
Installation eines Batteriespeichers für Photovoltaikanlagen.
Foto: E3/DC /janwalford.com
Wärmepumpen und Batteriespeicher passen zusammen
15. Dezember 2015 | Topnews, Fachwissen und Technik
Der Energiemanager des Batteriespeichers kann
der Wärmepumpe die Leistungsaufnahme vorgeben. In Kombination lässt sich
der Eigenverbauch deutlich steigern. Andreas Piepenbrink,
Geschäftsführer des Batteriespeicher-Herstellers E3/DC, und Claus-Rainer
Fischer, Geschäftsleitung Automation des Wärmepumpenherstellers
Waterkotte, beantworten Fragen der Teilnehmer unseres Webinars.
Am 4.12 haben wir auf Initiative von E3/DC ein Webinar zum Thema
Batteriespeicher 2: Kombination von Speicher, Wärmepumpe und
Photovoltaik durchgeführt. Viele Fragen wurden bereits im Webinar
beantwortet. Die Fragen, für die keine Zeit war, beantworten nun
E3/DC-Geschäftsführer Andreas Piepenbrink und Claus-Rainer Fischer,
Geschäftsleitung Automation beim Wärmepumpenanbieter Waterkotte.
Hier können Sie das Webinar ansehen, die Vorträge herunterladen und sich für das nächste Webinar zum Thema Sanierung von Mehrfamilienhäusern mit Photovoltaik, Speicher, Wärmepumpe und KWK anmelden. Grafik: Fotolia/Trueffelpix
Es lohnt sich, einen Batteriespeicher einzusetzen, wenn man eine
Wärmepumpe und eine Photovoltaikanlage einbaut oder besitzt. So eine der
Hauptbotschaften der Referenten. Das liegt unter anderem daran, dass
Wärmepumpen normalerweise eine bestimmte Leistung für ihren Betrieb
benötigen und diese nicht von außen vorgegeben werden kann. Wenn die in
einem bestimmten Moment erzeugte Solarleistung darunter liegt und die
Wärmepumpe gerade läuft oder zur Deckung des Wärmebedarfs laufen muss,
zieht sie Netzstrom. Dann hilft ein Batteriespeicher, den Eigenverbrauch
und die solare Deckung der Heizenergie zu erhöhen. Seite zehn des
ersten Vortrags zeigt in einer Simulation für ein Haus mit einer
Wärmepumpe, die Brauchwasser und Raumwärme erzeugt, wie groß dieser
Effekt ist.
Holger Laudeley hat ein Mietshaus aus den 70er Jahren energetisch mit Batteriespeicher, Photovoltaik, Wärmepumpe und BHKW saniert. Die die Energie wird für die Bewohner billiger, die Mieten steigen nicht und
für den Vermieter amortisiert sich die Investition. Dafür hat er den pv
magazine Award bekommen (ausführliche Beschreibung siehe hier). Mehr dazu in dem letzten Webinar der von E3/DC Reihe am Donnerstag, 17.12. um 15:00, Andreas Piepenbrink und Holger Laudeley. Zur Anmeldung
Außerdem hilft eine technische Weiterentwicklung, den Eigenverbrauch
noch weiter zu steigern: Das Energiemanagementsystem des
Batteriespeichers kann der Wärmepumpe vorgeben, mit welcher elektrischen
Leistungsaufnahme sie vorzugsweise laufen sollte.
In dem
Webinar ging es sowohl um Wärmepumpen, die nur das Bauchwasser erhitzen
als auch um Wärmepumpen, die die gesamte Raumwärme erzeugen.
Fragen und Antworten1. Wirtschaftlichkeit der Kombination Batteriespeicher und Wärmepumpe allgemein
Der Wirkungsgrad einer Batterieladung und Entladung liegt bei 75
bis 85 Prozent – die damit zusammenhängenden Verluste muss man in dem
Vergleich Wärmespeicher versus Batteriespeicher doch auch
berücksichtigen, oder?Andreas Piepenbrink: Ja. Diese
sind in der Regel aber durch die reale Ausbeute Solaranlage (kWh pro
kWp) am Standort gut abgedeckt. Die realen Verluste eines
Solarwechselrichters im Teillastbetrieb sind ähnlich hoch wie die der
Elektronik des Batteriespeichers. Wenn Sie den Ertrag der Solaranlage
betrachten, sind diese Verluste also schon eingepreist.
