Groß Eigenverbraucher: Wärmepumpe
Groß Eigenverbraucher: Wärmepumpe

Möglichst unabhängig vom Strompreis zu sein, verfolgen fast alle Eigenstrom Szenarien. Plant man den Einsatz von Stromspeichern, so hat man zunächst den Fernseher, den Herd oder den Kühlschrank im Sinne. Nur selten wird die Wärmepumpe und ihre Komponenten in die Berechnung einbezogen.

Tatsächlich gibt es etliche Gründe, die Zweifel aufkommen lassen. So wandelt zum Beispiel eine Solarthermieanlage die Sonnenenergie effizienter in Warmwasser um, als der Umweg über eine Photovoltaik-Anlage. Wärme ist aber auch Energie, und Warmwasser, beheizte Räume oder im Sommer die Kühlung, sind aber nichts anderes als Energiespeicher. Ein Eigenenergiespeicher, die sich letztendlich auszahlt.

Es ist sehr schwierig, eine allgemein gültige Aussage zu machen, welchen Gewinn man durch eine Kopplung der PV-Anlage mit der Wärmepumpe erzielen kann. Zu viele Faktoren sorgen dafür, dass sich die Systeme gegenseitig beeinflussen oder anderen Parametern folgen. Im Rahmen dieses Beitrages wird daher versucht lediglich eine Näherung zu erzielen und die Faktoren aufzuzeigen, die eine Kopplung aus Photovoltaik und Wärmepumpe mit sich bringen.

Preisschere vs. Effizienzverlust

Sobald der Bezugspreis von Strom über dem Einspeisetarif liegt, rentiert sich der Eigenverbrauch. Das Delta daraus kann als Effizienzverlust toleriert werden. Nimmt man eine PV-Anlage, die im Januar 2013 ans Netz gegangen ist als Basis, dann hat diese eine Einspeisetarif von 17 Cent/kWh. Die Wärmepumpe wird mit einem Thermotarif (Unterbrechbare Stromversorgung) betrieben von 22 Cent/kWh. Bis zu einem Effizienzverlust von ~ 30% rechnet sich die Kopplung, da es unter dem Strich günstiger bleibt. Heutige Wärmepumpen sind auf Effizienz getrimmt, wodurch es nicht ganz leicht sein wird, bewusst ineffektiv zu arbeiten.

Wirtschaftlichkeit eines PV-Wärmepumpen-Verbunds

Bei einer Wirtschaftlichkeitsanalyse eines Verbundes aus PV-Anlage und Wärmepumpe sollte darauf geachtet werden, zunächst nur der PV-Anlage oder nur der Wärmepumpe die wirtschaftlichen Vorteile des Eigenverbrauchs anzurechnen. Soll z. B. zu einer bestehenden Photovoltaik-Anlage eine Wärmepumpe angeschafft werden, so sollte zunächst der Stromverbrauch der Wärmepumpe geschätzt werden, der durch die PV-Anlage gedeckt werden kann. Diese Strommenge ist dann in der Wirtschaftlichkeitsberechnung der PV-Anlage zu Selbstkosten anzusetzen und in der Wirtschaftlichkeitsberechnung der Wärmepumpe in Höhe des jeweils alternativ in Anspruch genommenen Stromtarifs. In beiden Berechnungen sollten die Erlöse bzw. eingesparten Heizkosten dann dynamisch über die Nutzungsdauer mit jährlichen Strompreissteigerungen abgezinst werden. Die nach Abzug der jeweiligen Investition verbleibenden Kapitalwerte sollte dann zusammenaddiert werden. Ist die Summe positiv, so ist von einer Wirtschaftlichkeit eines Verbundsystems aus PV-Anlage und Wärmepumpe auszugehen. Einzig bei der Kombination mit einer Warmwasserwärmepumpe zur Steigerung des Eigenverbrauchs ist bei durchschnittlichem bzw. hohem Warmwasserbedarf in Kombination mit einer Öl-, Gas- oder auch Holzheizung von einer Wirtschaftlichkeit ohne derart aufwändige Berechnungsmethoden auszugehen.

