Den Strom der eigenen Photovoltaikanlage nicht nur für den normalen elektrischen Hausverbrauch, sondern auch für die Wärme im Haus und die Mobilität nutzen? Diese Fragestellung hat die BayWa r.e. Solar Energy Systems GmbH schon 2015 beschäftigt.
Mit zwei richtungsweisenden Wohnbauprojekten konnte die BayWa r.e. ganz konkrete Praxiserfahrung sammeln: einem PLUS-Energie-Solar-Einfamilienhaus in Tübingen und einer Effizienzhaus-Plus-Wohnsiedlung in Hügelshart in der Nähe von Augsburg. Alle diese Gebäude produzieren im Jahr mehr Energie als die Bewohnerinnen und Bewohner für Elektrizität, Warmwasser und Heizung verbrauchen. „Wichtig war uns dabei, auf dem Markt erprobte Standardkomponenten einzusetzen. Wir wollten keine teuren Sonderlösungen“, betont Elke Dehlinger, Produktmanagerin der Projekte bei der BayWa r.e.: „Beide Bauprojekte zeigen: Standardkomponenten klug kombiniert und passend dimensioniert erreichen eine hohe Effizienz, bieten ein gutes Preis-Leistungsverhältnis und sind vom Handwerk sowie den Bewohnerinnen und Bewohnern beherrschbar.“
Wie wurde das technisch realisiert? Was kann die Sektorkopplung von PV-Strom und Wärme leisten? Und was sollten Solarteure beachten?
Möglichst hohe Autarkie bei Strom und Wärme
Die Idee für das Tübinger PLUS-Energie-Solarhaus war: Ist 100 % solare Autarkie mit Photovoltaik möglich? Begleitet wurde das Projekt Institut für Gebäude-Energetik, Thermotechnik und Energiespeicherung (IGTE). Auf dem Dach des Einfamilienhauses – einem nach KfW-Effizienzhaus-Standard 55 neu errichteten Gebäude – haben wir 2015 eine Ost-West ausgerichtete Photovoltaikanlage mit 29,76 kWp installiert. Weitere Systemkomponenten sind eine Luft-Wasser-Wärmepumpe mit Inverter-Technologie von Stiebel-Eltron (WPL25A), ein thermischer 1500 Liter-Pufferspeicher sowie ein dreiphasiges SMA Sunny Island-Ersatzstromsystem (3 x SI6.0H).
Die Wärmepumpe sorgt für Heizungswärme und Warmwasser im Haus. Das intelligente Energiemanagementsystem, der SMA Sunny Home Manager, kommuniziert mit den einzelnen Komponenten und regelt sie abhängig von Einstrahlungswerten und Verbrauch – und das schon seit 2015. Nur die zu Beginn eingesetzte elektrische Batterie, ein Bleispeicher mit 16,7 kWh nutzbarer Energie, wurde 2022 ausgetauscht – gegen einen Lithium-Ionen-Speicher von BYD mit einer effektiv nutzbaren Kapazität von 45 kWh.
Die solare Autarkie des PLUS-Energie-Solarhauses lag in den bisher sieben Jahren Betriebszeit im Durchschnitt bei 77 %. Seit September 2021 nutzen die Bewohner auch noch eine Wallbox für ihr E-Auto. Etwas mehr als 3000 kWh Solarstrom konnten 2022 direkt von der Photovoltaikanlage ins E-Auto geladen werden; das sind 78 % des Fahrzeugverbrauchs.
Energieeffizient und wirtschaftlich
Ein Optimum aus Energieeffizienz und Kosten zu erreichen, war das Ziel der ersten Effizienzhaus-Plus-Siedlung in Deutschland. Die neun Einfamilien- und vier Doppelhaushälften in Hügelshart sollten nicht nur mehr Energie erzeugen als sie verbrauchen, sondern auch keine oder fast keine laufenden Energiekosten haben. Mithilfe einer Simulation wurde das Konzept vor Beginn sorgfältig geprüft.
Deshalb wurden die 2017 fertiggestellten Neubauten im KfW 55-Standard mit konsequent nach Süden ausgerichteten und mit 45° geneigten Photovoltaikanlagen ausgestattet – bei den Einfamilienhäusern mit 12,32 und den Doppelhaushälften mit 7,84 kWp. So wurde nicht nur das ganze Dach zur Eigenerzeugung genutzt, sondern mit der Dachneigung auch auf einen erhöhten Winterertrag optimiert.
Die Lithium-Ionen-Batterien mit 6,4 kWh übernehmen nur das kurzzeitige Zwischenspeichern des überschüssigen Solarstroms und werden durch thermische Pufferspeicher von 1000 – 1500L ergänzt. Eine Stiebel Eltron Luft-Wasser-Wärmepumpe mit Inverter-Technologie übernimmt als Kompaktgerät die Funktionen Heizen, Warmwasserbereitung, Lüften und Kühlen.
