Wärmepumpen als Eigenverbraucher für Solarstrom

09.08.13  10:16 | Artikel: 955823 | News-Artikel (Red)

Wärmepumpen als Eigenverbraucher für Solarstrom
Luft/Wasser-Wärmepumpe
Vitocal 300-A mit
Digital-Scroll-Technik
© Viessmann Werke
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.


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




Autor: Thorsten Zoerner

blog.stromhaltig.de

Thorsten Zoerner betreibt den Blog stromhaltig.de. Einen Großteil seiner Fachartikel veröffentlichen wir regelmäßig auch hier auf unserer Seite. Thorsten Zoerner ist Gründungsmitglied der Energieblogger.



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