Photovoltaikanlage, Wärmepumpe und Wallbox werden in vielen Wohngebäuden noch immer getrennt voneinander betrachtet. Technisch sinnvoller ist jedoch ein gemeinsamer Ansatz. Denn sobald Stromerzeugung, Wärmeversorgung, Batteriespeicher und Elektromobilität aufeinander abgestimmt werden, lässt sich ein größerer Teil des selbst erzeugten Solarstroms direkt im eigenen Haushalt nutzen.
Genau darum geht es bei der sogenannten Sektorkopplung. Elektrischer Strom wird nicht ausschließlich für klassische Haushaltsgeräte benötigt, sondern auch zum Heizen, zur Warmwasserbereitung und zum Laden eines Elektroautos eingesetzt. Die Herausforderung besteht darin, diese Verbraucher möglichst dann mit Energie zu versorgen, wenn die Photovoltaikanlage ausreichend Strom erzeugt.
Eine Anlage kann beispielsweise tagsüber Solarstrom ins öffentliche Netz einspeisen, während die Wärmepumpe überwiegend am frühen Morgen oder in der Nacht arbeitet. Technisch funktionieren beide Systeme zwar problemlos, ihr Zusammenspiel ist jedoch nicht optimal. Durch eine geeignete Steuerung lassen sich bestimmte Laufzeiten stärker in die sonnenreichen Stunden verschieben. Ein Batteriespeicher kann zusätzlich Strom zwischen Erzeugung und Verbrauch zeitlich puffern.
Wer ein solches Energiesystem plant, sollte deshalb nicht nur einzelne Geräte auswählen. Entscheidend ist vielmehr die Frage, wie Photovoltaik, Speicher, Wärmepumpe und gegebenenfalls eine Wallbox miteinander kommunizieren und welche Verbraucher sich zeitlich steuern lassen.
Photovoltaik und Wärmepumpe ergänzen sich nicht zu jeder Jahreszeit gleich gut
Einer der häufigsten Einwände gegen die Kombination aus Photovoltaik und Wärmepumpe betrifft den Winter. Ausgerechnet in den Monaten mit dem höchsten Heizbedarf produziert eine Solaranlage vergleichsweise wenig Strom. Der größte Teil des Stromverbrauchs einer Wärmepumpe fällt daher in eine Jahreszeit, in der die Photovoltaikanlage nur einen kleineren Teil ihres Jahresertrags liefert.
Das bedeutet allerdings nicht, dass beide Systeme grundsätzlich schlecht zusammenpassen. Entscheidend ist, nicht nur einzelne Wintertage zu betrachten. Während der Übergangszeit im Frühjahr und Herbst kann eine Wärmepumpe einen erheblichen Teil ihrer Arbeit in Stunden verlagern, in denen gleichzeitig Solarstrom zur Verfügung steht.
Auch bei der Warmwasserbereitung bestehen zeitliche Spielräume. Statt den Warmwasserspeicher unabhängig von der Solarproduktion zu erwärmen, kann die Temperatur beispielsweise während der Mittagsstunden angehoben werden. Das erwärmte Wasser dient anschließend über mehrere Stunden als thermischer Speicher.
Ähnliches gilt für die Raumheizung. Ein Gebäude reagiert vergleichsweise träge auf Temperaturschwankungen. Unter geeigneten Voraussetzungen kann die Wärmepumpe deshalb tagsüber etwas intensiver arbeiten und ihre Leistung später reduzieren. Wie weit solche Verschiebungen möglich sind, hängt unter anderem vom Gebäude, der Heiztechnik und dem Wärmebedarf ab.
Auch im Winter produziert eine Photovoltaikanlage nicht überhaupt keinen Strom. An hellen Tagen können selbst kleinere Anlagen mehrere Kilowattstunden erzeugen. Diese Energie deckt zwar nicht den gesamten Heizbedarf, kann aber einen Teil des Stromverbrauchs der Wärmepumpe übernehmen.
Der Batteriespeicher sollte zum Verbrauch passen
Ein größerer Batteriespeicher führt nicht automatisch zu einem wirtschaftlicheren Gesamtsystem. Wird die Kapazität deutlich größer gewählt als der regelmäßig verfügbare Solarüberschuss, bleibt ein Teil des Speichers über längere Zeit ungenutzt. Das betrifft besonders die Wintermonate.
Bei einem Haushalt mit einem jährlichen Stromverbrauch von rund 4.500 Kilowattstunden kann beispielsweise ein Speicher im Bereich von etwa 10 Kilowattstunden bereits eine Größenordnung darstellen, die einen erheblichen Teil des täglichen Solarüberschusses aufnehmen kann. Kommt eine Wärmepumpe hinzu und steigt der Jahresverbrauch auf etwa 6.500 bis 8.000 Kilowattstunden, kann eine etwas größere Speicherkapazität sinnvoll sein.
