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Bündnis aus drei Talenten

Die Verknüpfung von Wärmepumpe, Photovoltaik und Stromspeicher verspricht eine tragfähige Lösung für heute und die Zukunft zu sein

Elektrische Wärmepumpen, hier eine Luft/Wasser-Wärmepumpe in Split-Bauweise, werden beim Energielabel von A++ bis G eingestuft. Bild: Buderus

Während die Absatzzahlen bei erdgekoppelten Wärmepumpen sich bei jährlich rund 20 000 Stück einpendelten, verkauften sich Luft/Wasser-Wärmepumpen immer besser. Bild: Buderus/Daten: BWP

Wärmepumpen gibt es in unterschiedlichsten Bauweisen und für unterschiedlichste Wärmequellen. Sie alle haben eines gemeinsam: Sie liegen in der Gunst der Endgebraucher. Bild: Buderus

Der Wärmepumpenbestand nahm in den letzten Jahren stetig zu. 2017 waren bereits rund 80 0000 Wärmepumpen in Deutschland installiert. Bild: Buderus/Daten: BWP

Eine Luft/Wasser-Wärmepumpe. Häufig handelt es sich um eine Split-Bauweise: Ein Element steht draußen, das andere innerhalb des Gebäudes. Bild: Buderus

Ein Neubau mit Fußbodenheizung eignet sich ideal zur Installation einer Wärmepumpe. Bild: Buderus

Wird eine Luft/Wasser-Wärmepumpe mit Photovoltaik-Strom betrieben, lassen sich Einsparungen am Energieverbrauch realisieren. Bild: Buderus/Solarwatt

Größtmögliche Unabhängigkeit von der Strompreisentwicklung und niedrigste Energieverbrauchskosten: System aus Wärmepumpe, PV-Anlageund Stromspeicher. Bild: Buderus/Solarwatt

Tabelle: Investitions- und Verbrauchskosten in einem EFH-Neubau. Bilder: Buderus/Solarwatt

 

Gegenüberstellung der einzelnen Kostenarten über einen Zeitraum von 20 Jahren. Mit der Variante 3 (WP + PV + Stromspeicher) wird die größte Unabhängigkeit von fossilen Brennstoffen und steigenden Strompreisen erreicht. Bild: Buderus

 

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. Kombiniert mit PV-Anlage und Stromspeicher lassen sich die Energiekosten noch weiter senken.

In mehr als 40 % der Neubauten von 2017 wird eine elektrische Wärmepumpe eingebaut, so der Bundesverband Wärmepumpe (BWP). Wesentliche Gründe sind die dort sehr guten Voraussetzungen durch Niedertemperatur-Flächenheizungen – und dass sich die Vorgaben des Erneuerbare-Energien-Wärmegesetzes (EEWärmeG) sowie die Anforderungen der Ener­gieeinsparverordnung (EnEV) einfach erfüllen lassen. 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 automatisch 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 KfW40-Grenzwert nicht nur einhalten, sondern sogar unterschreiten.Bei vielen Wärmepumpensystemen spielt die Eigenstromnutzung aus einer Photovoltaikanlage eine wesentliche Rolle. Denn die Vergütung für eingespeisten Strom ist rückläufig; und die ersten geförderten Photovoltaikanlagen laufen bis Ende 2020 aus der Einspeisevergütung. Auch deshalb verwenden viele Haus­eigentümer den selbst erzeugten Strom für den Betrieb ihrer Wärmepumpe. Das rechnet sich: Mit einer Warmwasser-Wärmepumpe lassen sich beispielsweise bis zu 65 % des Warmwasserbedarfs im Haushalt mit Eigenstrom decken1). Für die ressourcenschonende Wärmepumpentechnik spricht darüber hinaus das Energielabel, das im Zuge der Ökodesign-Richtlinie seit September 2015 europaweit für Wärmeerzeuger bis 70 kW vorgeschrieben ist. Elektrische Wärmepumpen werden bei dieser Kennzeichnung von A++ bis G in den oberen Labelklassen eingestuft, innerhalb einer Verbundanlage auch bis A+++.

