Hybride Heiztechnik

Für eine hybride Heizungsanlage spricht aktuell ein wichtiges Argument: Noch nie wurde die Einbindung erneuerbarer Energien so gut gefördert wie derzeit. Mit dem Marktanreizprogramm (MAP) und dem Anreizprogramm Erneuerbare Energien (APEE) stehen wirkungsvolle Instrumente zur Verfügung, die gut ein Viertel einer Gesamtinvestition abdecken können. 

Gefördert wird insbesondere die Einbindung von Solarthermie, von Biomasse, aber auch von PV-Strom, etwa zum Betreiben einer Wärmepumpe.

Doch das beste Förderprogramm nützt nichts, wenn die Voraussetzungen für ein hybrides Heizsystem nicht gegeben sind. Deswegen sollten die Überlegungen bei einer umfassenden energetischen Sanierung oder beim Ergänzen bzw. Wechseln eines Heizgerätes immer davon ausgehen, wie stark ein Gebäude genutzt wird. Herrscht ganztägig Wärmebedarf, etwa im Krankenhaus oder Altenheim? Oder ist dies nur zeitweise der Fall, wie in Schulen oder Behörden? Benötigt man das ganze Jahr über viel Warmwasser, wie in Hotels oder Pensionen? Oder ist dies nur tageszeitlich auf bestimmte Stunden beschränkt, wie es in Wohngebäuden oder in Gewerbebetrieben der Fall ist, z.B. als Duschwasser für die Mitarbeiter.

Daraus lässt sich auch eine simple Weisheit ableiten: Gebäude, in denen tagsüber mehr Energie benötigt wird als nachts, lassen sich besser mit Solarthermie oder Photovoltaik versorgen. Andere, bei denen dies nicht der Fall ist, brauchen entweder große Speicher oder sie setzen auf Biomasse.

Bei einem Neubau steht die Nutzung hybrider Technologien sowieso außer Frage. Hier ist durch die verschärfte EnEV keine andere Lösung möglich. Zudem ist durch das EEWärmeG ein Anteil erneuerbarer Energien in Höhe von mindestens 15 % vorgeschrieben. Im Bestand ist das komplizierter. Eine Regelung analog dem EEWärmeG für den Bestand gibt es nur in Baden-Württemberg mit dem EWärmeG.

Dennoch sind Sanierer, etwa im Wohnbestand, durch die EnEV und die Regelungen via Primärenergiefaktor quasi gezwungen, erneuerbare Energien einzusetzen. Genauso wie die Kraft-Wärme-Kopplung; aufgrund ihrer Effizienz wurde sie auch mit einem niedrigen Primärenergiefaktor belegt.

Wichtig ist dies für den Energieausweis eines Gebäudes, der sich nach der erreichten Energieeffizienz richtet. Und diese wird wiederum durch die Primärenergiefaktoren vorgegeben. Wohngebäudesanierer, die sich um die Vermarktung kümmern müssen, werden allein schon aus diesem Grund auf Energieeffizienz setzen. Und die ist mit Hybriden gut zu erreichen.

Ein wesentlicher Faktor bei hybriden Heizsystemen ist die Speicherung. Im Idealfall wird die Wärmequelle, die am kostengünstigsten ist (und das wird idealerweise die sein, die keine Brennstoffkosten verursacht) vorrangig in einen Speicher eingespeist. Deswegen sollte man auch immer diejenige Energieform als Ergänzung wählen, die bereits mit der vorhandenen gespeichert und betrieben werden kann. Bei einer Gastherme wäre das also eine Solarthermieanlage, bei einer Wärmepumpe eine PV-Anlage. Bei letzterer wäre ein Batteriespeicher vonnöten, da nur mit ihm ausreichende Auslastungsgrade der Wärmepumpe mit selbst erzeugtem Strom zu erzielen sind.

