Veröffentlicht am Feb. 12, 2024

Wärmepumpe mit Photovoltaik kombinieren

Wärmepumpen sind ein zukunftsfähiges und klimafreundliches Heizungssystem. Allerdings benötigen sie zum Betrieb Strom. Da liegt es nahe, über die Kombination von Wärmepumpe und Photovoltaik nachzudenken. Erfahren Sie, inwieweit der Strom vom eigenen Dach Ihre Wärmepumpe betreiben kann. Außerdem zeigen wir Ihnen, was diese Kombination kostet, welche Möglichkeiten es gibt und was Sie sonst noch bei der Installation einer Wärmepumpe mit Photovoltaik beachten sollten.
Gina Doormann
Dieser Artikel wurde von
Gina Doormann für www.solaranlagen-portal.com verfasst.
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Wärmepumpe mit Photovoltaik: Inhalt

Wärmepumpe mit Photovoltaik – Funktion, Kosten & Vorteile im Überblick

Warum sind Photovoltaik & Wärmepumpe eine gute Lösung?
  • Die PV-Anlage liefert günstigen PV-Strom für die Wärmepumpe.
  • Die Eigenverbrauchsquote steigt und verbessert die Wirtschaftlichkeit der PV-Anlage.
  • Wird ein Solarstromspeicher eingesetzt, sorgt dieser dafür, dass der Photovoltaik-Strom auch dann genutzt wird, wenn gerade kein PV-Strom produziert wird (z. B. abends und im Winter).
  • Der selbst produzierte Solarstrom ist umweltfreundlich und leistet einen Beitrag zum Klimaschutz.
  • Die Stromkosten und Heizkosten werden gesenkt.

Wärmepumpe mit Photovoltaik kombinieren und Eigenverbrauch steigern

Eigenverbrauch spielt eine große Rolle für die Wirtschaftlichkeit einer Photovoltaikanlage. Aufgrund der relativ niedrigen Einspeisevergütung lohnt es sich kaum noch, den erzeugten Solarstrom ins öffentliche Netz einzuspeisen. Viel mehr lohnt sich eine Solaranlage, wenn Hausbesitzer möglichst viel erzeugten Strom selbst verbrauchen. Denn dann können Hausbesitzer diese Energie an teurem Netzstrom einsparen. Das gelingt vor allem durch den Einsatz eines Solarstromspeichers, der einen zeitversetzten Stromverbrauch ermöglicht. Aber auch ein angepasstes Nutzerverhalten und eine optimale Stromregulierung durch einen Energiemanager können den Eigenverbrauch wesentlich steigern.

Eine weitere, äußerst effiziente Möglichkeit, den Eigenverbrauch zu erhöhen: eine Wärmepumpe mit Photovoltaik betreiben. Tipp: Alternativ oder zusätzlich können Sie auch Solarthermie mit Wärmepumpen kombinieren. Diese werden dann durch solare Umweltwärme unterstützt.

Wärmepumpen können mit Photovoltaik gekoppelt und dann zum Heizen, Kühlen und zur Warmwasserbereitung genutzt werden. Dieses Hybridsystem arbeitet besonders klimafreundlich und effizient. Dennoch reicht der Solarstrom in der Regel nicht aus, um eine Wärmepumpe allein durch eine PV-Anlage zu betreiben. Denn ohne Speicher sind nur etwa 20 bis 30 Prozent der Energie selbst nutzbar.

Hilfreich ist hier die Kombination mit einem Solarstromspeicher. Ist dieser korrekt dimensioniert, so können etwa 60 bis 80 Prozent der Solarenergie selbst verbraucht werden. Dieser Prozentsatz ist dann auch an Wärmepumpenstrom einsparbar. 

Bei einem gut gedämmten Haus, einer optimalen Dimensionierung von Photovoltaik-Anlage und Wärmepumpe und einem passenden Solarstromspeicher kann demzufolge die Wärmepumpe bei hoher Sonneneinstrahlung nahezu vollständig von der PV-Anlage betrieben werden.

Gut zu wissen: Während eine Elektroheizung den Strom 1:1 in Wärme umwandelt, kann eine moderne Wärmepumpe aus 1 Kilowattstunde Strom (kWh) mehr als 4 kWh Wärme gewinnen. Dieses Verhältnis zwischen nutzbarer Wärmeleistung und zugeführter elektrischer Leistung bezeichnet man als Jahresarbeitszahl (JAZ). Eine Wärmepumpe mit einer JAZ von 4 würde grob dargestellt z. B. nur 4.000 kWh Strom benötigen, um einen Wärmebedarf von 16.000 kWh zu decken.

