaturen angepasst werden. Die jeweiligen Einstellungen finden direkt an der Wärmepumpe und am Integralspeicher statt.

Familie Richter nutzt darüber hinaus ein Energiemanagementsystem, um die Anlage weiter an die eigenen Bedürfnisse anzupassen. Die Wärmepumpe von Stiebel Eltron kommuniziert über ein Internet-Service-Gateway (ISG) mit dem Netzwerk, in dem sich auch der Energiemanager von Solarwatt befindet. Ein zusätzlicher Verkabelungsaufwand ist somit nicht notwendig. Nach kurzer Einrichtung finden sich das Internet-Service-Gateway und der „Manager flex“ automatisch im Netzwerk und optimieren zusammen das Verhalten der Wärmepumpe.

Das von Stiebel Eltron und Solarwatt gemeinsam entwickelte Managementsystem nutzt die Wärmeverbrauchsdaten sowie die Wetter- und Photovoltaikprognose, um die Wärmepumpe möglichst energieeffizient und mit möglichst viel selbst produziertem Solarstrom zu betreiben. Dieser intelligente Betrieb steigert deutlich die Eigenenergienutzung in der Wärmepumpe und erhöht dadurch die Wirtschaftlichkeit und verringert gleichzeitig die CO2-Emissionen.

Die Heizungsmodernisierung in Verbindung mit der Installation und Einbindung des Photovoltaiksystems lief im großzügigen Eigenheim der Familie Richter im brandenburgischen Jannowitz insgesamt sehr schnell und sehr gut. Eine der größten Herausforderungen während des gesamten Prozesses war die Terminfindung. Weil bei Familie Richter ein Ölkessel getauscht und noch die Bäder saniert wurden, mussten die Hausbesitzer mehrere Tage ohne Warmwasser und Heizung auskommen.

Die eigentliche Installation der Wärmepumpe nahm nur zwei Tage in Anspruch. Während dieser Zeit waren sowohl Heizungsbauer als auch Elektriker vor Ort. Denn es waren viele Abstimmungen zwischen den Gewerken notwendig, um z. B. konkret zu klären, wo die Kabel und Rohre laufen sollten. Obwohl sich die beiden Fachhandwerksbetriebe vorher nicht kannten, verlief die Zusammenarbeit problemlos. Alle Beteiligten zogen an einem Strang, um die Energie- und Wärme-Welten bestmöglich miteinander zu verknüpfen. Dies kann zu Recht als „gelebte Sektorenkopplung“ bezeichnet werden.