Photovoltaik-Solarzellen + HPM: Heizen und Warmwasserbereitung mit eigenerzeugtem Strom

Panasonic hat für den Aquarea-Wärmepumpenmanager (HPM) einen innovativen Algorithmus entwickelt, mit dem die Nutzung des von der PV-Anlage eigenerzeugten Stroms durch die Wärmepumpe drastisch erhöht wird. Die Wärmepumpe nutzt dabei den von der PV-Anlage erzeugten Strom für den Betrieb von Heizung und Warmwasserbereitung, ohne dass im Haus dadurch Einbußen beim Komfort entstehen.
Der Wärmepumpenmanager berücksichtigt beim Aktivieren der Wärmepumpe folgende Aspekte:
  • Stromerzeugungsleistung der PV-Anlage.
  • Strombedarf des Hauses (ohne Wärmepumpe); wenn z. B. eine Waschmaschine in Betrieb geht, wird der von der PV-Anlage erzeugte Strom nicht für die Wärmepumpe genutzt, sobald er unter einen bestimmten Mindestwert sinkt.
  • Heizbedarf des Hauses (bei hoher Stromerzeugungsleistung kann die Raumtemperatur um 1 oder 2 °C angehoben bzw. bei niedriger Stromerzeugungsleistung um 1 oder 2 °C gesenkt werden).
Wird durch die PV-Anlage genug Strom erzeugt, kann neben dem Anheben der Temperatur im Pufferspeicher auch der Brauchwasserspeicher geladen werden, um die bereitgestellte Energie zu speichern. Da die Nutzung des PV-Stroms durch die Wärmepumpe von der Stromerzeugungsleistung abhängt, geht die Wärmepumpe immer dann, wenn nicht genug PV-Strom geliefert wird, in den normalen Automatikbetrieb über, um den maximalen Komfort im Haus zu gewährleisten.

Hauptvorzüge
  • Die Nutzung des von der PV-Anlage erzeugten Stroms wird um bis zu 120 % erhöht.
  • Der Stromverbrauch der Wärmepumpe wird unter Berücksichtigung der Stromerzeugungsleistung der PV-Anlage und des Strombedarfs des gesamten Hauses optimiert.
  • Der innovative Algorithmus sorgt in Abhängigkeit von der Außentemperatur und dem Energiebedarf des Hauses für eine Balance zwischen dem Stromverbrauch der Wärmepumpe und dem Komfort im Haus.
  • Die Einbindung der PV-Anlage lässt sich leicht im Wärmepumpenmanager konfigurieren.
* Basierend auf den Simulationsergebnissen für einen Neubau (siehe unten)
Vergleich für einen Neubau Erhöhte Nutzung des eigenerzeugten Stroms um 120 %
Mit dem HPM konnte der Anteil des Stroms, der von der PV-Anlage erzeugt und von der Wärmepumpe genutzt wird, von 352 auf 775 kWh im Jahr erhöht werden. Simulationsergebnisse:
Vergleich für einen Altbau Erhöhte Nutzung des eigenerzeugten Stroms um 71 %
Mit dem HPM konnte der Anteil des Stroms, der von der PV-Anlage erzeugt und von der Wärmepumpe genutzt wird, von 526 auf 898 kWh im Jahr erhöht werden. Simulationsergebnisse:
Neubau in Frankfurt (nicht optimiert)
Einspeisung ins Netz (4.129 kWh)

PV-Stromerzeugung (5.630 kWh/a)
73 % (4.129 kWh/a)
27 % (1.502 kWh/a)
Neubau in Frankfurt (öko-optimiert)
Einspeisung ins Netz (3.706 kWh)

PV-Stromerzeugung (5.630 kWh/a)
66 % (3.706 kWh/a)
34 % (1.924 kWh/a)
Altbau in Frankfurt (nicht optimiert)
Einspeisung ins Netz (3.955 kWh)

PV-Stromerzeugung (5.630 kWh/a)
70 % (3.955 kWh/a)
30 % (1.675 kWh/a)
Altbau in Frankfurt (öko-optimiert)
Einspeisung ins Netz (3.583 kWh)

PV-Stromerzeugung (5.630 kWh/a)
64 % (3.583 kWh/a)
36 % (2.047 kWh/a)
Strom aus dem Netz (4.467 kWh)

Bedingungen:
Nennleistung PV-Anlage: 5,64 kW
Strombedarf des Haushalts: 3.500 kWh/a
Warmwasserbedarf: 200 l/Tag (45 °C Vorlauftemperatur)
Spezifische Heizlast: 35 W/m²
Regler: ohne eigene Intelligenz
Strom aus dem Netz (4,012 kWh)

Bedingungen:
Nennleistung PV-Anlage: 5,64 kW
Strombedarf des Haushalts: 3.500 kWh/a
Warmwasserbedarf: 200 l/Tag (40 °C Vorlauftemperatur)
Spezifische Heizlast: 35 W/m²
Regler: intelligenter HPM-Regler
Strom aus dem Netz (6,060 kWh)

Bedingungen:
Nennleistung PV-Anlage: 5,64 kW
Strombedarf des Haushalts: 3.500 kWh/a
Warmwasserbedarf: 200 l/Tag (45 °C Vorlauftemperatur)
Spezifische Heizlast: 80 W/m²
Regler: ohne eigene Intelligenz

Strom aus dem Netz (5.627 kWh)

Bedingungen:
Nennleistung PV-Anlage: 5,64 kW
Strombedarf des Haushalts: 3.500 kWh/a
Warmwasserbedarf: 200 l/Tag (40 °C Vorlauftemperatur)
Spezifische Heizlast: 80 W/m²
Regler: intelligenter HPM-Regler

1. Sonstiger Stromverbrauch im Haus / 2. Stromverbrauch durch Wärmepumpe / 3. Gesamtstromverbrauch im Haus
Regelung von PV-Anlage und Wärmepumpe
Wie lässt sich aus der Kombination von PV-Anlage und Wärmepumpe ein Mehrwert erzielen?
  • Optimierung des WP-Betriebs unter Berücksichtigung der PV-Stromerzeugung
  • Wenn die PV-Stromerzeugung die Deckung des WP-Verbrauchs übersteigt, wird mit dem Leistungsüberschuss der Warmwasserspeicher zwangsweise auf 55 bzw. 65 °C geladen.
  • Wenn ein Pufferspeicher vorhanden ist, wird dessen Temperatur um 1 bis 5 °C oder auf 55 bzw. 65 °C angehoben.

1. Photovoltaische Solarzellen / 2. Inverter / 3. Stromzähler* / 4. Unterverteilung / 5. Zweirichtungs-Stromzähler des EVU / 6. HPM* / 7. Heizen und Warmwasserbereitung / 8. Haushaltsgeräte und Beleuchtung / 9. Öffentliches Netz
* Gehört zum Lieferumfang von Panasonic PAW-HPM-Solar: HPM + 2 Stromzähler)