Mehr als heisse Luft

Die Preise aus fossil-nuklearem Strom steigen, die Kosten für Photovoltaik und Stromspeicher sinken. Deshalb gewinnt der Eigenverbrauch des Sonnenstroms im Gebäude eine marktbestimmende Stellung. Statt ihn einzuspeisen, wird der Solarstrom künftig direkt vor Ort verbraucht. Weil Strom im Durchschnitt in Deutschland zwischen 24 und 29 Eurocent je Kilowattstunde kostet, ist Photovoltaikstrom vom Dach an den Steckdosen der Privathaushalte bereits wettbewerbsfähig. Die Gestehungskosten der Solargeneratoren schwanken je nach Dachlage, Generatorgröße und verwendeten Komponenten zwischen 12 und 15 Eurocent je Kilowattstunde. Rechnet man eine Speicherbatterie hinzu, sind Preise von 22 bis 27 Eurocent möglich. Die Wärmepreise liegen deutlich niedriger als die Strompreise, bei vier bis acht Eurocent je Kilowattstunde. Der Preis hängt vom Brennstoff und der Wärmetechnik ab. Der angegebene Wert gilt für Gasfeuerungen. Wärme ist also geringerwertig im Vergleich zu elektrischem Strom.

Das heißt, wenn man im Gebäude möglichst viel und möglichst wirtschaftlich Solarstrom verwenden will, sollte man zunächst die elektrischen Verbraucher versorgen. Erst danach ist die Variante zu prüfen, ob die Photovoltaik auch zur Wärmeerzeugung einsetzbar ist. Weil der meiste Sonnenstrom im Sommer anfällt, sind geeignete Speicher notwendig, um ihn für die Heizperiode vorzuhalten. Dieses Problem wird in den kommenden Monaten gelöst.

Am einfachsten ist die Bereitung von Warmwasser, dessen Bedarf in der Regel über das gesamte Jahr konstant ist. In diesem Beitrag soll es jedoch um die Raumheizung gehen, also jenen Teil des Wärmebedarfs, der nur in der Heizperiode abgefordert wird. Wenn die Außentemperaturen unter 14 Grad Celsius sinken, werden die Räume von Wohngebäuden und Nichtwohngebäuden durch Feuerungssysteme oder andere Wärmeerzeuger beheizt. Zu den Feuerungen zählen Öfen (Einzelaufstellung im Raum) oder Zentralheizungen (Kessel). Als Brennstoffe kommen Holzpellets, Holzschnitzel oder Scheitholz in Frage. Gasfeuerungen werden als wohnungszentrale oder gebäudezentrale Thermen und Kessel angeboten, mit Brennwerteffekt oder ohne. Der Brennwerteffekt ist nur insofern interessant, als er sehr niedrige Rücklauftemperaturen im Kesselkreislauf verlangt. Der Speicher sollte also im unteren Bereich der Schichtladung möglichst kalt sein und bleiben. Das erweist sich bei der Einspeisung von solarthermischer Energie unter Umständen als problematisch, ebenso für die elektrische Nachheizung eines Pufferspeichers durch einen Elektroheizstab, der von der Photovoltaikanlage auf dem Dach gespeist wird.

Drei Arten der Stromheizung

Erdgas oder Heizöl werden auch in Blockheizkraftwerken verbrannt, die hauptsächlich als Stromerzeuger laufen. Ihre Abwärme wird zu Heizzwecken genutzt. Man spricht von Kraft-Wärme-Kopplung (KWK). Da sich diese Anlagen durch den eingespeisten Strom finanzieren, treten sie in direkte Konkurrenz zur Photovoltaik. Ein Blockheizkraftwerk im Winter mit einer Photovoltaikanlage zu koppeln, ist in der Regel unökonomisch. Auch die Kombination von solarthermischen Kollektoren mit einem Blockheizkraftwerk ist aufgrund der hohen Abwärme des Gasmotors im Kleinkraftwerk meist unsinnig.

Im Prinzip unterscheidet man drei Arten, wie die Photovoltaik in der Wärmeerzeugung zum Einsatz kommen kann: Es gibt die elektrische Direktheizung oder den Umweg über die Hydraulik des Pufferspeichers. Der dritte Weg nutzt Wärmeerzeuger, die elektrisch betrieben werden. Dazu gehören beispielsweise die Heizungswärmepumpen mit Scroll-Verdichter. Bevor wir diese drei Prinzipien näher beleuchten, sind besondere Anforderungen an den Solargenerator zu diskutieren.

