Photovoltaik und Wärmepumpe kombinieren: Wie groß sollte die PV-Anlage sein?
Photovoltaik und Wärmepumpe ergänzen sich gut: Die Photovoltaikanlage erzeugt Strom auf dem eigenen Dach, während die Wärmepumpe elektrische Energie nutzt, um das Gebäude zu beheizen und Warmwasser bereitzustellen. Wird ein Teil dieses Stroms selbst erzeugt, kann der Strombezug aus dem öffentlichen Netz deutlich reduziert werden.
Bei der Planung gibt es jedoch eine wichtige Besonderheit: Eine Wärmepumpe erhöht den jährlichen Stromverbrauch eines Haushalts erheblich. Gleichzeitig benötigt sie besonders in den Wintermonaten viel Energie – also genau dann, wenn die Photovoltaikanlage weniger Strom erzeugt.
Deshalb sollte bereits bei der Dimensionierung der PV-Anlage berücksichtigt werden, ob eine Wärmepumpe vorhanden ist oder zukünftig installiert werden soll.
Wie viel Strom benötigt eine Wärmepumpe zusätzlich?
Wie hoch der Stromverbrauch einer Wärmepumpe ausfällt, hängt stark vom jeweiligen Gebäude ab. Entscheidend sind unter anderem der energetische Zustand, die Wohnfläche, die benötigten Vorlauftemperaturen und die Effizienz der Wärmepumpe.
Eine wichtige Kennzahl ist die sogenannte Jahresarbeitszahl (JAZ). Sie beschreibt, wie viel Wärme eine Wärmepumpe im Verhältnis zum eingesetzten Strom erzeugt.
Benötigt ein Gebäude beispielsweise 12.000 kWh Wärme pro Jahr und erreicht die Wärmepumpe eine Jahresarbeitszahl von 4, ergibt sich rechnerisch:
12.000 kWh Wärme ÷ JAZ 4 = rund 3.000 kWh Strombedarf
Diese 3.000 kWh kommen zum normalen Haushaltsstrom hinzu.
Verbraucht ein Haushalt bislang beispielsweise 3.500 kWh Strom pro Jahr, kann sich der Gesamtverbrauch mit Wärmepumpe schnell auf rund 6.500 kWh erhöhen.
Genau dieser zusätzliche Verbrauch sollte bei der Planung der Photovoltaikanlage berücksichtigt werden.
Wie groß sollte die PV-Anlage mit Wärmepumpe sein?
Eine pauschale Antwort wie „Für eine Wärmepumpe braucht man mindestens 10 kWp Photovoltaik“ wäre zu einfach. Die passende Anlagengröße hängt unter anderem von folgenden Faktoren ab:
- verfügbare Dachfläche
- Dachausrichtung und Dachneigung
- mögliche Verschattungen
- Haushaltsstromverbrauch
- Strombedarf der Wärmepumpe
- geplante Wallbox oder Elektrofahrzeuge
- Stromspeicher
- zukünftiger Energiebedarf
Als grobe Orientierung kann in Deutschland häufig mit einem jährlichen Solarertrag von etwa 900 bis 1.100 kWh je installiertem kWp gerechnet werden. Der tatsächliche Ertrag hängt jedoch immer vom Standort und den Bedingungen auf dem jeweiligen Dach ab.
Ein Haushalt mit insgesamt 6.500 kWh Stromverbrauch könnte daher rein rechnerisch bereits mit einer Anlage von etwa 6 bis 7 kWp eine ähnliche Strommenge pro Jahr erzeugen.
Das bedeutet jedoch nicht, dass eine solche Anlage automatisch optimal dimensioniert wäre.
Warum Jahresverbrauch und Solarertrag nicht ausreichen
Ein häufiger Fehler besteht darin, ausschließlich den jährlichen Stromverbrauch mit dem erwarteten Jahresertrag der Photovoltaikanlage zu vergleichen.
Denn entscheidend ist nicht nur, wie viel Strom insgesamt erzeugt wird, sondern wann dieser Strom zur Verfügung steht.
Eine Photovoltaikanlage produziert im Frühjahr und Sommer besonders viel Energie. Die Wärmepumpe benötigt dagegen vor allem im Herbst und Winter Strom für die Heizung.
Im Sommer entstehen deshalb häufig Solarstromüberschüsse, während im Winter weiterhin Strom aus dem öffentlichen Netz benötigt wird.
