Oft stellen unsere Kunden die Frage nach der Möglichkeit den eigenen PV Strom zu Heizzwecken zu verwenden. Dieser Artikel soll helfen zu verstehen welche Möglichkeiten die Panasonic Wärmepumpe bietet um den Eigenstromverbrauch zu erhöhen.
Wenn die Sonne scheint
Erzeugt die eigene PV Anlage “sauberen” Strom. Gleichzeitig wird die Außentemperatur höher und die Sonne erwärmt das Haus durch die Fenster.
Sommer
Im Sommer haben wir eine direkte Beziehung zwischen zu viel Wärme, viel eigenem Strom und Kühlbedarf.
Die Wärmepumpe kann das Haus zu einem großen Teil mit Eigenstrom kühlen.
Winter
Im Winter sieht die Beziehung nicht mehr so einfach aus. Jeder Hausbesitzer muss eine Strategie, die zu seinem Haus und seinem Geldbeutel passt, wählen.
Winterstrategie 1: wenig Aufwand, wenig Kosten
Da die Sonne meist nur tagsüber scheint und damit die PV Analge nur tagsüber Strom erzeugt, lässt man die Wärmepumpe timergesteuert tagsüber laufen.
Wenn das Haus, wegen mangelnder Isolierung, in der Nacht auskühlt so kann man die Wärmepumpe nachts im leistungsreduzierten Betrieb (Ruhemodus 1-3) laufen lassen.
Mit dieser einfachen Strategie hat man in den meisten Fällen eine Menge erreicht.
Winterstrategie 2: mittlerer Aufwand
Eine Verbesserung des Eigenstromverbrauchs erreicht man indem man die Wärmepumpe entsprechend der PV Überproduktion steuert.
Dazu muss zuerst die PV Überproduktion bestimmt werden. Z.B am Verbrauch-/Einspeisezähler.
Wenn der Einspeisezähler meldet, dass elektrische Energie ins Netz wandert (Erzeugung größer Verbrauch), dann kann die Wärmepumpe dazu bewegt werden, mehr Strom zu verbrauchen um damit mehr Wärme ins Haus zu liefern.
Auch der umgekehrte Weg ist möglich. Wenn am Netzanschlusspunkt festgestellt wird, dass elektrische Energie vom Netz bezogen wird, dann kann die Wärmepumpe die Wärmeerzeugung reduzieren.
Die Panasonic Wärmepumpen bieten dazu zwei Eingänge (Smart Grid) auf der optionalen Platine CZ-NS4P an.
Mit diesen zwei Eingängen lassen sich drei Stufen schalten: normal, Stufe 1 und Stufe 2.
Jede Stufe beeinflust die Sollvorlauftemperatur. Normal ist die unveränderte Sollvorlauftemperatur (laut Heizkurve oder laut Festwert). Stufe 1 oder Stufe 2 kann auf einen Wert zwischen 50 und 150% konfiguriert werden. Z.B. Stufe 1 80% und Stufe 2 120%.
Ein Beispiel: Die Vorlauftemperatur ist auf 30°C eingestellt.
Bei aktiven Smart Grid Zustand normal, würde die Wärmepumpe einen Vorlauf mit 30°C erzeugen.
Bei aktiven Smart Grid Zustand Stufe 1, würde die Wärmepumpe 80% von 30°C also 24°C erzeugen
Bei aktiven Smart Grid Zustand Stufe 2, würde die Wärmepumpe 120% von 30°C also 36°C erzeugen.
Somit kann die Stromaufnahme der Wärmepumpe indirekt beeinflusst werden.
Die Wärmepumpe bietet keine Möglichkeit vorzugeben wie viel elektrische Leistung aufgenommen werden soll. Es ist nicht möglich vorzugeben dass die Wärmepumpe z.B. 800W aufnehmen soll.
Winterstrategie 3: KNX oder MODBUS
Dies ist die Erweiterung der zweiten Winterstrategie. Die Wärmepumpe lässt sich mittels KNX oder MODBUS steuern (PAW-A2W-KNX-H oder PAW-A2W-MBS-H). Damit sind auch gradgenaue Vorgaben der Vorlauftemperatur möglich. In diesem Fall ist eine Logikeinheit notwendig, welche den Stromfluss am Netzanschlusspunkt misst und dementsprechend die Vorlauftemperaur und damit indirekt die Leistungsaufnahme der Wärmepumpe bestimmt.
Bemerkungen zur Winterstrategie 2 und 3
Scheint die Sonne, so wird es bei grossen Fenstern auch im Haus immer wärmer. Wenn dann die Wärmepumpe noch eine höhere Vorlauftemperatur liefert, kann es sehr schnell unangenehm warm werden. Bei Häusern, die schattig gelegen sind, ist das meist kein Problem.
Diese beiden Strategien funktionieren besser in thermisch trägen Häusern mit Flächenheizungen mit viel thermischer Masse als in Häusern mit Trockenestrich.
Pufferspeicher
Im Zusammenhang mit PV Strom Eigenverbrauch wird oft an einen Pufferspeicher für das Heizungswasser gedacht. Die Idee is in auf den ersten Blick gut: bei PV Überschuss wird das Wasser im Pufferspeicher von der Wärmepumpe hochgeheizt um dann später diese Wärme für Heizzwecke zu nutzen.
In 1000l Wasser kann pro 1K Temperaturerhöhung ca. 1,16kWh Energie gespeichert werden. Wenn wir also für Heizzwecke 35°C benötigen und die maximale Temperatur, die von der Wärmepumpe erzeugt werden kann 60°C beträgt, dann beträgt die nutzbare Temperaturerhöhung 25K.
Bei einem 1000l Pufferspeicher kann man dann 1,16kWh/K*25K, etwa 29kWh Energie speichern.
29kWh Wärmeenergie können von der Wärmepumpe bei einem COP von 3 aus ca. 10kWh Strom erzeugt werden.
D.h. eine Stunde Stromerzeugung einer üblichen 10kWp PV Anlage kann in einem 1000l Pufferspeicher gespeichert werden.
Wenn das Haus eine Heizlast von 4kW hätte, dann könnte die Heizung für 7 Stunden überbrückt werden (halbe Nacht im Winter).
Mittels der optonalen Platine CZ-NS4P kann die Temperatur im Pufferspeicher um 150% erhöht werden (von 35°C auf 52,5°C in unserem Beispiel. So kann nicht die komplette Kapazität des Puffespeichers ausgenutzt werden). Die Verwendung von einem KNX oder Modbus Modul ist hier technisch überlegen.
Eine separate Steuerung könnte einen Heizstab zusätzlich einschalten, dieser könnte die Temperatur im Pufferspeicher bis auf über 90°C erhöhen und damit könnte noch mehr Energie eingespeichert werden.
Der technische Aufwand und damit die Investitionskosten sind recht hoch. Benötigt wird der Speicher, eine Pumpengruppe und eine Steuerung.
Batteriespeicher
Ist ein Batteriespeicher vorhanden, so dient dieser nicht nur zur Speicherung von Strom für die Wärmepumpe. Der gespeicherte Strom kann auch für andere Zwecke verwendet werden. In diesem Fall wird die Wärmepumpe in der Regel normal ohne irgendeine besondere Einstellung zur Erhöhung des Eigenstromverbrauches betrieben.