Möglichkeiten und Grenzen von Photovoltaik- Wärmepumpen-Systemen zur Erhöhung des Eigenverbrauchs von Solarstrom

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1 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

2 ct/kwh Entwicklung der Kosten für Netz- und Solarstrom Haushaltsstrompreis Wärmepumpenstrompreis HT Wärmepumpenstrompreis NT PV Haushalt EEG Netzparität finanzielle Anreize für Speicher Quellen: EEG, Stadtwerke Fürstenfeldbruck / HTW Berlin (bisherige Entwicklung) (Prognose) HT: Hochpreistarif, NT: Niedrigpreistarif

3 Zukunft der Solarstromnutzung in Deutschland Direktverbrauch Batteriespeicherung Elektromobilität thermische Nutzung Netzeinspeisung Abregelung 3

4 Getrennte Systeme Photovoltaik und Wärmepumpe 4 >0,27 /kwh <0,14 /kwh >0,20 /kwh

5 PV-Speichersystem mit Wärmepumpe Grundsätzlich gilt: viele hydraulische Varianten möglich Pufferspeicher und/oder Trinkwasserspeicher hilfreich Regelung/Regelbarkeit der WP spielt eine wichtige Rolle 5 >0,27 /kwh <14,0 /kwh höherer Arbeitspreis für WP (~0,07 /kwh) Einsparung Zählergebühr (~100 /a)

6 Einfluss der Art der Wärmepumpe und dessen Regelung auf das Betriebsverhalten Einstufige Wärmepumpe Inverter-Wärmepumpe ohne Speicherung mit Speicherung ohne Speicherung mit Speicherung + Eigenverbrauchserhöhung Netzentlastung - + 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. 6 PV-Erzeugung PV Wärmepumpe Netz Wärmepumpe

7 Eigenverbrauchsanteil Eigenverbrauchsanteil Erhöhung des Eigenverbrauchs ohne Überschuss-Speicherung 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% unsaniert 20% Passivhaus 10% 0% HH+Wärmepumpe (WP) ohne Überschuss-Speicherung nur Haushaltsstrom (HH) PV-Systemgröße in kwp 7 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)

8 Eigenverbrauchsanteil Erhöhung des Eigenverbrauchs mit Überschuss-Speicherung 100% 90% 80% 70% und inkl. Heizstab 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 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) PV-Systemgröße in kwp 8 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)

9 Nutzung der Solarstromerzeugung bei einer installierten Leistung von 7 kw (ca. 50 m²) altes Haus 175 kwh/(m² a) teilsaniert 95 kwh/(m² a) Passivhaus 15 kwh/(m² a) 27% 17% 34% 17% 17% 45% 38% 56% 49% PV Haushaltsgerät PV Wärmepumpe inkl. Heizstab PV Stromnetz 9 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)

10 Stromeinsparung durch das System bei einer installierten Leistung von 7 kw (ca. 50 m²) Wärmepumpenstrom altes Haus 175 kwh/(m² a) teilsaniert 95 kwh/(m² a) Passivhaus 15 kwh/(m² a) 21% 32% 30% 79% 68% 70% Photovoltaik Netzbezug 33% Haushaltsstrom 10 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)

11 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: Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! TJADEN, TJARKO: Techno-ökonomischer Vergleich von Solarthermieanlagen mit Photovoltaik-Wärmepumpen- Systemen. Berlin, Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin, Masterthesis, BUNDESVERBAND WÄRMEPUMPE (BWP) e.v. (Hrsg.): BWP-Branchenstudie Szenarien und politische Handlungsempfehlungen, Berlin, FRAUNHOFER-INSTITUT FÜR SOLARE ENERGIESYSTEME (ISE): WP-Monitor/Effizienz, Berichte und Daten, Freiburg, 2008 bis https://wp-monitor.ise.fraunhofer.de/ 11 pvspeicher.htw-berlin.de

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