Wärmepumpe plus Solarthermieanlage: Erneuerbare Wärme satt!

Wir stellen euch heute die hybride Heizungskombi Wärmepumpe plus Solarthermieanlage vor. Erfahrt hier, welche Vorteile euch die Kombination dieser beiden effizienten Heiztechnologien bringt!

Duo aus zwei effizienten Heiztechnologien: Wärmepumpe plus Solarthermieanlage

Eine Wärmepumpe erzeugt Wärme

• zum Erwärmen von Trinkwasser, wie es in Küche und Bad verbraucht wird,
• und zum Heizen,

indem sie der Umwelt Wärme entzieht. Bei dieser Umweltwärme beziehungsweise Umgebungswärme handelt es sich um Solarwärme, die in der Luft, in Gewässern inklusive dem Grundwasser und im Erdreich gespeichert ist. Zum Entziehen der Wärme aus der Umwelt und zum Umwandeln der Umweltwärme in nutzbare Wärme braucht die Wärmepumpe Strom.

Je nach der Wärmequelle, die die Wärmepumpe anzapft, unterscheidet man drei Gerätetypen bei Wärmepumpen:

1. Luftwärmepumpen,
2. Grundwasserwärmepumpen und
3. Erdwärmepumpen.

Die drei Wärmepumpentypen stellen wir euch in diesem Beitrag hier auf unserem Blog ausführlich vor: Grundlagen: Alles, was ihr zur Wärmepumpe wissen müsst – Aufbau, Funktionsweise, Einsatz, Effizienz. Deshalb an dieser Stelle nur kurz: Die Effizienz von Wärmepumpen ist grundsätzlich hoch. Ihr könnt davon ausgehen, dass sie euch im Schnitt aus 25 Prozent Strom (Antriebsstrom) und 75 Prozent Umweltwärme 100 Prozent nutzbare Wärme erzeugen.

Wichtig: Wärmepumpen passen zu vielen Gebäuden, in Neubauten haben sie die Nase vorn. Doch es gibt auch Fälle, wo eine Wärmepumpe nicht sinnvoll ist. Lest dazu auch unseren Betrag: “Experten-Interview: Wann sollte keine Wärmepumpe eingebaut werden?“.

Eine Solarthermieanlage erzeugt Wärme, indem sie die Energie  der Sonne (Lichtenergie) in nutzbare Wärme umwandelt. Diese Umwandlung geschieht in den Solarthermiekollektoren, die

• entweder auf dem Dach eures Gebäudes (Dachkollektoren),
• an dessen Fassade oder Balkonbrüstung (Fassaden- oder Balkonkollektoren)
• oder auf freier Fläche auf eurem Grundstück installiert sind.

Damit die Solarthermieanlage Wärme erzeugen kann, braucht sie demnach Sonnenenergie. Das heißt, dass die Solarthermieanlage tagsüber Wärme erzeugt, wenn die Sonne scheint. Je nach Kollektortyp wird mehr oder weniger direktes und indirektes Sonnenlicht in nutzbare Wärme umgewandelt. Gut zu wissen: Vakuumröhrenkollektoren liefern bei gleicher Bruttokollektorfläche einen höheren Ertrag als Flachkollektoren. Mehr dazu könnt ihr hier lesen: Heiße Typen im Vergleich: Kollektortypen – Grundlagenwissen für Einsteiger.

Da der Wärmebedarf oft zeitversetzt besteht, braucht man einen Wärmespeicher, der die von der Solarthermieanlage erzeugte Wärme zwischenlagert (puffert), so dass sie zu einem späteren Zeitpunkt (abends oder nachts) genutzt werden kann. Ist der Wärmebedarf höher als die 

Beide Heizungen, sowohl die Wärmepumpenheizung als auch die Solarthermieheizung, nutzen erneuerbare Wärmequellen und liefern erneuerbare Wärme. Jede für sich betrachtet ist bereits ein Gewinn für das Klima und die Umwelt. Kombiniert sind die beiden Heizungen unschlagbar. Denn jede Heizung bewirkt, dass die jeweils andere noch effizienter arbeitet.

Effizient heizen: Wärmepumpe plus Solarthermieanlage

Bevor wir euch gleich die Vorteile der hybriden Kombi Wärmepumpe plus Solarthermieanlage auflisten, beantworten wir kurz die Technikfrage:

Wie funktioniert die kombinierte (hybride) Heizungsanlage?

Die Solarthermieanlage unterstützt die Wärmepumpe mit ihrer Solarwärme. Das gelingt auf zweierlei Weise: entweder direkt oder indirekt.

Direkte Unterstützung der Wärmepumpe: Die Solarwärme vom Dach wird direkt in den Heizkreislauf der Wärmepumpe eingespeist. Sie lässt sich dazu zum einen in den zugehörigen Pufferspeicher einleiten, den auch die Wärmepumpe mit ihrer Wärme beliefert – das ist der Standardfall. Der Wärmebedarf zum Erwärmen von Wasch-, Dusch oder Badewasser sowie zum Beheizen eurer Räume wird anschließend mit der gepufferten Wärme gedeckt. Zum anderen lässt sich die Solarwärme auch als primäre Wärmequelle einsetzen, der die Wärmepumpe Wärme entzieht.

Indirekte Unterstützung der Wärmepumpe: Hierbei leitet man die solare Wärme in die Wärmequelle der Wärmepumpe ein, beispielsweise ins Erdreich, so dass sich dessen Temperaturniveau erhöht. Das wiederum führt dazu, dass die Wärmepumpe weniger Strom verbraucht, um dem Erdreich Wärme zu entziehen. Zudem steigert diese Vorgehensweise die Effektivität und die Lebensdauer der Erdwärmepumpe.