 

PV mit Vorteilen

Eine PV-Anlage in diesem Heizungsmix hat gegenüber der thermisch basierten Variante mehrere Vorteile: Überschussstrom kann entweder ins Netz eingespeist (auch wenn sich das bei den aktuellen Vergütungssätzen nicht mehr lohnt) oder aber im Ge­bäude als Energie genutzt werden. Flächendeckend ist der in PV-Anlagen erzeugte Strom in Deutschland inzwischen günstiger als der aus dem Netz bezogene.

Allerdings sind dabei die Wärmepumpentarife zu beachten. Die liegen mit 20 Eurocent um 30 % unter den örtlichen „normalen“ Stromtarifen. Das ist in etwa auch der Preis, der je kWh bei eigenerzeugtem PV-Strom inklusive Speicherung bezahlt werden muss. Rein wirtschaftlich wäre es also ein Null-Summen-Spiel. Die Speicherpreise werden aber weiter fallen und mit ihnen die für selbst erzeugten und gespeicherten Strom. Für Strom aus dem Netz kann man das eher nicht sagen. Insbesondere durch die bisherige Form der EEG-Umlage und die Netzentgelte steigen die Strompreise seit Jahren kontinuierlich. Ein Ende ist aktuell nicht abzusehen.

Beide grundsätzlichen Varianten sollen im Folgenden beleuchtet werden. Dabei liegt der Schwerpunkt auf der Kombination mit Solarthermie, weil dies die deutlich verbreitetere Variante ist.

Solarthermie als zweite Quelle

Im Neubau zwingt die Neufassung der EnEV seit 2017 dazu, erneuerbare Energien oder effiziente Heiztechnik so viel wie möglich einzusetzen. Für die Wärmeversorgung, die ja den Löwenanteil des Energieverbrauchs in Gebäuden ausmacht, ist Solarthermie im Neubau längst das Mittel der Wahl. Dennoch gab es in diesem Jahr einen Markteinbruch beim Absatz von solarthermischen Anlagen. Dies hängt insbesondere mit der deutlich attraktiveren Förderung von Wärmepumpensystemen zusammen, die darüber hinaus die Vorgaben der EnEV und wohl auch ihrer zukünftigen Verschärfungen spielend erfüllen.

Solarthermie bleibt aber nach wie vor eine gute Möglichkeit, wirtschaftlich erneuerbare Ener­gien einzubinden, die zudem keine Brennstoffkosten verursachen – wie etwa Biomasse.

Die Einsatzgebiete umfassen sowohl die Warmwasserbereitung als auch die Heizungsunterstützung. Für beide Varianten gelten unterschiedliche Auslegungsgrößen – sowohl in Bezug auf die Fläche der Kollektoren als auch den Pufferspeicher.

Bei der Auslegung ist ein Paradoxon zu beachten: De­ckungs­grad und Sys­tem­nut­zungs­grad, also das Verhältnis der eingestrahlten Energie auf die Kollektorfläche zu der vom System, verhalten sich gegenläufig. Ein hoher solarer De­ckungs­grad drückt also den Systemnutzungsgrad und umgekehrt.

Die 50 % als Deckungsgrad sollten übrigens nicht überschritten werden, da es im Sommer sonst – bei geringerem Warmwasserbedarf und keinem Heizungsbedarf – schwer fällt, die überschüssig produzierte Wärme abzuführen. Gelingen kann dies nur in Gebäuden, in denen regelmäßig Warmwasser­bedarf herrscht, also wie schon erwähnt in Hotels, Pen­sio­nen, gewerblichen Betrieben oder Sportanlagen mit hohem Duschwasserbedarf. Hier kann die Auslegung auch größer erfolgen.

Beide Varianten sind jedoch unterschiedlich wirtschaftlich. Bei der reinen Warmwasserbereitung käme man im gesamten Haushalt auf eine Energieeinsparung von gerade mal 3 %; bei der Heizungsunterstützung wären es immerhin 30 %.

