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Die niedrigste Netzaufwandszahl weist System 4 mit knapp 20 % auf. Es muss also nur etwa ein Fünftel der benötigten Energie aus dem Netz bezogen werden. Der Rest wird durch die PV-Anlage – im Fall einer Wärmepumpe ergänzt durch Umgebungs- oder Erdwärme – selbst vor Ort produziert. Voraussetzung für so gute Werte ist jedoch, dass das Einfamilienhaus sowohl über thermische als auch elektrochemische Speicher verfügt und diese intelligent eingebunden werden.
Realisiertes versus mögliches Potential
Nun haben die vier getesteten Systeme sehr unterschiedliche Voraussetzungen: Zwei Systeme haben eine Luft-Wasser, zwei eine Sole-Wasser Wärmepumpe, zwei eine Batterie zusätzlich zum thermischen Speicher, zwei ausschliesslich einen thermischen Speicher und schliesslich haben auch die thermischen Speicher unterschiedliche Grössen. Beispielsweise sollte eine Sole-Wasser Wärmepumpe aufgrund der höheren Quelltemperatur weniger elektrische Energie zur Bereitstellung des Wärmebedarfs benötigen als eine Wärmepumpe mit Luft als Quelle.
Daher wurde mit Hilfe von Simulationen die mit dem jeweiligen System und den verbauten Komponenten theoretisch mögliche Netzaufwandszahl bestimmt. Diese ist in Abbildung 3 der im Test tatsächlich erreichten gegenübergestellt. Zwei der vier vermessenen Systeme schöpfen das mit der jeweiligen Systemvariante mögliche Potential bereits nahezu aus, bei den anderen beiden Systemen zeigen sich noch deutliche Verbesserungsmöglichkeiten. Die Systeme 1 und 2 weisen aufgrund von Ineffizienzen im System einen erhöhten elektrischen Gesamtenergieverbrauch auf und in der Folge auch einen höheren Netzbezug, was zu den höheren Netzaufwandszahlen führt. Ein wesentlicher Punkt war die Verbindung zwischen der Wärmepumpe und den thermischen Speichern.
Während in einem System sich die Anordnung der Wärmeübertrager in bestimmten Betriebszuständen als ungünstig erwies, wurde im anderen System durch die hohen Volumenströme der Wärmepumpe die thermische Schichtung negativ beeinflusst. Das Resultat in beiden Fällen war, dass die Wärmepumpe auf einem höheren Temperaturniveau als nötig arbeiten musste. Dies verschlechtert den Wirkungsgrad und erhöht somit den elektrischen Energieverbrauch.
Weitere wesentliche Erkenntnisse aus Tests und Systemsimulationen
Die Grundlage sollte daher immer ein gutes, korrekt installiertes System mit aufeinander abgestimmten Komponenten bilden. Ansonsten hilft auch die beste Speicherstrategie wenig. Grundsätzlich gilt vor allem für den thermischen Speicher: Es sollte nur zwischengespeichert werden, wenn in absehbarer Zeit auch eine sinnvolle Nutzung möglich ist. Beispielsweise macht es wenig Sinn, im Sommer Wärme für die Raumheizung zu speichern.
Grosse Unterschiede gibt es in der Effizienz der Speicher, welche oft weit unter den Erwartungen liegt. Bei Batterien wird von den Herstellern häufig nur der maximale Wirkungsgrad des eigentlichen Batteriemoduls angegeben. Entscheidend ist aber die Zykluseffizienz des gesamten Batteriesystems, für die vor allem Umwandlungsverluste des Batteriewechselrichters und Eigenverbrauch der Komponenten wesentlich sind. Bei kleinen Batterie-Heimspeichern sollte man auf den Standby-Verbrauch achten. So musste beispielsweise ein Batteriesystem im Test unter Berücksichtigung des Standby-Verbrauchs mit 50 % mehr Energie beladen werden, als es wieder zur Verfügung stellte. Gute Batteriesysteme sollten auch unter Berücksichtigung des Standby-Verbrauches eine Systemeffizienz von über 80 % erreichen.
Speicherstrategien: Thermische Speicher versus Batterien
Ein thermischer Speicher ist praktisch immer vorhanden und auch in der Neuanschaffung wesentlich günstiger als eine Batterie. Auch aus ökologischer Sicht ist es sinnvoller einen thermischen Speicher einzusetzen. Abbildung 4 zeigt beispielhaft die Ökobilanz eines 800-l-Kombispeichers, welcher Warmwasser und Raumwärme in einer Einheit speichert, und eines Batteriesystems mit 4 kWh nutzbarer Kapazität. Dargestellt ist der kumulierte Energieverbrauch beider Systeme, der für die Batterie mehr als dreimal so hoch ist wie für den Kombispeicher. Die Ökobilanz wurde nach dem Ansatz «von der Wiege bis zur Bahre» aufgestellt, beinhaltet also jeglichen Energieverbrauch von der Rohstoffgewinnung über die Produktion bis zur Entsorgung. In einem 800-l-Kombispeicher kann über eine Wärmepumpe in etwa ein Äquivalent zu 4 kWh elektrischer Energie gespeichert werden, die beiden Systeme haben also eine vergleichbare Kapazität.