Tracker vermeiden Schnee

Photovoltaik ist eine Sommertechnik wie die Solarthermie, denn beide Technologien erzielen in den warmen, sonnenreichen Monaten das Gros ihrer Solarerträge. In der Regel werden die Solarmodule in unseren Breiten für die sommerlichen Sonnenstände und Sonnenbahnen aufgeständert, zwischen 15 und 35 Grad, mit Ausrichtung nach Süden, Osten und Westen. In den Wintermonaten folgt die Sonne viel flacheren Bahnen über dem Horizont. Um möglichst hohe Erträge zu erzielen, müsste man die Module deutlich steiler aufstellen als für den Sommer. Da es in den meisten Fällen keinen Sinn macht, eine Anlage mit verschiedenen Aufständerungen zu betreiben, bietet sich ein zweiachsiger Tracker an. Nachgeführte Systeme stellen sich automatisch auf den Sonnenstand ein. Entweder werden sie nach astronomischen Kurven geführt oder sie nutzen den hellsten Punkt am Himmel, um den Modultisch zu steuern. Diese als Maximum Light Detection (MLD) bezeichnete Technologie ist ein Patent der Firma Deger Energie in Schwaben, Marktführer bei den Nachführsystemen.

Zweiachsige Tracker erzielen im Jahresverlauf rund ein Drittel höhere Erträge als festaufgeständerte Dachanlagen. Außerdem stehen sie im Winter so steil, dass sich kein Schnee auf den Modulen halten kann. Das ist für den Winterbetrieb ein entscheidender Vorteil. Der dritte Vorteil: Die Solarmodule einer nachgeführten Anlage liefern am Morgen eher Strom als festaufgeständerte Paneele. Ihre Leistungskurve steigt steiler an und bildet danach über mehrere Stunden ein hohes Leistungsplateau ab.

Erst kurz vor Sonnenuntergang bricht die Leistung zusammen, wiederum in einem steilen Abstieg. Diese Ertragskurve, eher ein Plateau denn eine Glockenkurve wie bei festen Modulen, passt besser zu Stromspeichern wie Bleibatterien oder Lithium-Ionen-Akkumulatoren. Wenn es um Elektroenergie zum Heizen im Winter geht, ist ein großer Stromspeicher unabdingbar. Er lädt sich im Tagesverlauf auf und stellt seine Energie am Abend zur Heizung zur Verfügung.

Elektrische Direktheizung

Das einfachste Prinzip, um Solarstrom zur Heizung zu verwenden, ist die elektrische Direktheizung. Der Sonnenstrom wird direkt aus dem Wechselrichter oder aus einer Pufferbatterie in elektrische Heizkörper geleitet. Hohe Heizleistungen erfordern hohe Ströme, das passt nicht zur Photovoltaik. Elektrische Heizkörper mit einigen Kilowatt Leistung belasten die Batterien sehr stark, meist reicht das Dach nicht aus, um einen ausreichend großen Generator zu tragen. Besser geeignet sind elektrische Heizflächenregister, die mit geringeren Temperaturen (Spreizung) auskommen.

Über die Fläche integriert wird jedoch eine hohe Strahlungsleistung erzeugt, ähnlich wie bei den hydraulischen Flächenheizsystemen. Elektrische Fußbodenheizungen oder Wandheizungen sind bereits in den Elektrofachmärkten erhältlich. Sie sind leicht zu installieren und wartungsfrei. Man unterscheidet Systeme mit Gleichspannung (DC) oder mit Wechselspannung (AC). DC-Heizflächen kann man direkt aus dem Solargenerator oder der Pufferbatterie speisen. Für AC-Systeme benötigt man einen Wechselrichter, der den Strom auf Netzfrequenz umsetzt. Im Vergleich zu hydraulischen Heizflächen lassen sich elektrische Systeme sehr schnell und mit wenig Aufwand installieren.

