Solarthermie oder Photovoltaik mit Wärmepumpe: Was ist die beste Kombination?

Kritik an der Wärmepumpe

Aktuell stehen allerdings gerade die Luft/Wasser-Wärmepumpen hinsichtlich ihrer Effizienz in der Kritik. Im März haben die vier Energieexperten Falk Auer, Werner Eicke Hennig, Werner Neumann und Gabriele Purper ein dreiseitiges Wärmepumpen-Manifest veröffentlicht. Dort warnen sie vor der ungezügelten politischen Förderung und Verbreitung der Wärmepumpe, insbesondere der Luft/Wasser-Wärmepumpe.

Diese Entwicklung habe bereits dazu geführt, dass Messungen immer wieder Jahresarbeitszahlen unter oder um nur 3,0 zeigen, die thermische Sonnenenergienutzung behindert wird und Wärmepumpen ohne Beachtung der erforderlichen Rahmenbedingungen auch in nicht oder nur teilgedämmten Häusern eingebaut werden.

Die Unterzeichner warnen, dass die Nutzer ohne eine Änderung dieser Praxis zukünftig in ein Heizkostendilemma steuern. Der Wärmewende würde damit ein Bärendienst erwiesen, weil das Pendel der Unzufriedenheit irgendwann zurückschlage. Auch werde die Wärmepumpe in zahlreichen Studien zur Energiewende als in jeder Hinsicht überlegene Technik dargestellt, ohne auf „eine Reihe von ernsten Problemen dieser Technologie“ einzugehen.

Aus Sicht der Autoren haben Wärmepumpen ihre theoretische Effizienz in der Praxis bis heute nicht ausreichend bewiesen. Das Quartett fordert Effizienzvorgaben für die Wärmepumpe von mindestens 4,0 gemäß VDI 4650 und ab 2025 von 4,5 in allen Rechtsvorschriften sowie bei der Förderung. Nachweis und Kontrolle der Einhaltung dieser Werte sollen außerdem durch Jahresarbeitszahlen (JAZ) erfolgen.

Tatsächlich muss bei Luft/Wasser-Wärmepumpen genau auf die Rahmenbedingungen geachtet werden. Die Effizienz sinkt deutlich, wenn die Lufttemperaturen in die Minusgrade gehen. Die Auswirkungen auf die JAZ hängen aber natürlich davon ab, wie kalt die Winter in der jeweiligen Region in der Regel sind. Ein weiterer wichtiger Punkt ist die Problematik der Schallemissionen bei der Außenaufstellung in immer enger werdenden Bausituationen.

Geräteeffizienz in Förderkriterien

Allerdings mindern die Anforderungen für die MAP-Förderung das Risiko für den Betreiber. Neben der theoretischen Geräteeffizienz in Form der auf dem Prüfstand ermittelten COP- oder SCOP-Werte verlangt das Bafa auch die nach VDI 4650 – Blatt 1 berechnete JAZ. Diese kann etwa anhand des JAZ-Rechners des BWP oder alternativ mithilfe anderer Tools ermittelt werden, welche die VDI-Anforderungen in ihren Berechnungen integriert haben. Der geforderte Mindest-COP wiederum lässt sich beispielsweise über das Gütesiegel der europäischen Wärmepumpenvereinigung EHPA nachweisen. Entscheidend für den tatsächlichen Wirkungsgrad in der Praxis ist aber letztendlich die Qualität der Planung und Installation durch das Fachhandwerk.

Wärmepumpe: Solarthermie oder Photovoltaik? Beides!

Dabei kann auch eine Kombination von Wärmepumpe und Photovoltaik durchaus sinnvoll sein. Wird der PV-Strom im Haushalt nicht benötigt, arbeitet die Wärmepumpe auf den Pufferspeicher. Entsprechende Regelungen haben viele Hersteller im Portfolio. Gerade im Hinblick auf die mittlerweile eher geringe Einspeisevergütung oder eine auslaufende Förderung ist dies für viele Eigentümer eine interessante Alternative.

Ist damit die Solarthermie zwangsläufig weg vom Dach, wenn der Kunde sich für eine Wärmepumpe entscheidet? Nicht unbedingt. Sogenannte PVT- oder auch Hybridkollektoren liefern Strom und Wärme für die Wärmepumpe. Auf der Vorderseite befindet sich eine PV-Anlage und auf der Rückseite ein Absorber, der die bei der Stromproduktion entstehende Abwärme aufnimmt und ableitet. Die Wärmepumpe erhält dann beide benötigten Energieformen aus einer Hand, sodass weitere Wärmequellen wie etwa ein Luft/Wasser-Wärmetauscher oder eine Erdsonde entfallen können.