Lasst uns noch mal etwas genauer auf den Standardfall schauen: Die Kombi aus Wärmepumpe plus Solarthermieanlage funktioniert im Grunde wie andere Kombis mit Solarthermie auch, zum Beispiel Öl plus Solar, Gas plus Solar oder Holz plus Solar. Deckt der Solarertrag den Wärmebedarf im Haushalt, kann die kombinierte Ölheizung, Gasheizung oder Pelletheizung als primärer Wärmeerzeuger ausbleiben. Unsere verlinkten Referenzen zeigen zur Genüge, dass das im Sommer der Regelfall ist. Im Winter dagegen leistet die Solarthermieanlage ihren Beitrag am Erwärmen des Wassers und Heizen der Räume (teilsolares Heizen).

Bei der Kombi aus Wärmepumpe plus Solarthermieanlage ist der Inhalt des Pufferspeichers dank der Solarwärme bereits vorgewärmt. So braucht die Wärmepumpe weniger Strom zum Bereitstellen von Warmwasser und Heizwärme. Das heißt auch: Die Jahresarbeitszahl (JAZ) der Wärmepumpe, der Gradmesser für die Effizienz des Geräts, verbessert sich dank der Unterstützung von der Solarthermieanlage. Die Stromersparnis schlägt sich auf eurer Betriebskostenrechnung nieder. Ihr zahlt insgesamt weniger Strom- und damit auch weniger Heizkosten.

In unserem Experteninterview schlüsselt unser Wärmepumpenexperte Ulf Heidrich genau auf, wie die Solarthermieanlage hilft, das Potential der Wärmepumpe bestmöglich auszuschöpfen: Eine effiziente Solarthermie-Anlage senkt die Laufzeiten, die Kompressor-Starts und den Strombezug der Wärmepumpe: 

Die Grafik zeigt die Kombination aus Wärmepumpe plus Solarthermie in zwei Einfamilienhäusern (EFH) mit unterschiedlichen Heizwärmebedarfen, wobei sich Letztere aus den verschiedenen Dämmungen der beiden Häuser ergeben. Je nach Dämmung führte die Kombi beim Strombezug zu Einsparungen von 33 Prozent und 37 Prozent pro Jahr. Die Kompressor-Starts sanken um 57 Prozent. Die Jahreslaufzeit (Jahresbetriebsstundenzahl) der Wärmepumpen sank um 36 Prozent und 42 Prozent.

Ein gutes Drittel weniger Strom für die Wärmepumpe senkt die Stromkosten entsprechend. Zugleich bedeutet die Stromersparnis auch eine Ersparnis beim CO₂-Ausstoß der Heizungsanlage. 

Die Praxis zeigt auch: Wer die Leistung der Wärmepumpe passend zum Wärmebedarf im Haushalt auslegt, kann dank der kombinierten Solarthermieanlage eine Wärmepumpe mit weniger Leistung installieren – die in der Regel auch günstiger ist. Ihr spart demnach auch Investitionskosten. 

Wärmepumpe plus Solarthermieanlage: 5 Vorteile der Kombi auf einen Blick

Das sind die 5 Vorteile der Kombi Wärmepumpe plus Solarthermieanlage. Euer Heizen wird damit:

1. Energieeffizienter: Eine Solarthermieanlage erhöht die Effizienz einer Wärmepumpe, da diese dank der Solarwärme auf ein höheres Temperaturniveau zugreifen kann. Das gilt vor allem in Übergangszeiten und im Winter.
2. Günstiger: Die Solarthermieanlage entlastet die Wärmepumpe, indem sie ihre solare Wärme direkt bereitstellt. Damit  sinken die laufenden Kosten fürs Heizen erheblich.
3. Umweltfreundlicher: Die Kombi Wärmepumpe plus Solarthermieanlage  senkt den Verbrauch fossiler Brennstoffe und damit verbundene CO₂-Emissionen.
4. Unabhängiger: Ihr erzeugt mehr erneuerbare Energie selbst und senkt somit die Abhängigkeit von externen Energiequellen und deren Kosten.
5. Flexibler: Die Kombi lässt sich an verschiedene Gebäudetypen und Wärmebedarfe anpassen und erweitern.

Noch effizienter heizen mit Wärmepumpe plus Solarthermieanlage plus Photovoltaikanlage

Aus dem höchst effizienten Duo “Wärmepumpe plus Solarthermieanlage” lässt sich mit einer Photovoltaikanlage ein Trio machen (siehe Titelfoto), das noch effizienter ist. Zumindest im Jahresbilanzverfahren und beim Einsatz eines Batteriespeichers spart ihr dank der PV-Anlage an dem Strom, den ihr zum Betrieb der Wärmepumpe aus dem Netz der Energieversorger:innen beziehen müsst. Das rechnet sich, weil die Gestehungskosten von selbst erzeugtem Solarstrom deutlich unter den Strompreisen liegen, die ihr euren Versorger:innen zahlen müsst.

Macht aus eurem Dach also am besten ein Solardach mit beiden Solarenergietechnologien: Solarthermie und Photovoltaik! Um eine Solarthermieanlage sinnvoll zu nutzen, reichen bei effizienten Vakuumröhrenkollektoren schon Kollektorflächen von 6,7 bis 13,4 Quadratmetern (m²) aus, wie die Grafik oben zeigt. Die restliche Fläche des Dachs könnt ihr dann mit PV-Modulen bestücken. Dank des Trios aus Wärmepumpe plus Solarthermieanlage plus Photovoltaikanlage nutzt ihr die Sonnenenergie sowohl thermisch als auch elektrisch – und ere Wärmepumpe profitiert davon.

Foto: Paradigma