Heizflächen für den Neubau

Man kann sie saisonal installieren und am Ende der Heizperiode von der Wand nehmen. Mit der zunehmenden Verbreitung der Photovoltaik werden elektrische Heizflächen vor allem im Neubau eine wichtige Rolle spielen. Denn neben den Kosten für Material und Installation sprechen zwei gewichtige Gründe für die elektrische Direktheizung: Sie ist nahezu wartungsfrei. Und sie lässt sich viel schneller regeln als wassergeführte Heizkreise. Mit einem Schalter wird die Wärme aus dem Strom nahezu augenblicklich erzeugt. In hydraulischen Systemen gehen allein rund 15 Prozent der Wärme beim Aufheizen des Pufferspeichers verloren, weitere Verluste entstehen in der Verrohrung der Heizkreise. Es dauert einige Minuten, bis ein wassergeführter Heizkreis anspringt und Wärme abgibt. Muss erst der Pufferspeicher auf Bereitstellungstemperatur gebracht werden, kann es sich um Stunden handeln. Obendrein verursacht die wassergeführte Heizung immer einen gewissen Wartungsaufwand. Möglicherweise wird sie in 50 Jahren nur noch im Altbau eine Rolle spielen. Mit den klassischen Feuerungen könnte auch die hydraulische Heizung aussterben.

Heizen mit heißem Fön

Eine Sonderform der elektrischen Direktheizung ist die Luftheizung über elektrische Heizregister. Luftheizungen verwenden Luft als Wärmeträger, nicht Wasser. Meist laufen sie mit Temperaturen zwischen 60 und 70 Grad Celsius. Höhere Temperaturen führen zu Staubverschwelungen und werden als unangenehm empfunden. Luftheizungen mit geringeren Temperaturen sind beispielsweise in Niedrigenergiehäusern und Passivhäusern ein moderner Standard, die keine wassergeführte Heizung mehr benötigen. Da solche gut gedämmten und gedichteten Gebäude immer kontrollierte Belüftungstechnik benötigen, fungiert die Lüftungsanlage zugleich als Zuheizung. Der Sonnenstrom treibt dann sowohl die Ventilatoren der Lüftungsanlage als auch die Heizregister in den Wärmetauschern.

Besonders herauszustellen ist die photovoltaische Versorgung von luftgeführten Trocknungssystemen für die Landwirtschaft. Dort kommen Solarluftkollektoren zum Einsatz, deren Ventilatoren sich aus kleinen Solarzellen speisen. Es ist aber auch möglich, die Zuluft zur Trocknungshalle direkt über eine elektrische Widerstandsheizung mit Sonnenstrom aufzuheizen, sofern eine Aufheizung trotz der sommerlichen Außentemperaturen notwendig ist. An regnerischen Tagen oder in der Nacht kann dies der Fall sein.

Speicheröfen sterben nicht aus

Eine zweite Möglichkeit der Direktheizung mit Solarstrom ist die Wiedergeburt des herkömmlichen Nachtspeicherofens. Er wird während des Tages elektrisch beladen und gibt am Abend seine Wärme ab. Man kann ihn auch für die kombinierte Beladung mit Sonnenstrom und Sonnenwärme nutzen, beispielsweise aus solarer Kraft-Wärme-Kopplung (siehe unten).

Sonnenstrom lässt sich durch elektrische Widerstandssysteme (Heizstäbe oder Heizwendeln) gut in Wärme umwandeln. In Kombination mit einem klassischen, wassergeführten Pufferspeicher ist zumindest teilweise die Versorgung der Raumwärme durch Photovoltaik möglich. Im Pufferspeicher treffen sich die Wärmeströme aus verschiedenen Erzeugertechniken: Gasthermen, Ölkessel oder Pelletkessel. Die Photovoltaik tritt als multivalente Wärmequelle hinzu und unterstützt den Kessel je nach Strahlungsangebot der Wintersonne. Im Unterschied zur elektrischen Direktheizung spart diese Variante die Batterie, bislang noch ein erheblicher Kostenpunkt. In der Regel wird man diese Lösung jedoch darauf beschränken, Warmwasser zu erzeugen, um solare Überschüsse im Sommer gut auszunutzen. Im Sommer wird Warmwasser gebraucht, Heizwärme jedoch nicht. Im Winter fungiert der Sonnenstrom als Zubrot, denn in unseren Breiten ist der winterliche Ertrag nur schwer kalkulierbar. Der Umweg über den hydraulischen Speicher erlaubt meist nicht, dass der Sonnenstrom die Hauptlast der Raumheizung trägt. Die Grundlast und ein Teil der Spitzenlast werden weiterhin von konventionellen Feuerungstechniken erzeugt.

Etwas anders stellt sich die Situation dar, wenn der Sonnenstrom über einen weiteren Umweg in Wärme umgesetzt wird: als Antriebsstrom für elektrische Wärmepumpen. In der Warmwasserbereitung ist diese Kombination bereits seit mehreren Jahren am Markt eingeführt. Die Solarmodule speisen die Verdichter kleiner, kompakter Wärmepumpen, die speziell für die ganzjährige Erzeugung von warmem Trinkwasser entwickelt wurden. Der Solargenerator wird über ein Relais an die Wärmepumpe angeschlossen. Sobald ein Überschuss an Solarstrom vom Dach gemeldet wird, springt die Wärmepumpe an. Sie bereitet warmes Wasser, das in einem kleinen Warmwasserspeicher zwischengespeichert wird, in der Regel zwischen 100 und 300 Liter Speichervolumen. Die Wärmepumpe nutzt ein Kilowatt Sonnenstrom, um vier Kilowatt Wärme zu erzeugen. Als thermodynamische Quelle dient in der Regel die Umgebungsluft der Wärmepumpe. Das Arbeitsmittel im Kältekreis der Wärmepumpe verdampft. Der Verdichter komprimiert das Arbeitsgas, dabei wird es heiß. Ein Wärmetauscher leitet die Wärme auf das Trinkwasser über, das sich dabei auf Bereitstellungstemperatur erwärmt. Über ein Entspannungsventil wird das Arbeitsgas im Kältemittelkreislauf zurückgeführt. Dabei entspannt es sich und kehrt in den flüssigen Aggregatzustand zurück, um erneut die Umweltwärme aufzunehmen.

Pumpen speziell für Heizwärme

Warmwasser-Wärmepumpen laufen während des ganzen Jahres, weil der Warmwasserbedarf übers Jahr gesehen meist konstant ist. Elektrische Heizwärmepumpen hingegen laufen nur in der Heizperiode. Sie erzielen viel höhere Heizleistungen, weil sie neben der Außenluft auch thermische Potenziale im Erdreich oder im Grundwasser nutzen können. Man unterscheidet die Heizungswärmepumpen nach der Bauart ihrer Wärmequelle und dem Wärmeträgermedium auf der Wärmenutzungsseite. Eine Luft-Wasser-Wärmepumpe nutzt die Außenluft als Wärmequelle, sie übergibt die Nutzwärme an den Pufferspeicher durch einen wassergeführten Beladekreis.

Eine Sole-Wasser-Wärmepumpe nutzt das Erdreich als Wärmequelle, entweder durch großflächige Absorber unterhalb der Frostgrenze im Boden oder aus Tiefen von 40 bis 100 Metern oder mehr. Die oberflächennahen Absorber holen mithilfe eines Solekreises die Wärme ab, die durch Niederschläge und die Sonne in den oberen Schichten des Bodens gespeichert werden.

Tiefreichende Bohrungen

Tiefreichende Erdbohrungen zapfen geothermische Wärmeströme an, sind also beständiger und erlauben höhere Leistungen. Allerdings fallen die Bohrungen bei den Kosten erheblich ins Gewicht, übersteigen die eigentliche Wärmepumpe oft um ein Vielfaches. Auch kann man aus geologischen oder wasserrechtlichen Gründen nicht überall bohren. Ein Kompromiss sind die sogenannten Energiekörbe, die nur fünf bis sechs Meter unter die Erdoberfläche reichen. Sie können ausreichend Wärme aus der Erde sammeln, um die Solemaschine gut zu versorgen. Erdwärmekörbe und Tiefensonden dürfen überbaut werden, ein wichtiger Vorteil gegenüber den Flächenabsorbern in der oberen Bodenschicht.

Die dritte Bauform sind Wärmepumpen, die ins Grundwasser greifen, entweder über einen Förderbrunnen und einen Schluckbrunnen oder über einen separaten Solekreis. Er wird einer hydraulischen Wendel gleich in die Ader getaucht, um die gleichbleibende Temperatur von acht bis zehn Grad Celsius aufzunehmen und zum Kältekreis zu leiten. Wasser-Wasser-Wärmepumpen erlauben die höchsten Heizleistungen und erzielen die besten Jahresarbeitszahlen. Die Jahresarbeitszahl gibt an, wie viel elektrische Energie im Laufe eines Betriebsjahres benötigt wurde, um eine bestimmte Wärmemenge zu erzeugen.

Hohe Effizienz der Wärmepumpen

Allerdings sind die Wasser-Wasser-Wärmepumpen aufgrund der benötigten Genehmigungen und der hohen Kosten für die Brunnen und die Wartung nur wenig verbreitet. In Deutschland dominieren die Erdwärmepumpen und die Luftmaschinen, wobei vor allem letztere durch modulierende Verdichter und immer bessere Verdampfer deutlich an Effizienz zulegen.

Die Luftwärmepumpen nutzen große Ventilatoren, um die Außenluft anzusaugen. Diese Ventilatoren werden elektrisch betrieben, die Photovoltaik könnte beispielsweise diese Hilfsenergie bereitstellen. Denkbar wäre auch, den Solarstrom für die Förderpumpen im Solekreislauf einer erdgekoppelten Wärmepumpe oder die Brunnenpumpen der Wassermaschine zu verwenden.

Natürlich kann man mit Solarstrom auch die Hilfsströme in den Heizkreisen speisen: elektrische Umwälzpumpen, Messtechnik und die elektrische Heizungssteuerung. Dafür wird in der Regel eine Batterie als Stromspeicher notwendig, weil der Hilfsstrombedarf mit dem Solarertrag vom Dach nicht in Deckung zu bringen ist. Seit Jahresbeginn 2013 sind spezielle Heizungswärmepumpen am Markt verfügbar, die sich mit der Photovoltaik koppeln lassen.

Nur ein weiterer Stromverbraucher?

In den meisten Wohngebäuden in Deutschland ist der Heizbedarf in den Morgenstunden und am Abend am höchsten. Nur am Wochenende sollte die Heizung ganztägig laufen. Viele Neubauten oder jüngere Gebäude laufen bereits mit Nachtabsenkung der Heiztemperaturen, um wertvolle Energie zu sparen. Das heißt, zumindest tagsüber und an den Arbeitstagen hat die Wärmepumpe Zeit, den Pufferspeicher neu zu beladen.

Im Unterschied zum Feuerungskessel ist die Wärmepumpe ein Niedrigtemperaturwärmeerzeuger, der längere Beladezeiten für den Pufferspeicher benötigt. Das ist einfach erklärt: Der Arbeitskreis der Wärmepumpe erlaubt keine Spitzenlasten wie die Brenner eines Kessels, die aus dem Stand 1.000 Grad Celsius in den Kesselkreis drücken können. Allerdings sind die Energieeffizienz und die resultierenden Wärmekosten bei einer Wärmepumpe unschlagbar günstig.

Denn nach der Investition für die Aggregate und Armaturen fallen keine Brennstoffkosten und kaum mehr Stromkosten an. Ersetzt man den Antriebsstrom durch selbst erzeugten Solarstrom, verbessert sich die Wirtschaftlichkeit einer Heizungswärmepumpe.

Aggregat als Stromverbraucher

Im Grunde genommen stellt die Wärmepumpe einen weiteren Stromverbraucher im Gebäude dar, ähnlich der Waschmaschine oder dem Kühlschrank (der im Wesentlichen das Wärmepumpenprinzip umkehrt). Die Wärmebereitstellung hängt vom Bedarfsprofil im Gebäude ab. Wohnhäuser haben andere Wärmebedarfe als beispielsweise eine Fabrik oder ein Supermarkt.

Wie im klassischen Heizungsbau generell steht die Ermittlung der Nutzerprofile und des Heizwärmebedarfs am Beginn der Anlagenplanung. Weil der Solargenerator aber saisonal verschiedene Werte liefert, die auch im Tagesverlauf starken Schwankungen unterliegen, wird die Planung besonders anspruchsvoll. Möglicherweise ist die Wetterprognose einzubinden, wie es bereits das Energiemanagementsystem von SMA vorsieht.

Kompaktgeräte und komplexe Regler

Zurück zu den Heizungswärmepumpen: Der Hersteller Viessmann bietet seit Anfang 2013 die Kompaktgeräte seiner Baureihe Vitocal speziell für Photovoltaik an. Mit den Split-Wärmepumpen Vitocal 200-S, 222-S und 242-S sowie den Wärmepumpen-Kompaktgeräten Vitocal 222-G, 242-G, 333-G und 343-G kann der Anteil an selbst genutztem Solarstrom am gesamten Stromverbrauch im Haus maximiert werden.

