Wärmepumpe mit Solarthermie: Vor- und Nachteile & Kosten (2024)

Wärmepumpen sind in den letzten Jahren aufgrund ihrer niedrigen Betriebskosten immer beliebter geworden. In Verbindung mit Solarthermie wird die bereits hohe Effizienz einer Wärmepumpe noch gesteigert, indem die Sonnenenergie zur Erzeugung zusätzlicher Wärme genutzt wird. Dieser Artikel befasst sich mit den Möglichkeiten der Kombination von Solarthermie und Wärmepumpe, mit den Kosten sowie den Vor- und Nachteilen.

Und auf diese Punkte geht der Artikel ein:

• Vor- und Nachteile einer Solar-Wärmepumpe
• Wie funktioniert eine Wärmepumpe mit Solarthermie?
• Nutzungsmöglichkeiten von Solarthermie mit einer Wärmepumpe
• Welche Wärmepumpentypen können mit Solarthermie kombiniert werden?
• Wann ist die Kombination von Wärmepumpe mit Solarthermie sinnvoll?
• Kosten einer Wärmepumpe mit Solarthermie

Vor- und Nachteile einer Solar-Wärmepumpe

Die Kombination von Wärmepumpe und Solarthermie hat einige Vor- und Nachteile.

Vorteile:

1. Erhöhte Energieeffizienz: Die Kombination von Solarthermie und Wärmepumpe ermöglicht eine bessere Ausnutzung der erneuerbaren Energiequellen und erhöht die Energieeffizienz des gesamten Systems.
2. Reduzierte Betriebskosten: Da die Solarthermieanlage die Wärmepumpe entlastet und direkt Wärme für Heizung und Warmwasser bereitstellt, werden die Betriebskosten gesenkt.
3. Umweltfreundlich: Die Nutzung von Solarenergie und Wärmepumpentechnologie reduziert den Verbrauch fossiler Brennstoffe und die damit verbundenen CO₂-Emissionen, was zu einer umweltfreundlicheren Heiz- und Warmwasserlösung führt.
4. Flexibilität: Die Kombination von Solarthermie und Wärmepumpe kann an verschiedene Gebäudetypen und -größen angepasst werden, und es ist möglich, die Systeme im Laufe der Zeit zu erweitern oder zu ändern.

Nachteile:

1. Hohe Anfangsinvestition: Die Kombination von Wärmepumpe und Solarthermie erfordert eine höhere Anfangsinvestition im Vergleich zu herkömmlichen Heizsystemen. Allerdings können die langfristigen Einsparungen bei den Betriebskosten und die finanziellen Anreize diese Investition rechtfertigen.
2. Platzbedarf: Sowohl Solarthermieanlagen als auch Wärmepumpen benötigen Platz. Solarkollektoren müssen auf dem Dach oder einer anderen geeigneten Fläche installiert werden, während Wärmepumpen Platz im Gebäude oder im Außenbereich benötigen.
3. Wetterabhängigkeit: Die Leistung der Solarthermieanlage hängt von der Sonneneinstrahlung ab. In weniger sonnigen Regionen oder während der Wintermonate kann die Effizienz der Solarthermieanlage abnehmen, sodass die Wärmepumpe stärker beansprucht wird.
4. Komplexität: Die Kombination von Solarthermie und Wärmepumpe ist komplexer als ein einfaches Heizsystem und erfordert daher eine sorgfältige Planung und Installation sowie gegebenenfalls mehr Wartung.

Trotz der genannten Nachteile bietet die Kombination von Wärmepumpe und Solarthermie langfristige Vorteile in Bezug auf Energieeffizienz, Umweltverträglichkeit und Kosteneinsparungen.

Wie funktioniert eine Wärmepumpe mit Solarthermie?

Eine Wärmepumpe mit Solarthermie kombiniert die Nutzung von Sonnenenergie in Form von Wärme mit einer Wärmepumpe, um umweltfreundliche und effiziente Heizung und Warmwasserbereitung für Gebäude zu ermöglichen. 