Es gibt bereits erste Pilotprojekte dieser Art in der Nahwärmeversorgung von Quartieren, aber auch mit größeren Einfamilienhäusern. Ob sich PVT-Anlagen durchsetzen, wird auch davon abhängen, ob es den Herstellern gelingt, die Technologie günstiger als die getrennte Aufstellung von Photolvoltaik und Solarthermie zu machen.

Brennstoffzelle mit PV-Strom antreiben

Ein anderer Ansatz für die Nutzung von PV-Strom kommt aus dem Bereich der Brennstoffzelle. Das Berliner Unternehmen Home Power Solutions will mit seinem Komplettsystem Picea die Sonnenenergie vom Sommer in den Winter bringen. Mithilfe eines Elektrolyseurs wird hier PV-Strom in Form von Wasserstoff gespeichert. Dieser treibt wiederum die Brennstoffzelle an, die dann bei Bedarf Strom und Wärme erzeugt. Für einen Vier-Personen-Haushalt mit einem durchschnittlichen jährlichen Strombedarf von 4000 kWh wird eine PV-Anlage in einer Größe zwischen 8 und 12 kW benötigt.

Bei der Wasserstoff-Elektrolyse entsteht zusätzlich Wärme, die ebenfalls genutzt wird. Standardmäßig ist dafür ein 500 l großer Pufferspeicher im Komplettsystem enthalten. Alternativ lässt sich aber auch ein vorhandener Speicher nutzen, sofern dieser an eine Solarthermieanlage angeschlossen werden kann. Die ersten Brennstoffzellen-Komplettsysteme, die auch eine Wohnungslüftung beinhalten, wurden Anfang des Jahres ausgeliefert und sollen eine autarke Versorgung mit Strom und Wärme ermöglichen.

Solarthermie vor allem bei Warmwasserbereitung

Und wo bleibt in diesem Mix die klassische Solarthermie? Im Zuge des starken Trends zu PV-Lösungen scheint der deutlich höhere Wirkungsgrad der Solarwärmeanlagen in den Hintergrund zu treten. Dabei kann die Solarthermie gerade bei der Warmwasserbereitung ihre Stärken ausspielen. Mit einer Kollektorfläche von 1 bis 1,5 m² pro Person im Haushalt (Flachkollektor) kann hier im Sommer der Warmwasserbedarf vollständig gedeckt werden. Für einen Vier-Personen-Haushalt wären zu diesem Zweck also etwa 5 m² erforderlich. Diese kosten bei einem Preis von rund 300 Euro pro m² Flachkollektor rund 1500 Euro.

Dazu kommen Installationskosten (Rohre, Pumpe, Montage) in etwa der gleichen Größenordnung. Das für diesen Zweck notwendige Speichervolumen beläuft sich auf 50 bis 80 l pro Person. Speicher mit 300 l Kapazität sind in guter Qualität für etwa 1500 Euro zu haben. Damit kostet ein Solarkollektorsystem zur Warmwasserbereitung unterm Strich rund 4500 Euro.

Will man die Solarthermie auch zur Heizungsunterstützung einsetzen, müssen Kollektorfläche und Speichervolumen (Puffer- oder Kombispeicher) verdreifacht werden. Trotzdem ist natürlich noch ein weiteres Heizsystem notwendig (z. B. Gas oder Holzpellets). Untersuchungen etwa zur Kombination mit Holzpellets haben gezeigt, dass sich die Amortisation durch die zusätzliche Solarthermie nach hinten verschiebt.

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Das lässt sich einfach erklären: Ein Argument für die vergleichsweise teuren Pelletheizungen sind die niedrigeren Betriebskosten. Eine Kilowattstunde Wärme aus Holzpellets ist günstiger als eine aus Heizöl oder Erdgas. Streng genommen rentiert sich ein Pelletkessel also langsamer, wenn Brennstoff eingespart wird, weil ein Solarkollektor bereits Wärme liefert. Bei vielen Eigentümern siegt der Geldbeutel dann an dieser Stelle über das Umweltbewusstsein.

Dazu kommt, dass Gebäude immer höheren Dämmstandards entsprechen müssen oder freiwillig nachträglich gedämmt werden. Angesicht des niedrigeren Energieverbrauchs dürften selbst die von manchen angenommenen hohen Preissteigerungen bei Gas, Öl und Strom in Zukunft deutlich weniger ins Gewicht fallen als heute angenommen. Dies spricht dafür, dass die Kombination von Gas und Solarthermie durch die Energieeinsparverordnung bzw. perspektivisch das Gebäudeenergiegesetz auch zukünftig eine Standardoption bei neuen Ein- oder Zweifamilienhäusern bleibt.

Der Beitrag von Dittmar Koop ist zuerst erscheinen in: SBZ 10-2019.