03 April 12 - 19:32Thermische Solaranlage oder Photovoltaik in Verbindung mit Wärmepumpe

Immer wieder taucht die Frage auf, ob eine Photovoltaikanlage oder thermische Solaranlage in Verbindung mit einer Wärmepumpe sinnvoll ist. Dieser Artikel soll einige Aspekte beleuchten.

Photovoltaik weist den besseren Wirkungsgrad aus
Eine Solarthermische Anlage erreicht Wirkungsgrade von 30 % (Heizungsunterstützung) bis ca. 60% (Wassererwärmung). Insbesondere bei Anlagen zur reinen Heizungsunterstützung liegt der Jahresnutzungsgrad tief, da im Sommer wenn die Sonne am stärksten und längsten scheint, die Wärme nicht benötigt wird.

Die Photovoltaik hat diesen Nachteil nicht. Die generierte elektrische Energie kann ins Netz eingespeist werden. Überschüsse gibt es dadurch keine. Der Wirkungsgrad bei der Photovoltaik ist jedoch tiefer. Je nach Modultechnologie werden 10% - 20% der Sonnenenergie in elektrische umgewandelt. Die Solarthermie scheint damit auf den ersten Blick der Gewinner in der Kategorie Wirkungsgrad zu sein. Doch zusammen mit der Wärmepumpe sieht dies anders aus. Die WP produziert mit einer JAZ von z.B. 4 aus der mit der PV Anlage geernteten Energie 4 mal mehr Wärme. D.h. der thermische Wirkungsgrad PV+WP liegt bei 40-80% und damit höher als die Solarthermie.

Zudem sinkt bei Solarthermie der Nutzungsgrad, je mehr Fläche installiert wird, da die nicht nutzbaren Überschüsse steigen. Bei der PV werden die Überschüsse ins Netz eingespeist und können dadurch komplett genutzt werden. Deren Nutzungsgrad sinkt also nicht.

Fazit: Auf der selben Fläche lässt sich mit PV mehr Energie gewinnen als mit Solarthermie.

Kosten
Eine Solarthermieanlage mit 6 m2 wird mit 10'000 - 15'000 Fr. inkl. Montage veranschlagt [1] Eine solche Anlage produziert 2'700 kWh Wärme pro Jahr. Auf der selben Fläche kann eine PV Anlage mit ca.1 kWp installiert werden. Diese produziert rund 1000 kWh el. Energie pro Jahr. Mit der WP mit JAZ 4 werden daraus 4000 kWh Wärme. Die Preise für 1 kWp lagen 2011 im Schnitt bei 5'000 Fr. [2] bei rasch weiter sinkenden Preisen.

Bei JAZ 4 spart die Solarthermieanlage 2'700/4 = 675 kWh el. Energie. Dem gegenüber steht die rund 4 mal höhere Produktion von 2000-3000 kWh el. Energie der PV Anlage von 2-3 kWp bei gleichen Investitionskosten. Selbst wenn der überschüssige PV Strom nur mit 0.10 Fr. vergütet wird bleibt unter dem Strich bei einer PV Anlage mehr Geld übrig.

Solarthermische Analgen können oft von Förderbeiträgen profitieren. Diese sind je nach Kanton und Gemeinde unterschiedlich und liegen für eine 6 m2 Anlage mehrheitlich zwischen 1'500 und 4'000 Fr. Damit liegen die Preise aber immer noch höher als bei einer PV Anlage. Zudem kann bei der PV oft von der Einspeisevergütung profitiert werden (KEV/Energieversorger/Solarbörse) und man erhält für den eingespeisten Strom mehr Geld als was der WP Strom kostet.

Der Vergleich hängt natürlich stark von den einzelnen Komponenten ab (der Qualität der Module, der JAZ der WP etc.). Trotzdem zeigt der Vergleich, dass in den meisten Fällen eine Photovoltaik Anlage eine Wärmepumpe besser ergänzt als eine Solarthermische Anlage.

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23 März 12 - 19:48Photovoltaik hat teilweise Netzparität erreicht

Durch den rasanten Preiszerfall in den letzten Jahren kann eine Photovoltaikanlage in bestimmten Fällen auch ohne Einspeisevergütung rentabel betrieben werden. Die Produktion von Solarstrom ist zwar immer noch teurer als aus konventionellen Kraftwerken. Allerdings liegen die Preise teilweise tiefer, als der Endverbraucher für den Strom aus dem Netz bezahlt.

