Polykristalline Solarmodule
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Vor allem in Neubauten wird immer häufiger eine Wärmepumpe als Heizsystem installiert. Die werden meist mit Strom betrieben – trotzdem sind sie rentabler als normale Elektroheizungen. Aber woran liegt das? Und wie die Solar Wärmepumpe die Ökobilanz aufbessern? Das klären wir in diesem Artikel.
Die Funktion einer Wärmepumpe
Die Wärmepumpe bereitet Umweltwärme so auf, dass sie als Raumwärme bzw. zur Warmwasserbereitung genutzt werden kann. Dafür arbeitet sie mit dem Prinzip der Verdichtung. Das läuft folgendermaßen ab: Wärmeenergie wird aus der Umgebung gezogen, also zum Beispiel aus dem Erdreich oder der Luft. Diese Wärme wird auf ein Kältemittel übertragen, welches dadurch verdampft. Der Kältemitteldampf wird verdichtet, wodurch die Temperatur des Dampfes steigt. Für den Verdichtungsprozess wird zusätzliche Energie benötigt, die meist in Form von Strom bereitgestellt wird. Der warme Dampf wird anschließend in einen Wärmetauscher geleitet, wo die Wärme zum Beispiel auf das Heizwasser übertragen wird. Ist der Dampf abgekühlt, wird er schließlich durch ein Entspannungsventil geleitet und wieder dem Kreislauf zugeführt.
Die Wärmepumpen-Arten
Grundsätzlich nutzen Wärmepumpen Umgebungsenergie. Woher diese stammt, kann aber unterschiedlich sein:
Die Sole-Wasser-Wärmepumpe
Die Sole-Wasser-Wärmepumpe bezieht Energie aus dem Erdreich. Dafür gibt es zwei Möglichkeiten:
- Erdkollektoren: Die Erdkollektoren werden horizontal in die Erdoberfläche eingelassen. Die Sole wird dann hindurchgeleitet und nimmt dabei Energie auf, die in der Wärmepumpe aufbereitet werden kann.
- Erdsonden: Erdsonden werden vertikal bis zu 100 Meter in den Boden eingelassen. Sie weniger groß sind als Erdkollektoren.
Die Sole-Wasser-Wärmepumpe kann bei hohen Temperaturen auch zum Kühlen verwendet werden. Der Wärmefluss erfolgt dann einfach umgekehrt, also vom Wohnraum in das Erdreich.
Die Luft-Wasser-Wärmepumpe
Die Luft-Wasser-Wärmepumpe zieht die benötigte Energie aus der Umgebungsluft. Das funktioniert auch bei Minusgraden, denn: thermische Energie ist bis zum absoluten Nullpunkt von -273,15 Grad Celsius immer vorhanden.
Die Wasser-Wasser-Wärmepumpe
Die Wasser-Wasser-Wärmepumpe nutzt die Energie des Grundwassers. Dort bleibt die Temperatur konstant über 10 Grad und liefert damit optimale Voraussetzungen für die Nutzung der Wärmepumpe. Da für den Betrieb der Wasser-Wärmepumpe aber viele Faktoren beachtet werden müssen, wie zum Beispiel die Wassermenge und der Wasserschutz, ist mit der Installation vergleichsweise viel Aufwand verbunden.
Wärmepumpe Pro und Contra
Die Vorteile
- Effizienz: Wärmepumpen benötigen für den Betrieb zwar Zusatzenergie, können diese aber sehr effizient einsetzen. Mit einer Kilowattstunde elektrischer Energie können beispielsweise bis zu 5 Kilowattstunden Wärmeenergie zur Verfügung gestellt werden.
- Betriebskosten: Auch wenn die Wärmepumpe vergleichsweise teuren Strom nutzt, sinken die Kosten durch die Wärmepumpe in der Regel. Denn aufgrund der hohen Effizienz wird insgesamt wesentlich weniger Energie verbraucht.
- Haltbarkeit & Wartung: Wärmepumpen kommen anderen Heizsystem in Sachen Haltbarkeit in Nichts nach, sind dafür aber wesentlich wartungsärmer. Bis zu 30 Jahre können sie genutzt werden, ohne dass Verschleiß oder Leistungsverlust eingeplant werden muss.
- Umweltfreundlichkeit: Wärmepumpen selbst stoßen keine Emissionen aus und zählen daher zu den besonders umweltfreundlichen Heizsystemen.
Die Nachteile
- Investitionskosten: Die Anschaffung einer Wärmepumpe bedeutet langfristig zwar geringere Heizkosten, aber auch eine vorangehende Investition. Die ist im Vergleich zu anderen Heizsystem teuer: Die Anschaffungskosten für eine Wärmepumpe liegen bei bis zu 30.000 €*.
- Geringe Vorlauftemperatur: Je größer die Differenz zwischen Umgebungswärme und Vorlauftemperatur ist, die die Wärmepumpe überbrücken muss, desto energieaufwändiger ist das. Ältere Heizungen oder schlecht gedämmte Immobilien sind daher für die Nutzung einer Wärmepumpe eher nicht geeignet. Hier müsste aufgrund der hohen Energieverluste eine sehr hohe Vorlauftemperatur erreicht werden, die für die Wärmepumpe nicht rentabel ist.
