Erfahrungsbericht: Heizungsunterstützung durch Solarthermie oder Fotovoltaik mit Wärmepumpe?

In diesem Artikel wird der Wärmeertrag von Solarthermie verglichen mit dem Wärmeertrag einer Fotovoltaik Anlage (PV) mit einer Wärmepumpe.

Beide Anlagen befinden sich auf dem gleichen Dach in Kusterdingen:
  • Solarthermie: 19,2 m2. 32 Grad Dachneigung. Südausrichtung. Im Betrieb seit 2009.
  • Fotovoltaik: 35,3 m2. Dachneigung: 32 Grad (10 Panels) und 10 Grad (8 Panels), Südausrichtung.
  • Luft-Wasser-Wärmepumpe: 13kW, Wärmepumpen-Arbeitszahl 2,86. Im Betrieb seit 2021.
Funktion der beiden Systeme:
  • Bei der Solarthermie erhitzt die Sonne auf dem Dach eine Flüssigkeit. Diese wird dann umgepumpt und erwärmt direkt den Wasserpuffer der Heizung.
  • Bei der Fotovoltaik wird durch die Sonne auf dem Dach elektrische Energie erzeugt. Diese wird verwendet um eine Wärmepumpe zu betreiben, die dann die Heizungwärme erzeugt.
Ermittlung der Zahlen:
  • Zeitraum der Messungen: 31.12.2021 bis 12.02.2022.
    • Ein Messwert pro Tag, 44 Tageswerte.
  • Solarwärmemenge: Gemessen, durch die Solarthermieanlage.
  • Elektrische Energie: Gemessen, durch die Fotovoltaikanlage.
  • Wärmepumpen-Arbeitzahl: Ermittelt durch die aufgenommene elektrische Energie und die abgegebene Wärmeenergie der Wärmepumpe. Gemessen, durch die Wärmepumpe im gleichen Zeitraum.
  • Ermittelt wurden jeweils die Erträge pro Tag bezogen auf 1 m2 Fläche.

Gewonnene Wärmeenergie im Zeitraum

In Vergleichszeitraum wurden insgesamt erzeugt:
  • Pro m2 Solarthermiefläche: 28 kWh Wärme
  • Pro m2 Fotovoltaikfläche: 39 kWh Wärme

Die Kombination aus Fotovoltaik mit Wärmepumpe hat in diesem Zeitraum 40% mehr Wärmeausbeute als die Solarthermie.


Tageserträge

Interessant ist auch ein genauerer Blick darauf, wie die Tageserträge der beiden Systeme sind. In der folgenden Abbildung wurde für jeden Tag ein Datenpunkt generiert:

Links sind die Datenpunkte der bewölkten Tage, rechts die Datenpunkte der sonnigen Tage. Bei den Punkten die oberhalb der Linie liegen, bringt die Fotovoltaik mehr Wärmeenergie, bei den Punkten unterhalb der Linie bringt die Solarthermie mehr Wärmeenergie.

Es zeigt sich:
  • An sonnigen Wintertagen bringen beide Systeme ähnlich viel Wärmemenergie.
  • Für bewölkte und wechselhafte Tage bringt die Fotovoltaik deutlich mehr Wärme.
    • An wechselhaften Tagen bringt z.B. die Fotovoltaik teilweise den doppelten Ertrag.
    • An komplett bewölkten und regnerischen Tagen bringt die Solarthermie gar keine Ertrag, während die Fotovoltaik noch 0,2 … 0,5 kWh erbringt
    • Nur an Tagen mit schneebedeckter Fläche bringen beide System keinen Ertrag. Einen solchen Tag gab es in diesem Zeitraum nicht.
Fragen oder Anmerkungen gerne an: josefgoeppert@klimaschutz-haerten.de

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4 thoughts on “Erfahrungsbericht: Heizungsunterstützung durch Solarthermie oder Fotovoltaik mit Wärmepumpe?