Kleinstanlage für private Haushalte
Eine Kleinstanlage mit einer Spitzenleistung von 250 W ist für rund 600 Fr. zu haben. Diese Anlage besteht aus einem einzigen Modul und einem kleinen Wechselrichter. Die Installation kann selbst vorgenommen werden, der Netzstecker des Wechselrichters wird einfach in eine Steckdose gesteckt. Ein Solarmodul lebt gut und gerne 25-30 Jahre oder gar länger. Wechselrichter gehen hin und wieder früher kaputt. Dieser macht jedoch nur einen geringen Teil des Preises aus. Eine Amortisationszeit von 20 Jahren ist damit realistisch. D.h, eine 600 Fr. teure Anlage kostet pro Jahr 30 Fr.
Die Anlage produziert an geeigneter Stelle montiert (z.B. am sonnigen Südbalkon) pro Jahr rund 250 kWh. Die Produktionskosten für eine kWh liegen damit bei 12 Rappen.
Rechnet man 3% Zinsen auf das investierte Kapital mit ein, resultieren Gestehungskosten von 16 Rappen/kWh.
Eine solche Anlage ist nahezu wartungsfrei. Einzig der Wechselrichter könnte mal ersetzt werden müssen. Dieser Umstand ist in der kürzeren Amortisationszeit von 20 Jahren bereits berücksichtigt (die KEV geht von 25 Jahren aus). Ansonsten reicht es, mal mit einem feuchten Lappen während des Frühlingsputzes das Modul zu säubern.

Ohne Einspeisevergütung rentiert die Anlage aber nur, wenn der grösste Teil des produzierten Stroms gleichzeitig im Haushalt verbraucht wird. Dabei fliesst der Strom nur innerhalb des Haushalts, ohne über den Zähler zu laufen. Damit spart man je nach Strompreis 20-25 Rappen/kWh. Diejenige Energie, die nicht gleichzeitig im Haushalt gebraucht werden kann, fliesst über den Zähler rückwärts und wird ins Netz eingespeist. Ein EW, das nur den Strompreis vergütet (ohne Netznutzung etc.) zahlt dafür ca. 10 Rappen. Geht man von einem Produktionspreis von 16 Rappen, einem Bezugspreis von 22 Rappen und einem Einspeisepreis von 10 Rappen aus, muss also über das Jahr die Hälfte des produzierten Stromes simultan gebraucht werden (d.h. nicht über den Zähler fliessen). Die Grundlast in einem Haushalt beträgt je nach Gerätepark um die 150 W (Kühlgeräte, Standby Verbrauch etc.). D.h. 150W der Produktion der PV Anlage werden direkt gebraucht, selbst wenn keine Geräte speziell eingeschaltet werden. Die 50% Eigenverbrauchsanteil sind in diesem Fall problemlos erreichbar, denn die 250 W Maximalleistung erreicht die Anlage nur wenige Stunden im Jahr.

Der Eigenverbrauchsanteil ist der Grund, dass sich eine Kleinanlage besser rentiert als eine grössere. Letztere hätte einen höheren Anteil an Überschussenergie zur Folge und rentiert damit ohne spezielle Vergütung nicht. Bei höherem konstantem Verbrauch tagsüber (z.B. in einem Büro) lohnt sich auch eine grössere Anlage.

Nicht nur dass der so selbst produzierte Strom bereits jetzt günstiger ist, auch künftige Preissteigerungen schmerzen weniger denn der selbst produzierte bleibt gleich teuer.

Eine Kleinstanlage ist nicht nur für Hausbesitzer interessant, auch Mieter können eine solche montieren, z.B. anstelle der Geraniumkisten auf dem Balkon. Voraussetzung ist eine gut besonnte Stelle gegen Süden und natürlich das Einverständnis des Vermieters.

Anlage für mittelgrosse Verbraucher
Ähnliche Überlegungen gelten bei grösseren PV Anlagen für Verbraucher, die grössere Mengen elektrischer Energie benötigen. Auch hier ist entscheidend, wie viel des produzierten Stromes simultan selbst verbraucht werden kann. Ein grösserer Verbraucher hat eine entsprechend grössere Grundlast. Dementsprechend kann die Anlage grösser ausfallen ohne Überschüsse zu erzielen. Damit wird die Anlage billiger. Demgegenüber steht ein geringerer Bezugspreis für den Strom als für den Privathaushalt.