Lastmanagement mit Wärmepumpen

Für den Einsatz von Wärmepumpen spricht aber auch ihr Potenzial zur flexiblen Aufnahme von Ökostrom bei Lastspitzen und somit die Möglichkeit, mit Hilfe der Wärmepumpe das Lastmanagement des Stromnetzes zu unterstützen und unter Umständen den Netzausbaubedarf zu reduzieren. Laut der BMWi-Studie Potenziale der Wärmepumpe zum Lastmanagement im Strommarkt und zur Netzintegration erneuerbarer Energien ließe sich dieses Wärmepumpenpotenzial etwa mit einem großen Pumpspeicherwerk vergleichen. Zu diesem Zweck eignen sich Wärmepumpen besonders als integrierte Stromverbraucher in virtuellen Kraftwerken. Wie im Strategie- und Diskussionspapier vom ifeu – Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg GmbH „Nutzung von Strom aus erneuerbaren Energien in Wärmeanwendungen“ beschrieben, bedarf es hierzu allerdings der Umstellung auf einen am Strompreis orientierten intelligent wärmegeführten Betrieb der Wärmepumpen. Voraussetzung hierfür ist aber wiederum eine Kommunikationsinfrastruktur, die die Steuerung der Wärmepumpen anhand von Preissignalen des Stromsystems ermöglicht.

Wärmepumpen im Smart Grid und Smart Market

Werden Wärmepumpen im Smart Grid eingesetzt, also um einen Ausgleich der Netzlast herzustellen, ist es das Ziel, durch verbesserte Netzauslastung die Netzinfrastruktur kostenoptimiert zu betreiben, die Netzstabilität zu wahren und den Netzausbau auf ein notwendiges Maß zu begrenzen. Auch netzbedingte Abschaltungen von Photovoltaik- und Windkraftanlagen lassen sich hierdurch reduzieren. Dazu müssen Einspeisung und Verbrauch lokal und sehr zeitnah ausgeglichen werden. Zudem können Wärmepumpen dann auch helfen, Angebot und Nachfrage auf dem Strommarkt zu regulieren. Beim sogenannten Smart Market ist es das Ziel, durch Lastmanagement die Strombeschaffung bzw. den Vertrieb von Strom zu optimieren, indem man die volatilen Strompreise nutzt. So kann man von den günstigen Preisen in Zeiten des Stromüberflusses profitieren, aber auch marktgetriebene Netzdienstleistungen anbieten.

Skalierbarkeit der Netzsteuerung fehlt

Gerade die kleine Last Wärmepumpe kann im System, welches sich Stromnetz nennt, zu einem sehr effizienten Steuerungswerkzeug werden. Die Herausforderung im Rahmen der Stromwende besteht nun darin, die Netzsteuerung auch in die Lage zu setzen, dieses Potential technisch zu heben. Bisherige Lastmangement-Tools können dies leider nicht, da sie auf eine solch feine Ebene nicht skalieren können.

Dieser Beitrag ist im Rahmen einer Co-Autorenschaft mit  entstanden. Robert ist Energieblogger der ersten Stunde und schreibt unter anderem für die Energie-Experten.  

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2 Gedanken zu “Wärmepumpen als Eigenverbraucher für Solarstrom

  1. Als Referent für energetisches Sanieren im Bestand und Mitglied vom Energiekompetenzzentrum Rhein-Main habe mich mit dem Problem der Wirtschaftlichkeit von den wichtigsten Energieeinsparmaßnahmen beschäftigt. Hierbei zählen auch Wärmepumpen sowohl für Solo-Brauchwasser als auch mit Heizungsbetrieb dazu.
    Anhand einer allgemeingültigen Formel sind die verschiedenen Parameter Erfolgsquoten, Investitionskosten und ein Wirtschaftlichkeitsindex vergleichbar und werden in einem Ranking ausgewiesen.
    Im Gegensatz zum Artikel hier gibt es sehr wohl Wirtschaftlichkeits-Parameter, die beispielsweise eine Heizungsumstellung auf Brennwerttechnik mit einer solaren Hybridanlage, Photovoltaikanlagen mit Speicher, Pellets oder eben Wärmepumpen vergleicht.

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