78 000 Wärmepumpen im Jahr 2017

Von den Heizungswärmepumpen wurden laut Bundesverband Wärmepumpe (BWP) im Jahr 2017 rund 78 000 Stück verkauft. Die Marktanteile zwischen erdgekoppelten Wärmepumpen und Luft/Wasser-Wärmepumpen veränderten sich gegenüber dem Vorjahr kaum: Luft/Wasser-Wärmepumpen machten mit rund 71 % den Großteil des Wärmepumpen-Absatzes aus (Vorjahr: 69 %). Erd-Wärmepumpen und sonstige liegen somit bei 29 % (2016: 31 %). Insgesamt sind in Deutschland nun rund 800 000 Heizungswärmepumpen installiert.

Kombinieren für noch niedrigere Energiekosten

Wird eine Wärmepumpe installiert, lohnt es sich, über die Einbindung weiterer Komponenten nachzudenken, um die Energiekosten weiter zu senken: eine Photovoltaikanlage zur regenerativen Stromerzeugung und gegebenenfalls zusätzlich einen Stromspeicher. Um einen Überblick über Investitions- und Verbrauchskosten zu erhalten, werden in einer Vergleichsrechnung im Folgenden drei Varianten gegenübergestellt:

  • Wärmepumpe,
  • Wärmepumpe + Photovoltaikanlage,
  • Wärmepumpe + Photovoltaikanlage + Stromspeicher.

Bei allen Varianten ist eine kontrollierte Wohnraumlüftung enthalten, um einen ausreichenden Luftwechsel zu gewährleis­ten. Basis für den Vergleich ist ein 179 m2 großer Neubau mit Fußbodenheizung und einem Heizwärmebedarf von 35 kWh/(m2 · a). Der Endenergiebedarf für Raumheizung, Warmwasser und Haushaltsstrom liegt bei 5493 kWh/a. Zudem liegen der Berechnung eine Strompreissteigerung von 4 % sowie eine Zinssteigerung von 1 % über einen Zeitraum von 20 Jahren zugrunde.

Variante 1 für geringste Investitionskosten

Bereits die Basisversion, bei der der Strom für den Betrieb einer Luft/Wasser-Wärmepumpe ausschließlich von einem Stromversorger aus dem öffentlichen Stromnetz bezogen wird, stellt eine wirtschaftliche und ökologische Lösung dar. Bei einer Investitionssumme von 28 230 Euro – zusammengesetzt aus 18 180 Euro für eine Luft/Wasser-Wärmepumpe mit integriertem 190-l-Warmwasserspeicher2) und 10 050 Euro für eine Kontrollierte Wohnungslüftung – liegen die jährlichen Energieverbrauchskosten für Heizung, Warmwasser und Haushaltsstrom bei 1763 Euro.

Variante 2 als wirtschaftlichere Lösung

Selbstgenutzter Eigenstrom ist der preiswerteste, weshalb es sich anbietet, eine Photovoltaikanlage zu installieren, um mit dem erzeugten Strom die Wärmepumpe zu betreiben. Die Kosten für zugekauften Strom liegen bei etwa 29,2 ct/kWh (durchschnittlicher Strompreis für Haushaltskunden in Deutschland). Die Stromerzeugungskosten einer PV-Anlage für ein Einfamilienhaus können mit 10 bis 13 ct/kWh angesetzt werden – das heißt: Von der PV-Anlage erzeugter und selbst genutzter Strom kann die Energiekosten zurzeit um bis zu 19 ct/kWh reduzieren. Weil die Vergütungssätze für Solarstrom aktuell deutlich unter den durchschnittlichen Strompreisen für Haushalte liegen, gewinnt die Eigennutzung zunehmend an Bedeutung. Im Berechnungsbeispiel ergänzt eine PV-Anlage mit einer Leistung von ca. 5 kWp die Wärmepumpe und erzeugt jährlich etwa 4950 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 inklusive Förderung um rund 27 % höhere Investition im Vergleich zur ersten Variante lohnt sich. Denn wer zusätzlich eine Photovoltaikanlage installieren lässt, senkt die Energieverbrauchskosten deutlich – im Vergleich zu Variante 1 (ausschließlich Wärmepumpe) um 50 % auf nur noch 891 Euro. Bei den Gesamtkosten für 20 Jahre lassen sich so in Summe mehr als 8000 Euro sparen.