Eine Anlage für ungefähr 10 kWp ist in Deutschland schlüsselfertig teilweise bereits für weniger als 1'800 EUR zu haben. In der Schweiz sind die Preise oft deutlich höher, jedoch spricht nichts dagegen, das Material aus Deutschland zu importieren, wenn sich kein Solarteur findet, der vernünftige Materialpreise anbietet. Bei grösseren Anlagen sind die Montagekosten nur ein vergleichsweise kleiner Teil. Daher wirken sich höhere Schweizer Montagepreise nicht stark auf die Anlagenkosten aus. Bei Anlagen im Bereich 50 kW oder grösser sollten auch hier Kosten von wenig mehr als 2000 Fr/kWp (netto) möglich sein. Bei einer Produktion von 1000 kWh/kWp und 20 Jahren Amortisation ergibt sich ein kWh Preis von 10 Rappen, ohne Zins gerechnet bzw. 13 Rappen bei 3% Zins auf das investierte Kapital. Hinzu kommen die Wartungskosten. Eine Reinigung ist normalerweise nicht nötig, das erledigt der Regen gratis. Die Anlagenüberwachung benötigt kaum Zeit, bei modernen Systemen wird man gewarnt, wenn die Anlage nicht korrekt läuft, was in der Regel sehr selten geschieht. Wechselrichterausfälle können hingegen vorkommen. Die Kosten für den Wechselrichter betragen rund 15% der Anlagenkosten. Dieser wird aber mit den Jahren auch günstiger. Müssen alle WR ein Mal ausserhalb der Garantiezeit innerhalb der 20 Jahre ersetzt werden, steigen die kWh Kosten auf 15 Rappen an. Demgegenüber ist eine Amortisationszeit von 20 Jahren eher kurz gerechnet, die Lebensdauer der Anlage kann 30 Jahre und mehr betragen. Auf diese Sicht betrachtet ist der kWh Preis wieder tiefer. Bei 25 Jahren landen wir wieder bei den 13 Rappen inkl. Wechselrichterauswechslung.

Ein Unternehmen, das mehr als die gerechneten kWh Preise für seinen Strom bezahlt fährt also günstiger mit der eigenen PV Anlage für den Eigenverbrauch, sofern der gesamte produzierte Strom simultan verbraucht wird. Mit künftig steigenden Energiepreisen rechnet sich die Anlage weiter, denn der selbst produzierte Strom wird nicht teurer. Am Ende der Amortisationszeit ist er zudem völlig gratis (abgesehen von Wartungskosten). Zudem kann die Produktion von eigenem Solarstrom auch das Image der Firma verbessern.

Bleibt nur noch die Frage: Warum werden nicht mehr Anlagen gebaut? Darauf habe ich leider keine Antwort

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18 März 12 - 19:38Wer nicht fror, dessen Heizung ist überdimensioniert

Im Schweizer Mittelland werden die Heizungen auf eine Tagesdurchschnittstemperatur von -8°C ausgelegt. Eine korrekt dimensionierte Heizung ist bei dieser Temperatur zu 100% ausgelastet. Während der Kältewelle im Februar 2012 lagen die Temperaturen jedoch einige °C tiefer, in Muri b. Bern beispielsweise an 6 aufeinanderfolgenden Tagen. Am 5.2.2012 zeige das Quecksilber im Schnitt -13.8 °C an. Man könnte also behaupten, dass all jene, die trotzdem warm genug hatten, eine überdimensionierte Heizung besitzen. Eigentlich dürfte sie bei diesen Temperaturen die Raumtemperatur nicht mehr halten können. Allerdings sind auch andere Faktoren im Spiel, so dass auch bei korrekt dimensionierter Heizung nicht unbedingt frieren angesagt war.

Eine Dimensionierung auf tiefere Temperaturen ist aus folgenden Gründen trotzdem nicht angezeigt:
- Sehr kalte Tage gehen meist auch mit sonnigem Wetter einher. So schien an den kältesten 5 Tagen mit zweistelligen Minusgraden die Sonne täglich zwischen 6 und 8 Stunden. Dies führt je nach Fensterfläche gegen Süden zu erheblichen solaren Gewinnen. Dies kann durchaus ein paar °C ausmachen. Die Auslegung ist jedoch gerechnet für einen bewölkten Tag ohne Sonne.
- Ein Haus reagiert aufgrund seiner Wärmekapazität relativ träge. Reicht die Heizung nicht mehr aus, sinkt die Temperatur demzufolge nur langsam ab. Dadurch können 1-2 Tage überbrückt werden. Die Sinkgeschwindigkeit hängt jedoch von der Speichermasse ab. Ein Leichtbau aus Holz speichert weniger Wärme als ein in Massivbau errichtetes Gebäude.
- Solch kalte Perioden sind selten. Die letzte vergleichbare Kälteperiode liegt bereits 25 Jahre zurück. Seit mindestens 2005 (Messbeginn) wurde z.B. in Muri b. Bern sonst nie eine Tagesdurchschnittstemperatur unter -8°C registriert.
- Wer trotzdem frieren sollte, kann den Heizofen einschalten oder eine heisse Suppe löffeln

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03 Oktober 11 - 19:09Neu: Photovoltaik Anlage 3.75 kWp

Neu wurde auf dem Dach des Hauses mit der hier vorgestellten Wärmepumpe eine 3.75 kWp Photovoltaik Anlage installiert. Die aktuelle Messdaten sind auf dieser Seite abrufbar. