Die Kombination einer Wärmepumpe mit einer Photovoltaikanlage kann dazu beitragen, den Energieverbrauch für die Beheizung von Einfamilienhäusern und anderen Gebäuden zu senken. Wärmepumpen verbrauchen weniger Strom als herkömmliche Systeme, während Photovoltaikanlagen das Sonnenlicht einfangen und in nutzbare Energie umwandeln. In diesem Artikel erfahren Sie alles über die Kosten, Vor- und Nachteile und erhalten nützliche Tipps zu diesem Thema.
Auf diese Fragen geht der Artikel ein:
- Wie funktioniert eine Wärmepumpe mit Photovoltaik?
- Vor- und Nachteile einer Wärmepumpe mit Photovoltaik
- Wärmepumpe mit Photovoltaik: Kosten
- Lohnt sich eine Wärmepumpe mit Photovoltaik?
- Welche Förderungen gibt es für Wärmepumpe mit Photovoltaik?
- Darauf sollten Sie bei der Planung und Kopplung einer Wärmepumpe mit Photovoltaik achten
- Kann eine Wärmepumpe vollständig mit Photovoltaik-Strom versorgt werden?
- Ist der Eigenverbrauch besser als ein Wärmepumpentarif?
- Alternative: Wärmepumpe mit Solarthermie
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Wie funktioniert eine Wärmepumpe mit Photovoltaik?
Eine Wärmepumpe mit Photovoltaik (PV) kombiniert die Nutzung von Solarenergie mit einer Wärmepumpe, um umweltfreundliche und kosteneffiziente Heizung und Warmwasserbereitung für Gebäude zu ermöglichen.
Der Prozess sieht im Detail so aus:
- Aufnahme der Sonnenenergie: Solarmodule auf dem Dach oder einer anderen geeigneten Fläche nehmen die Sonnenenergie auf. Diese Module bestehen aus Solarzellen, die Sonnenlicht in Gleichstrom (DC) umwandeln.
- Umwandlung in Wechselstrom: Der Gleichstrom, der von den Solarmodulen erzeugt wird, fließt zu einem Wechselrichter. Der Wechselrichter wandelt den Gleichstrom in Wechselstrom (AC) um, der für Haushaltsgeräte und die Wärmepumpe geeignet ist.
- Energieverteilung: Der Wechselstrom wird anschließend über den elektrischen Schaltkasten im Gebäude verteilt. Überschüssige Energie kann ins öffentliche Stromnetz eingespeist oder in einem Stromspeicher gespeichert werden, um später genutzt zu werden.
- Wärmepumpenbetrieb: Die Wärmepumpe nutzt die elektrische Energie aus der Photovoltaikanlage, um Wärme aus einer Wärmequelle zu extrahieren und sie auf ein höheres Temperaturniveau zu bringen. Wärmepumpen können Luft (Luftwärmepumpe), Wasser (Wasser-Wasser-Wärmepumpe) oder Erdwärme (Erdwärmepumpe) als Wärmequelle nutzen.
- Wärmeübertragung: Die Wärmepumpe besteht aus einem Verdampfer, einem Verdichter, einem Kondensator und einem Expansionsventil. Im Verdampfer wird das Kältemittel erhitzt und verdampft, indem es Wärme aus der Umgebung aufnimmt. Der Kompressor erhöht den Druck und die Temperatur des Kältemittels, bevor es zum Kondensator gelangt. Im Kondensator gibt das Kältemittel die Wärme an das Heizsystem ab und kondensiert dabei. Schließlich entspannt das Expansionsventil das Kältemittel, bevor es wieder in den Verdampfer zurückkehrt, und der Kreislauf beginnt von Neuem.
- Heizung und Warmwasserbereitung: Die von der Wärmepumpe erzeugte Wärme wird verwendet, um das Heizsystem (z.B. Fußbodenheizung, Heizkörper) oder den Warmwasserspeicher zu erwärmen.
Was sind die Vor- und Nachteile einer Wärmepumpe mit Photovoltaik?
Schauen wir uns die wichtigsten Vor- und Nachteile einer Wärmepumpe in Verbindung mit Photovoltaik an.
| Vorteile | Nachteile |
|---|---|
| Einsparung der Betriebskosten | zusätzliche Kosten für Anschaffung, Installation und Wartung |
| autonome Stromerzeugung | hoher Bedarf an Installationsfläche |
| keine CO₂-Emissionen | |
| staatliche Förderungen |
Die Kombination aus Wärmepumpe und Photovoltaik bietet eine effiziente Möglichkeit zur autonomen Erzeugung von Energie, Heizung und Warmwasser, ohne auf das öffentliche Netz angewiesen zu sein. Das Wärmepumpen-Photovoltaik-System ist außerdem umweltfreundlich, da es keine CO2-Emissionen erzeugt. Aber nicht nur der Umwelt wird etwas Gutes getan, denn durch diese Kombination lassen sich erhebliche Strom- und Heizkosteneinsparungen erzielen.