Ist es
auch bei einer rein wirtschaftlichen Betrachtung sinnvoller, einen
Batteriespeicher statt eines größeren Wärmespeichers zu installieren?
Gilt das auch wenn man berücksichtigt, dass man für den Betrieb von
Wärmepumpen einen günstigeren Stromtarif bekommt?Andreas Piepenbrink:
Die Verluste eines großen Wärmespeichers, der eine große Wassermenge
durch ständiges Nachheizen auf Temperatur hält, können Sie dem
Datenblatt entnehmen oder den Auslegungen der großen Heizungsbauer (z.B.
Viessmann; Vaillant). Der Batteriespeicher kann ja keinen Wärmespeicher
ersetzen, sondern liefert mehr Flexibilität und Effizienz und der
zugehörige Wasserspeicher kann kleiner ausfallen.
Eine
Brauchwasser-Wärmepumpe hat eine Stromaufnahme von typischerweise 400
Watt. Wer eine solche Wärmepumpe in Kombination mit einer
Fünf-Kilowatt-Wärmepumpe einbaut, beeinflusst den Eigenverbrauch doch
nur sehr geringfügig. Warum halten Sie die Kombination wirklich für
sinnvoll? Wie viel Eigenverbrauchserhöhung bekommt man bei diesen
Dimensionierungen durch einen zusätzlichen Batteriespeicher?Antwort: die Brauchwasserwärmepumpe ist eine Investition für Gas- und Ölheizungen.
Sie
wollten noch mehr Simulationen mit Beispielen zum Vergleich von
größeren thermischen Speichern zu Batteriespeichern zur Verfügung
stellen (zu Seite 8 des Vortrags). Wo kann ich diese finden?Andreas Piepenbrink:
E3/DC hat einen Konfigurator entwickelt, mit dem verschiedene
Auslegungen simuliert werden können. Dieses Tool ist leider noch nicht
online. pv magazine wird vermutlich in der Märzausgabe über damit
berechnete verschiedene Auslegungen berichten.
Sowohl den
Batteriespeicher als auch den größeren Wärmespeicher kann man ersetzen,
indem man die Raumtemperatur etwas erhöht und die Gebäudemassen als
"Speicher" benutzt. Warum sollte man trotzdem einen Batteriespeicher
nutzen?Andreas Piepenbrink: Die Frage ist was man
will. Wir von E3/DC haben uns für das Ziel entschieden, den
Primärenergiebedarf zu reduzieren. Wenn sie mithilfe der
Raumtemperaturanhebung Energie speichern wollen, müssen Sie das Gebäude
gut dämmen, sonst erhöhen Sei vor allem den Primärenergieverbrauch. Das
kann man machen. Die Dämmung ist aber die schlechteste Option. Eine
technische Sanierung, ei so genannte aktive Sanierung sieht vor, den
fossilen Brennstoffverbrauch zu verringern, indem aktive Elemente
(Batterie, Wärmepumpe, Photovoltaik) zeitlich angepasst die richtige
Energiemenge dynamisch liefern.
In vielen Fällen wird für eine
Heizungs-Wärmepumpe ein separater Zähler installiert. Wie lässt sich
dann der Strom aus der Solaranlage zum Wärmepumpenbetrieb nutzen?
Andreas Piepenbrink: Überhaupt nicht. Wenn die Wärmepumpe in Ihrem eigenen Tarif läuft, können Sie auch keinen Strom dafür selbst erzeugen.
Eine
Brauchwasserwärmepumpe kostet zirka 5.000 Euro, ein Heizstab mit
Thyristorsteller zirka 1.500 Euro. Die benötigte Heizleistung kann die
Solaranlage oft auch ohne Wärmepumpe bereitstellen. Was halten Sie von
dieser Power-to-Heat-Technik nur mit Heizstab?Andreas Piepenbrink:
Stimmt nicht. Modernste Brauchwasserwärmepumpen kommen auf max.
2500-3000€. Die geregelten Heizstäbe sind aber eine gute Alternative,
wenngleich diese keinen COP haben, d.h. mit 3-5 fach mehr Leistung
laufen, um die gleiche Wärmemenge zu erzeugen.