Diese Wärmepumpen sind in der Lage, das Stromangebot vom Dach zu erkennen und zu nutzen. Aus den Ertragsdaten des Vortages ermittelt die Regelungstechnik Vitotronic automatisch eine voraussichtliche Ertragskurve und ein Lastprofil für den Wärmebedarf im Gebäude. Die Kompaktgeräte wurden vornehmlich für kleinere Wohngebäude entwickelt, die Steuerung gibt dafür den Einschaltzeitpunkt der Wärmepumpe vor, um überschüssigen Sonnenstrom über den Verdichter in Form von Wärme in die Heizkreise oder den Pufferspeicher zu bringen.

Schüco hat ein Komplettsystem aus Photovoltaik und Wärmepumpe vorgestellt, das neben den Solarmodulen auch die Wechselrichter von Kaco oder SMA sowie das Montagesystem und die Verkabelung beinhaltet. Die Kunden können zwischen einer Heizungswärmepumpe und einer kleinen Warmwassermaschine wählen. Das Schüco-System versorgt zunächst die Stromversorger im Gebäude, und zwar den Haushaltsstrom.

Erst danach wird die Wärmepumpe angesteuert. Das Stromnetz dient als ultimativer Strompuffer, wenn die Überschüsse vom Dach zu groß sind. Natürlich ist zu erwarten, dass die Überschüsse vor allem in den Sommermonaten anfallen, also eine Warmwasser-Wärmepumpe sinnvoller wäre als ein Heizaggregat, das in der ohnehin sonnenarmen Jahreszeit läuft. Schüco hat für den Datenaustausch zwischen Solaranlage und Wärmepumpe die Regelung ITE 5010 entwickelt, sie ist Teil des Hydraulikmoduls, das die gesamte wassergeführte Heiztechnik steuert.

Anfang 2013 hat der Systemanbieter Soleg ein Komplettpaket aufgelegt, bei dem die photovoltaisch unterstützte Heizung unabhängig vom Wechselrichter läuft. Das Paket besteht aus einer Luft-Wasser-Wärmepumpe von Mitsubishi, einem Kombispeicher mit hydraulischer Anschlussbox und einem Wärmepumpenregler, der als Heizungsregler alle Systempumpen und weitere Wärmeerzeuger ansteuern kann. Er ist in die so genannte Hydro-Box eingebaut. Wenn es zu viel Sonnenstrom gibt, startet der Verdichter der Wärmepumpe. Das Signal kommt über einen Impulszähler, der am Einspeisezähler der Photovoltaikanlage sitzt. Die frei programmierbare Regelung basiert auf einer Software, die die Impulse auswertet und in verfügbare Solarleistung umrechnet. Bei 400 oder 500 Watt schaltet sich die Wärmepumpe automatisch ein.

Neuer Schub durch Smart Grids

Neuen Schub wird die Integration von Photovoltaik in die Wärmepumpentechnik durch den „Smart Grid Ready Standard“ erhalten, den einige Wärmepumpenhersteller seit einem Jahr anbieten. Dabei wird der Sperrzähler des Energieversorgers um eine Klemme erweitert. Auf diese Weise lassen sich zwei digitale Kontakte darstellen, die vier Zustände abbilden: teurer Spitzenlaststrom, Normaltarif, Wärmepumpentarif und Sonnenstrom.

Denn problematisch für den wirtschaftlichen Betrieb einer Heizungswärmepumpe sind die speziellen Stromtarife, die einige Energieversorger ihren Kunden für den Betrieb von Wärmepumpen anbieten. Der Kunde erhält günstigere Strompreise, allerdings hat er Sperrzeiten zu beachten, in denen die Wärmepumpe nicht laufen darf. Das kann mittags sein, wenn der Strombedarf im Netz sehr hoch ist. Gerade größere Heizungswärmepumpen verfügen oft über einen eigenen Stromzähler, der vom Haushaltsstrom getrennt läuft. Um ihn zu umgehen, braucht die Wärmepumpe einen gesonderten Eingang für die Photovoltaikanlage, der Vorrang genießt. Denn wahrscheinlich sind solare Überschüsse am Mittag zu erwarten.