Eine Anlage, die auf dem Papier genauso viele Kilowattstunden erzeugt, wie Haushalt und Wärmepumpe im Jahr verbrauchen, macht das Gebäude daher nicht automatisch energieautark.
Größere Photovoltaikanlage kann sinnvoll sein
Ist ausreichend geeignete Dachfläche vorhanden, lohnt es sich häufig, eine größere PV-Anlage zu prüfen.
Denn mehr installierte Leistung erhöht nicht nur den Solarertrag im Sommer. Auch bei schwächerer Sonneneinstrahlung im Frühjahr, Herbst und Winter steht mehr Leistung zur Verfügung.
Das ist gerade in Kombination mit einer Wärmepumpe interessant.
Ein vereinfachtes Beispiel zeigt den Unterschied:
Bei schwacher Sonneneinstrahlung liefert eine PV-Anlage nur einen Teil ihrer möglichen Leistung. Erzeugt eine 5-kWp-Anlage unter bestimmten Bedingungen beispielsweise rund 1 kW, könnte eine 10-kWp-Anlage unter vergleichbaren Bedingungen etwa 2 kW bereitstellen.
Die größere Dachfläche kann somit helfen, auch bei weniger optimalen Wetterbedingungen einen höheren Anteil des Strombedarfs selbst zu decken.
Hinzu kommt, dass der Stromverbrauch vieler Haushalte langfristig eher steigt. Neben einer Wärmepumpe können später beispielsweise eine Wallbox, ein Elektroauto oder weitere elektrische Verbraucher hinzukommen.
Wer eine Photovoltaikanlage für die nächsten 20 Jahre oder länger plant, sollte deshalb nicht nur den heutigen Stromverbrauch betrachten.
Was passiert im Winter?
Das Zusammenspiel von Photovoltaik und Wärmepumpe hat eine klare saisonale Grenze.
Im Winter benötigt die Wärmepumpe besonders viel Strom, während die Photovoltaikanlage deutlich weniger Energie produziert als in den Sommermonaten.
Eine vollständige Versorgung der Wärmepumpe ausschließlich mit Solarstrom ist bei einem typischen Einfamilienhaus deshalb über das gesamte Jahr kaum realistisch.
Das bedeutet jedoch nicht, dass sich die Kombination nicht lohnt.
Besonders in der Übergangszeit können Wärmepumpe und Photovoltaikanlage sehr gut zusammenspielen. Im Frühjahr und Herbst besteht bereits Heizbedarf, gleichzeitig produziert die PV-Anlage deutlich mehr Strom als während der dunklen Wintermonate.
Auch an sonnigen Wintertagen kann ein Teil des Wärmepumpenstroms direkt vom eigenen Dach kommen.
Das Ziel sollte daher nicht unbedingt vollständige Autarkie sein, sondern ein möglichst hoher sinnvoller Eigenverbrauch des erzeugten Solarstroms.
Welche Rolle spielt ein Stromspeicher?
Ein Batteriespeicher kann den Eigenverbrauch erhöhen, indem überschüssiger Solarstrom zwischengespeichert wird.
Produziert die Photovoltaikanlage beispielsweise am Mittag mehr Strom, als Haushalt und Wärmepumpe gerade benötigen, kann diese Energie am Abend oder in der Nacht genutzt werden.
Ein Stromspeicher löst jedoch nicht das grundsätzliche Winterproblem.
Heimspeicher sind dafür gedacht, Energie über Stunden zu verschieben – nicht über mehrere Monate. Solarstrom, der im Juli erzeugt wird, kann daher nicht bis Januar gespeichert werden.
Deshalb sollte ein Speicher nicht überdimensioniert werden. Entscheidend ist, dass seine Kapazität zur PV-Leistung und zum tatsächlichen Stromverbrauch passt.
Zusätzlich kann auch die Wärmepumpe selbst zur besseren Nutzung von Solarstrom beitragen. Überschüssiger PV-Strom kann beispielsweise genutzt werden, um Warmwasser zu erzeugen oder einen geeigneten Wärmespeicher aufzuladen.
Energiemanagement verbessert das Zusammenspiel
Besonders effizient wird die Kombination, wenn Photovoltaikanlage, Wärmepumpe, Stromspeicher und weitere Verbraucher miteinander kommunizieren.
Ein Energiemanagementsystem erkennt, wie viel Solarstrom aktuell produziert wird und wie hoch der Verbrauch im Gebäude ist.