Kommentare: Was denken Sie?
Bernd Lohrberg
Vor 2 Jahren
Komponenten aktuell im Einsatz: WP-Schichtspeicher Fa. Zeeh 600 Ltr. , WP Fa. Vaillant VWF57/4 (Sole/Wasser), PV 5,4 kWp mit totaler Netzeinspeisung für 47 Cent/kWh; so soll es noch 7 Jahre «laufen& ernten»!
Energielast/a: 3300 kWh WW & Hzg., 2200 kWh «Hausstrom»;
danach intelligente Kopplung PV mit WP, Schichtspeicher und ggf. Batterie plus Verbrauch für e-Auto!
Lösungsansatz:
1. den Hausstrom durch die PV vorrangig abdecken
2. die WP bis zu typischen Speicherwerten arbeiten lassen
(z.Z. WP für +47°C WW und max. +40°C für Hzg. nun über PV-Strom
bis zu diesen («typisch wie gehabt-Werte») wegen WP-Effizienz)
3. möglichen PV-Überschuss direkt via Speicherheizstab für
Speichertemperaturen bis +90°C nutzen, WP dazu ruhen lassen
Frage: bietet es sich an, zwischen 1. & 2. noch einen Batteriespeicher
vorzusehen?
Energie-Experten
Vor 2 Jahren
Guten Tag Herr Lohrberg, unsere Autorin Evelyn Bamberger gibt Ihnen auf die Frage folgende Antwort:
Die Punkte 1 und 2 sind um den Eigenverbrauch zu steigern sicher sinnvolle und relativ einfach umzusetzende Massnahmen.
Eine weitere Steigerung ist mit einem Batteriespeicher möglich, da mit den Massnahmen 2 und 3 ja der Haushaltsstrom nicht erreicht wird. – Ob dies sinnvoll ist kommt auf Ihr Ziel an: Zur Eigenverbrauchssteigerung ja, aus wirtschaftlicher Sicht meistens noch nein. Dies kann sich mit weiter sinkenden Preisen aber in den nächsten Jahren noch ändern. Massnahme 3 ist aus meiner Sicht nur bedingt zu empfehlen, da dies natürlich wesentlich ineffizienter ist als der Betrieb über Wärmepumpe. Sie werden im Sommer häufig hohe Temperaturen erreichen, die Sie nicht brauchen (das sollten Sie zumindest über die Steuerung vermeiden) und im Winter gar nicht auf die hohen Temperaturen kommen. Aber auch hier kommt es wieder auf das Ziel an: Wenn Sie keinen Strom ins Netz einspeisen möchten oder dürfen, kann es eine sinnvolle Massnahme sein. Aber vielleicht gibt es ja bis in 7 Jahren eine bessere Anschlussregelung für die Netzeinspeisung.
Steinhart
Vor 2 Jahren
Finde die Vergleiche sehr gut dargestellt. Wir verfolgen einen anderen Ansatz, wir würden in Zukunft einen thermochemischen reversiblen Speicher in Verbindung mit einem Niedertemperatur-Stirlingmotor einsetzen. Die Leistung des Motors würde bei 1,5kW elektrisch liegen und die Abwärme des Motors (40-60°C heißes Wasser) würde direkt in den Pufferspeicher fließen. Der Motor kann auch mit der Prozesswärme von Vakuumröhrenkollektoren (180-220°C) betrieben werden. Eigentlich ein perfektes System, aber wer möchte den gerne eine Autarkie. 😉 Viel Spaß beim überlegen.
Jan
Vor 5 Tagen
«Eigentlich ein perfektes System, aber wer möchte den gerne eine Autarkie. 😉»
Der Satz mit einem Zwinkersmilie suggeriert das sie die Eierlegendewollmilchsau entdeckt haben. Natürlich wissen sie das dem nicht so ist, was sie ja auch mit dem Zusatz «In Zukunft» bestätigen.