Haben Sie Vorschlagen für die Auslegung PV+Batterie+Wärmepumpen?Andreas Piepenbrink:
Ja. Der Wärmebedarf in elektrischen kWh wird einfach auf den
Hausverbrauch addiert und der Batteriespeicher sowie die PV Anlage für
den gemeinsamen Stromverbrauch ausgelegt. Die Auslegung erfolgt grob mit
Erzeugung (kWh elektrisch)?= 1,3 x Gesamtverbrauch (kWh). Speicherung
(kWh) = Gesamtverbrauch / 1000 (kWh).
Sie haben eine Grafik
gezeigt, nach der mit einer Photovoltaikanlage, einem Batteriespeicher
und einer Wärmepumpe über 50 Prozent der Wärmeenergie sogar gedeckt
werden können. Nehmen wir als Beispiel eine 9 Kilowatt
Photovoltaikanlage. Sie erzeugt zwischen November und Februar zirka 1200
Kilowattstunden elektrische Energie. Das reicht dafür doch nicht aus.
Andreas Piepenbrink: Sie beziehen sich auf Seite acht
des Vortrags. Wie hoch die Wärmeautarkie ist, hängt vom Gebäudetyp ab.
Bei Passivhäusern liegt sie bei etwa 70 Prozent, bei nicht gut gedämmten
Häusern bei etwas über 20 Prozent. Dass die Wärmeautarkie größer ist
als Sie auf den ersten Blick abschätzen, liegt auch am
Brauchwasseranteil. Der Brauchwasserbedarf ist nicht so abhängig von der
Jahreszeit.
Im Hochwinter reicht der Solarstrom
selbstverständlich nicht aus. Die wesentlichen Optimierung auch mit dem
Batteriespeicher liegen in den Übergangszeiten.
2. Fragen zum Batteriespeicher von E3/DC:Welche Komponenten des Batteriespeichers können wie recycelt werden? Andreas Piepenbrink: Alle. Elektronikschrott sowie die Batterie selbst. E3/DC hat für jede Batterie die Entsorgungskosten vorab bezahlt.
Zu
welchem Anteil können die chemischen Komponenten einer Batterie durch
das Recycling wieder als reine Komponenten zur Verfügung gestellt
werden?Andreas Piepenbrink: Die chemischen Komponenten werden nicht wiederverwertet.
Wie arbeitet das E3/DC-Gerät mit anderen Geräten wie zum Beispiel Ladesäulen zusammen? Andreas Piepenbrink:
Über intelligentes Laden, das heißt über Schnittstellen wie SG Ready
oder Typ 3 Mode 3 Laden liefert das Gerät die vom Verbraucher benötigte
Menge.
Wie verhindert das E3/DC-System, dass die Mittagsspitze in das Netz eingespeist wird? Andreas Piepenbrink: Über die Wetterprognose, die jedem Gerät kostenfrei zur Verfügung steht.
Nutzen Sie Erzeugungsprognosen und beziehen Sie auch Lastprognosen der Wärmepumpe in den Ladealgorithmus ein? Andreas Piepenbrink: Ja, wenn diese im Lastprofil sichtbar ist.
Aktualisiert ihr Energiemanger die Annahme für Stromerzeugung und Strombedarf öfter als alle 15 Minuten?Andreas Piepenbrink:
Ja, alle 2 Sekunden intern, alle 2 Minuten auf dem Server. Die
angezeigten Daten für den Kunden sind gemittelte 15 Minuten Werte.
3. Energiesystem als ganzesFührt nicht
der großflächige Einsatz der Kombination Wärmepumpe und Photovoltaik
dazu, dass für die Wintertage mit hohem Wärmebedarf und geringer
Solarstrahlung konventionelle Kraftwerke als Reserve vorgehalten werden
müssen?Andreas Piepenbrink: Nein. Es gibt zudem 8mal
soviel Windstrom wie Solarstrom. Im ganzjährigen Mittel steht genug
erneuerbare Energie zur Verfügung. Man müsste konsequenterweise die
Batteriespeicher auch so nutzen, dass er bei hohem Windstromaufkommen
geladen wird und er im Winter hilft, die Erzeugung an den Verbrauch
anzupassen. An solchen Konzepten arbeiten wir.
4. Fragen zur Kommunikation von Wärmepumpe und Photovoltaikanlage
Der
SG-Ready-Eingang der Wärmepumpe erlaubt ja lediglich, dieser vier
verschiedene Betriebszustände mitzuteilen. Ist es richtig, dass
E3/DC-Batteriespeicher und Waterkotte Wärmepumpen nicht über den
SG-Ready-Eingang der Wärmepumpe miteinander kommunizieren, sondern über
ein ausgefeilteres System?Andreas Piepenbrink: Korrekt. Über ModBUS TCP werden noch weitere Funktionen bereitgestellt.