Wie funktioniert das Prinzip Wärmepumpe mit Photovoltaik?

Um die Funktionsweise von Wärmepumpe und Photovoltaik in Kombination zu verstehen, werden zunächst beide Systeme einzeln vorgestellt.

Funktionsweise von Photovoltaikanlagen

Grafik zur Funktion einer PV-Anlage

Funktionsweise und Aufbau einer Photovoltaikanlage. Grafik: www.co2online.de

Solaranlagen wandeln die eintreffende Sonneneinstrahlung mithilfe des Photoeffekts in elektrischen Strom um. Um den optimalen Ertrag zu erzielen, sind die Dachausrichtung und die Dachneigung relevant. Im Winter ist der Ertrag geringer als im Sommer. PV-Anlagen erzeugen zunächst Gleichstrom, der mithilfe eines Wechselrichters in Wechselstrom gewandelt wird. Dieser kann dann im Haushalt für den Betrieb verschiedener Haushaltsgeräte, aber auch Wärmepumpen, verwendet werden.

Funktionsweise von Wärmepumpen

Funktionsprinzip Wärmepumpe

Vor allem der Stromverbrauch am Kompressor beeinflusst die Höhe des Wirkungsgrads einer Wärmepumpe. | Grafik: © Heizungsfinder

Die Funktion einer Wärmepumpe besteht im Prinzip darin, Umweltwärme oder auch Umweltenergie aus Luft, Grundwasser oder Erdreich aufzunehmen und als Heizenergie nutzbar zu machen. Mithilfe verschiedener physikalischer Prozesse, vor allem Verdichten und Verdampfen, wird die Energie aus der Umwelt auf eine Temperatur gebracht, die zum Heizen geeignet ist. Für diesen Prozess benötigt die Wärmepumpe Strom. Dieser kann sowohl aus dem Stromnetz bezogen werden oder aus dem Betrieb einer Solaranlage und somit aus dem Sonnenlicht stammen. 

Die Herkunft des Stroms hat somit direkte Auswirkungen auf die Heizkosten: Stammt die Energie vom eigenen Dach, sind zum einen die Ausgaben geringer und die Umwelt wird geschont. Handelt es sich hingegen um Netzstrom, werden die Energiepreise von Energieversorgern bestimmt.

Welche Möglichkeiten für die Kombination gibt es?

Die Wärmepumpe hat sich in den letzten Jahren zu einem sehr effizienten und weit verbreiteten Heizsystem entwickelt. Laut Bundesverband Wärmepumpe e. V. sind in Deutschland bereits mehr als eine Million Wärmepumpen im Einsatz. Die größten Vorteile dieses regenerativen Heizungssystems sind: 

  • hohe Effizienz
  • hoher Wirkungsgrad
  • Umweltfreundlichkeit
  • erfüllt auch zukünftige gesetzliche Anforderungen
  • Unabhängigkeit von fossilen Brennstoffen

Um die natürliche Wärme aus Luft, Wasser und Erde zu nutzen, benötigt die Wärmepumpe Strom für Antrieb und Pumpe. Anders als zum Beispiel eine Elektroheizung verwendet die Wärmepumpe den Strom aber nicht, um direkt Wärme zu erzeugen, sondern, um der Umgebung Wärme zu entziehen. Das bedeutet nicht nur sehr niedrige Heizkosten, sondern auch eine gute CO₂-Bilanz. Es gibt verschiedene Arten an Wärmepumpen – jede von ihnen ist mit einer Photovoltaikanlage koppelbar.

Die folgende Tabelle gibt einen Überblick:

WärmepumpentypUmgebungswärmeVorteileNachteileVoraussetzungen
Luft-Luft-Wärmepmpe mit PhotovoltaikAbwärme der Lüftungsanlagegünstigste Wärmepumpen-Art; keine großen baulichen Maßnahmen und Genehmigungen; keine Heizkörper nötiggeringe Leistungszahl, die von der Außentemperatur abhängig istnur in Passiv- oder Niedrigenergiehäusern mit Lüftungsanlage einsetzbar
Luft-Wasser-Wärmepumpe mit PhotovoltaikUmgebungsluftrelativ niedrige Anschaffungskosten; keine großen baulichen Maßnahmen und Genehmigungengeringere Leistungszahl im Vergleich zur Sole-Wasser-Wärmepumpe 
Sole-Wasser-Wärmepumpe mit PhotovoltaikErdwärmesehr hohe EffizienzBohrungen für die Erdsonden teuer und genehmigungspflichtig; bei Flächenkollektoren viel Grundfläche notwendigErdbohrungen in 10 bis 100 Meter Tiefe (Erdsonden) oder großes Grundstück (Flächenkollektoren)
Wasser-Wasser-Wärmpumpe mit PhotovoltaikGrundwassersehr hohe Effizienzgenehmigungspflichtig; sehr hohe Anschaffungs- und ErschließungskostenBohrung für Brunnen

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Was sind die Voraussetzungen?