Pufferspeicher wesentlich fürs Funktionieren

Ob eine Hybridheizung aber diese Effizienz erreicht, hängt von der richtigen Auslegung des Pufferspeichers und dessen Ansteuerung ab. Die Speicher sollten deswegen etwas größer ausfallen als empfohlen, insbesondere, weil die Mengen, die von einer Solarthermieanlage an einem Hochsommertag mit maximalem Ertrag erzielt werden können, schwer abzuschätzen sind. Zudem kann eine dritte Wärmequelle dann problemlos eingebunden werden – im Wohnbereich sind das etwa wasserführende Kaminöfen.

Wetter intelligent einbinden

Wie schon erwähnt ist es sinnvoll, von der günstigsten Ener­gie­form, und das ist hier die Solarthermie, so viel wie möglich einzuspeichern. Am Markt gibt es dafür viele erprobte Lösungen. Die einfachste ist eine Nach­lade­unter­drü­ckung. Die hindert den Gas- oder Ölkessel daran an­zuspringen, wenn die Sonne genügend scheint. Diese Lösung wird von den meisten Herstellern schon mit eingebaut. Um das jedoch erkennen und nutzen zu können, bedarf es eben einer „intelligenten“ Steuerung, die leicht Wetterdaten einbinden kann oder aber selbst die Sonneneinstrahlung misst und entsprechend handelt. Dies kann automatisiert erfolgen, aber auch manuell durch Mieter oder Mitarbeiter.

Ebenso gibt es bereits Steuerungen, die den fossilen Erzeuger die Heizlast gegen die Sonneneinstrahlung rechnen lässt und dann entsprechend anspringt. Auch aus dem Bereich der Wärme­pumpe wurden schon Steuerungssysteme auf Solarthermie-Hybride übertragen. Hier werden ebenfalls Wetterdaten genutzt und die Heizung lernt anhand des Verbrauches im Voraus zu berechnen, wie viel Energie von welcher Quelle benötigt wird. Einfacher ist es jedoch, die Solarthermie direkt mit dem Kessel zu koppeln.

Die „intelligente“ Steuerung ist jedoch nicht umsonst zu haben. Von Heizungsherstellern werden diese Module zu Preisen um die 400 € angeboten. Die Vorteile sind jedoch unstrittig: Zum einen ermöglichen sie quasi eine Fernüberwachung der Heizung und so Frühdiagnosen bei Störungen (und eventuell auch eine Reparatur aus der Ferne), zum anderen können durch die aktuelle Anzeige der Verbrauchsdaten selbige optimiert werden. In Nichtwohngebäuden können allein dadurch 30 % an Heizenergie eingespart werden, in Wohngebäuden sind es etwa 10 %.

Digitale Thermostatregler sinnvoll

Eine sinnvolle Komponente für die automatisierte Steuerung einer Hybridheizung, aber nicht nur für diese, sind elektronische Funk-Heizkörperthermostate. Sie können den Verbrauch um etwa 3 bis 5 €/m² und damit um ein Viertel der Energiekosten senken und sorgen für mehr Komfort, etwa durch Bedienung aus der Ferne. Auch die Einstellung von persönlichen Wärmeprofilen für jeden Raum ist leicht möglich – ohne dass es einer zentralen Steuerkomponente bedarf. Und das beste: Am Markt kosten sie inzwischen kaum mehr als konventionelle Thermostate.

PV treibt Wärmepumpe

Deutlich weniger komplex ist die Kombination von Wärmepumpe und PV-Anlage. Zwar werden Kleinanlagen weiterhin über das EEG vergütet, doch liegen die derzeitigen Sätze wie beschrieben mit rund 12,3 Eurocent je kWh weit unter den marktüblichen Preisen für Wärmepumpenstrom von rund 20 Eurocent. Deswegen ist es schon heute sinnvoller, diesen selbst produzierten Strom zu nutzen. Voraussetzung ist jedoch ein Stromspeicher, da die unregelmäßigen PV-Erträge abgefedert werden müssen [1].

Literatur

[1] Frank Urbansky: Eine effiziente Kombination – Wärmepumpe, Sonnenstrom, Batteriespeicher, tab 1/2018, Seiten 24 bis 27.