Entscheidend ist jedoch nicht allein der Jahresverbrauch. Relevant sind auch die Größe der Photovoltaikanlage, das tägliche Verbrauchsprofil, die Leistung der Wärmepumpe und die Frage, ob künftig ein Elektroauto geladen werden soll. Ein Haushalt, der tagsüber viel Strom direkt nutzt, benötigt unter Umständen weniger Speicherkapazität als ein vergleichbarer Haushalt, dessen Verbrauch überwiegend am Abend anfällt.
Bei aktuellen Heimspeichern ist Lithium-Eisenphosphat, häufig als LFP bezeichnet, weitverbreitet. Solche Batteriesysteme werden unter anderem wegen ihrer Zyklenfestigkeit eingesetzt. Je nach Produkt und Betriebsweise werden mehrere Tausend Vollzyklen angegeben. Neben der Nennkapazität sollte deshalb auch die tatsächlich nutzbare Kapazität betrachtet werden.
Ebenso wichtig sind Garantiebedingungen und die zugesicherte Restkapazität nach einer bestimmten Nutzungsdauer. Zwei Speicher mit identischer Kilowattstunden-Angabe können sich bei diesen Punkten deutlich unterscheiden.
Das Gesamtsystem sollte schon vor der Installation geplant werden
Wer Photovoltaik, Speicher und weitere elektrische Verbraucher miteinander verbinden möchte, sollte frühzeitig klären, welche Geräte später miteinander kommunizieren können. Dabei geht es nicht nur um die Dimensionierung einzelner Komponenten, sondern ebenso um Schnittstellen, Energiemanagement und mögliche Erweiterungen.
Eine vorausschauende Planung erleichtert es beispielsweise, eine Wärmepumpe oder eine Wallbox erst zu einem späteren Zeitpunkt zu ergänzen. Zusätzliche Informationen zur technischen Planung und zu typischen Komponenten einer Photovoltaikanlage finden sich beispielsweise in dieser Übersicht zur Planung von Photovoltaikanlagen.
Gerade der Zählerschrank verdient dabei Aufmerksamkeit. Werden ausreichend Platz und geeignete Leitungswege vorgesehen, lassen sich spätere Erweiterungen meist einfacher umsetzen. Bei einer geplanten Wallbox kann es sinnvoll sein, bereits während anderer Elektroarbeiten ein entsprechend dimensioniertes Kabel bis zum Stellplatz vorzusehen. Das vermeidet zusätzliche Installationsarbeiten, wenn das Elektroauto erst einige Jahre später angeschafft wird.
Bei der Wallbox zählt nicht nur die maximale Ladeleistung
Wallboxen werden häufig anhand ihrer maximalen Ladeleistung verglichen. Für das Zusammenspiel mit einer Photovoltaikanlage ist jedoch mindestens ebenso wichtig, wie flexibel sich die Ladeleistung steuern lässt.
Beim sogenannten PV-Überschussladen wird das Fahrzeug bevorzugt dann geladen, wenn die Solaranlage mehr Strom produziert, als Haushalt, Wärmepumpe und Batteriespeicher gerade benötigen. Die Wallbox passt ihre Leistung dabei möglichst an den verfügbaren Überschuss an.
Wie groß der Nutzen ist, hängt stark vom persönlichen Tagesablauf ab. Steht das Fahrzeug werktags während der sonnenreichen Stunden nicht am Haus, kann nur ein begrenzter Teil des erzeugten Solarstroms direkt ins Auto fließen. Fahrzeuge, die regelmäßig tagsüber oder am Wochenende geladen werden können, lassen sich dagegen leichter in ein solches Energiemanagement integrieren.
Auch der Stromverbrauch der Wallbox selbst ist einen Blick wert. Einige Geräte benötigen im Bereitschaftsbetrieb mehrere Watt. Ein dauerhafter Verbrauch von 8 Watt entspricht auf ein Jahr gerechnet rund 70 Kilowattstunden. Bei Geräten mit weniger als 2 Watt fällt dieser zusätzliche Verbrauch entsprechend geringer aus.
Energiemanagement verbindet die einzelnen Komponenten
Damit Photovoltaikanlage, Speicher, Wärmepumpe und Wallbox koordiniert arbeiten können, benötigen sie eine gemeinsame Informationsbasis. Diese Aufgabe übernimmt häufig ein Energiemanagementsystem.
Am Markt existieren sowohl herstellereigene Lösungen als auch offene Kommunikationsstandards. Zu den verbreiteten Schnittstellen gehören beispielsweise EEBUS und Modbus. Daneben können Smart-Home-Plattformen einzelne Geräte zusammenführen, sofern die benötigten Schnittstellen unterstützt werden.
Eine typische Konstellation besteht aus einem Energiemanager für Photovoltaikanlage und Speicher, der zusätzlich Daten mit Wärmepumpe und Wallbox austauschen kann. Dadurch lässt sich festlegen, welcher Verbraucher bei verfügbarem Solarstrom bevorzugt versorgt wird.
So kann der Batteriespeicher beispielsweise nicht zwingend sofort vollständig geladen werden, wenn gleichzeitig eine Wärmepumpe Warmwasser erzeugen oder ein Elektroauto geladen werden soll. Welche Priorisierung sinnvoll ist, hängt vom jeweiligen Haushalt und vom Tagesablauf ab.
Vor der Anschaffung sollte deshalb geprüft werden, welche Schnittstellen tatsächlich unterstützt werden. Die Angabe, ein Gerät sei „Smart Home kompatibel“ oder „PV-ready“, sagt allein noch wenig darüber aus, wie umfassend die Steuerungsmöglichkeiten im konkreten Zusammenspiel sind.
Herstellerübergreifende Systeme können mehr Abstimmung verlangen
Ein vollständig aus Komponenten eines Herstellers aufgebautes System hat den Vorteil, dass Wechselrichter, Batteriespeicher und Energiemanagement meist aufeinander abgestimmt sind. Dafür kann die Auswahl geeigneter Geräte eingeschränkt sein.
Herstellerübergreifende Lösungen ermöglichen eine größere Auswahl, verlangen aber eine genauere Prüfung der Schnittstellen. Besonders bei Wärmepumpen und Wallboxen sollte vorab geklärt werden, welche Daten ausgetauscht werden können und ob die Leistung tatsächlich dynamisch steuerbar ist.
Offene Standards können die Verbindung verschiedener Geräte erleichtern. Sie garantieren jedoch nicht automatisch, dass jede denkbare Gerätekombination ohne zusätzliche Konfiguration funktioniert. Entscheidend ist die konkrete Implementierung der jeweiligen Hersteller.
Die Wirtschaftlichkeit lässt sich nur für das Gesamtsystem bewerten
Bei der wirtschaftlichen Betrachtung einer gekoppelten Energieversorgung sollten Photovoltaikanlage, Wärmepumpe und Elektromobilität nicht isoliert voneinander berechnet werden. Selbst erzeugter Solarstrom kann schließlich an mehreren Stellen eingesetzt werden.
Eine Kilowattstunde, die direkt im Haushalt verbraucht wird, ersetzt Netzstrom. Wird damit Wärme erzeugt, reduziert sie den Strombezug der Wärmepumpe. Fließt sie in ein Elektroauto, ersetzt sie einen Teil der Energie, die ansonsten aus dem Netz oder an einer öffentlichen Ladesäule bezogen würde.
Dadurch verändert sich auch die Betrachtung des Eigenverbrauchs. Je mehr elektrische Verbraucher sinnvoll in das System eingebunden werden, desto größer kann der Anteil des Solarstroms sein, der im Gebäude selbst genutzt wird.
Eine allgemeingültige Amortisationsdauer lässt sich daraus allerdings nicht ableiten. Anschaffungskosten, Strompreise, Heizenergieverbrauch, Fahrleistung, Anlagenleistung und Eigenverbrauch unterscheiden sich von Haushalt zu Haushalt erheblich. Auch Förderbedingungen können sich verändern und sollten zum Zeitpunkt der Planung aktuell geprüft werden.
Reihenfolge bei der Planung
Am Anfang sollte eine möglichst genaue Bestandsaufnahme stehen. Dazu gehören der bisherige Stromverbrauch, der Zustand und Verbrauch der Heizungsanlage sowie mögliche Veränderungen in den kommenden Jahren. Wer etwa den Kauf eines Elektroautos oder den Austausch der Heizung plant, sollte diesen zusätzlichen Strombedarf bereits berücksichtigen.
Im nächsten Schritt lässt sich abschätzen, welche Photovoltaikleistung auf dem vorhandenen Dach sinnvoll installiert werden kann. Erst danach sollte die Größe des Batteriespeichers näher bestimmt werden. Wird die Batterie unabhängig von der späteren Stromerzeugung und den Verbrauchszeiten ausgewählt, besteht das Risiko einer Überdimensionierung.
Auch mögliche Erweiterungen sollten von Anfang an berücksichtigt werden. Eine Wärmepumpe, eine Wallbox oder ein zweiter Batteriespeicher müssen nicht zwingend gleichzeitig installiert werden. Elektrische Anschlüsse, Leitungswege, Platzreserven und Schnittstellen lassen sich jedoch häufig bereits vorbereiten.
Fazit: Entscheidend ist das Zusammenspiel
Sektorkopplung im Eigenheim bedeutet nicht, möglichst viele technische Geräte miteinander zu verbinden. Der eigentliche Nutzen entsteht erst dann, wenn Stromerzeugung und Stromverbrauch sinnvoll aufeinander abgestimmt werden.
Photovoltaikanlage, Batteriespeicher, Wärmepumpe und Wallbox können sich dabei ergänzen. Wie gut das funktioniert, hängt weniger von einzelnen Leistungsdaten als vom gesamten Verbrauchsprofil und der technischen Kommunikation der Geräte ab.
Eine sorgfältige Planung berücksichtigt deshalb nicht nur die heutige Situation. Auch ein späterer Heizungstausch, ein Elektroauto oder zusätzliche elektrische Verbraucher können die Auslegung beeinflussen. Wer solche Entwicklungen von Beginn an einbezieht, kann Erweiterungen leichter integrieren und vermeidet, dass einzelne Komponenten später unnötig ersetzt oder aufwendig angepasst werden müssen.
