Wirklich mit Solarstrom heizen

Hauskraftwerk und Wärmepumpe: Alles Auslegungssache!

Auf nur rund 270 Euro Heizkosten pro Jahr kommt die Familie Theis in ihrem Einfamilienhaus. Ein ausgeklügeltes Energiekonzept mit Photovoltaik, Wärmepumpe, E3/DC-Stromspeicher und einem größer dimensionierten Pufferspeicher macht es möglich: Der Strombedarf der Wärmepumpe wird ganzjährig zu 70 Prozent solar gedeckt, der Haushaltstrom sogar zu über 80 Prozent.

Wärmepumpe und Photovoltaik: Das ist das Heizsystem der Zukunft, sagen die einen. Wärmepumpe & PV als klimaschonende Lösung sei Augenwischerei, kontern andere. Denn Solarstrom wird vor allem im Sommer erzeugt, die Wärmepumpe braucht aber im Winter die meiste Energie. Wenn diese aus dem Netz bezogen wird, liegt der Anteil an fossilem und atomarem Strom immer noch bei rund 50 Prozent. Hohe Autarkie und die so gern beschworene Plusenergie sind deshalb häufig nur bilanziell gegeben. Nicht selten werden Hausbesitzer zudem von hohen Stromkosten durch die Wärmepumpe überrascht, bei schlecht gedämmten Bestandsgebäuden noch mehr als im Neubau.

Doch Hersteller und Projektplaner arbeiten an Lösungen, mit denen eine Wärmepumpe auch im Winter größtenteils mit Solarstrom vom eigenen Dach betrieben wird – und zwar real. Klug kombinierte und gut ausgelegte Technik hilft, um auf tatsächlich hohe Autarkiegrade zu kommen. Dies zeigt das Einfamilienhaus von Julia und Benjamin Theis in der Pfalz. Mit einer großen Photovoltaikanlage und einem E3/DC-Hauskraftwerk für die Stromspeicherung kann das Paar rund 70 Prozent des jährlichen Stromverbrauchs für ihre Wärmepumpe solar decken und zahlt jährlich nur rund 270 Euro für den restlichen Strombedarf der Heizung. Auch insgesamt ist der Stromverbrauch mit rund 5.000 Kilowattstunden inklusive Wärmepumpe für die vierköpfige Familie sehr niedrig.

Stromverbrauch der Wärmepumpe transparent

Wieviel Solarstrom im Jahresverlauf von einer Wärmepumpe verbraucht wird, lässt sich derzeit nur selten sagen. Die gängigen Energiemanagementsysteme erfassen Kennzahlen wie den Solarertrag, den gesamten verbrauchten Solarstrom, den bezogenen Netzstrom und die PV-Einspeisung ins Netz. Da hierfür in der Regel die Zähler fehlen, ist es meist nicht möglich, zu beziffern, wie viel Solarstrom auf die Wärmepumpe entfällt.

Doch bei Benjamin Theis geht das, weil sein Photovoltaik-Fachbetrieb Sonnenplan ein zusätzliches Monitoringsystem eingebaut hat. „Für die Stromseite würde der Energiemanager im E3/DC-Hauskraftwerk ausreichen, aber wir wollten auch Wärme-Monitoring machen“, sagt Peter Burkhard, Geschäftsführer von Sonnenplan in Zweibrücken. Hierfür hat er einen Energiemanager von Powerdog mit diversen Sensoren eingebaut. Dieser erfasst nicht nur den gesamten Stromverbrauch, sondern schlüsselt auch bestimmte Verbräuche, unter anderem den der Wärmepumpe, auf.

Zunächst die Eckdaten des Hauses: Familie Theis lebt seit Ende 2016 in ihrem Eigenheim mit rund 200 Quadratmeter beheizter Wohnfläche (KfW-Standard 55). Ihr Wärmebedarf liegt bei ca. 11.000 kWh im Jahr. Auf dem Dach hat Sonnenplan eine Photovoltaikanlage mit 16,8 Kilowatt Leistung installiert. Damit die junge Familie mehr Solarstrom selbst verbrauchen kann, koppelte Burkhard den PV-Generator mit einem E3/DC-Hauskraftwerk S10 E mit 9,2 Kilowattstunden Speicherkapazität.