Extrazähler für die Wärmepumpe

Auf der sicheren Seite ist man, wenn der Antriebsstrang des Verdichters mit einem eigenen Zähler ausgerüstet ist, der auch die Hilfsströme erfasst. Für die korrekte Ermittlung der Jahresarbeitszahl ist diese Schaltung ohnehin sinnvoll, ebenso ein Wärmemengenzähler auf der Wärmenutzungsseite. Denn die Effizienz der Anlage, ausgedrückt als Jahresarbeitszahl, ergibt sich aus dem Verhältnis von thermischer Nutzwärme und der Summe aller elektrischer Antriebs- und Hilfsenergien.

Förderung im Marktanreizprogramm

Wer eine staatliche Förderung für die Wärmepumpe nach den Spielregeln des Bundesamtes für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle in Anspruch nahm oder nehmen will, muss die Jahresarbeitszahl gerichtsfest nachweisen, also die beiden Zähler fachgerecht einbauen. Einfacher, aber weniger elegant ist es, aus dem Wärmepumpentarif auszusteigen und die Wärmepumpe wie einen weiteren Verbraucher an den Haushaltsstromkreis anzuschließen.

In einer der folgenden Ausgaben werden wir uns die elektrische Direktheizung genauer ansehen. Denn der Markt bietet eine Vielzahl sehr effektiver Elektroheizkörper an, die nur wenig Strom brauchen. Obendrein erfüllen sie höchste ästhetische Ansprüche für den Einsatz in Wohnräumen oder Büros.

Aktuelles Kompendium der Branche

Der Beitrag erschien im neuen Jahrbuch zur Photovoltaik 2014, das der Hüthig & Pflaum Verlag herausgibt. Es richtet sich vornehmlich an Installateure von Solaranlagen, Elektroinstallateure, Elektroplaner und Elektrotechniker. Dieses Nachschlage- und Praxiswerk berichtet über alle wichtigen Themen rund um die Photovoltaik. Es informiert über die technischen Grundlagen, die aktuelle Gesetzeslage und bietet viele nützliche Tipps. In der Ausgabe 2014 sind zahlreiche neue Beiträge zu aktuellen Themen enthalten. Eine Auswahl:

• Modulrecycling entsprechend der Altgeräteverordnung,
• Speichersysteme für Eigenverbrauchsanlagen,
• Einsatz von Modulwechselrichtern,
• Kommunikationsprotokolle der EVU,
• Photovoltaikanlagen bei Hochwasser,
• Renditeberechnungen für Photovoltaikanlagen.

Der Preis beträgt 23,80 Euro. Bestellungen im Buchhandel (ISBN 978-3-8101-0353-6) oder auf der Website:

https://www.huethig.de/

Neues Energielabel ab 2015 Pflicht

Im September traten neue Verordnungen zur Kennzeichnung von energieeffizienten Heizgeräten und Warmwasserbereitern in Kraft. Nach Ablauf einer zweijährigen Übergangsfrist wird das neue Energielabel für alle betroffenen Raum- und Kombiheizgeräte sowie Warmwasserbereiter und Warmwasserspeicher verpflichtend. Verbraucher kennen das Prinzip seit Jahren von Kühlschränken, Waschmaschinen oder Geschirrspülern: Die bunten Etiketten kennzeichnen den Energieverbrauch von Elektrogeräten und helfen, deren Effizienz auf einen Blick einzuordnen.

In knapp zwei Jahren, also ab 26. September 2015, dürfen die betroffenen Produkte nicht mehr ohne Informationen zur jeweiligen Effizienzklasse angeboten oder beworben werden. Zunächst erstreckt sich die Skala für eine Dauer von vier Jahren von Klasse A++ bis Klasse G (Etikett I). Danach ist ab 2019 das Etikett II zu verwenden, das von A+++ bis D reicht. Die Energielabel müssen deutlich sichtbar auf den Geräten angebracht sein. Es reicht nicht, das Label der Gebrauchsanleitung beizulegen. Vielmehr muss an allen Stellen, an denen der Preis oder technische Informationen zu dem Produkt erscheinen, auch die Energieeffizienzklasse angegeben werden.

