Studie: Trinkwassererwärmung mit PV macht keinen Sinn

Angesichts des rasanten Preisverfalls bei Fotovoltaik-Anlagen werden die Stimmen lauter, die in der Kombination von Wärmepumpe und Fotovoltaik-Anlage eine gute Alternative zur Solarthermie sehen. Ob die sogenannte PV-Wärme inzwischen tatsächlich günstiger zu bewerten ist, ist aber nach wie vor umstritten. Der Bundesverband Solarwirtschaft BSW wollte es genau wissen und hat das Forschungs- und Testzentrum für Solaranlagen am Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik itw der Universität Stuttgart mit einer Vergleichsstudie beauftragt. Für die Trinkwassererwärmung fällt das Ergebnis eindeutig aus: Sowohl im Neubau als auch im Bestand schneiden Systeme mit Solarthermie am besten ab.

Das Angebot an PV-Wärme-Lösungen nimmt zu. So werben inzwischen zahlreiche Heizungshersteller für die Kombination ihrer Wärmepumpen mit Fotovoltaik, wobei sich die Art der Einbindung unterscheidet. Bosch Thermotechnik etwa, am Markt mit den Marken Buderus und Junkers vertreten, kombiniert seine Trinkwasser-Wärmepumpe Logatherm WPT 270 mit Solarmodulen, ohne dass zwischen beiden Systemen eine Verbindung besteht. Sie arbeiten unabhängig voneinander. Demgegenüber kann die Wärmepumpe von Stiebel Eltron mit dem Wechselrichter einer Fotovoltaikanlage kommunizieren, so dass die Wärmepumpe vor allem dann den Speicher lädt, wenn das Stromangebot vom Dach groß ist. Der Hersteller Centrosolar aus München bietet sogar ein Komplettsystem aus den aufeinander abgestimmten Komponenten Fotovoltaikmodule, Wechselrichter, Wärmepumpe und Warmwasserspeicher an.

Für die Trinkwassererwärmung mit dem Strom vom Dach gibt es mehrere Möglichkeiten. So kann etwa das Wasser direkt über einen elektrischen Heizstab erwärmt werden wie bei einem Tauchsieder. Am Testzentrum in Stuttgart wurden jeweils fünf Systemvarianten für die reine Trinkwassererwärmung und für Kombianlagen zur Trinkwassererwärmung und Raumheizung untersucht:

• Direkte fotovoltaische Trinkwassererwärmung mittels Elektroheizstab und direktelektrischer Nachheizung (elektrischer Durchlauferhitzer).
• Direkte fotovoltaische Trinkwassererwärmung mittels Heizstab und Gas-Nachheizung (Gas-Durchlauferhitzer).
• Solarthermische Trinkwassererwärmung mit Gas-Nachheizung.
• Direkte fotovoltaische Trinkwassererwärmung mit Luft-Wasser-Wärmepumpe und
• Solarthermische Trinkwassererwärmung mit einer Luft-Wasser-Wärmepumpe als Zusatzwärmequelle.

Diese Systemvarianten wurden für ein Einfamilienhaus mit 128 m2 Wohnfläche und 55 m2 solar nutzbarer Dachfläche an einem repräsentativen Standort mit dynamischen Simulationsrechnungen untersucht. Und das für zwei Wärmedämmstandards (Neubau nach EnEV 2009 und Bestandsgebäude nach WSchVO95). Dabei wurde die verfügbare Dachfläche jeweils unterschiedlich zwischen Solarthermie und Fotovoltaik aufgeteilt. "Der fotovoltaisch erzeugte Strom wurde vorrangig zur Deckung des Haushaltsstrombedarfs verwendet", nennt Dr. Harals Drück vom itw eine weitere Modellannahme.

Als primärenergetisch effizientestes System erwies sich bei den getroffenen Annahmen für die reine Trinkwassererwärmung die Kombination aus Solarthermie und Gas-Durchlauferhitzer. "Dies gilt sowohl mit als auch ohne Anrechnung der Primärenergie des eingespeisten PV-Überschussstroms", so Drück. Hier kommen die Nachteile der Wärmepumpe zum Tragen, die aufgrund der hohen benötigten Vorlauftemperaturen nur eine geringe Jahresarbeitszahl erreicht. Die solare Deckung des Wärmepumpenstroms ist gering. Auf der anderen Seite spielt die Solarthermie ihren Vorteil aus, der laut Drück in der hohen flächenspezifischen Effizienz der Kollektoren liegt.

Die Kombination aus Solarthermieanlage und Luft-Wasser-Wärmepumpe ist energetisch betrachtet die zweitbeste Variante, liegt aber nur einen Hauch vor der fotovoltaischen Trinkwassererwärmung mittels Luft-Wasser-Wärmepumpe.

In Sachen Wirtschaftlichkeit schneiden alle betrachteten Systeme zur Trinkwassererwärmung besser ab als das Referenzsystem ohne Solarnutzung. Die Kostendifferenzen untereinander sind klein. Tendenziell hat sich den Wissenschaftlern vom itw zufolge die solarthermische Trinkwassererwärmung als beste Absicherung gegen steigende Energiepreise erwiesen. Sie weist die kürzeste finanzielle Amortisationszeit auf, gefolgt von der direkten Trinkwassererwärmung mittels elektrischem Heizstab. Die jedoch schneidet energetisch schlecht ab.

Über die Ergebnisse des Vergleichs von Kombianlagen für die Trinkwassererwärmung und Raumheizung berichtet EnBauSa.de in Kürze in einem weiteren Beitrag. von Silke Thole