- Installationsaufwand: Der Installationsaufwand für Wärmepumpen ist relativ groß. Je nach Art der Wärmepumpe müssen beispielsweise tiefe Bohrungen vorgenommen werden oder gesonderte Anträge gestellt werden.
Kann man die Wärmepumpe mit Solarenergie betreiben?
Ja, die Wärmepumpe kann mit Solarenergie betrieben werden. Allerdings muss dabei zwischen Solarthermie und Photovoltaik unterschieden werden. Grundsätzlich können beide Solaranlagen mit der Wärmepumpe kombiniert werden, der Unterschied liegt in der Art der Unterstützung. Wer eine PV-Anlage betreibt, kann den eigenen Solarstrom nutzen, um die Wärmepumpe damit zu betreiben. Wer eine Solarthermieanlage nutzt, kann die Wärme direkt für die Heizung nutzen oder indirekt und damit die Vorlauftemperatur für die Wärmepumpe senken. Dadurch wird weniger Zusatzenergie benötigt, um die gewünschte Heiztemperatur zu erreichen.
Wärmepumpe und Solarenergie – Die beste Alternative für günstiges Heizen?
Wärmepumpe mit Photovoltaik
Damit die Wärmepumpe aus der Umgebung Wärme aufbereiten kann, braucht es eine Form von Zusatzenergie. Die wird meistens in Form von Strom benötigt. Der Stromverbrauch kann sich dadurch schnell verdoppeln und damit auch die Stromkosten. Gut also, wenn diese Kosten durch die Nutzung der eigenen PV-Anlage gesenkt werden können.
Scheint die Sonne und die PV-Anlage generiert Strom, kann dieser mit einem entsprechenden Steuerungssystem zunächst für den Betrieb der Wärmepumpe verwendet werden. Damit verbraucht die Wärmepumpe zwar nach wie vor genauso viel Energie wie vorher. Allerdings spart sie dennoch Kosten ein, da primär die kostenlose Solarenergie genutzt wird.
Eine vollständige Versorgung der Wärmepumpe über die Solaranlage ist jedoch unwahrscheinlich, da sich die Ertrags- und Nutzungszeiten nicht überschneiden. Konkret bedeutet das: Wenn besonders viel Sonne scheint, wird in der Regel nur wenig Heizenergie benötigt und andersherum. Theoretisch können die hohen Erträge im Sommer aber auch genutzt werden, um mithilfe der Wärmpumpe das Haus zu kühlen. Dafür muss die Wärmpumpe einfach nur andersherum laufen. Da es sich dabei allerdings um einen zusätzlichen Verbrauch handelt, sollte man sich vorab informieren, inwiefern diese Nutzung für die eigene Situation sinnvoll ist.
Auch wenn die PV-Anlage die Wärmepumpe nicht autark versorgen kann, bringt die Kopplung dennoch viele Vorteile mit sich:
- Geringere Stromkosten
- Direkte Stromversorgung & Entlastung des Stromnetzes
- Höherer Eigenverbrauch (= höhere Rendite)
- Umweltfreundliches Heizen dank emissionsfreier Solarenergie
Wärmepumpe mit Solarthermie
Die Solarthermieanlage stellt an sich bereits Heizwärme zur Verfügung, daher gibt es hier zwei Möglichkeiten zur Kombination:
Direkte Nutzung der Solarthermieanlage
Eine Solarthermieanlage kann ganz unabhängig von der Wärmepumpe ganz normal genutzt werden. Sie sorgt also ebenso für die Erwärmung des Brauchwassers im Wärmespeicher, wie die Wärmepumpe selbst. Auch damit kann der Stromverbrauch effektiv verringert werden, da weniger Wärmeenergie durch die Wärmepumpe bereitgestellt werden muss.
Indirekte Nutzung der Solarthermieanlage
Die Solarthermieanlage kann auch indirekt genutzt werden und damit die Wärmepumpe unterstützen. Dafür wird die gewonnene Solarwärme in die Wärmequelle der Wärmepumpe geleitet. Auf diese Weise wird die Temperaturdifferenz zwischen Umgebungswärme und benötigter Vorlauftemperatur reduziert, sodass die Wärmepumpe weniger leisten muss. Auch dadurch kann Zusatzenergie gespart werden, sodass die Betriebskosten der Wärmepumpe sinken.
Die Kosten für eine Wärmepumpe
Die Anschaffung einer Wärmepumpe ist relativ teuer: zwischen 10.000 €* und 25.000 €* sollte man dafür einplanen. Allerdings sind die Kosten auch immer abhängig von der Art der Wärmepumpe. Je nach Technologie ist beispielsweise die Montage aufwändiger, was sich natürlich in den Kosten widerspiegelt. Luft-Wärmepumpen sind zum Beispiel bereits ab 10.000 €* zu bekommen, während man für eine Erd-Wärmepumpe eher 15.000 €* und mehr einplanen sollte.
In Kombination mit einer Solaranlage entstehen also Kosten zwischen 15.000 €* und 35.000 €*. Allerdings werden sowohl für die Installation einer Solarthermie- oder PV-Anlage als auch für die Wärmepumpe selbst Förderungen ausgeschüttet. Damit kann man die anfänglichen Investitionskosten senken und trotzdem langfristig von der Rendite und dem umweltfreundlichen Heizsystem profitieren.