Ich bin aber froh das sie diese Technologie ausprobieren möchten und ich hoffe das sie ihre Erfahrung dann auch neutral mit uns teilen. Moment gibt es keine neutrale Erfahrung dazu und das obwohl es laut Ihnen «eigentlich das Perfelte System» ist? Wer es glaubt…
Heinz Gehde
Vor 1 Jahr
Guten Tag. Wir wollen uns uns ein Haus in Sudsardinien gekauft und wollen eine Warmepumpe plus PV anschaffen. Die Sommer sind lang und warm, die Winter eher kurz und mild. Soweit so gut. Ich habe einiges uber Puffersystene gelesen, die uberwiegend fur Deutsschland gelten. Wir brauchen also Kuhlung im Sommer und Warme im Winter (obwohl es nicht sehr kalt ist)
Koennen Sie mir einen Rat geben welche Puffersysteme geeignet sind, Batterie oder Warmwasser ? Die qm des Hauses ist etwa 90. Isoliert aussen und
mit Kunstofffenstern.
Freue mich sehr uber einen Ratschlag.
Mit freundlichen Gruessen,
Heinz Gehde
Thomas Elmiger
Vor 1 Jahr
Guten Tag Herr Gehde, danke für die Frage. Aus der Distanz würden wir die Lage so einschätzen, dass wahrscheinlich die Klimaanlage über das Jahr gesehen am meisten Potenzial in Kombination mit einem Speicher aufweist. Photovoltaik und eine Batterie für den Nachtbetrieb wäre dann die nahe liegende Lösung – und kann auch die Wärmepumpe antreiben. Ideal wären natürlich eine lokale Beratung oder Erfahrungen von anderen Hausbesitzern in der Region – versuchen Sie doch nochmals, ob Sie da nicht auch noch Tipps bekommen können.
Jörg Linnig
Vor 10 Monaten
Wenn der 800 Liter Pufferspeicher eine Kapazität von 4 KWh hat, beträgt die Temepraturdifferenz 4,3 K. D.h. durch eine Erhöhung der Temperatudifferenz läßt sich die Speicherkapazität deutlich erhöhen. Da bedeutet, dass die Speicherkapazität problemlos und ohne Zusatzkosten um da 10- bis 15-fache gesteigert werden kann, Voraussetzung ist lediglich eine exergetisch optimierte Anlagenplanung.
Thomas Elmiger
Vor 10 Monaten
Wie im Artikel steht, ist es nicht unbedingt möglich und sinnvoll, die Temperatur weiter zu erhöhen, wird doch die maximale Speichertemperatur begrenzt durch die maximale Temperatur der Wärmepumpe. Mit einem höheren Temperaturniveau verschlechtert sich zudem der Wirkungsgrad der Wärmepumpe. Da sich Wärme nicht zurück in Strom verwandeln lässt, ist es auch nicht sinnvoll, Wärme weit über den tatsächlichen Wärmebedarf hinaus zu speichern.
Jörg Linnig
Vor 10 Monaten
Sie gehen von der Erzeugung aus, ich vom Bedarf. Gerade hier liegt das Problem, dass viel WP-Systeme so ineffizient ist. Wir erreichen in Verbindung mit einer thermischen Solaranlage eine Systemarbeitszahl von 6 bei einer Spreizung von 70 K. Damit hat der Speicher dann eine nutzbare Kapazität nicht von 4 sondern von 65,2 KWh.
Torsten Zimmermann
Vor 9 Monaten
Herr Linning, könnten Sie das näher erläutern, wie das bei Ihnen realisiert ist?
Wir haben auch eine groß dimensionierte (zwei Kinder aus dem Haus) thermische Solaranlage 10qm und mit 800l Kombispeicher mit ungenutztem Solarwärmerauscher (Vakuum Röhrenkollektor auf Wasserbasis/Paradigma direkt am Puffer angebunden)
Letzten Winter habe ich die VL-Termp. schon massiv gesenkt (große HK, massive Bauweise und isoliert bj95) und eine Lehmwandheizung (Masse 1to) im selten genutzten Dachgeschoss.
Nun suche ich eine nicht zu kapitalintensive Lösung/WP für den kommenden Winter. Eigenleistung und klassische HLS-Kompetenz stünde zur Verfügung.
Alte Gasheizungsanlage 22kW könnte für Spitzen bestehen bleiben – es soll weiter mit Gas gekocht werden. Kaminofen im WZ vorhanden. Offene/verbundenen Wohnbereiche und Dauernutzung => keine Einzelraumregelung, keine Nachtabsenkung oder schnelle Aufheizung nötig.
Sogar kleiner Eisspeicher ( 5m2 Zisterne mit Verbindung zum Keller ) wäre denkbar oder Wärmeentzug aus dem Dach/Lehmwandheizung mit Kühlmöglichkeit im Sommer…
…mal so offen gedacht.