Kombination Wärmepumpe mit Solarthermie

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Was bringt die Kombination Wärmepumpen-Heizung plus Solarthermie?

Laut dem Bundesverband Wärmepumpe e.V. (BWP) waren in Deutschland im Jahr 2017 etwa 800.000 Wärmepumpen in Betrieb, davon etwas mehr als die Hälfte Luft/Wasser-Wärmepumpen und der Rest Sole/Wasser- und Wasser/Wasser-Wärmepumpen. In 2017 wurden fast 80.000 neue Heizungswasser-Wärmepumpen und knapp 14.000 neue Warmwasser-Wärmepumpen installiert.

Luft-Wärmepumpe © Bundesverband Wärmepumpe
Luft-Wärmepumpe © Bundesverband Wärmepumpe

Wärmepumpen nutzen bis zu 75 Prozent Umweltwärme aus Luft, Erdreich oder Grundwasser aus der Umgebung, um Heizwärme zu erzeugen. Der Rest der Heizwärme entstammt elektrischer Antriebsenergie. Eine Solarthermie-Anlage erzeugt Wärme aus Solarenergie. Wer beide umweltschonende Technologien kombiniert, kann die Effizienz beider Systeme erhöhen. Wir erklären Ihnen hier alles Wissenswerte zur Kombi „Wärmepumpe plus Solarthermie“.

Absatzzahlen Heinzungswärmepumpen © Bundesverband Wärmepumpe
Die Grafik zeigt die Entwicklung der Absatzzahlen von Wärmepumpen in Deutschland von 2011 bis 2017 © Bundesverband Wärmepumpe

Wärmepumpe plus Solarthermie – Technik, Aufbau und Funktionsweise der kombinierten Heizungsanlage

Wärmepumpen entziehen der Umgebung (Erde, Wasser oder Luft) Wärme, um damit das Gebäude zu erwärmen. In der Kombination Wärmepumpe plus Solarthermie-Anlage lässt sich die Sonnenwärme auf zweierlei Weise im Heizkreislauf nutzen:

  1. Bei einer direkten Unterstützung der Wärmepumpe kommt die Solarwärme direkt in den Heizkreiskreislauf, in der Regel wird sie in einem Solarspeicher zwischengelagert.
  2. Oder die Wärmepumpe wird dank Wärmerückführung indirekt unterstützt, wenn der Solarspeicher gefüllt ist, indem überschüssige Solarwärme zum Beispiel ins Erdreich geführt wird, so dass dieses nicht zu sehr auskühlt.
Wärmepumpe Funktionsweise © Bundesverband Wärmepumpe
Die Grafik zeigt schematisch, wie eine Wärmepumpe Wärme erzeugt © Bundesverband Wärmepumpe

Die Solarthermie-Anlage kann entweder als Warmwasserheizung genutzt werden und / oder als Heizwasserheizung.

Wer seine Wärmepumpenheizung um eine Solarthermie-Anlage erweitern möchte, hat grundsätzlich zwei Möglichkeiten, die Systeme zu koppeln:

  1. Die Solaranlage wird in den sogenannten Sekundärkreis (Wärmesenke) der Wärmepumpe eingebunden.
  2. Die Solaranlage wird in den sogenannten Primärkreis (Wärmequelle) der Wärmepumpe eingebunden.
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Solarthermie gekoppelt an Sekundärkreis der Wärmepumpe: Trinkwassererwärmung

Für die Erwärmung von Trinkwasser (Brauchwasser in Küche und Bad) braucht die Wärmepumpe hohe Vorlauftemperaturen. Die schlagen allerdings negativ auf der systemischen Energiebilanz zu Buche. Deshalb lohnt es sich insbesondere bei Sole/Wasser-Wärmepumpen, diese mit einer Solarthermie-Anlage zur Trinkwassererwärmung zu kombinieren.

Wärmepumpe © Stiebel Eltron
Wärmepumpe © Stiebel Eltron

Bei Luft/Wasser-Wärmepumpen steigt mit der Außentemperatur auch die Effizienz. Eine Kombi mit einer Solarthermie-Anlage lohnt sich dennoch: Denn dank ihr spart man die Antriebsenergie für die Wärmepumpe (Betriebsenergie).

Beim Einbinden der Solarthermie-Anlage in die Trinkwassererwärmung des Wärmepumpensystems kommt es auf die Größe der Wärmetauscher im Speicher an. Der Solarwärmetauscher sollte zur installierten Kollektorfläche passen. Für die Wärmepumpe sollte die Nennweite ausreichend sein sowie die Wärmetauscherfläche wenigstens 0,25 m2 je Kilowatt (kW) Wärmepumpenleistung betragen.