Grafik Haus mit Erdwärmepumpe und Photovoltaik

Erdwärmepumpe mit Photovoltaik. Grafik: Bundesverband Wärmepumpe e. V.

Die baulichen Voraussetzungen für die verschiedenen Wärmepumpentypen sind unterschiedlich. Daher lässt sich nicht jede Wärmepumpe in jedem Haus bzw. auf jedem Grundstück installieren. Darüber hinaus gilt es für das Hybridsystem aus Wärmepumpe und Photovoltaik, bestimmte Gesichtspunkte zu berücksichtigen:

  • Die Wärmepumpe muss korrekt auf die Anforderungen einer Immobilie, insbesondere eines Altbaus, ausgelegt werden.
  • Flächenheizungen sind zur Steigerung der Effizienz gut, aber aufgrund der mittlerweile wesentlich leistungsfähigeren Wärmepumpen nicht mehr unbedingt notwendig.
  • Für ein effizientes Hybridsystem muss im ersten Schritt die Heizlast des Hauses bestimmt werden. Diese bildet die Grundlage für die benötigte Anschlussleistung der Wärmepumpe.
  • Die Dimensionierung der PV-Anlage wird dann im nächsten Schritt entsprechend der Leistung der Wärmepumpe ausgelegt. Als Faustregel gilt: Leistung der PV-Anlage = Anschlussleistung der Wärmepumpe x 3

Bei einem Hybridsystem aus Wärmepumpe mit Photovoltaik handelt es sich um ein komplexes Energiesystem aus verschiedenen Bausteinen. Um energieeffizient arbeiten zu können, müssen alle Komponenten aufeinander abgestimmt und richtig dimensioniert sein:

  • Photovoltaikanlage: Die PV-Anlage nutzt die Sonnenenergie zur Erzeugung von Strom. Der Solarstrom fließt direkt ins Hausnetz und wird dort für die verschiedenen Verbraucher verwendet. Ist Solarstrom übrig, wird dieser gespeichert und/oder zum Betrieb der Wärmepumpe eingesetzt. Jeder weitere PV-Überschuss wird gegen Einspeisevergütung ins öffentliche Stromnetz eingespeist.
  • Solarstromspeicher: Der Batteriespeicher speichert überschüssigen Solarstrom und stellt ihn für einen zeitversetzten Verbrauch zur Verfügung – für die unterschiedlichen Verbraucher im Haus und für die Wärmepumpe.
  • Wärmepumpe: Die Wärmepumpe besteht im Grunde aus drei Bestandteilen: der Wärmequellenanlage, der eigentlichen Wärmepumpe sowie dem Wärmeverteilsystem. Die Wärmepumpe wandelt den Solarstrom in Wärme um. Diese wird zum Heizen und zur Warmwasserbereitung genutzt und/oder im Warmwasser- und Pufferspeicher gespeichert.
  • Pufferspeicher: Der Pufferspeicher speichert überschüssige Wärme und gibt diese bei Bedarf ans Heizungssystem ab. Kann der Heizwärme- und Warmwasserbedarf aus den Speichern gedeckt werden, pausiert die Wärmepumpe in dieser Zeit und benötigt keinen Strom.
  • Wechselrichter: Der Wechselrichter ist die entscheidende Schnittstelle und Steuereinheit zwischen Photovoltaikanlage und Wärmepumpe. Sie wechselt nicht nur den Gleichstrom der Photovoltaikanlage in Wechselstrom um, sondern managt auch den Energieüberschuss.
  • Smart-Meter oder Energie-Management-System: Ein intelligenter Stromzähler (Smart-Meter) oder ein spezielles Energie-Management-System fungiert als zentrale Steuereinheit.

