Durch die geringeren Einspeisevergütungen von PV-Strom und der daraus resultierenden wirtschaftlichen Möglichkeit der Eigennutzung, wird derzeit vermehrt für eine Nutzung des eigen erzeugten Stromes zum Antrieb von Wärmepumpen geworben. Auf dem ersten Blick scheint das ein sinnvoller Ansatz zu sein, bei näherer Betrachtung ist es eher als Marketinggag anzusehen.

Betrachten wir mal den logischen Energiefluss:

 Die Sonne liefert bei optimalen Bedingungen ca. 1.000W/m² Fläche

 Die Solarmodule können einzeln ca. 30% umsetzen, im System ca. 12%

 Der Wirkungsgrad der Wechselrichter geht heute bis 98%

 Die Wärmepumpen sollten eine Arbeitszahl von min. 3,5 erreichen

 Sie erzeugt für uns dann wieder für uns nutzbare Wärme
 
Der Gesamtwirkungsgrad η eines Systems wird aus den Einzelwirkungsgraden errechnet, also:

ηges= η1 x η2 x ηn      

Das bedeutet:
Der niedrigste Einzelwirkungsgrad bestimmt den Gesamtwirkungsgrad!

1.000W          Sonnenenergie = Wärme
x 0,12            Systemwirkungsgrad PV-System
x 0,98            Wirkungsgrad beste Wechselrichter
x 3,5              Arbeitszahl (Verhältnis zugeführter zur abgegebenen Energie), deshalb über 1*
= 411,6W       gewonnene Wärme entspricht ~ 42% Gesamtwirkungsgrad

Man hat also Wärme in Wärme umgewandelt, dafür sollte man solchen kreativen Marketingmenschen für diese Innovation eigentlich den Nobelpreis überreichen.

* Damit diese Energie in die Berechnung einfließen kann, wird zusätzlich zu dem 1m² Kollektorfläche Photovoltaik eine große Fläche zum Aufnehmen der Umweltenergie benötigt, also ist ein direkter Vergleich mit einer Solarthermieanlage nicht gegeben.

Selbst bei einer Arbeitszahl von 4,5, was nur wenige spezielle Anlagen in der Praxis erreichen, ergibt sich bei dieser Rechnung nur ein Gesamtwirkungsgrad von max. 52%.

Wenn man die Leistung auf die Fläche umlegt ergeben sich noch schlechtere Zahlen. Die Wärmepumpe hat deshalb so hohe Werte, da sie die gespeicherte Umweltenergie ausnutzt und das Temperaturniveau durch elektrisch angetriebene Verdichter anhebt. Dazu sind aber zusätzlich größere Flächen oder große Mengen an Umweltmedien (Luft, Wasser) notwendig, als bei Bezugsenergie der der Basisrechnung mit 1.000W/! Je nach genutzter Umweltenergie werden unterschiedliche Flächen, Luft- oder Wassermengen benötigt. Nimmt man zum einfachen Vergleich Flächenabsorber im Erdreich, so kann man dabei von 150-250W/m² Entzugsenergie ausgehen.

Eine Arbeitszahl von 4 bedeutet, dass man mit 1kW elektrischer Energie 4kW Nutzenergie erzeugen kann. Da Energie nicht verloren gehen kann, sondern nur umgewandelt wird, muss also 3kW Umweltenergie zugeführt werden. 3kW würden bei 250W/m² Bodenfläche aber eine Gesamtfläche von 12m² benötigen.

Wenn man zum direkten Vergleich mit einer reinen Solarthermieanlage die Bezugsgröße der Umweltenergie mit der der Ausgangsenergie (1m²) annimmt, kommt folgende Rechnung zustande:

1.000W          Sonnenenergie = Wärme
x 0,12            Systemwirkungsgrad PV-System
x 0,98            Wirkungsgrad beste Wechselrichter
x 0,25            zugeführte Umweltenergie mit 1m² Fläche
= 29,4W         gewonnene Wärme entspricht ~ 3% Gesamtwirkungsgrad, bezogen auf 1m² *

* Selbst hier zu dem 1m² Kollektorfläche Photovoltaik 1m² Umweltenergie dazugerechnet, also ist ein direkter Vergleich mit einer Solarthermieanlage ebenfalls nicht gegeben.
 
Zugegebener Weise sind die Rechnungen sehr einfach gehalten, die Zusammenhänge sind dazu auch zu komplex. Es können die einzelnen Wärmepumpen- Systeme und Umweltenergieträger sowie die Nutzung (Fußbodenheizung, Radiatorenheizung mit oder ohne Warmwassererzeugung) nicht direkt miteinander verglichen werden.

Trotzdem kann anhand dieser einfachen Beispielrechnung jeder ersehen, dass Photovoltaik und Wärmepumpe nicht wirklich eine sinnvolle Kombination ergeben können.

Bei einer reinen solarthermischen Nutzung kann je nach Kollektorart und System zwischen 70-85% genutzt werden, bei den beispielhaften 1.000Watt also 700-850 Watt, somit das doppelte als mit einer Wärmepumpe und das immer auf nur 1m² Fläche bezogen.
Dort wird die Wärme nicht mehrfach in andere physikalische Größen umgewandelt um wieder Wärme zu erzeugen, sondern die Wärme einfach eingefangen und gespeichert.



© Copyright Alexander Schaaf (Vervielfältigung ohne Zustimmung des Autors verboten)