möglichkeiten und grenzen von photovoltaik- wärmepumpen ... · stromeinsparung durch das system...
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Möglichkeiten und Grenzen von Photovoltaik-
Wärmepumpen-Systemen zur Erhöhung des
Eigenverbrauchs von Solarstrom
Tjarko Tjaden, Johannes Weniger, Volker Quaschning
Hochschule für Technik und Wirtschaft (HTW) Berlin
14. Forum Solarpraxis, 22. November 2013, Berlin
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Entwicklung der Kosten für Netz- und Solarstrom
Quellen: EEG, Stadtwerke Fürstenfeldbruck / HTW Berlin (bisherige Entwicklung) (Prognose)
HT: Hochpreistarif, NT: Niedrigpreistarif
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2016
2017
2018
2019
2020
ct/
kW
h
Haushaltsstrompreis
Wärmepumpenstrompreis HT
Wärmepumpenstrompreis NT
PV Haushalt EEG
Netzparität
finanzielle Anreize für Speicher
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Zukunft der Solarstromnutzung in Deutschland
Direktverbrauch Batterie- speicherung
thermische Nutzung
Netzein- speisung
Abregelung Elektro- mobilität
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Getrennte Systeme – Photovoltaik und Wärmepumpe
>0,27 €/kWh
<0,14 €/kWh
>0,20 €/kWh
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PV-Speichersystem mit Wärmepumpe
>0,27 €/kWh
<14,0 €/kWh
Einsparung Zählergebühr (~100 €/a)
höherer Arbeitspreis für WP (~0,07 €/kWh)
Grundsätzlich gilt:
• viele hydraulische Varianten möglich
• Pufferspeicher und/oder Trinkwasserspeicher hilfreich
• Regelung/Regelbarkeit der WP spielt eine wichtige Rolle
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• Direkte Anpassung an die PV-Überschussleistung ist
nur mit Inverter-Wärmepumpen möglich.
• Speichervolumen und installierte Leistung haben
Einfluss auf die Eigenverbrauchserhöhung und die
Einsparung an Netzstrom.
Einfluss der Art der Wärmepumpe und dessen
Regelung auf das Betriebsverhalten
Einstufige Wärmepumpe Inverter-Wärmepumpe
ohne Speicherung ohne Speicherung mit Speicherung
PV-Erzeugung
mit Speicherung
+
Eigenverbrauchserhöhung
Netzentlastung
-
++
●
++
●
+++
+
PV Wärmepumpe Netz Wärmepumpe
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Eig
enverb
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PV-Systemgröße in kWp
nur Haushaltsstrom (HH)0%
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Eig
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PV-Systemgröße in kWp
HH+Wärmepumpe (WP) ohne Überschuss-Speicherung
nur Haushaltsstrom (HH)
Erhöhung des Eigenverbrauchs
Einfamilienhaus: Nutzfläche 127 m², Berlin, Luft-Wasser-Wärmepumpe, Schichtenpufferspeicher 500 l, Haushaltsstrombedarf 3940 kWh/a, Heizwärmebedarf 95 kWh/(m² a), Trinkwarmwasserbedarf 16 kWh/(m² a)
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Eig
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rauchsante
il
PV-Systemgröße in kWp
HH+Wärmepumpe (WP) ohne Überschuss-Speicherung
nur Haushaltsstrom (HH)
ohne Überschuss-Speicherung
„Passivhaus“
„unsaniert“
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Erhöhung des Eigenverbrauchs
0%
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Eig
enverb
rauchsante
il
PV-Systemgröße in kWp
HH+WP+HS mit Speicherung bis 90 °C
HH+WP mit Speicherung bis 75 °C
HH+WP mit Speicherung bis 65 °C
HH+Wärmepumpe (WP) ohne Überschuss-Speicherung
nur Haushaltsstrom (HH)
mit Überschuss-Speicherung
und inkl. Heizstab
Einfamilienhaus: Nutzfläche 127 m², Berlin, Luft-Wasser-Wärmepumpe, Schichtenpufferspeicher 500 l, Haushaltsstrombedarf 3940 kWh/a, Heizwärmebedarf 95 kWh/(m² a), Trinkwarmwasserbedarf 16 kWh/(m² a)
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Nutzung der Solarstromerzeugung bei einer installierten Leistung von 7 kW (ca. 50 m²)
Einfamilienhaus: Nutzfläche 127 m², Berlin, Luft-Wasser-Wärmepumpe, Schichtenpufferspeicher 500 l, Haushaltsstrombedarf 3940 kWh/a, Heizwärmebedarf 95 kWh/(m² a), Trinkwarmwasserbedarf 16 kWh/(m² a)
altes Haus 175 kWh/(m² a)
teilsaniert 95 kWh/(m² a)
Passivhaus 15 kWh/(m² a)
PV Haushaltsgerät
17%
56%
27%
17%
49%
34%
17%
38%
45%
PV Wärmepumpe inkl. Heizstab
PV Stromnetz
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Stromeinsparung durch das System bei einer installierten Leistung von 7 kW (ca. 50 m²)
Einfamilienhaus: Nutzfläche 127 m², Berlin, Luft-Wasser-Wärmepumpe, Schichtenpufferspeicher 500 l, Haushaltsstrombedarf 3940 kWh/a, Heizwärmebedarf 95 kWh/(m² a), Trinkwarmwasserbedarf 16 kWh/(m² a)
21%
79%
32%
68% 70%
30%
altes Haus 175 kWh/(m² a)
teilsaniert 95 kWh/(m² a)
Passivhaus 15 kWh/(m² a)
Photovoltaik Netzbezug
33%
Wärmepumpenstrom
Haushaltsstrom
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Zusammenfassung
• PV-Wärmepumpensysteme benötigen keine neue Hardware, sondern lediglich eine kommunikative Kopplung.
• Regelbare Inverter-Wärmepumpen bieten deutliche Vorteile bei der Anpassung an die verfügbare PV-Leistung.
• Einsatz eines zusätzlichen Heizstabes ist nicht sinnvoll, solange die Einspeisevergütung über den Wärmegestehungskosten des Wärmepumpensystems liegt.
• Überall dort, wo Wärmepumpen heute schon wirtschaftlich sind, sorgt die Kombination mit PV-Systemen für eine verbesserte Ökonomie.
für weitere Informationen:
TJADEN, TJARKO: Techno-ökonomischer Vergleich von Solarthermieanlagen mit Photovoltaik-Wärmepumpen- Systemen. Berlin, Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin, Masterthesis, 2013.
BUNDESVERBAND WÄRMEPUMPE (BWP) e.V. (Hrsg.): BWP-Branchenstudie 2013 - Szenarien und politische Handlungsempfehlungen, Berlin, 2013.
FRAUNHOFER-INSTITUT FÜR SOLARE ENERGIESYSTEME (ISE): WP-Monitor/Effizienz, Berichte und Daten, Freiburg, 2008 bis 2013. https://wp-monitor.ise.fraunhofer.de/
pvspeicher.htw-berlin.de
Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!