Stromspeicher: etablierte Lösung bei Nutzung einer Solaranlage

In Deutschland ist die Kombination einer PV-Anlage mit einem Stromspeicher bereits nahezu zu einem Standard geworden. Laut der Stromspeicher-Inspektion 2023 der HTW Berlin hat sich die Menge der installierten Stromspeicher zwischen 2018 und 2022 verneunfacht. Diese Entwicklung ist mit Hinblick auf eine zunehmende Elektrifizierung gut nachvollziehbar. Schließlich kommen stets neue Abnehmer des Solarstroms hinzu: zum Beispiel eine Wärmepumpenheizung oder ein Elektroauto. Mithilfe eines Stromspeichers steht dann der selbsterzeugte Photovoltaik-Strom zu jeder Zeit zur Verfügung – auch, wenn die Sonne gerade nicht scheint.

Vorteile und Nachteile der Kombination Wärmepumpe mit Photovoltaik

VorteileNachteile
senkt CO₂-Emissionenhöhere Anschaffungskosten
reduziert HeizkostenPV-Anlage deckt nicht kompletten Strombedarf der Wärmepumpe
mehr Unabhängigkeit von Energieversorgernwitterungsabhängig
förderfähige Systeme 

Verbindung von Wärmepumpe und Photovoltaik im Altbau

Bevor man Photovoltaik und Wärmepumpe im Altbau installiert, sollten zwei Aspekte geprüft werden: Wie hoch ist die benötigte Vorlauftemperatur und wie ist der Zustand des Daches? Ersteres ist wichtig zu wissen, um festzustellen, ob eine Wärmepumpenheizung das Haus warm bekommt, ohne übermäßig viel Strom zu verbrauchen. Letzteres ist relevant, um zu prüfen, ob die Tragfähigkeit des Daches für eine PV-Anlage ausreicht. Ergibt die ausführliche Überprüfung, dass zunächst umfangreiche Sanierungsarbeiten notwendig sind, so müssen Budget und mögliche Förderungen berechnet werden.

Kosten der Kombination von Wärmepumpe und PV

In puncto laufende Kosten beziehungsweise. Nebenkosten überzeugt eine PV-Wärmepumpe als optimale Kostenbremse.

  • Eine Photovoltaikanlage nutzt die Sonnenenergie und wandelt sie in Solarstrom um. Die Stromrechnung wird also deutlich gesenkt.
  • Eine Wärmepumpe ist äußerst energieeffizient. Die Heizkosten sinken und Brennstoffkosten entfallen komplett.
  • Ein Hybridsystem aus Wärmepumpe mit Photovoltaik senkt so sowohl Ihre Stromkosten als auch Ihre Heizkosten.

Aber was ist mit den Anschaffungskosten? Diese hängen stark vom Modell, von der Leistung, von der Größe usw. ab, deshalb lässt sich hier kein allgemeingültiger Preis nennen. Die folgende Tabelle mit den aufgelisteten Kostenpunkten dient daher zur groben Orientierung.

KostenfaktorPreis
Photovoltaikanlage (Preis abhängig von Dachfläche und Leistung)

- kleines Dach (ca. 25 m² Dachfläche, 3 Kilowatt Peak (kWp) Leistung) = ca. 5.100 Euro 

- mittelgroßes Dach (ca. 50 m², 6 kWp Leistung) = ca. 9.600 Euro 

- großes Dach (ca. 70 m², 9 kWp Leistung) = ca. 11.700 Euro 

- Insgesamt: 1.300 - 1.700 Euro pro kWp Leistung 

Was kostet eine Photovoltaikanlage?

Solarstromspeicher (Preis abhängig von der nutzbaren Speicherkapazität)

- bis zu 5 kWh = 1.300 Euro/Kilowattstunde Speicherkapazität 

- 5 bis 10 kWh = 1.040 Euro/Kilowattstunde 

- 10 bis 200 kWh = 850 Euro/Kilowattstunde 

Was kostet ein Solarstromspeicher?

Wärmepumpe (inkl. Erschließungskosten; Preis abhängig von Anschlussleistung)

Luft-Luft-Wärmepumpe = ca. 7.000 bis 10.000 zzgl. Kosten für die Lüftungsanlage* 

Luft-Wasser-Wärmepumpe = ca. 11.000 bis 21.000 Euro 

Wasserwärmepumpe = ca. 24.000 bis 34.000 Euro 

Erdwärmepumpe = ca. 12.000 bis 22.000 Euro 

- Für Wärmepumpen vergibt das BEG Förderungen als Zuschuss in Höhe von 25 bis 40 % der Anschaffungskosten