Die solare Autarkie der Effizienzhaus-Plus-Siedlung – auch wieder für Strom, Warmwasser, Heizung und Kühlung – variiert je nach Nutzerverhalten sehr stark und liegt trotzdem in den bisher fünf Nutzungsjahren im Durchschnitt bei 55 %.
Fazit: PV und Wärme. Was kann die Sektorenkopplung leisten?
In Tübingen und in Hügelshart wurde – mit Ausnahme des Ersatzstromsystems – der gleiche Anlagenaufbau realisiert. Die Komponenten unterscheiden sich hauptsächlich in Größe und Leistung. Obwohl sich die Ziele der Projekte unterschieden haben. Das Konzept dieser Solarhäuser geht auf. Denn sie bieten allen Bewohnern die Möglichkeit, mit ihrem Verhalten viel eigene Energie zu nutzen und damit ihre Energiekosten direkt zu beeinflussen – ohne auf Wohnkomfort verzichten zu müssen.
„Wir fühlen uns gar nicht eingeschränkt. Im Winter ist es immer mollig warm und man muss sich um nichts kümmern. Wir kommen mit der Technik gut zurecht und die Technik kommt mit uns gut zurecht. Das Thema Heizung ist sehr bedienerfreundlich. Einmal im Herbst schalten wir die Heizung ein, regeln das Thermostat und dann können wir sie eigentlich bis April, Mai durchlaufen lassen. Dann schalten wir die Heizung aus und die Kühlfunktion ein und haben dann ein angenehm kühles Haus für den Sommer. Ich finde es ein sehr schönes Gefühl, in einem Haus zu leben, das seine Energie selbst erzeugt.“
Effizienzhaus-Plus in Hügelshart: Erfahrungen eines Eigentümer-Ehepaars
„Wir haben bewusst auf eine Technik gesetzt, die keine besonderen Anforderungen an die Bewohner stellt. Das heißt, es gibt keinerlei Einschränkungen beim Verbrauch – wir nutzen alle Geräte, wie wir wollen. Die große PV-Anlage verbunden mit der großen Batterie bringen keine Einschränkungen. Die Wärmepumpe ist ein Bauteil, das einer jährlichen Wartung bedarf. Auch die Schallemission einer Wärmepumpe ist nicht Null – daher sollte man für eine Wärmepumpe einen guten Platz möglichst weit weg von den Nachbarn finden. Diese Fast-Unabhängigkeit von Energie von außen und fast nicht mehr abhängig zu sein von Strom- oder Gaspreisen ist natürlich auch wirtschaftlich ein Erfolg. Durch die Einspeisung im Sommer ist der wenige Netzstrom im Winter finanziert. Wir haben Nebenkosten von in Summe nahe Null! Eine maximale Belegung des Dachs mit PV und der Einbau einer komfortabel großen Batterie kombiniert mit einer Wärmepumpe und einer Wallbox, ist sicherlich das modernste und beste Heizsystem, das man machen kann. Kann ich nur empfehlen!“
PLUS-Energie-Solarhaus in Tübingen: Erfahrungen des Eigentümers
Was sollten Solarteure wissen?
- Für die Kombination von Photovoltaik und Wärmepumpen steht ausgereifte, effiziente Technik zur Verfügung. Als Bauherr muss man nicht auf einen zukünftigen Entwicklungsschritt warten. Die Komponenten werden natürlich trotzdem kontinuierlich weiterentwickelt und verbessert – und vor allem: Immer mehr Komponenten von immer mehr Herstellern kommunizieren intelligent miteinander. Je mehr Komponenten dazu in der Lage sind, desto besser lässt sich das Gesamtsystem regeln.
- Eine Wärmepumpe kann nicht nur für Wärme in einem Gebäude sorgen, sondern auch die Kühlung bzw. die Temperierung eines Gebäudes in unseren zunehmend heißen Sommern übernehmen. Und hier passt die Erzeugung und Nutzung – von Photovoltaikanlage und Wärmepumpe – bestens!
- Am besten ist es, die Photovoltaikanlage so groß wie möglich auszulegen; jede eigen erzeugte kWh ist um ein Vielfaches billiger als der bezogene Netzstrom.
- Hochwertige Komponenten von erfahrenen Herstellern reduzieren das Risiko einer ineffizienten Anlage und damit hohen Energiekosten.
- Mit Photovoltaik vom eigenen Dach lässt sich schon heute zusammen mit Wärmepumpen eine hohe Energiesicherheit erreichen: Strom, Warmwasser und Heizung – bis zu 80 % CO₂-neutral und unabhängig.
- Die Kombination Photovoltaik und Wärmepumpe hat ein enormes Zukunftspotential. Die Bundesregierung will den Einsatz von Wärmepumpen massiv vorantreiben. Anvisiert ist der Einbau von 500.000 Wärmepumpen landesweit pro Jahr ab 2024 – sowohl in Neubauten als auch bei Sanierungen. Und am sinnvollsten ist das natürlich in Kombination mit einer eigenen Photovoltaikanlage.
