Solarstiftungsprojekt beim Forum Synergiewende: Heizen mit Solarstrom

Erfahrungen mit der Sektorenkopplung im Projekthaus Ulm

Herr Dr. Ruf präsentierte Ergebnisse der Begleitforschung zum Projekthaus Ulm, einem 2013 errichteten Niedrigenergiehaus, welches mit moderner Messtechnik und Datenaufzeichnung ausgestattet wurde. Im Projekthaus Ulm sind neben einer 9 kWp und 4 kWp PV-Anlage auch eine zweistufige Luftwärmepumpe mit Direktkondensation, eine Pelletheizung für den Bivalenzbetrieb, ein thermischer Schichtspeicher sowie ein 4 kWh Batteriespeicher installiert. Smart Meter und Hausautomation ermöglichen die Kommunikation der Komponenten untereinander, insb. die Steuerbarkeit der Wärmepumpe („Smart Grid Ready“).

Durch die Nutzung als Wohnhaus durch eine Familie lassen sich reale Daten hoher Qualität generieren und untersuchen. Ein Fokus der begleitenden Forschung war auch die verstärkte Nutzung der Photovoltaik für Heizungszwecke (Wärmepumpe) und zur Erhöhung des Eigenverbrauchs und der Autarkie.

Die Steuerung schaltet die Wärmepumpe bevorzugt ein, wenn viel Strom von der PV-Anlage zur Verfügung steht, d.h. die Wärme wird zu wirtschaftlichen Zeiten produziert. Anstelle des in der Praxis häufig installierten elektrischen Heizstabs steht der Pelletofen als weiterer unabhängiger Wärmeerzeuger zur Verfügung. Oberhalb einer festgelegten Abschalttemperatur erfolgt die Wärmebereitstellung ausschließlich über die Luftwärmepumpe. Unterhalb der Abschalttemperatur wird der Pelletofen betrieben, der die gesamte Heizwärme bereitstellen kann. An kalten Tagen mit Temperaturen um den Gefrierpunkt oder darunter wird die Luftwärmepumpe nicht betrieben.

Die zentralen Ergebnisse der Untersuchung

  • Im Jahr 2017 konnte im Projekthaus Ulm eine Eigenverbrauchsquote des PV-Stroms von 48,7 Prozent und ein Autarkiegrad von 45,6 Prozent erreicht werden. Die Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe lag bei 2,97.
  • Gestehungskosten umfassen Gesamtkosten einer Anlage aus jährlichen Brennstoffkosten, Kosten für Investition sowie Wartungs- und Instandhaltungskosten. Hier ist im Vergleich der sieben untersuchten Systeme die Ölheizung mit 0,196 €/kWh die teuerste Heizungsvariante. Diese wird gefolgt von der Kombination aus PV-Anlage, Luft-Wärmepumpe (40 Prozent des Strombedarfs von WP werden durch PV-Anlage gedeckt) und Pelletofen mit 0,177 €/kWh, einer Gas-Heizung (0,177 €/kWh), Fernwärmeversorgung (0,171 €/kWh) und Pelletheizung (0,162 €/kWh). Die Gestehungskosten einer Luft-Wärmepumpe in reinem Netzstrombetrieb sind 0,151 €/kWh.
  • Die günstigste Erzeugungsart ist die Kombination aus Luft-Wärmepumpe mit anteiligem Strom einer PV-Anlage mit 0,131 €/kWh.
  • Bei den prognostizierten CO2-Emissionen der verschiedenen Heizungssysteme für 20 Jahre schneidet der alleinige Betrieb eines Pelletkessel mit 9,5 t CO2äq deutlich besser ab als die Kombination von Wärmepumpe und Photovoltaik mit 47,4 t CO2äq. Dies ist dem Umstand geschuldet, dass der eigens erzeugte PV-Strom nur anteilig (40 Prozent) von der Wärmepumpe genutzt werden kann und der restliche Strombedarf durch den Strommix aus dem öffentlichen Netz gedeckt wird. Dieser ist aktuell noch mit hohen CO2-Emissionen von 489 g/kWh (2017) belastet. Allerdings sinkt dieser Wert mit zunehmenden Anteilen Erneuerbaren Energien.

    (zugehörige Präsentation als PDF)

Quelle: Bericht des Forum Synergiewende