Pufferspeicher (Preis abhängig von der Größe und Verwendung)- ca. 500 bis 2.000 Euro
Smart-Meter (Preis abhängig von Anbieter und Modell)- ca. 20 bis 50 Euro pro Jahr
Energie-Management-System (Preis abhängig von Modell und Verwendung)- ca. ab 1.000 Euro

Förderung

Mit staatlichen Förderungen lassen sich die Anschaffungskosten deutlich reduzieren. Folgende Fördermöglichkeiten haben Sie:

AnbieterFörderprogrammWas wird gefördert?Förderung
Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA)Bundesförderung effiziente Gebäude (BEG)Einbau von effizienten WärmepumpenDer Fördersatz liegt für Wärmepumpen bei 25 %, geht der Einbau der Wärmepumpe mit dem Austausch einer fossilen Heizung einher, liegt der Fördersatz bei 35 %.
Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW)Erneuerbare Energien – Standard (270)Anlagen zur Erzeugung und Speicherung von Strom und Wärme (u. a. Photovoltaik und Stromspeicher)Zinsgünstiger Förderkredit über bis zu 100 % der Investitionskosten

Lohnt sich das Ganze?

Keine Frage: Für das Klima ist die Kombination aus Photovoltaikanlage und Wärmepumpe hervorragend.

Finanziell stellt sich die Lage ein wenig komplexer dar. Für Wärmepumpen gibt es spezielle Heizstromtarife. Im Frühjahr 2023 wurde der Preis für Wärmepumpenstrom auf maximal 28 Cent pro Kilowattstunde gedeckelt. 

Eine Photovoltaikanlage hat ohne Speicher Stromgestehungskosten von 7 bis 12 Cent pro Kilowattstunde. Mit Stromspeicher liegen diese Kosten zwischen 16 und 40 Cent pro Kilowattstunde.

Rechenbeispiel

  • Benötigt die Wärmepumpe 4.000 Kilowattstunden im Jahr und die Photovoltaikanlage übernimmt einen Anteil von 30 % der Energiebereitstellung, so stellt sich die Rechnung folgendermaßen dar:

* 4.000 Kilowattstunden Bedarf durch Wärmepumpe mit Haushaltsstrom (42 Cent): 4.000 kWh/a × 0,42 Cent/kWh = 1.680 Euro im Jahr

* 4.000 Kilowattstunden Bedarf durch Wärmepumpe mit Wärmepumpentarif (28 Cent): 4.000 kWh/a × 0,28 Cent/kWh = 1.120 Euro im Jahr

* 4.000 Kilowattstunden Bedarf durch Wärmepumpe, davon 1.200 kWh durch PV-Anlage: 2.800 kWh/a × 0,28 Cent/kWh + 1.200 kWh/a × 0,09 Cent/kWh (Stromgestehungskosten) = 892 Euro im Jahr.

Allerdings entstehen bei einem Wärmepumpentarif zusätzliche Kosten für weitere Zähler und Technik (circa +100 Euro im Jahr). Außerdem darf man die Betrachtung nicht nur auf die Wärmepumpe verengen: Die verbleibende Leistung der PV-Anlage betreibt zusätzlich viele weitere Geräte im Haushalt.

Vor allem, wenn Sie schon Betreiber einer eigenen PV-Anlage sind oder wenn Sie bereits eine Wärmepumpe besitzen, rechnet es sich, das System entsprechend um eine Wärmepumpe oder eine Photovoltaik-Anlage zu ergänzen und so die Symbiose clever zu nutzen. Besonders im energieeffizienten Neubau ist eine Wärmepumpe mit Photovoltaik ein perfektes Team.

FAQ

Wann lohnt sich eine Wärmepumpe mit Photovoltaik?
Die Kombination lohnt sich, wenn sich für die Wärmepumpe eine Stromersparnis durch selbst generierten Solarstrom ergibt.
Wie groß muss eine Photovoltaikanlage sein für eine Wärmepumpe?
Ob eine Wärmepumpe mithilfe der eigenen Solaranlage mit PV-Strom versorgt werden kann, hängt von der Anlagengröße ab. Im Durchschnitt sind etwa 10–12 kWp notwendig. Allerdings muss jede Kombination individuell geplant werden.
Was kostet eine Wärmepumpe in Verbindung mit Photovoltaik?
Je nach Wärmepumpe und Größe der PV-Anlage können Sie grob von 25.000 bis 40.000 Euro ausgehen. Eine Berechnung durch einen Fachbetrieb ist bei dieser individuellen Frage aber unerlässlich.
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