Stimmt
es, dass bei Ihrer Kombination der Energiemanager des Batteriespeichers
dem Wärmepumpenmanager mitteilen kann, über welchen Zeitraum
voraussichtlich welche Energie zur Verfügung steht (das ist über SG
Ready nicht möglich ist)?Andreas Piepenbrink: Ja. Das Protokol (RSCP) von E3/DC liegt auch offen.
Sind
das E3/DC-System und die Waterkotte Wärmepumpen aneinander angepasst
worden, oder ist diese Art der Kommunikation im Prinzip auch mit anderen
Wärmepumpen und Batteriespeichern möglich?Andreas Piepenbrink: siehe oben. Ja, das ist auch mit anderen Wärmepumpen möglich.
Wenn
zur Kommunikation der SG Ready Standard verwendet wird, versuchen die
Energiemanager der Photovoltaikanlagen den Wärmepumpenbetrieb zu
forcieren, ohne zu wissen, ob die Wärmeenergie am Ende abgenommen werden
kann. Ist das bei Ihrem System besser?Andreas Piepenbrink: Ja.
Wie
findet die Kommunikation des E3/DC- Batteriespeichers mit der
Waterkotte-Wärmepumpe konkret statt – über Modbus? Über Ethernet? Was
bedeutet das für den Installateur?Andreas Piepenbrink: ModBus TCP. Ethernetkabel einstecken und die Option von Waterkotte für die Wärmepumpe benutzen.
5. Fragen zum Einsatz von Wärmepumpen allgemeinWo findet man eine Dokumentation zu der SG Ready Schnittstelle?Andreas Piepenbrink: SG Ready ist nur ein Label. Die Dokumentation finden Sie im Handbuch.
Kann
man mit einer Luft-Wärmepumpe den Wärmebedarf eines Haushalts so
decken, dass eine Öl- oder Gasheizung ersetzt werden kann? Gibt es eine
Luft-Wärmepumpe mit einer Arbeitszahl größer als 4,5? Wie groß darf der
Temperaturunterschied zwischen Außenluft und Raumluft maximal sein,
damit die Luft-Wärmepumpe im Winter noch sinnvoll betrieben werden kann?Claus-Rainer Fischer:
Ja Luftwärmepumpen können Öl und Gasheizungen ersetzen. Der COP bei
Luftmaschinen ist stark von der Aussentemperatur abhängig. Deswegen
werden bei der Ermittlung dieser Werte verschiedene Normpunkte
dargestellt. Waterkotte Maschinen erreichen bei A7/W35 einen COP von
4,81. Bei A2/W35 einen Wert von 4,2. Hierzu ist zu sagen das 80% der
Jahresheizarbeit bei Aussentemperaturen von >0°C aufgewendet wird.
Die zuvor dargestellte Wärmepumpe kann bei einer Aussentemperatur von –
15°C noch mit einem COP von 2,63 betrieben werden.
(Zur generellen Diskussion der Arbeitszahlen von Wärmepumpen siehe auch pv magazine FAQs Wärmepumpe und Photovoltaik Stand Juni 2014)In Norwegen sind Luft-Luft-Wärmepumpen sehr attraktiv. Was kann ich da meinen Kunden anbieten?Claus-Rainer Fischer:
Bei Luft / Luft Maschinen ist eine sehr gute Gebäudedämmung sowie ein
sehr angepasstes Nutzerverhalten absolut wichtig. Zusätzlich muss über
eine Warmwassererwärmung nachgedacht werden.
Den Waterkotte
Wärmepumpen kann der Energiemanager der Photovoltaikanlage vorgeben, mit
welcher elektrischen Leistung sie maximal arbeiten darf. Richtig?Claus-Rainer Fischer: Ja wenn eine Kommunikation zwischen den Geräten gewährleistet ist
Ich
habe es so verstanden, dass die Wärmepumpe nur die Abgabeleistung
steuern kann. Wie lässt sich dann die Aufnahmeleistung variabel regeln?Claus-Rainer Fischer: Die Aufnahmeleistung lässt sich mit Wärmepumpen anpassen die mit Inverter geregelten Kompressoren ausgestattet sind.