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11.07.2020

Meldung

29.06.2020: Wolf: Wenn die Wärmepumpe mit der Photovoltaikanlage spricht…

Mit Blick auf geringere CO2-Emissionen und Energiekosten spielen die Themen Sektorenkopplung und effizientes Energiemanagement eine zentrale Rolle – insbesondere mit Blick auf eine optimale Nutzung von Photovoltaikstrom in Verbindung mit Elektrowärmepumpen. Welche Komponenten sind für eine praxisgerechte Betriebsweise notwendig? Welche PV-Strom-Autarkiequoten sind für eine Luft/Wasser-Wärmepumpe realistisch und wie lassen sich diese optimieren? Über diese und weitere Themen spricht Martin Bauer*, Produktmanager bei der Wolf GmbH.

Klima- und Umweltschutz, Ausstieg aus der fossilen Stromerzeugung und mehr Energieeffizienz und erneuerbare Energien im Wärmesektor – dies sind zentrale und aktuelle Megathemen der Politik. Wie lassen sich die unterschiedlichen Segmente auch im Heizungsbereich miteinander verknüpfen?

Das Zauberwort lautet: Sektorenkopplung. Diese soll einzelne Energiebereiche wie Strom, Wärme oder auch Mobilität sinnvoll miteinander vernetzen sowie den Verbrauch und die Erzeugung von Energie intelligent steuern. Gerade die bedarfsoptimierte Energieverteilung trägt unmittelbar zur Reduktion von Treibhausgasemissionen und Energie(bezugs)kosten bei. Allerdings gilt eine entscheidende Voraussetzung, damit die Abstimmung und Verschiebung auch der dezentral erzeugten Energie gelingt: Erforderlich ist ein nahtloser Informationsaustausch zwischen dem intelligenten Stromnetz und den Komponenten und Geräten in den Gebäuden, wie z. B. der Photovoltaikanlage, dem Batteriespeicher, der Heizung, der Waschmaschine und der Stromtankstelle für die E-Mobilität. Nur dann lassen sich z. B. auch Lastspitzen und Netzengpässe wirksam vermeiden und flexible Stromtarife sinnvoll nutzen.

Das klingt gut. Doch wie lässt sich dies in der Praxis umsetzen?

Ein entscheidender Kommunikationsbaustein ist eine standardbasierte Sprache für Energie. Wolf setzt deshalb auf die EEBUS-Initiative, die den Ansatz einer gewerkeübergreifenden, herstellerunabhängigen und globalen Sprache verfolgt. Diese lässt sich technologieunabhängig von jedem Gerät und jeder Plattform lizenzkostenfrei nutzen –- sei es zur Anbindung an das lokale Energiemanagement oder von einem Smart-Home-System. Mit einer zukunftssicheren, wartbaren und einfachen Geräteschnittstelle wird ein effizientes und nachhaltiges Energiesystem möglich, welches auch die intelligente Einbindung der Haus- und Wärmetechnik umfasst.

Können Sie einmal an einem Beispiel darstellen, wie dies im Heizwärmebereich funktioniert?

Gerne. Aufgrund des auch im Jahresverlauf schwankenden Solarangebots steht im Eigenheim nicht zu jeder Zeit genügend Photovoltaikstrom bzw. -leistung zur Verfügung, um eine Wärmepumpe technisch und wirtschaftlich sinnvoll zu betreiben. Das Luft/Wasser-Wärmepumpenmodell „CHA-Monoblock“ von Wolf kann den selbst erzeugten Strom überwiegend nutzen, sobald er zur Verfügung steht. Und dies sogar unter Berücksichtigung der individuellen Gewohnheiten der Hausbewohner. Aufgrund ihrer EEBUS-Kompatibilität lässt sich die fortschrittliche Monoblock-Wärmepumpe ganz einfach per Plug & Play in ein Energiemanagement-System integrieren. Auf der Heizungsseite muss nur ein LAN-Kabel vom EEBus-Gateway zum Router (z. B. AVM FRITZ!Box) geführt und dort eingesteckt werden. Und dann ist die CHA-Monoblock bereit fürs intelligente Strommanagement.

 

Gehört zum Produktprogramm von Wolf so ein intelligentes Energiemanagement-System?

Nein. Die Photovoltaik ist nicht Teil unserer Kernkompetenz. Deshalb gibt es eine starke Kooperation mit SMA Solar Technology AG, einem der führenden Hersteller von Photovoltaik-Wechselrichtern. Die globale gemeinsame EEBUS-Sprache ermöglicht eine Plug-&-Play Kompatibilität, sodass die CHA-Monoblock über einen SMA-Wechselrichter sowie dem Energiemanagement- und Leistungsmessungsgerät „Sunny Home Manager 2.0“ (SHM 2.0) mit den stromproduzierende PV-Module in Verbindung steht. Wichtig ist nur, dass sich alle drei Komponenten im gleichen Netzwerk befinden. Der „SHM 2.0“ ist übrigens sehr leistungsstark und kann z. B. auch Batteriespeicher, intelligente Haushaltsgeräte und die E-Mobilität einbinden. Er erfasst alle Erträge, Verbräuche und Strombezüge vom öffentlichen Netz. Zudem erstellt der Energiemanager mit Hilfe von selbstlernenden Algorithmen einen Energieplan – basierend auf dem Lastprofil des Haushalts sowie basierend auf Prognosen mit aktuellen Wetterdaten zur PV-Stromerzeugung.

 

Sind der Fachpartner bzw. der Kunde in diesem Fall an einen SMA-Wechselrichter gebunden?