  1. Das sind interessante Befunde. Mich würde interessieren, wie sich die Kosten für die Installation der zwei Systeme vergleichen und kann man etwas über die graue Energie sagen?
    Danke

  2. Die Investitionskosten einer Fotovoltaikanlage mit Wärmepumpe sind deutlich höher, allerdings werden diese beiden Systeme aus anderen Gründen angeschafft. Die Wärmepumpe wird als primäres Heizsystem bzw. zur Warmwassererzeugung im Sommer angeschafft. Die Fotovoltaik wird hauptsächlich als System zur elektrischen Eigenversorgung des Hauhalts genutzt. Die Heizungsunterstützung ist hier ein Zusatznutzen, der den Return-on-Invest verbessert und den Eigenverbrauch der Solarenergie erhöht. In diesem Fall wird keine zusätzliche graue Energie verbraucht.

    Wenn jedoch die Kosten für 12m² neue Solarthermie (bei vorhandener Wärmepumpe) verglichen werden mit den Kosten von 12m² zusätzliche PV Fläche, wird die PV interessanter sein. Letztlich konkurrien beide Systeme um die verfügbare Fläche auf dem Dach.

    Der Vorteil der Solarthermie besteht darin, dass große Speicher einfacher und billiger sind und auf deutlich höhere Temperaturhübe aufgeladen werden. Ein voller Speicher nach Sonnentagen im März oder Oktober überbrückt bei mir 2-4 Wolkentage, während der kleinere Speicher der Wärmepumpe kaum mehr als eine Nacht überbrückt.

  3. Das hört sich gut an. Danke für die Veröffentlichung.
    Welchen Wärmebedarf hat denn das Gebäude bzw. welchen Deckungsanteil hat dann die PV-Anlage?
    Zum ersten Kommentar schrieben Sie, dass die PV primär zur Eigenversorgung mit Strom angeschafft wurde. Sind denn die Erzeugungsüberschüsse auch noch im Winter so groß, dass keine Konkurenz zwischen Haushalts- und Wärmestrom auftritt?

    1. Meine Heizung hat einen elektrischen Jahres-Energiebedarf von etwas mehr als 3000 kWh.
      Ich rechne damit dass ca. 1000 kWh aus eigenerzeugtem Solarstrom erfolgt. Beides kann ich noch nicht genau sagen, da die Heizung noch keinen ganzen Winter im Einsatz ist.

      Als Beispiel, die Zahlen der letzten 5 Tage (sonnig, 2. Märzwoche): Elektrischer Energieverbrauch der Wärmepumpe aus PV + Batterie: 58,8kWh, aus Netzbetzug: 5,8 kWh. Ich bin diese Woche eigentlich fast autonom (Haushaltsstrom war 100% aus PV und Batterie). Überschlägig ergibt sich damit eine Wärmeleistung von knapp 200 kWh aus PV+Wärmepumpe. In der gleichen Zeit hatte ich über meine Solarthermie einen Wärmeeintrag von ca. 230 kWh. Die Zahlen sind nicht wirklich vergleichbar, weil die PV eine fast doppelte Fläche hat und andererseits daraus aber auch ca 54 kWh Eigenverbrauch an den Haushalt geliefert und 56kWh ans Netz abgegeben hat. Die 56kWh abgegebener Leistung kamen natürlich nur dadurch zustande dass ab ca. 1 Uhr Mittags sowohl der Batteriespeicher als auch der Wasserspeicher (Heizung + Warmwasser) voll aufgeladen waren. Der voll aufgeladene Wasserspeicher hat dann bis auf einen Tag immer gereicht bis am nächsten Vormittag um 9 Uhr als wieder Solarstrom verfügbar war.

      Im Dezember / Januar war die Ausbeute natürlich schlecht. Die PV konnte nicht mal den Haushaltbedarf decken. Hier waren de facto 100% zugekaufter Strom.

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