Was kann eine Wärmepumpe mit Sonnenstrom leisten?

Mit rund 200.000 Stück waren die Hälfte der neuen Heizungen im Land im vergangenen Jahr Wärmepumpen. In den kommenden Jahren soll diese Zahl auf 500.000 pro Jahr gesteigert werden. Gleichzeitig boomt die eigene Stromerzeugung aus Sonnenenergie. Lässt sich beides kombinieren? Und: Kann eine Solaranlage genug Strom für die Wärmepumpe liefern?
Von Jörg Sutter

(13. April 2023) Beides kann kombiniert werden, vor allem – aber nicht nur – beim Neubau eines Wohnhauses. Hier wird „Sektorenkopplung“ betrieben, also Strom mit Wärme kombiniert. Wichtig ist dabei, diese Nutzungsmöglichkeit richtig und realistisch einzuschätzen. Denn rein aus der eigenen Photovoltaikanlage kann eine Wärmepumpe nicht betrieben werden. Es wird immer eine größere Menge Strom aus dem Stromnetz benötigt. Doch die Idee klingt zuerst einmal bestechend: Mit einer Luft-Wärmepumpe kann ein Wohnhausneubau geheizt werden, auch das warme Wasser wird damit zur Verfügung gestellt. Und mit einer Photovoltaikanlage wird dazu der notwendige Strom produziert.

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Jörg Sutter | Geschäftsführer der Deutschen Gesellschaft für Sonnenenergie (DGS)

Eine Photovoltaikanlage besteht aus Solarmodulen auf dem Hausdach, die aus Sonnenlicht Gleichstrom erzeugen, und einem Wechselrichter, der mittels Elektronik diesen Strom in den Haushaltsstrom mit 230 Volt Spannung und 50 Hertz umformt. Nach der Umformung kann der Strom entweder ins öffentliche Netz eingespeist werden, dafür gibt es Vergütung nach dem EEG für jede Kilowattstunde. Oder er wird im Haus selbst verbraucht – durch Küchengeräte und Radiowecker, vom Fernseher bis zum Homeoffice-Laptop. Und auch eine Wärmepumpe kann diesen Strom nutzen.

Hürden für die Kombination

Doch so einfach ist das leider nur auf den ersten Blick: Für eine Wärmepumpe wird ein Großteil der Strommenge als Strombezug aus dem öffentlichen Netz benötigt. Vorneweg gibt es schon einmal Hürden für die Nutzung einer Wärmepumpe und auch für die Nutzung von Solarstrom: Beide stehen dann auch der Kombination von beidem im Wege.

Zuerst sollte eine möglichst große Dachfläche für die Solarnutzung zur Verfügung stehen, die auch noch wenig beschattet ist. Je größer die Verschattung durch Nachbargebäude, aber auch durch eine große Dachgaube oder Bäume, desto geringer der Solarertrag über das Jahr. Ein Problem sind oft auch zu kleine nutzbare Dachflächen, weil mit Kaminen oder Dachfenstern nur wenig Platz übrig bleibt für Solarmodule oder wie bei Reihenhäusern nur sehr schmale Dachflächen überhaupt vorhanden sind.

Das Stichwort Reihenhaus führt zum nächsten Problem, das derzeit aber schon politisch auf der Agenda steht: Es ist baurechtlich nicht überall möglich, eine Luft-Wärmepumpe aufzustellen. Der außen liegende Teil der Anlage (siehe Abbildung 1) muss einen Mindestabstand zur Grundstücksgrenze einhalten, denn beim Betrieb kommt es hier zu Geräuschentwicklung. Bei einem schmalen Reihenhaus kann der Einsatz damit schon scheitern.

Abbildung 1: Außenteil einer Wärmepumpe

Kaum ein Problem: Dachausrichtung

Oft herrscht noch immer die Meinung vor, ein Dach müsse zur guten Solarnutzung optimal nach Süden ausgerichtet sein. In Abbildung 2 finden sich einige Beispiele für unterschiedliche Dachausrichtungen. Es zeigt sich: Eine Abweichung von der Südausrichtung reduziert die Sonnenstromernte meist nur um wenige Prozent im Jahr. Auch wird in letzter Zeit häufig gleichzeitig die Ost- und Westdachfläche eines Hauses mit Solarmodulen belegt. Das schmälert den Jahresertrag ebenfalls leicht, sorgt aber für eine gleichmäßigere Erzeugung des Stroms über den Tag hinweg. Dann kann auch eine Wärmepumpe über den Tag verteilt optimaler mit Solarstrom arbeiten. Inzwischen sieht man sogar gelegentlich Solarmodule auf flachen Norddächern. Das ist kein Versehen, sondern Kalkül, wenn das Süddach schon voll belegt ist. Zwar haben die Module auf der Nordseite weniger Jahresertrag, aber die Gesamtleistung der Anlage steigt damit an. Das kann bei großen Stromverbrauchern wie einem Elektroauto oder einer Wärmepumpe sinnvoll sein.