Die Funktionsweise kann so zusammengefasst werden: 

Solarkollektoren absorbieren Sonnenlicht und erwärmen ein Wärmeträgerfluid, das seine Wärme über einen Wärmetauscher an einen Pufferspeicher oder Warmwasserspeicher abgibt. Die Solarthermieanlage hat Vorrang und liefert direkt Wärme für Heizung und Warmwasser. Wenn die Solarthermieanlage nicht genügend Wärme bereitstellt, schaltet sich die Wärmepumpe ein, um die Temperatur des Heizungswassers oder des Warmwassers auf das erforderliche Niveau zu bringen. Ein Steuerungssystem überwacht und regelt den Betrieb beider Systeme, um eine optimale Nutzung der erneuerbaren Energien und eine effiziente Leistung sicherzustellen.

So eine "Solar-Wärmepumpe" aus Wärmepumpe und Solarthermie kann auf zwei Weisen kombiniert werden. Entweder durch eine direkte oder indirekte Einbindung der Solarthermie.

• Direkte Einbindung: Bei der direkten Einbindung wird die Solarthermieanlage direkt mit der Wärmepumpe verbunden. Das Wärmeträgerfluid aus den Solarkollektoren wird in den Verdampfer der Wärmepumpe geleitet, um die Wärme direkt an das Kältemittel zu übertragen. Durch diesen Prozess kann die Wärmepumpe die von der Solarthermieanlage erzeugte Wärme effizient nutzen, um das Temperaturniveau des Heizungswassers oder des Warmwassers zu erhöhen.
• Indirekte Einbindung: Bei der indirekten Einbindung wird die Wärme der Solarthermieanlage über einen Wärmetauscher an einen Pufferspeicher oder Warmwasserspeicher abgegeben. Die Wärmepumpe ist an den Speicher angeschlossen und nutzt die gespeicherte Wärme, um das Temperaturniveau des Heizungswassers oder des Warmwassers bei Bedarf zu erhöhen. Die Solarthermieanlage und die Wärmepumpe arbeiten in diesem Fall getrennt, jedoch über den gemeinsamen Speicher miteinander verbunden.

Beide Methoden ermöglichen eine effiziente Nutzung der erneuerbaren Energien, um umweltfreundliche und kosteneffiziente Heizung und Warmwasserbereitung zu gewährleisten.

Tipp 1: Der Unterschied zwischen der Temperatur einer Energiequelle und des Heizungswassers ist entscheidend für die Effizienz einer Heizungsanlage. Eine geringere Temperaturschwankung bedeutet weniger Energieverbrauch und niedrigere Heizkosten. Experten schätzen, dass eine Verringerung der Temperaturabweichung um 1 °C die Leistungszahl (auch COP-Wert) eines Wärmepumpen-Heizsystems um 2,5 Prozent verbessert.

Tipp 2: Wärmepumpen, Solarthermie und Photovoltaik arbeiten besonders gut zusammen. Die Solarwärme reduziert den Stromverbrauch, während der Solarstrom den größten Teil der verbleibenden Kosten deckt. Dieses hybride Heizsystem ist eine effiziente, nachhaltige und wirtschaftliche Lösung. 

Nutzungsmöglichkeiten von Solarthermie mit einer Wärmepumpe

Wenn Sie beide Systeme zusammen nutzen, können Sie die Vorteile der Solarthermie während der Tageslichtstunden und der Wärmepumpe zu anderen Zeiten nutzen. Diese Kombination ermöglicht eine höhere Effizienz und Kosteneinsparungen, da die beiden Systeme im Tandem arbeiten. Außerdem können Sie je nach Bedingungen oder Bedarf problemlos zwischen beiden Systemen wechseln. 