Ein Nachteil dieser Systemkombination sind die zusätzlichen Anschaffungs- und Installationskosten für die Photovoltaik zur Wärmepumpe. Diese Investitionskosten können jedoch durch staatliche Förderungen deutlich abgefedert werden. Da zwei Systeme instand gehalten werden müssen, fallen auch die Wartungskosten höher aus.
Zur Errichtung einer PV-Anlage muss zudem genügend Installationsfläche auf dem Dach oder im Garten vorhanden sein, was nicht immer gegeben ist.
Was sind die Kosten einer Wärmepumpe mit Photovoltaik?
Eine Wärmepumpe mit Photovoltaik kostet zwischen 30.000 und 50.000 €. So kann eine PV-Anlage für ein Einfamilienhaus inklusive Stromspeicher und Energiemanagementsystem zwischen 10.000 und 20.000 € kosten. Für eine Wärmepumpe zahlt man derzeit von 20.000 bis circa 30.000 €. Die Kosten hängen stark vom Wärmepumpentyp, von der Art der Solarmodule und vom Systemaufbau ab.
| Kostenstelle | Kosten |
|---|---|
| Wärmepumpe | 20.000 - 30.000 € |
| Photovoltaik | 10.000 - 20.000 € |
| Gesamt | 30.000 - 50.000 € |
Lohnt sich eine Wärmepumpe mit Photovoltaik?
Die Kombination von Wärmepumpe mit Photovoltaik lohnt sich in der Regel, wenn das Haus energieeffizient aufgebaut ist. Somit kann der Wärmebedarf so gering wie möglich gehalten werden. Generell ist das der Fall bei Neubauten und sanierten Altbauten, die durch ausreichende Wärmedämmung einen geringen Heizbedarf aufweisen.
Einsparung überschlägig selbst berechnen
Wärmepumpen sind im Vergleich zu mit fossilen Brennstoffen betriebenen Heizungsanlagen eine umwelt- und wirtschaftsfreundliche Alternative. Während die Preise für fossile Brennstoffe durch Emissionssteuern und begrenzte Ressourcen ständig steigen, beziehen Wärmepumpen einen Großteil ihrer Energie aus der Umwelt. Allerdings verbraucht die Wärmepumpe Strom, um die Umweltwärme in Wärmeenergie umzuwandeln.
Wenn Sie Ihren Strom direkt aus dem öffentlichen Netz beziehen, kostet er um die 36 Cent pro Kilowattstunde (Stand: 23.02.2023). Wenn Sie jedoch mittels PV-Anlage den Strom selbst erzeugen, dann kostet es Sie um die 10 Cent pro Kilowattstunde (kurz kWh). Durch diesen erheblichen Unterschied lassen sich die Betriebskosten einer Wärmepumpe mit Photovoltaik um bis zu 50 Prozent senken.
Sie können zwar nicht den gesamten jährlichen Strombedarf der Wärmepumpe mit dem PV-Strom decken, aber dennoch eine Menge Geld sparen. Schauen wir uns das genauer an.
Beispielrechnung für ein typisches Einfamilienhaus:
Eckdaten
- Jährlicher Heizwärmebedarf: 20.000 kWh
- Jährlicher Strombedarf Wärmepumpe: 5.000 kWh
- Gaspreis: 0,12 €/kWh
- Strompreis: 0,36 €/kWh
- PV-Strom: 0,10 €/kWh
Rechnung
- Heizkosten Gasheizung: 0,12 €/kWh x 20.000 kWh = 2.400 €
- Heizkosten Wärmepumpe mit Strompreis: 0,36 €/kWh x 5.000 kWh = 1.800 €
- Heizkosten Wärmepumpe bei 75% Strompreis + 25% PV-Strom: (0,36 €/kWh x 5.000 kWh x 0,75) + (0,10 €/kWh x 5.000 kWh x 0,25) = 1.350 € + 125 € = 1.475 €
Erzielte Einsparung in diesem Beispiel für den Betrieb einer Wärmepumpe mit Photovoltaik-Strom: 925 € im Jahr gegenüber der Gasheizung und 325 € im Jahr im Vergleich zu einer mit Netzstrom betriebenen Wärmepumpe.