Variante 3 für größte Unabhängigkeit

Größtmögliche Unabhängigkeit von der Strompreisentwicklung bietet eine Lösung, zu der außer der Wärmepumpe und der PV-Anlage auch ein Stromspeicher gehört. Damit 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. Eine weitere Möglichkeit, um zusätzlichen PV-Strom zu speichern, bietet die „SG Ready“-Funktion, mit der Hersteller manche Wärmepumpen ausrüsten. In diesem Fall sendet die Photovoltaikanlage ein Signal an die Wärmepumpe, den Warmwasserspeicher/Pufferspeicher auf höhere Temperaturen aufzuheizen. Durch das Umwandeln von elektrischer in thermische Energie erhöht sich die Kapazität der gespeicherten Energie, die dann für die Trinkwassererwärmung oder die Raumheizung genutzt wird. Betreiber einer derartig vernetzten Anlage machen sich unabhängiger vom Energiebezug aus dem öffentlichen Stromnetz sowie von fossilen Brennstoffen. Wärmepumpe, PV-Anlage und Stromspeicher sind somit eine Investition in die Zukunft, womit Hauseigentümer im hier betrachteten Beispiel bis zu 55 % des Strombedarfs selbst erzeugen können. 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 rund 12 600 Euro Mehrinvestition spart man knapp 23 500 Euro Energieverbrauchskosten, unterm Strich werden in 20 Jahren somit mehr als 8000 Euro gespart. Übrigens ist ein System, wie in Variante 3 beschrieben, die Basis für ein KfW-Effizienzhaus 40 Plus.

Fazit

Anlagenbetreiber und Hauseigentümer sind mit einer Wärmepumpe auf der sicheren Seite. Fachgerecht installiert, lassen sich mit der Umweltwärme die Energieverbrauchskosten deutlich senken. Diese können noch weiter reduziert werden, wenn das Heizsystem um sinnvolle Komponenten wie eine Photovoltaikanlage und einen Stromspeicher ergänzt wird. Während bei einer Wärmepumpe als alleinigem Wärmeerzeuger im 179-m2-Neubau jährlich 1763 Euro anfallen, sind es nur noch 891 Euro, wenn eine Photovoltaikanlage selbst erzeugten Strom für den Wärmepumpenbetrieb liefert. Wird darüber hinaus ein Stromspeicher eingebunden, zahlt der Endverbraucher lediglich 590 Euro im Jahr für Heizung, Strom und Warmwasser. Die zunächst höheren Investitionskos­ten im Vergleich zu konventionellen Wärmeerzeugern wie Gas- oder Öl-Brennwertkessel werden kompensiert durch niedrige Energieverbrauchskosten. Bei modernen Wärmepumpen, zum Beispiel in Verbindung mit einem größeren Pufferspeicher, kann der Fachhandwerker zudem flexibel weitere regenerative Energien, etwa über einen Kaminofen, ins System integrieren.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 Stromspeicher auch nachträglich und mit einer genau ausgelegten Kapazität in einer bestehenden Anlage ergänzen. Diese Flexibilität wird viele Anwendungsfälle finden und dadurch preisregulierend wirken. Mit diesen Vorteilen wird der Einsatz auch im privaten Bereich attraktiv, sodass künftig der Stromspeicher bei der Gesamtkostenbetrachtung durchaus besser abschneiden wird als zum heutigen Zeitpunkt.

Autoren: Wolfgang Diebel, Leiter Sales Technical Support and Training, Buderus DeutschlandHans-Jörg Risse, Produktmanager Sales Technical Support Wärme- und Kälteerzeuger, Buderus Deutschland

1) Berechnungsbeispiel anhand der „Logatherm WPT 250“ und der „WPT 270.3“ von Buderus.

2) Modellrechnung bei der Buderus-Wärmepumpe „Logatherm WLW196i ART190“. Sie eignet sich zur Gebäudeheizung, für die Warmwassererwärmung und zur Kühlung in Ein- und kleinen Mehrfamilienhäusern. Der COP (Coefficient of Performance) liegt bei 4,29 bei A2/W35.

 


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