Sind hohe Leistungsspitzen zu bedienen oder große Wärmepumpen im Einsatz, können Sie auf Ladespeicher mit externen Wärmetauschern setzen, denn dann lässt sich die Wärmetauscherfläche beliebig groß wählen, so dass große Mengen Warmwasser schnell verfügbar sind. Für den optimalen Wärmepumpenbetrieb und den Erhalt der Temperaturschichtung brauchen die Ladespeicher extra Einströmvorrichtungen, die die Eintrittsgeschwindigkeit des erwärmten Wassers bremsen. An den integrierten Wärmetauscher im Ladespeicher können Sie eine Solarthermie-Anlage koppeln.

Soll die Wärmepumpe nur das Trinkwasser erwärmen, sind Warmwasser-Wärmepumpen ratsam. Auch bei diesen lässt sich die Solarthermie-Anlage an den integrierten Wärmetauscher koppeln.

Statt eines Trinkwarmwasserspeichers ist bei der Kombi Wärmepumpe plus Solar für die Trinkwassererwärmung auch ein Pufferspeicher mit Heizungswasser machbar. Das Trinkwasser wird dann nach Bedarf mit den im Pufferspeicher sitzenden Edelstahlwellrohren oder extern über ein Plattenwärmetauscher-System (Frischwasserstation) erwärmt. Das Heizungswasser im Pufferspeicher heizt die Wärmepumpe direkt auf, die Solarthermie-Anlage wird über einen integrierten Rohrwendelwärmetauscher angekoppelt. Das bringt einerseits zwar nur kleine Trinkwarmwasservorräte, andererseits jedoch große Trinkwarmwasserleistungen.

Solarthermie gekoppelt an Sekundärkreis der Wärmepumpe: Pufferspeicher zur Heizungsunterstützung

Weil Wärmepumpenheizungen in der Regel auf niedrige Vorlauftemperaturen ausgelegt sind, macht eine Kombination mit einer Solarthermie-Anlage für Trink- und Heizwassererwärmung besonders viel Sinn. Denn dann kann die Solarthermie-Anlage viel zur Raumheizung beitragen. Das gelingt mit Kombispeichern, die sowohl den Heizungspufferspeicher als auch den Trinkwassererwärmer in einem Behälter vereinen und die vergleichsweise wenig Aufstellplatz benötigen. Diese Kombispeicher gibt es als:

  • Tank-in-Tank-Geräte
  • und als Kombispeicher mit integriertem Durchlaufprinzip.

Wissen sollten Sie, dass die Zieltemperaturen in Kombispeichern höher als in Trinkwarmwasserspeichern sein müssen. Speicher mit Innentank decken meist nur einen sehr kleinen Warmwasserbedarf, da das Wärmenachladen über die relativ kleine Oberfläche des Innentanks als Wärmetauscher läuft. Die Solarthermie-Anlage wird an den eingebauten Wärmetauscher im Kombispeicher gekoppelt. Die von ihr erzeugte Wärme wird entsprechend ihrer Temperatur und dank Schichtung oder interner Aufteilung des Behälters (beispielsweise mit Trennblechen) zum Heiz- oder zum Trinkwassererwärmen genutzt.

Arbeiten die Kombispeicher mit integriertem Durchlaufprinzip lässt sich ein Booster-Wärmetauscher mit extra Pumpe nutzen, der die systemische Leistung zur Trinkwassererwärmung steigert. Anstelle eines solchen Kombispeichers ist auch der Einsatz von einzelnen Speicher möglich: Heizungspufferspeicher plus bivalenter Trinkwarmwasserspeicher.

Wärmepumoe mit Speicher © Bundesverband Wärmepumpe
Eine Erdwärmepumpen-Anlage mit Speicher im Heizungskeller © Bundesverband Wärmepumpe

Solarthermie gekoppelt an Primärkreis der Wärmepumpe

Mit der Einbindung der Solarthermie-Anlage in den Primärkreis der Wärmepumpenheizung steigern Sie den Solarertrag der Solaranlage ebenso wie die Effizienz der Wärmepumpe, denn die verfügbare Solarenergie lässt sich – verglichen mit reiner Trink- und Heizwassererwärmung deutlich länger nutzen. Der Grund: Das Temperaturniveau des Primärkreises ist niedriger.

  • Bei Luft/Wasser-Wärmepumpen speist man die Solarwärme über den Verdampfer-Wärmetauscher in der Wärmepumpe ein. Das direkte Einbinden in den Primärkreis einer Luft/Wasser-Wärmepumpe erhöht die Verdampfertemperatur im laufenden Betrieb und somit auch die Jahresarbeitszahl (JAZ) der Wärmepumpe.
  • Bei Sole/Wasser-Wärmepumpen erwärmt man mit der Solarwärme das Solemedium, um die JAZ zu erhöhen.