Abbildung 2:
Solarerträge bei verschiedener Dachausrichtung und -neigung
Dachausrichtung	Solar-Jahresertrag
Süddach mit 30 Grad Dachneigung	100%
Südwest-Dach mit 40 Grad Dachneigung	94%
Südost-Dach mit 20 Grad Dachneigung	93%
Ost- und Westdach mit 20 Grad Dachneigung	83%
Norddach mit 15 Grad Dachneigung	75%
Quelle: Jörg Sutter

Wichtig: realistische Einschätzung

Ein recht geringer Anteil an Solarstrom für die Wärmepumpe bleibt deshalb Realität, weil eine PV-Anlage ihren Schwerpunkt der Stromerzeugung im Sommer hat, die Wärmepumpe aber hauptsächlich im Winter zum Einsatz kommt. Die solarstrombetriebene Wärmepumpe kann deshalb im Sommer die komplette Versorgung mit Warmwasser übernehmen. Im Frühling und Herbst, wenn es sonnig, aber kalt ist, stellt die PV einen Teil des Wärmepumpenstroms bereit. Doch im Winter muss die Wärmepumpe größtenteils mit Netzstrom laufen, weil vom Dach kaum Solarstrom geerntet werden kann. Moderne Wärmepumpen können genauso wie ein Energiemanagementsystem ihre Arbeitsweise an die Sonne anpassen: Scheint diese, wird die Wärmepumpe zugeschaltet und nutzt den vorhandenen Strom vom Dach. Der Solarstromanteil für die Wärmepumpe liegt trotzdem über das ganze Jahr betrachtet oft „nur“ bei 20 bis 30 %. Zusätzliche 10 % können erreicht werden, wenn die Solaranlage mit einem Batteriespeicher ausgestattet ist.

Ich möchte das an dieser Stelle nicht schlechtreden: Mit 25 % vom Solardach und einem Ökostromanteil im Stromnetz von aktuell 50 % ist das eine weit ökologischere Heizung als jede fossile mit Öl oder Gas (Abbildung 3). Aber es darf eben nicht so getan werden, als könne die Solaranlage die Wärmepumpe vollständig versorgen. Hinzu kommt, dass sich der Ökostromanteil ja in den kommenden Jahren immer weiter verbessert, weil die erneuerbaren Energien weiter ausgebaut werden. Wer hier heute schon umweltfreundlich heizen möchte, der bestellt trotz der eigenen Solaranlage auch noch einen Ökostromtarif für seinen Hausverbrauch.

Lohnt sich das auch finanziell?

Die Wirtschaftlichkeit einer Solarstromanlage muss immer im Einzelfall untersucht werden, da können auch Energieberater fachlich weiterhelfen. Zu unterschiedlich sind die Dächer, die Anlagengrößen und auch die Angebotspreise. Der Staat hat hier vergangenen Dezember noch große Verbesserungen beschlossen: Zum einen wird seit 1. Januar auf Solarstromanlagen keine Umsatzsteuer mehr fällig. Zum anderen brauchen private Anlagenbetreiber nun auch keine Angst mehr vor dem Finanzamt zu haben: Die Erträge und Gewinne einer Solarstromanlage müssen nicht mehr angegeben oder versteuert werden. Und grundsätzlich ist Strom vom eigenen Dach deutlich günstiger als Bezugsstrom aus dem Netz, bei dem man vor teils deutlichen Preiserhöhungen nicht sicher ist. Das haben die vergangenen Monate deutlich gezeigt.

Noch ein weiterer Trick ist möglich, der jedoch zuvor mit dem zuständigen Stromnetzbetreiber abgeklärt werden muss: Eine PV-Anlage und eine Wärmepumpe lassen sich oftmals in einer sogenannten Kaskadenschaltung anschließen. Das bedeutet, dass einerseits der Stromverbrauch der Wärmepumpe genau gemessen werden, andererseits Solarstrom direkt in die Wärmepumpe fließen kann. Der finanzielle Vorteil: Für den Netzstrom, der für die Wärmepumpe genutzt wird, kann ein spezieller Wärmepumpentarif abgeschlossen werden, der etwas günstiger als der normale Haushaltsstrom ist.

Bei der Kaskadenschaltung werden zwei Zweirichtungszähler so in Reihe verbaut, dass die Wärmepumpe dazwischen angeschlossen wird. Damit kann dann überschüssiger Eigenstrom vom Dach von der Wärmepumpe genutzt werden. Gleichzeitig kann aber auch ihr genauer Strombezug gemessen werden. Das ist die Voraussetzung für die Nutzung eines vergünstigten Wärmepumpentarifs, der von zahlreichen Netzbetreibern angeboten wird und oft mehrere Cent pro Kilowattstunde günstiger ist als der übliche Haushaltsstrompreis.

Wirtschaftlich ist der Verbrauch des eigenen Stroms vom Dach sehr attraktiv: Solarstrom kostet – je nachdem, wie man es rechnet – zwischen 10 und 15 Ct/kWh gegenüber dem Haustarif von inzwischen 40 oder 45 Ct/kWh. Pauschale Aussagen sind schwer, da jedes PV-Projekt (und auch der Stromverbrauch) einzigartig ist. Doch für viele Betreiber kann sich die Installation von Solar und einer Wärmepumpe in Kaskadenschaltung in überschaubarer Zeit lohnen.

Insgesamt eine gute Sache

Die Kombination von Solarstrom und Wärmepumpe muss gut überlegt und geplant werden, hat dann aber meist viele Vorteile für den Nutzer und die Nutzerin: Günstiger erneuerbarer Strom kann auch für die Wärmeerzeugung genutzt werden. Und auch für die Allgemeinheit stellt sich ein Vorteil ein: Jede Kilowattstunde, die im eigenen Haushalt (auch mit einer Wärmepumpe) verbraucht wird, spart den Strom- oder Brennstofftransport und schont damit gleichzeitig die Stromnetze. So nutzt jede Kilowattstunde Solarstrom, die in der eigenen Wärmepumpe verwendet wird, nicht nur der Umwelt, sondern auch der Allgemeinheit.

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