Energiemanagement erhöht Eigenverbrauchsquote

Moderne Wärmepumpen erreichen schon im Standalone-Betrieb sehr gute Jahresarbeitszahlen. Noch weiter steigern lässt sich die Wirtschaftlichkeit des Heizungssystems durch die Verknüpfung mit einer Photovoltaik-Anlage. Ein Energiemanagementsystem sorgt dann dank intelligenter Vernetzung von Wärmepumpe, PV-Anlage und Speicher für die optimale Steuerung der Energieflüsse.

Häuser mit thermischer Energie aus Luft, Erde oder Grundwasser beheizen – in Neubauten ist das mit gutem Grund Standard: Seit 2017 werden Jahr für Jahr die meisten neu errichteten Wohngebäude mit einer Wärmepumpe ausgestattet. Damit nimmt die einstige Nischentechnologie unter allen Wärmerzeugern im Neubau klar die Spitzenstellung ein. Ein Trend, der durch die Entwicklungen in der Ukraine seit Februar 2022 noch einmal verstärkt wurde und sich nun zunehmend auch im Bestand fortsetzt.

Schon in den vergangenen Jahren verzeichnete die umweltfreundliche Heizung auch hier rasante Absatzsteigerungen. Immer beliebter wird dabei auch die Kombination aus Wärmepumpe und Photovoltaik-Anlage, verspricht sie doch einen besonders effizienten Betrieb und größtmögliche Unabhängigkeit von fossilen Brennstoffen (Bild 1).

Systemkombinationen steigern Effizienz und Unabhängigkeit

Wenn man Wärmepumpe und Photovoltaik-Anlage kombiniert, lässt sich der selbst erzeugte »grüne Strom« unmittelbar zum Betrieb der Wärmepumpe einsetzen. Das schont nicht nur Klima und Ressourcen, sondern koppelt Verbraucher auch ein Stück weit von den Strompreisen der Energieversorger ab, wodurch sich Energiekosten senken lassen.

Darüber hinaus trägt der Betrieb der Wärmepumpe mit Solarstrom zur Erhöhung der Eigenverbrauchsquote bei und steigert somit die Wirtschaftlichkeit der Photovoltaik-Anlage. Dieser Aspekt kommt auch deshalb mehr und mehr zum Tragen, weil sich die Einspeisung des selbst erzeugten Stroms in das öffentliche Stromnetz aus finanzieller Sicht kaum noch lohnt.

Für ein möglichst effizientes Zusammenspiel von Wärmepumpe und PV-Anlage sollte ein möglichst großer Teil des Strombedarfs der Wärmepumpe durch den selbsterzeugten Strom gedeckt werden. Die größte Herausforderung ist hierbei die zeitliche Übereinstimmung zwischen Energieertrag und -bedarf. Denn oft werden Heizung und Warmwasser dann gebraucht, wenn gerade nicht die Sonne scheint – oder umgekehrt: Zwar steht Sonnenstrom zur Verfügung, aber es muss nicht geheizt werden. Um die überschüssige Sonnenenergie dennoch sinnvoll für den Eigenverbrauch einzusetzen, kann sie zwischengespeichert werden. Grundsätzlich kommen hier zwei Optionen infrage: eine elektrische Speicherung mit Batteriesystemen oder eine thermische Speicherung der Energie in Form von Wärme.

Die elektrische Speicherung sorgt für die Flexibilisierung des Gesamtsystems und ist beispielsweise beim Kühlbetrieb im Sommer oder für die Warmwasserbereitung in den frühen Morgenstunden eine gute Lösung. Allerdings ist die Wirtschaftlichkeit von Batteriesystemen oft nur schwer darstellbar, zudem sind Wandlungsverluste unvermeidbar. Bei der thermischen Speicherung erzeugt die Wärmepumpe Heizungswärme oder Kälte, sobald ausreichend PV-Strom zur Verfügung steht. Dann wird die Energie in Form von Wärme (oder Kälte) in die Gebäudemasse, einem Heizungspuffer- oder auch einem Warmwasserspeicher vorgehalten. Damit die Wärmepumpe überhaupt auf den Überschuss an Solarstrom reagieren kann, muss sie mit der PV-Anlage kommunizieren. Hierzu kann die Wärmepumpe beispielsweise über eine entsprechende Schnittstelle in ein intelligentes Energiemanagement oder eine umfassende Gebäudeautomatisierung integriert werden (Bild 2).

Weitaus unkomplizierter gestaltet sich aber die Ansteuerung der Wärmepumpe über einen SG-Ready-Eingang (SG = Smart Grid). Sobald eine bestimmte PV-Leistung erreicht wird – dieser Wert kann individuell eingestellt werden – empfängt die Wärmepumpe über diese Schnittstelle ein Signal von der Photovoltaik-Anlage und heizt daraufhin den Speicher auf.