Wer auf diese Kombi von Wärmepumpe plus Solaranlage zur Trink- und Heizwassererwärmung setzt und sie in den Primärkreis einbindet, braucht eine geeignete Regelstrategie, um den Solarertrag je nach Temperaturniveau der jeweiligen Nutzung zuzuführen.

Wärmepumpe plus Solarthermie – Energie- und Energiekostenersparnis

Je nach Typ und Dimensionierung der Solarthermie-Anlage erzeugt diese wie oben bereits geschrieben Solarwärme, um damit

  • Warmwasser (Brauchwasser für Küche und Bad)
  • oder Warmwasser- und Heizwasser

bereit zu stellen.

Solar-Anlage spart mehr als 50 Prozent Energie- und Energiekosten für die Warmwasserbereitung

Im Sommer erzeugt eine Solarthermie-Anlage mit einer Kollektorfläche von 4 bis 5 Quadratmetern, wie sie typischerweise auf einem Einfamilienhaus zur Warmwasserbereitung installiert ist, in unseren Breitengraden durchschnittlich genügend Wärme, um das Brauchwasser nahezu komplett zu erwärmen. Die Wärmepumpe kann im Sommer daher ausbleiben. Während der jahreszeitlichen Übergänge (Frühling und Herbst) und im Winter langt die Sonnenkraft hierzulande oft nicht, um die Warmwasserbereitung solar zu decken – dann muss die Wärmepumpe ran.

Im Jahresverlauf kommen Sie mit Ihrer Solarthermie-Anlage zur Warmwasserbereitung auf einen solaren Deckungsgrad von mehr als 50 Prozent. Sie sparen mit der Solaranlage also mehr als die Hälfte der Energie sowie die daraus resultierenden Energiekosten für die jährliche Warmwasserbereitung mit der Wärmepumpe ein.

Solar-Anlage spart bis zu 30 Prozent Energie und Energiekosten für die Wärmeerzeugung

Mit einer entsprechend und/oder größer dimensionierten Solarthermie-Anlage zur Warm- und Heizwasserbereitung (Kollektorfläche: 8 bis 10 Quadratmeter) kommen Sie bei der Heizungsunterstützung im Schnitt auf eine solare Deckung zwischen 20 und 30 Prozent. Sie sparen dank der Kombi Wärmepumpe plus Solarthermie-Anlage demnach ein Fünftel bis ein Drittel ihrer bisherigen Heizenergie und Heizkosten ein.

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Wärmepumpe plus Solarthermie – Kosten

Ob Sie sich für oder gegen die Kombi Wärmepumpe plus Solarthermie entscheiden, hängt sicher auch von den Investitionskosten in die umweltfreundliche Heiztechnik ab.

Für eine moderne Wärmepumpenheizung für ein Einfamilienhaus müssen Sie einen Preis von 12.000 bis 20.000 Euro kalkulieren. Eine Solarthermie-Anlage zur reinen Warmwasserbereitung kostet 4.000 bis 5.000 Euro. Eine Anlage, die auch die Heizung unterstützt, kostet zwischen 8.000 und 9.000 Euro.

Die gesamten Investitionskosten für Wärmepumpe plus Solar belaufen sich damit auf 14.000 bis 29.000 Euro. Hinzu kommen Installationskosten, die jedoch von mehreren Faktoren abhängen, die sich zudem von Haus zu Haus unterscheiden, so dass sich dafür hier keine Montage-Pauschale angeben lässt.

Komponenten Preise in Euro (ohne Förderung)
Wärmepumpe:
– Luft-Wärmepumpe 10.000 bis 14.000
– Erd-Wärmepumpe 16.000 bis 20.000
– Wasser-Wärmepumpe 14.000 bis 18.000
Solarthermie-Anlage:
– Warmwasser: 4.000 bis 5.000
– Warmwasser und Heizungsunterstützung: 8.000 bis 9.000
Investitionskosten gesamt: 14.000 bis 29.000

(Alle Angaben sind ca. Angaben inkl MwSt ohne Montage und beziehen sich auf ein Bestandsgebäude mit ca. 150 qm Wohnfläche, Bahjahr 2000, Gebäudeheizleist 9 kW)

Wärmepumpe plus Solarthermie – Fördergelder mindern Investitionskosten

Wenn Sie Ihre Wärmepumpenheizung mit einer Solarthermie-Anlage kombinieren, die erneuerbare Sonnenenergie in Wärme umwandelt, können Sie dafür Fördermittel beanspruchen. Die zum Teil recht hohen Fördergelder senken Ihre Gesamtinvestition.