Betroffen sind alle Heizgeräte in wasserbetriebenen Zentralheizungsanlagen, die zur Erzeugung von Wärme Erdgas, Heizöl oder Elektrizität nutzen, neben herkömmlichen Gas-, Öl- und Elektrokesseln also auch Geräte mit Kraft-Wärme-Kopplung und Wärmepumpen. Wärmeerzeuger, die überwiegend gasförmige oder feste Biomasse, zum Beispiel Holzpellets, nutzen, fallen nicht in den Geltungsbereich der Verordnungen.

„Aufgrund der hohen Effizienz werden Wärmepumpen problemlos die oberen Labelklassen erreichen“, meint Karl-Heinz Stawiarski, der Geschäftsführer des Bundesverbands Wärmepumpe. „Die verpflichtende Kennzeichnung der Energieeffizienz von Heizgeräten bedeutet mehr Transparenz an einer Schlüsselposition der Energiewende. Schließlich sind Raumheizung und Warmwasserbereitung fast für die Hälfte unseres Energieverbrauchs verantwortlich. Wenn auf einen Blick zu erkennen ist, welche Geräte wirklich effizient arbeiten, profitieren Umwelt und Verbraucher gleichermaßen.“

Reine Warmwasserbereiter, deren Etikett I ab 2015 zunächst lediglich die Effizienzklassen A bis G umfasst, erfahren bereits zwei Jahre später eine Verschärfung der Kriterien. Ab dem 26. September 2017 ist das Etikett II, das die Klassen A+ bis F umfasst, zu verwenden. Eine weitere Besonderheit stellt das sogenannte Installer Label dar. Dabei besteht die Möglichkeit, durch Kombination der Heizgeräte oder Warmwasserbereiter mit beispielsweise Solaranlagen oder besseren Temperaturregelungen höhere Klassen zu erreichen.

Die Ökodesign-Verordnungen für Heizgeräte und Warmwasserbereiter, die ebenfalls in sämtlichen EU-Mitgliedsstaaten am 26. September 2013 in Kraft getreten sind, schreiben Höchstwerte für Schallleistungspegel und Stickoxidemissionen sowie Mindestanforderungen für die Energieeffizienz vor. Geräte, die diese Kriterien zwei Jahre – beziehungsweise bei den Stickoxidemissionen drei Jahre – nach Inkrafttreten nicht erfüllen, dürfen dann nicht mehr auf den Markt gebracht werden. Als Konsequenz werden Geräte mit geringer Energieeffizienz nach und nach vom Markt genommen. Das betrifft zum Beispiel einige Niedertemperaturkessel. Für alle nicht gas- oder ölbefeuerten Heizgeräte greift nach vier Jahren – also am 26. September 2017 – eine Verschärfung dieser Mindestanforderungen.

https://www.waermepumpe.de/

Spitzenbedarf klug abdecken

Thermische Heizsysteme werden in der Regel nach den kältesten Temperaturen einer Region ausgelegt. Man spricht vom sogenannten Auslegungsfall, wobei die Temperatur zur Auslegung zwischen minus 12 oder minus 16 Grad Celsius variiert. Weil thermische Heizsysteme stationäre Anlagen sind, laufen sie also fast immer im unwirtschaftlichen Teillastbetrieb. Denn wirklich eisig ist es nur an wenigen Tagen im Jahr.

Die Elektroheizung muss nicht nach Volllast ausgelegt werden. Denn als Puffer für den seltenen Spitzenbedarf bietet sich das öffentliche Stromnetz an. Ökonomisch sinnvoll ist es, die Anlage nach der tatsächlichen Nutzung auszulegen. Im Winter herrschen in unseren Breiten meistens Temperaturen zwischen null und minus fünf Grad Celsius. Darauf sollten der Solargenerator, der Stromspeicher und die Wärmeerzeugung ausgelegt sein. Sinken die Temperaturen tiefer ab, wird grüner Strom aus dem Netz bezogen. Das kann über 20 Jahre gerechnet durchaus billiger sein, als eine wassergeführte Heizungsanlage im Gebäude zu installieren.

Oft wird als Einwand vorgebracht, dass eine Heizung auch bei Netzausfall funktionieren soll. Sogar dafür ist die Stromheizung besser geeignet, wenn sie eine Notstromversorgung beinhaltet, etwa durch eine zweite Batterie (Redundanz). Generell sind alle thermischen Heizsysteme gegenüber einem Stromausfall anfällig: Denn die elektrischen Umwälzpumpen und die Anlagensteuerung fallen gleichfalls aus.