Wärmespeicherung mit Pufferspeicher

Solarthermische Energie erzeugt Wärme, wenn Sonnenlicht vorhanden ist. Diese Energie kann jedoch nicht immer sofort genutzt werden. Um sie jedoch nicht zu verschwenden, sollte ein Pufferspeicher eingesetzt werden. Hier gibt es zwei Varianten zur Anwendung des Pufferspeichers:

• Heizungsunterstützung: Solarkollektoren nehmen die Sonnenwärme auf und speisen diese in den Pufferspeicher ein. Wenn die Sonne nicht stark genug scheint, wird die Wärmepumpe zur Erwärmung des Speichers zugeschaltet. Dies ermöglicht eine Energieeinsparung um die 20 bis 30 Prozent und erhöht gleichzeitig die Effizienz sowie die Wirtschaftlichkeit der Wärmepumpe. Für den optimalen und hocheffizienten Betrieb ist ein hybrides Heizungssteuerungssystem erforderlich, um die Kommunikation zwischen der Wärmepumpe und dem Solarthermiesystem zu gewährleisten.
• Warmwasserbereitung: Bei dieser Lösung wird eine kleine Solaranlage zur Erwärmung des Pufferspeichers eingesetzt, wobei eine Heizungs- oder Warmwasser-Wärmepumpe als Backup dient. Im Vergleich zu anderen Lösungen ist diese Option kostengünstiger und nimmt weniger Platz in Anspruch, sodass sie leicht zu realisieren ist. Die Solaranlage deckt im Durchschnitt 60 Prozent des jährlichen Warmwasserbedarfs und entlastet die Heizungsanlage, da sie mit niedrigeren Vorlauftemperaturen arbeiten und über längere Zeiträume abgeschaltet bleiben kann.

Betriebsoptimierung von Wärmepumpen-Heizungsanlagen

Um die Wärmeaufnahme einer Energiequelle zu begünstigen, kann die Solarthermie direkt in den Primärkreislauf einer Wärmepumpe verbunden werden. Dafür wird die Solarthermie dem Kältemittelkreislauf vorgeschaltet. Aufgrund der niedrigen Temperaturanforderungen sind in diesem Fall billigere und einfach konstruierte Solar-Luftabsorber ausreichend.

Welche Wärmepumpentypen können mit Solarthermie kombiniert werden? 

Grundsätzlich kann jede Wärmepumpen-Art mit einer Solarthermie-Anlage kombinieren werden, was allerdings nicht bei allen Typen sinnvoll ist:

• Erdwärmepumpe mit Solarthermie und Erdwärmetauscher: Erdwärmepumpen leiten ein Wasser-Glykol-Gemisch durch Rohrleitungen im Erdreich. Dieses Übertragungsmedium nimmt Erdwärme auf und strömt mit höheren Temperaturen zum Verdampfer, wo es die Wärme an den Kältemittelkreislauf übergibt. Platzieren Sie nach dem Erdwärmetauscher wie Erdkollektoren oder Erdwärmekörbe einen mit dem Wasser-Glykol-Gemisch gefüllten Speicher, lässt sich dieser mit Solar-Luftabsorbern aufheizen. Der Verdampfer einer Wärmepumpe bekommt somit höhere Temperatur, wodurch weniger Strom verbraucht wird und die Effizienz der Anlage steigt.
• Erdwärmepumpe mit Solarthermie im Erdreich: Es besteht die Möglichkeit, die Sonnenwärme direkt an das Erdreich zu übertragen, was die Effizienz einer Erdwärmeheizung erheblich erhöht. Durch eine Isolierung um die Solarpaneele herum kann die Sommerwärme gespeichert werden, was im Winter zu einer besseren Wirtschaftlichkeit führt. Je nach Situation ist es möglich, die Solarwärme entweder in einen Pufferspeicher (Sekundärkreislauf) oder in das Erdreich (Primärkreislauf) einzuspeisen. Letzteres ist immer dann der Fall, wenn der Pufferspeicher im Haus bereits vollkommen erwärmt ist.
• Luft-Wasser-Wärmepumpe mit Solarthermie: Wenn Sie sowohl eine Luftwärmepumpe als auch Solarthermie nutzen wollen, kann letztere in den Verdampfer integriert werden. Die Sonnenwärme hilft bei der Verdampfung des Kältemittels mit der Außenluft und erhöht die Temperatur der Umgebungswärme. Dadurch werden die Temperaturschwankungen verringert, was letztlich zu einem geringeren Stromverbrauch führt.
• Wärmepumpe mit Solarthermie und Eisspeicher: Sie können auch die Solarthermie mit einer Eisheizung kombinieren. Bei dieser Heizungsanlage ist ein Eisspeicher im Erdreich untergebracht, der mit Wasser-Glykol-Gemisch gefüllt ist. Wenn die Wärmepumpe ihm Energie entzieht, friert das Wasser und setzt Kristallisationsenergie frei. Um den Tank wieder aufzuladen, schmilzt die Solarthermie-Anlage über den Sommer das Eis. Dazu werden in der Regel Solar-Luftabsorber eingesetzt.