Das Bundesamt für Ausfuhrkontrolle (BAFA) bezuschusst effiziente Wärmepumpen im Neubau wie im Gebäudebestand. Für die Kombination sind unter anderem die folgenden Zuschüsse möglich, vorausgesetzt, die Technik erfüllt die vom BAFA vorgegebenen Anforderungen:

Förderungen für Wärmepumpen

Für Wärmepumpen gibt’s als Innovationsförderung (also für die verbesserte Systemeffizienz oder für eine höhere Jahresarbeitszahl (JAZ) der beantragten Wärmepumpe)

  • 500 Euro Förderung (Mindestbetrag) bei leistungsgeregelten oder monovalenten Luft-Wärmepumpen
  • 6.000 Euro Förderung (Mindestbetrag) bei Wasser-Wärmepumpen
  • 6.750 Euro Förderung für eine innovative Erd-Wärmepumpe mit Erdsondenbohrung im Gebäudebestand

Förderungen für Solarthermie-Anlagen

Das BAFA fördert die Inbetriebnahme einer Solarthermie-Anlage pauschal in Abhängigkeit von deren Nutzungsart und von der Größe der Kollektorfläche.
Solarthermie-Anlage (Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung):

  • mindestens 7 und bis 14 m² Bruttokollektorfläche: 2.000 Euro
  • 15 bis 40 m² Bruttokollektorfläche: 140 Euro pro m²

Solarthermie-Anlage zur reinen Warmwasserbereitung:

  • mindestens 3 und bis 10 m²  Bruttokollektorfläche: 500 Euro
  • 11 bis 40 m² Bruttokollektorfläche: 50 Euro pro m²

Entscheiden Sie sich für eine heizungsunterstützende Solarthermie-Anlage bekommen Sie vom BAFA über das Anreizprogramm Energieeffizienz

  • einen Zusatzbonus von 20 Prozent auf die Summe der oben aufgeführten BAFA-Solarförderung
  • einen Investitionszuschuss von 600 Euro für die Optimierung des Heizungssystems. Die Optimierung umfasst beispielsweise einen hydraulischen Abgleich für eine effizientere Wärmeverteilung in den einzelnen zu beheizenden Räumen Ihres Hauses.

Wärmepumpe plus Solarthermie – die Vor- und Nachteile der Kombi-Anlage auf einen Blick

Die Kombination Wärmepumpe plus Solar bringt Ihnen Vor- und Nachteile, die auf den speziellen Eigenschaften der beiden Heizungstechnologien beruhen:

Vorteile

  • ökostrombetriebene oder solarstrombetriebene Wärmepumpe verbraucht keine fossilen Brennstoffe
  • Solarthermie-Anlage verbraucht keine fossilen Brennstoffe und arbeitet nahezu emissionsfrei
  • Wärmepumpe nutzt kostenlose Wärme aus der Umgebung (Luft, Wasser, Erde)
  • Solarthermie-Anlage nutzt kostenlose Solarenergie
  • Unabhängigkeit von Brennstoffen und Brennstoffpreisen
  • Solarthermie-Anlage senkt Betriebskosten (Stromverbrauch und Stromkosten der Wärmepumpe)

Nachteile

  • hohe Anschaffungskosten für Wärmepumpe
  • hohe Anschaffungskosten für Solarthermie-Anlage
  • Wärmepumpe verbraucht Strom
  • etwa ein Viertel der Jahreswärme, die die Wärmepumpe erzeugt, wird mit Hilfe von Strom erzeugt

Fazit

Die Entscheidung, auf eine Wärmepumpe als Wärmeerzeuger zu setzen, macht Sie unabhängig von fossilen Brennstoffen und deren Preisen. Denn anstatt fossile Brennstoffe zu verfeuern, entzieht die Wärmepumpe ihrer Umgebung (Luft, Erde, Grundwasser) Wärme, die gratis zur Verfügung steht. Das ist umweltfreundlich.

Allerdings verbraucht die Wärmepumpe Betriebsstrom. Sie arbeitet nur dann tatsächlich umweltfreundlich, wenn dies Ökostrom aus dem Netz oder noch besser: eigens erzeugter Solarstrom ist. Kombinieren Sie die Wärmepumpe mit einer umweltfreundlichen Solarthermie-Anlage, deckt diese einen Teil des Wärmebedarfs solar, so dass die Wärmepumpe übers Jahr gesehen weniger laufen muss. Das spart Betriebsstrom, Betriebskosten und Treibhausgas-Emissionen.

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