Direktverdampfer-Wärmepumpe mit Flächenkollektor im Garten

Für die Heizung fiel die Entscheidung auf eine Direktverdampfer-Wärmepumpe. Sie funktioniert ähnlich wie eine Sole-Wasser-Wärmepumpe mit Flachkollektoren. Allerdings gibt es bei dem Direktverdampfer-Typ keinen Wärmeaustausch zwischen dem Solekreislauf und dem Kältemittel. Das Arbeitsmedium zirkuliert stattdessen in den Kollektoren, die im Erdreich verlegt sind, und wird in der Wärmepumpe direkt verdampft. „Es ist die günstigste Art von Erdwärme“, begründet Burkhard die Entscheidung für diese Technologie. Dabei bezieht er sich auf die Erstellungskosten: „Die Erdarbeiten bei einem Flächenkollektor sind wesentlich günstiger als bei einer Tiefenbohrung.“ Im Garten von Familie Theis sind 450 Meter Kupferrohre verlegt, die Wärme aus der Rasenfläche ziehen. „Auf dem Land ist das kein Problem, da gibt es Platz“, so Burkhard. Die Wärmepumpe hat eine gemessene Arbeitszahl von 4,51 und wird, wann immer möglich, mit Solarstrom betrieben. Im Haus wird die Wärme über eine Fußbodenheizung verteilt. In den Bädern gibt es zusätzlich eine Deckenheizung.

Hauskraftwerk regelt Energieströme

Die Verwendung des Solarstroms regelt das Hauskraftwerk von E3/DC. Der Solarstrom wird zunächst direkt im Haushalt verbraucht, im zweiten Schritt in den Batteriespeicher geladen. Ist dann noch Solarstrom übrig, erwärmt er das Wasser im Trinkwasserspeicher, der 350 Liter Fassungsvermögen hat. Dann noch überschüssiger PV-Strom wird in den Pufferspeicher geleitet. Diesen hat Sonnenplan mit 1.000 Liter größer als sonst üblich dimensioniert. Denn so kann mehr Solarstrom für die Beheizung des Hauses genutzt werden. Neben der geschickten Steuerung ist dies ein Schlüssel zu den hohen Autarkiegraden in dem Haus. Die Mehrkosten für den größeren Pufferspeicher beziffert Burkhard mit 300 bis 500 Euro. „Dafür kann unser Kunde dann mehr von dem günstigen Solarstrom nutzen, das zahlt sich zurück.“ Bei 30 Cent je Kilowattstunde Netzstrom und circa 12 Cent Erzeugungskosten für den Solarstrom liegt der Preisvorteil auf der Hand.

Energiebilanz für ein Jahr

Die Energiebilanz zeigt den Nutzen des Systems. Im Jahr 2019 hat die Familie 5.271 Kilowattstunden Strom verbraucht. Laut Messungen des Powerdog-Energiemanagers sind davon 2.308 Kilowattstunden im Haushalt verbraucht worden. Hiervon konnten 1.928 kWh mit Solarstrom gedeckt werden – direkt vom Dach oder per Zwischenspeicherung aus dem Speicher von E3/DC. Der Autarkiegrad für den Haushaltsstrom lag 2019 bei 84 Prozent.

Die Wärmepumpe hat in dem Jahr 3.122 kWh Strom verbraucht. Davon konnten 2.227 kWh mit Solarstrom abgedeckt werden. 895 kWh Strom bezog die Familie für die Wärmepumpe vom Energieversorger. Bei einem Preis von 30 Cent/kWh zahlte sie hierfür 269 Euro. Der Autarkiegrad für die Wärmepumpe lag bei 71 Prozent in dem Jahr. Nur 1.275 Kilowattstunden Strom insgesamt für den Haushalt und die Wärmepumpe hat Theis aus dem Netz bezogen. Die Kosten: 383 Euro für ein ganzes Jahr.

„Damit sind wir sehr zufrieden“, sagt der 39-Jährige Benjamin Theis. Durch die Einspeisung des überschüssigen Solarstroms – 2019 waren es 12.790 Kilowattstunden zu einem Einspeisetarif von rund 12 Ct/kWh – hat er sogar noch verdient: Rund 1.535 Euro erhielt er an Vergütung.

Sorgsamer Umgang mit Energie

Seine Frau und er achten auch darauf, die großen Haushaltsgeräte dann zu nutzen, wenn die Sonne scheint und Solarstrom zur Verfügung steht. Da wird das Wäschewaschen bei günstiger Wetterprognose auch schon mal auf den nächsten Tag verschoben. „Ein sorgsamer Umgang mit Energie ist uns wichtig“, sagt Theis.

Seit einem halben Jahr fahren sie nun auch elektrisch. Den Akku des E-Golf lädt Benjamin Theis meistens bei seinem Arbeitgeber. Zweimal hat er auch schon daheim an der Steckdose geladen. 12 Stunden hat das gedauert, und Laden an der Haushaltssteckdose sollte auch nur im Ausnahmefall gemacht werden. Deshalb beschäftigt er sich gerade mit dem neuen Förderprogramm der KfW. Ab dem 24. November 2020 kann ein Antrag auf einen Investitionskostenzuschuss von 900 Euro je Ladepunkt gestellt werden. Dann könnte Familie Theis noch mehr eigenen PV-Strom selbst nutzen.