Eine neue Studie des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE zeigt auf, wie die Kombination von Wärmepumpen mit Photovoltaik-Anlagen und Batteriespeichern die Effizienz der Heizsysteme in Wohngebäuden erheblich steigern kann. Durch die Verbindung dieser Technologien lässt sich nicht nur die Leistung der Wärmepumpen verbessern, sondern auch der Eigenverbrauch von Solarenergie erheblich erhöhen.
Die Untersuchung, die auf die Auswertung von 1-Minuten-Felddaten eines Einfamilienhauses in Freiburg basiert, stellt fest, dass intelligente, netzfähige Wärmepumpen – die an Photovoltaik-Dachanlagen und Batteriespeicher gekoppelt sind – optimale Ergebnisse liefern. Diese Systeme passen ihren Betrieb dynamisch an die Verfügbarkeit von Solarstrom an und können bei hoher Netzlast temporär vom Netzbetreiber deaktiviert werden, was zur Stabilität des Stromnetzes beiträgt.
Die Forscher des Fraunhofer ISE konzentrierten sich auf ein Einfamilienhaus aus den 1960er Jahren mit einem jährlichen Heizbedarf von 84,3 kWh/m² und einer beheizten Fläche von 256 Quadratmetern. Die Anlage bestand aus einer 13,9-kW-Erdwärmepumpe für Raumheizung und Warmwasser, einer südorientierten 12,3-kW-Photovoltaik-Anlage, einem 12-kW-Wechselrichter und einer 11,7-kWh-Batterie.
Die Studie zeigte, dass das System eine durchschnittliche Eigenverbrauchsquote von 42,9 Prozent erreichen konnte, mit Spitzenwerten im Winter. Der höhere Eigenverbrauch in den Wintermonaten ist auf die begrenzten Photovoltaik-Überschüsse zurückzuführen, während im Sommer, insbesondere während der Spitzenzeiten der Sonneneinstrahlung, ein geringerer Eigenverbrauch zu verzeichnen war. Eine größere Batteriekapazität könnte den Eigenverbrauch weiter maximieren, obwohl dies bedeuten würde, dass ein Großteil der Kapazität in den sonnenarmen Monaten ungenutzt bleibt.
Besonders hervorzuheben ist, dass die Kombination von Photovoltaik und Speicher rund 36 Prozent des Strombedarfs der Wärmepumpe decken konnte. Die saisonale Leistungszahl der Wärmepumpe stieg von 4,2 auf 5,2, wenn Solarstrom genutzt wurde, und erreichte sogar 6,7, wenn die kombinierte Versorgung durch Photovoltaik und Batteriespeicher berücksichtigt wurde. Dies unterstreicht das Potenzial, die Effizienz der Wärmepumpen durch die Nutzung von Solarenergie signifikant zu erhöhen.
Allerdings weisen die Forscher auch darauf hin, dass die intelligente Steuerung unter bestimmten Bedingungen die Effizienz der Wärmepumpe durch höhere Vorlauftemperaturen negativ beeinflussen kann. Eine umfassende Bewertung auf Systemebene, die Speicherverluste und wirtschaftliche Aspekte einbezieht, ist daher für ein vollständiges Verständnis der Auswirkungen dieser Technologiekombination erforderlich.
Die Ergebnisse dieser Forschung sind im Fachjournal „Solar Energy Advances“ veröffentlicht und bieten wichtige Einblicke in die optimierte Nutzung erneuerbarer Energien in Wohngebäuden. Sie zeigen, dass die Verbindung von Wärmepumpen mit Photovoltaik- und Speichersystemen nicht nur ökologisch sinnvoll, sondern auch wirtschaftlich attraktiv ist, indem sie die Effizienz steigert und langfristig zu erheblichen Energieeinsparungen führt.
