Steuerung von Wärmepumpen

Die Mehrwerte von PV-Anlagen kommen vor allem dann zum Tragen, wenn der selbst erzeugte Solarstrom vollständig genutzt wird, statt Überschüsse ins öffentliche Netz einzuspeisen. Ladeinfrastruktur für E-Fahrzeuge und eine Wärmepumpe können dazu beitragen, die erzeugte Energie sinnvoll einzusetzen. Doch sicherzustellen, dass die Solaranalage immer genau dann Strom produziert, wenn er gebraucht wird, ist schlicht nicht möglich.

Eine Speicherung des PV-Überschusses  ist daher alternativlos. Die Komponente Heat Control des selbstlernenden Energiemanagers Enbas , der alle Energieflüsse eines Gebäudes aufeinander abstimmt, sorgt mit der Steuerung der Wärmepumpe für eine kostensparende und effiziente Speicherung. Bei den meisten Wohngebäuden ist die Situation dieselbe: Oftmals produziert eine PV-Anlage gerade dann viel Strom, wenn das Gebäude leer steht. So sind die Bewohner*innen eines Gebäudes zumeist tagsüber, wenn es hell ist und eine PV-Anlage arbeitet, nicht im Haus, sondern an ihrer Arbeitsstelle. Gleichzeitig ist genau dann, wenn die Solaranlage in den Abendstunden nicht mehr produziert, ein erhöhter Energiebedarf die Regel, wenn die Bewohner*innen nach Hause kommen, duschen, kochen oder die Waschmaschine nutzen. Eine Zwischenspeicherung von PV-Überschuss, bis Energie benötigt wird, ist also durchaus sinnvoll.

Eine Möglichkeit, den überschüssigen Solarstrom nicht ins öffentliche Netz zu leiten, sondern später einzusetzen, bieten sogenannte Heimspeicher, also Batterien. Doch diese sind kostenintensiv. Zudem reicht die Kapazität gerade bei größeren Gebäudekomplexen, die von einer Wohnungsbaugesellschaft betrieben werden, oftmals nicht aus, um die gesamte erzeugte Energie zu speichern. Denn laut Bundesverband Solarwirtschaft beträgt die durchschnittliche Größe eines Heimspeichers 7 kWh. An Sommertagen erzeugen Gebäudekomplexe jedoch deutlich mehr Energie. Eine Alternative zur Speicherung in einer Batterie ist die Nutzung des Warmwasserspeichers. Doch wie funktioniert das?

Bei der Speicherung von Energie im Warmwasserspeicher wird der PV-Überschuss in thermische Energie umgewandelt, die später genutzt wird, wenn warmes Wasser benötigt wird. Konkret bedeutet dies: In einem Wasserspeicher, der 300 Liter fasst und von 18 °C Raumtemperatur auf 60 °C erhitzt wird, können rund 14,5 kWh gespeichert werden – also mehr als doppelt so viel Energie, verglichen mit einem normalen Heimspeicher.

Der selbstlernende Energiemanager Enbas verknüpft alle in einem Gebäude befindlichen Komponenten miteinander, die Energie liefern oder verbrauchen. Dazu gehören PV-Anlage, Ladeinfrastruktur, Wärmepumpe aber auch vorhandene Speicher. Durch die Vernetzung ist die Lösung in der Lage, die Energieströme zu steuern.

Um den Überschuss an PV-Strom besser zu nutzen und zu speichern, wird eine Steuerung der Wärmepumpe vorgenommen. In der Regel wird das Wasser im Pufferspeicher bei einer Temperatur von 50 °C bis 65 °C gehalten. Mit Enbas ist dies anders. Denn wenn die Bewohner*innen nicht im Haus sind und kein warmes Wasser benötigen, sorgt das in der Lösung integrierte Heat Control dafür, dass der Warmwasserspeicher nur auf 45 °C erhitzt wird. Liegt dann ein PV-Überschuss vor, kann die Wärmepumpe anspringen und das Wasser um etwa 20 °C auf die übliche Temperatur von 65 °C erhitzen. Bei diesem Wert ist das Ziel erreicht, da eine höhere Temperatur nur dann möglich ist, wenn die Wärmepumpe um einen Heizstab ergänzt wird. Dadurch können 2,3 kWh Strom in thermischer Energie gespeichert werden. Klar ist dabei: Je größer der Pufferspeicher ausfällt und je mehr Liter Wasser er umfasst, desto höher ist die Speicherkapazität und desto lohnender ist dieses Prinzip.

Die bisher beschriebene Variante, bei der der Warmwasserspeicher von der Normaltemperatur von 45 °C ausgehend erhitzt wird, bringt bereits große Kostenersparnisse und eine Effizienzsteigerung mit sich. Dies lässt sich noch deutlich steigern, da es sich bei Enbas um eine selbstlernende Lösung handelt. So analysiert Enbas das Verhalten der Gebäudenutzenden, um künftig Prognosen darüber erstellen zu können,

• wann nur wenig oder keine Energie benötigt wird.
• wann Spitzenlasten zu erwarten sind, die nicht allein über die PV-Anlage zu decken sind.
• wann wie viel warmes Wasser benötigt wird.
• wann in der Regel die Ladung eines E-Autos zu erhöhtem Verbrauch führt.

Auf Grundlage dieser Vorhersagen ist es möglich, den Warmwasserspeicher, wenn voraussichtlich kein Bedarf besteht, unter die Temperatur von 45 °C fallen zu lassen. Bei PV-Überschuss steht damit eine größere Temperaturdifferenz zur Verfügung, die genutzt werden kann. Anders ausgedrückt: Es kann wesentlich mehr Energie kurzfristig gespeichert werden.

Die Verknüpfung von Wärmepumpen mit einem Energiemanagementsystem ist über verschiedene Schnittstellen möglich. Dazu gehören beispielsweise EEBus oder SG-Ready. Doch viele Wärmepumpen verfügen nicht über einheitliche Schnittstellen. Gerade bei Altgeräten können sie sogar gänzlich fehlen. Zudem ist auch dann, wenn eine SG-Ready-Schnittstelle zur Verfügung steht, eine modulare Steuerung nicht möglich. Aus diesem Grund ist in Enbas das Modul Heat Control enthalten, mit dessen Hilfe Wärmepumpen ohne Schnittstellen steuerbar sind. Doch wie arbeitet Heat Control?

Um von einer PV-Anlage maximal zu profitieren, ist es entscheidend, den eigens erzeugten Strom so gut wie möglich selbst zu nutzen. Entsprechend gilt es, Überschüsse kurzfristig zu speichern. Dies ist mit Enbas und dem Modul Heat Control über die Wärmepumpe einfach umsetzbar. Dabei kann die Kapazität deutlich höher sein als bei teuren Heimspeichern. Außerdem wird der Verbrauch dank erlerntem Nutzungsverhalten und Prognosen nicht länger an der Verfügbarkeit ausgerichtet; vielmehr orientieren sich die Energieflüsse am tatsächlichen Bedarf.