Welche Förderungen gibt es für Wärmepumpe mit Photovoltaik?
Wenn Sie Ihr Einfamilienhaus mit einer Wärmepumpe und Photovoltaik nachrüsten, erhalten Sie vom Staat einen attraktiven Zuschuss. Als Alternative zur Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) können Hausbesitzer auch vom Steuerbonus für die Sanierung profitieren.
Sie können ebenfalls ein Darlehen von der Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) und regionale Zuschüsse für Photovoltaik erhalten.
Worauf sollten Sie bei der Planung und Kopplung einer Wärmepumpe mit Photovoltaik achten?
Bei der Kopplung von Photovoltaik und Wärmepumpen sollten einige wichtige Faktoren beachtet werden:
- Stellen Sie sicher, dass die Dimensionierung der Strom- und Wärmeerzeugung angemessen und komplementär ist.
- Um die Einsparungen zu optimieren, ist ein maximaler Eigenverbrauch der Solarzellen anzustreben. Dafür ist eine nicht verschattete Südausrichtung mit einer Modulneigung zwischen 10 und 40° je nach Ausrichtung optimal.
- Prüfen Sie außerdem, ob das Gebäude für die Beheizung durch eine Wärmepumpe geeignet ist - eine gute Isolierung und eine großflächige Wärmeverteilung sind empfehlenswert. Eine Kombination der Wärmepumpe mit einer Fußbodenheizung ist ideal.
Kann eine Wärmepumpe vollständig mit Photovoltaik-Strom versorgt werden?
Eine Wärmepumpe vollständig mit Photovoltaik-Strom zu betreiben, ist in Deutschland unmöglich. Die Erklärung dafür ist einfach: Die Wärmepumpe arbeitet in den Wintermonaten am intensivsten und verbraucht dann den meisten Strom. Eine Photovoltaikanlage erzeugt allerdings den Großteil der Solarenergie in den Sommermonaten. Im Winter reicht ihre Leistung nicht aus, um die Wärmepumpe dauerhaft mit Solarstrom zu versorgen.
Für Einfamilienhäuser können die jährlichen Betriebskosten einer Wärmepumpe durch die Kombination mit Photovoltaik um 30 bis 50 Prozent gesenkt werden.
Ist der Eigenverbrauch besser als ein Wärmepumpentarif?
Hauseigentümer müssen entscheiden, ob sie für den Betrieb ihrer Wärmepumpe einen Wärmepumpentarif nehmen oder sich für einen höheren Eigenverbrauch des PV-Stroms entscheiden. Beim Eigenverbrauch wird möglichst viel Sonnenenergie genutzt und die offenen Bedarfswerte mit Haushaltsstrom aus der Steckdose ausgeglichen. Eine andere Möglichkeit ist der Bezug von günstigem Wärmepumpenstrom, der den Eigenverbrauch in der Regel ausschließt. Eine individuelle Berechnung wird zeigen, welche Lösung die besten Einsparungen bringt.
In der Regel ist es empfehlenswert, den Strom für den Eigenverbrauch zu nutzen.
Ursprünglich war die Photovoltaik aufgrund der hohen staatlichen Vergütung für die Einspeisung von Solarstrom in die öffentlichen Netze wirtschaftlich rentabel. Die Einspeisevergütung lag anfangs bei über 50 Cent pro Kilowattstunde und ist inzwischen seit dem Jahr 2021 auf 7 Cent gesunken.
Solarstrom selbst zu nutzen, statt ihn zu verkaufen, ist derzeit eine lohnende Option. Durch die Ergänzung Ihrer Photovoltaikanlage mit einem Stromverbraucher wie einer Wärmepumpe können Sie Ihren Photovoltaik-Eigenverbrauch deutlich steigern und Ihre Photovoltaikanlage lukrativer machen.
Was ist die Alternative zur Wärmepumpe mit einer PV-Anlage?
Solarthermie ist eine weitere Möglichkeit, die Sonnenenergie zu nutzen. Dabei wird die thermische Energie der Sonne durch Solarkollektoren aufgenommen, konzentriert und durch Erhitzung eines Übertragungsmediums der Wärmepumpe zur Verfügung gestellt oder in einem Pufferspeicher gespeichert. Je nach System kann dies zur Warmwasseraufbereitung oder zur Unterstützung eines Heizungssystems genutzt werden.
Diese Alternative ist zwar günstiger in der Anschaffung, erreicht jedoch nicht die gleiche Effizienz und Einsparung der Betriebskosten wie die Kombination einer Wärmepumpe mit Photovoltaik.
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