Wann ist die Kombination von Wärmepumpe mit Solarthermie sinnvoll?

Die Kombination einer Wärmepumpe mit einer Solarthermie-Anlage kann für energieeffiziente Gebäude mit ausreichend Dämmung und geringem Wärmebedarf sowie einer Flächenheizung wie einer Fußbodenheizung von großem Vorteil sein. In anderen Fällen ist sie jedoch nicht praktikabel bzw. kosteneffizient. Zum Beispiel bei älteren Einfamilienhäusern, die nicht oder nur wenig renoviert wurden, kann dieses kombinierte Heizsystem nicht effektiv eingesetzt werden.

-> Erfahren Sie mehr: Wärmepumpe mit Fußbodenheizung: das perfekte Duo?

Kosten einer Wärmepumpe mit Solarthermie 

Eine Wärmepumpe mit Solarthermie kann zwischen 35.000 und 65.000 € kosten. Die Kosten sind stark vom Wärmepumpentypen, von der Solarpaneelen-Art und vom Systemaufbau abhängig. So kann eine Solarthermie für ein Einfamilienhaus inklusive Pufferspeicher zwischen 5.000 und 15.000 € kosten. Die Kosten für eine Wärmepumpe belaufen sich auf 30.000 bis circa 50.000 €.

Zur besseren Übersicht:

Förderungen für Solar-Wärmepumpen

Wer sich für den Einbau einer Solarwärmepumpe als Heizungsanlage entscheidet, kann bis zu 40 Prozent Zuschuss aus der Bundesförderung für effizientes Bauen (BEG) erhalten. Dieser Zuschuss wird im Rahmen der BAFA-Förderung gewährt und besteht aus einem Grundzuschuss von 25 Prozent. Dazu kommt ein zusätzlicher Umstellungsbonus von 10 Prozentpunkten, wenn Sie eine alte Öl- oder Gasheizung ersetzen. Und noch zusätzliche fünf Prozentpunkte, wenn die neue Wärmepumpe Erd- oder Wasserenergieträger nutzt. Diese Zuschüsse werden von der BEG gewährt, um den Verbraucher zu ermutigen, auf effizientere und umweltfreundlichere Formen der Hausheizung umzusteigen.

Alternative: Wärmepumpe mit Photovoltaik nutzen

Die Photovoltaikanlage ist eine Alternative zur Solarthermie-Anlage, da die Sonnenenergie zur Strom- statt zur Wärmeerzeugung genutzt wird. In Kombination mit einer Wärmepumpe kann die Photovoltaikanlage einen Großteil des Stromverbrauchs decken und gleichzeitig die Effizienz der Wärmepumpenheizung erhöhen. Sie kann auch mit einer solarthermischen Anlage kombiniert werden und ist dann nahezu autark. Weitere Möglichkeiten stellt die Kombination der Wärmepumpe mit Hybridmodulen dar, die mithilfe der Sonnenenergie gleichzeitig Wärme und Strom erzeugen.

-> Erfahren Sie mehr: Wärmepumpe mit Photovoltaik kombinieren

Fazit

Wärmepumpen in Kombination mit Solarthermie sind sowohl im Wohn- als auch im Gewerbebereich eine hervorragende Systemlösung zur Energieeinsparung und zur Verringerung der Umweltbelastung darzustellen. 

Wägen Sie vor dem Kauf die Möglichkeiten, Kosten, Vor- und Nachteile ab. Im Hinblick auf die Kosteneffizienz und die langfristige Investitionsrendite ist nicht zu leugnen, dass diese Kombinationssysteme für jeden Hauseigentümer eine kluge Entscheidung sein können.

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