Nein. Der „Sunny Home Manager 2.0“ unterstützt auch die PV-Wechselrichter anderer Hersteller. Notwendig wird dann jedoch der zusätzliche Einsatz eines „SMA Energy Meters“. Durch diesen vergleichsweise kleinen Zusatzaufwand wird die Lösung universell einsetzbar. Und auch die volle Funktionalität des Energiemanagements bleibt erhalten.

Wie kommunizieren nun Wärmepumpe und Energiemanager über die EEBUS-Koppelung miteinander?

Damit die Wärmepumpe bei einem genügend großen PV-Stromangebot in Betrieb gehen kann, übermittelt sie mehrere Daten an den Energiemanager: Zum einen die „PowerSequenz“, also wann die Wärmepumpe bereit ist und ihr Betrieb eingeplant werden darf. Des Weiteren die Mindesteinschaltzeit sowie die maximale und aktuelle Leistungsaufnahme. Falls alle Anforderungen des Energiemanagers erfüllt sind, kann der Heizbetrieb mit PV-Strom starten. Im „Automatikbetrieb“ der Wärmepumpe erhöht die Einstellung „PV-Anhebung“ automatisch die aktuellen Solltemperaturen von Warmwasser und Heizwasservorlauf, um mehr Solarenergie im Warmwasser- bzw. Puffer-Speicher zwischenlagern zu können. Sind die Anforderungen später nicht mehr erfüllt, gibt es einen Ausschaltbefehl. Dadurch werden die Solltemperaturen auf das normale Niveau zurückgestellt. Wichtig für den Nutzerkomfort ist, dass der Normalbetrieb nach Zeitprogramm auch bei einer EEBUS-Anforderung weiterhin gewährleistet ist. Übrigens: Ob die Wärmepumpe tatsächlich vom Energiemanager angefordert werden kann, lässt sich im Menü „Verbraucherbilanz und -steuerung“ nachvollziehen.

Können Sie den energetischen Vorteil dieser übergeordneten Zusammenarbeit für den Hausbesitzer beziffern?

Ich habe Zahlen aus einem Feldversuch mit überzeugenden Ergebnissen. In einem Eigenheim mit ca. 110 m² Wohnfläche kamen die CHA-Monoblock mit 7 kW Heizleistung, der 1000 Liter Schichtenspeicher BSP 1000, der Sunny Home Manager 2.0 und eine PV-Anlage 9,9 kWp Leistung zum Einsatz. Die Auswertung im Sommer ergab, dass für die Warmwasserbereitung (fast) kein Netzstrom mehr benötigt wurde. Durch eine Temperaturerhöhung bei der Zwischenspeicherung, die vom Fachhandwerker eingestellt wird, entfallen die Speicherladungen zu den Zeiten, in denen wenig Solarertrag herrscht. Die für den Nutzer interessante Autarkiequote, also das Verhältnis von PV-Eigenstromversorgung zum Netzbezug, stieg mit der EEBUS-Kopplung erheblich. In unserem Versuch von 42 auf 96 Prozent. Und dies nur bezogen auf die Wärmepumpe CHA-Monoblock, weil keine weiteren Verbraucher mitgemessen wurden.

In diesem Betriebsfall passen übrigens Stromproduktion und Abruf der Energie durch die Wärmepumpe zur Raumkühlung besonders gut zusammen.

In der Winter- und Übergangszeit wurde das Warm- und Heizwasser mit erhöhtem Temperaturniveau gespeichert, sodass für einige Stunden kein Netzstrombezug nötig ist. In unserem Beispiel war dies von etwa 13 bis 18 Uhr der Fall. Die Autarkiequote, bezogen auf die Wärmepumpe, kletterte mit EEBUS-Kopplung von 19 auf 48 Prozent.

Welche Schlüsse ziehen Sie aus diesen eindrucksvollen Ergebnissen mit Blick auf die Energieeffizienz und den Klimaschutz?

Diese Ergebnisse sind natürlich wissenschaftlich nicht zu 100 Prozent genau und lassen sich auch nicht für alle Tage im Jahr reproduzieren. Denn letztlich sind sie abhängig von der jeweils aktuellen PV-Leistung, dem Standort der Immobilie, der Klimazone und der Haustechnik. Prinzipiell ermöglichen sie aber eine gute Grundorientierung, wie stark das Energiemanagement über EEBUS die Autarkiequote des Wärmepumpeneinsatzes verbessern kann: In beiden Fällen um deutlich mehr als das Doppelte. Und an wettertechnisch günstigeren Winter- und Übergangstagen ist sicherlich auch noch mehr möglich als 48 Prozent. Dies gilt aber auch für Besitzer von leistungsstarken PV-Anlage, bei denen bald die EEG-Förderung ausläuft.

Wichtig für Wolf waren bei der Entwicklung der CHA-Monoblock noch zwei Themen, die zum Klima- und Umweltschutz beitragen: Wir setzen auf das natürliche Kältemittel R290 (Propan) mit einem kaum vorhandenen Treibhauspotential. Und wir haben auf eine hohe Wärmepumpeneffizienz geachtet, um die Stromaufnahme möglichst niedrig zu halten. Nicht nur mit Blick auf die Energiekosten, sondern um auch die Photovoltaik-Strombetriebsphase(n) zu verlängern.

*Martin Bauer ist Wirtschaftsingenieur (Master of Engineering) und Produktmanager für Wärmepumpen bei der Wolf GmbH, 84048 Mainburg, Telefon +49 8751/74-0, www.wolf.eu

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