Überschüssige Energie kann dann gezielt genutzt werden – beispielsweise für:
- den Betrieb der Wärmepumpe
- die Warmwasserbereitung
- das Laden des Stromspeichers
- das Laden eines Elektroautos
Dadurch lässt sich ein größerer Anteil des selbst erzeugten Solarstroms direkt im eigenen Haushalt verwenden.
Wie gut das funktioniert, hängt allerdings davon ab, welche Geräte und Schnittstellen miteinander kompatibel sind. Deshalb sollte das Energiemanagement bereits bei der Anlagenplanung berücksichtigt werden.
Beispiel: PV-Anlage für einen Haushalt mit Wärmepumpe
Ein Beispiel verdeutlicht die Planung.
Angenommen, ein Haushalt benötigt:
3.500 kWh Haushaltsstrom pro Jahr
und zusätzlich:
3.000 kWh Strom für die Wärmepumpe.
Damit ergibt sich ein Gesamtverbrauch von:
6.500 kWh pro Jahr.
Rein rechnerisch könnte eine PV-Anlage von etwa 6 bis 7 kWp im Jahresverlauf eine ähnliche Strommenge produzieren.
Steht jedoch ausreichend geeignete Dachfläche zur Verfügung, kann eine größere Anlage sinnvoll sein. Eine PV-Anlage mit beispielsweise 9 oder 10 kWp erzeugt auch bei schwächerer Sonneneinstrahlung mehr Energie und kann zukünftige Verbraucher besser berücksichtigen.
Welche Größe tatsächlich wirtschaftlich sinnvoll ist, lässt sich nur individuell beurteilen.
Dabei sollten Dachfläche, Stromverbrauch, Wärmepumpe, Speicher und zukünftige Anforderungen gemeinsam betrachtet werden.
Typische Fehler bei der Planung vermeiden
Wer Wärmepumpe und Photovoltaik kombiniert, sollte einige typische Planungsfehler vermeiden.
Die PV-Anlage nur nach dem bisherigen Haushaltsstrom dimensionieren:
Wird die Wärmepumpe erst später eingebaut, kann der Strombedarf deutlich steigen. Dieser zusätzliche Verbrauch sollte möglichst früh berücksichtigt werden.
Vollständige Autarkie erwarten:
Gerade im Winter bleibt Netzstrom meist notwendig. Eine gute Planung zielt deshalb auf einen hohen Eigenverbrauch und nicht auf unrealistische 100 Prozent Autarkie.
Den Stromspeicher zu groß wählen:
Ein größerer Batteriespeicher verbessert nicht automatisch die Wirtschaftlichkeit. Entscheidend ist eine Kapazität, die regelmäßig sinnvoll genutzt werden kann.
PV-Anlage und Wärmepumpe getrennt planen:
Beide Systeme sollten möglichst als Gesamtlösung betrachtet werden. So können Anlagenleistung, Speicher und Energiemanagement besser aufeinander abgestimmt werden.
Fazit: Wärmepumpe bei der PV-Planung von Anfang an berücksichtigen
Photovoltaik und Wärmepumpe können sich sehr gut ergänzen. Die Photovoltaikanlage liefert einen Teil des benötigten Wärmepumpenstroms direkt vom eigenen Dach und reduziert dadurch den Strombezug aus dem Netz.
Wie groß die PV-Anlage sein sollte, lässt sich jedoch nicht mit einer einzigen Faustformel beantworten. Neben dem Haushaltsstrom müssen insbesondere der Verbrauch der Wärmepumpe, die verfügbare Dachfläche, die saisonale Solarstromproduktion und mögliche zukünftige Verbraucher berücksichtigt werden.
Ist ausreichend geeignete Dachfläche vorhanden, kann es sinnvoll sein, die Photovoltaikanlage großzügiger zu dimensionieren, statt sie ausschließlich am heutigen Stromverbrauch auszurichten.
Auch Stromspeicher und Energiemanagement können den Eigenverbrauch weiter erhöhen – vorausgesetzt, alle Komponenten werden sinnvoll aufeinander abgestimmt.
Die Solarwerkstatt unterstützt Sie bei der individuellen Planung Ihrer Photovoltaikanlage. Dabei berücksichtigen wir nicht nur Ihren heutigen Stromverbrauch, sondern auch Wärmepumpe, Speicher, Wallbox und zukünftige Anforderungen. Mit unserem PV-Rechner erhalten Sie bereits vorab eine erste Orientierung für Ihr Solarprojekt.
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