Energiemanagement erhöht PV-Eigenverbrauch

Ein Energiemanagement hingegen reicht über das reine Zuschalten der Wärmepumpe hinaus. Diese Lösung vernetzt die Stromerzeugung mit den größten Stromverbrauchern des Haushalts und sorgt durch eine Steuerung der Energieflüsse für einen größtmöglichen Eigenverbrauch. Damit die Wärmepumpe in ein Energiemanagement integriert werden kann, ist auch hier eine entsprechende Schnittstelle notwendig. Speziell für diesen Bedarf hat Stiebel Eltron das Internet Service Gateway (ISG) entwickelt – eine Hard- und Softwarelösung, welche die Wärmepumpe mit dem Heimnetzwerk verbindet und eine zentrale Steuerung der Anlage über PC, Laptop oder Tablet ermöglicht (Bild 3). Das Gateway lässt sich unkompliziert installieren und kann je nach Alter auch bei vielen bestehenden Wärmepumpenanlagen des Herstellers nachgerüstet werden. Die Hardwarekomponente – eine kompakte Box – wird an die Wärmepumpe angeschlossen und muss lediglich per Standard-Netzwerkkabel mit dem Router verbunden werden. Anwender können dann individuelle Einstellungen für Heiz- und Warmwassertemperatur oder Lüftung vornehmen.

Mit dieser Lösung wird auch das Anlagenmonitoring für Fachhandwerker und Nutzer zu einer komfortablen Sache: Wärmepumpendaten wie erzeugte Wärmemenge, durchschnittliche Heiztemperatur und Wetterdaten werden übersichtlich verwaltet und können bei Bedarf für bestimmte Personen freigegeben werden. Das kann zum Beispiel ein Installateur sein, der die Einstellungen optimieren will oder der Kundendienst, welcher im Bedarfsfall alle Informationen zur Hand hat und unmittelbar reagieren kann.

Das Energiemanagement wird schließlich mit der ISG-Softwareerweiterung »EM Trend« und einem »EM Meter« realisiert. So kann das System Überschussstrom auch in Form von thermischer Energie speichern – diese Variante geht also weit über die Möglichkeiten von SG Ready hinaus. Denn hierbei wird unter anderem die PV-Wettervorhersage, die thermische Speicherfähigkeit des Systems, der individuelle Stromverbrauch des Haushalts und der tatsächliche PV-Überschuss berücksichtigt.

Eine weitere Option zum Energiemanagement ist die Softwareerweiterung »Energie Management Interface« (EMI), die beispielsweise in das Energiemanagementsystem »Sunny Home Manager« (SHM) von SMA integriert werden. Das System erfasst alle elektrischen Energieflüsse in Echtzeit und realisiert eine vorausschauende Stromverbrauchsplanung.

Darüber hinaus lässt sich das komplette Energiemanagement samt Kopplung von Wärmepumpe und PV-Anlage auch in eine umfassende Gebäudeautomatisierung einbinden (Bild 4). Diese ermöglicht eine gewerkeübergreifende Steuerung, Regelung, Überwachung und Optimierung der Technischen Gebäudeausrüstung (TGA). Sie inte­griert hierzu Heizung, Lüftung, Klima, Beleuchtung, Verschattung und andere Gebäudetechnik in ein smartes Gesamtsystem, mit dem Ziel einer effizienten, sicheren und komfortablen Gebäudenutzung.

Zur Vernetzung all dieser Gewerke ist u. a. der Standard KNX geeignet. Um die Wärmepumpe mit einer entsprechenden KNX-IP-Schnittstelle auszustatten, ist eine Softwareerweiterung für das ISG notwendig. So lässt sich die Wärmepumpe mit überschaubarem Installationsaufwand auch in bestehende KNX-Anlagen integrieren.

Fazit

Wenn beim Einsatz einer Wärmepumpe ein Maximum an Effizienz und Unabhängigkeit erreicht werden soll, ist mit einer Photovoltaik-Anlage, am besten inklusive Energiemanagement und ggf. auch Batteriespeicher, der größte Effekt zu erzielen. Mit solchen Systemlösungen lässt sich ein großer Teil des Strombedarfs einer Wärmepumpe durch Solarenergie decken. Für eine optimale Planung und Installation durch den Fachhandwerker empfiehlt sich die Zusammenarbeit mit erfahrenen Wärmepumpenherstellern, die über jahrzehntelange Erfahrung in Entwicklung, Produktion und Vertrieb von Wärmepumpen verfügen und zielführende Unterstützung bei der Planung des Anlagenkonzepts sowie der Auswahl und Dimensionierung passender Wärmepumpensysteme bieten können. So lassen sich alle Komponenten optimal auf die individuellen Gegebenheiten einer Anwendung abstimmen und im laufenden Betrieb die gewünschte Leistung erzielen.

Mit der erfolgreichen Umsetzung der Systemkombination ist zugleich die Grundlage für eine umfassende Elektrifizierung des Gebäudes geschaffen und weitere nachhaltige Systemlösungen, wie etwa Wallboxen für Elektroautos, können integriert werden.

Autor

Malte Vahlenkamp, Leiter Produkt Management Controlling bei Stiebel Eltron, Holzminden

 

Quelle und Bildquelle: www.elektro.net