Möglichkeiten und Grenzen von Photovoltaik-

Wärmepumpen-Systemen zur Erhöhung des

Eigenverbrauchs von Solarstrom

Tjarko Tjaden, Johannes Weniger, Volker Quaschning

Hochschule für Technik und Wirtschaft (HTW) Berlin

14. Forum Solarpraxis, 22. November 2013, Berlin

2

Entwicklung der Kosten für Netz- und Solarstrom

Quellen: EEG, Stadtwerke Fürstenfeldbruck / HTW Berlin (bisherige Entwicklung) (Prognose)

HT: Hochpreistarif, NT: Niedrigpreistarif

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2005

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2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

ct/

kW

h

Haushaltsstrompreis

Wärmepumpenstrompreis HT

Wärmepumpenstrompreis NT

PV Haushalt EEG

Netzparität

finanzielle Anreize für Speicher

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Zukunft der Solarstromnutzung in Deutschland

Direktverbrauch Batterie- speicherung

thermische Nutzung

Netzein- speisung

Abregelung Elektro- mobilität

4

Getrennte Systeme – Photovoltaik und Wärmepumpe

>0,27 €/kWh

<0,14 €/kWh

>0,20 €/kWh

5

PV-Speichersystem mit Wärmepumpe

>0,27 €/kWh

<14,0 €/kWh

Einsparung Zählergebühr (~100 €/a)

höherer Arbeitspreis für WP (~0,07 €/kWh)

Grundsätzlich gilt:

• viele hydraulische Varianten möglich

• Pufferspeicher und/oder Trinkwasserspeicher hilfreich

• Regelung/Regelbarkeit der WP spielt eine wichtige Rolle

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• Direkte Anpassung an die PV-Überschussleistung ist

nur mit Inverter-Wärmepumpen möglich.

• Speichervolumen und installierte Leistung haben

Einfluss auf die Eigenverbrauchserhöhung und die

Einsparung an Netzstrom.

Einfluss der Art der Wärmepumpe und dessen

Regelung auf das Betriebsverhalten

Einstufige Wärmepumpe Inverter-Wärmepumpe

ohne Speicherung ohne Speicherung mit Speicherung

PV-Erzeugung

mit Speicherung

+

Eigenverbrauchserhöhung

Netzentlastung

-

++

●

++

●

+++

+

PV Wärmepumpe Netz Wärmepumpe

7

0%

10%

20%

30%

40%

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100%

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Eig

enverb

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il

PV-Systemgröße in kWp

nur Haushaltsstrom (HH)0%

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Eig

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il

PV-Systemgröße in kWp

HH+Wärmepumpe (WP) ohne Überschuss-Speicherung

nur Haushaltsstrom (HH)

Erhöhung des Eigenverbrauchs

Einfamilienhaus: Nutzfläche 127 m², Berlin, Luft-Wasser-Wärmepumpe, Schichtenpufferspeicher 500 l, Haushaltsstrombedarf 3940 kWh/a, Heizwärmebedarf 95 kWh/(m² a), Trinkwarmwasserbedarf 16 kWh/(m² a)

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Eig

enverb

rauchsante

il

PV-Systemgröße in kWp

HH+Wärmepumpe (WP) ohne Überschuss-Speicherung

nur Haushaltsstrom (HH)

ohne Überschuss-Speicherung

„Passivhaus“

„unsaniert“

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Erhöhung des Eigenverbrauchs

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Eig

enverb

rauchsante

il

PV-Systemgröße in kWp

HH+WP+HS mit Speicherung bis 90 °C

HH+WP mit Speicherung bis 75 °C

HH+WP mit Speicherung bis 65 °C

HH+Wärmepumpe (WP) ohne Überschuss-Speicherung

nur Haushaltsstrom (HH)

mit Überschuss-Speicherung

und inkl. Heizstab

Einfamilienhaus: Nutzfläche 127 m², Berlin, Luft-Wasser-Wärmepumpe, Schichtenpufferspeicher 500 l, Haushaltsstrombedarf 3940 kWh/a, Heizwärmebedarf 95 kWh/(m² a), Trinkwarmwasserbedarf 16 kWh/(m² a)

9

Nutzung der Solarstromerzeugung bei einer installierten Leistung von 7 kW (ca. 50 m²)

Einfamilienhaus: Nutzfläche 127 m², Berlin, Luft-Wasser-Wärmepumpe, Schichtenpufferspeicher 500 l, Haushaltsstrombedarf 3940 kWh/a, Heizwärmebedarf 95 kWh/(m² a), Trinkwarmwasserbedarf 16 kWh/(m² a)

altes Haus 175 kWh/(m² a)

teilsaniert 95 kWh/(m² a)

Passivhaus 15 kWh/(m² a)

PV Haushaltsgerät

17%

56%

27%

17%

49%

34%

17%

38%

45%

PV Wärmepumpe inkl. Heizstab

PV Stromnetz

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Stromeinsparung durch das System bei einer installierten Leistung von 7 kW (ca. 50 m²)

Einfamilienhaus: Nutzfläche 127 m², Berlin, Luft-Wasser-Wärmepumpe, Schichtenpufferspeicher 500 l, Haushaltsstrombedarf 3940 kWh/a, Heizwärmebedarf 95 kWh/(m² a), Trinkwarmwasserbedarf 16 kWh/(m² a)

21%

79%

32%

68% 70%

30%

altes Haus 175 kWh/(m² a)

teilsaniert 95 kWh/(m² a)

Passivhaus 15 kWh/(m² a)

Photovoltaik Netzbezug

33%

Wärmepumpenstrom

Haushaltsstrom

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Zusammenfassung

• PV-Wärmepumpensysteme benötigen keine neue Hardware, sondern lediglich eine kommunikative Kopplung.

• Regelbare Inverter-Wärmepumpen bieten deutliche Vorteile bei der Anpassung an die verfügbare PV-Leistung.

• Einsatz eines zusätzlichen Heizstabes ist nicht sinnvoll, solange die Einspeisevergütung über den Wärmegestehungskosten des Wärmepumpensystems liegt.

• Überall dort, wo Wärmepumpen heute schon wirtschaftlich sind, sorgt die Kombination mit PV-Systemen für eine verbesserte Ökonomie.

für weitere Informationen:

TJADEN, TJARKO: Techno-ökonomischer Vergleich von Solarthermieanlagen mit Photovoltaik-Wärmepumpen- Systemen. Berlin, Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin, Masterthesis, 2013.

BUNDESVERBAND WÄRMEPUMPE (BWP) e.V. (Hrsg.): BWP-Branchenstudie 2013 - Szenarien und politische Handlungsempfehlungen, Berlin, 2013.

FRAUNHOFER-INSTITUT FÜR SOLARE ENERGIESYSTEME (ISE): WP-Monitor/Effizienz, Berichte und Daten, Freiburg, 2008 bis 2013. https://wp-monitor.ise.fraunhofer.de/

pvspeicher.htw-berlin.de

Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!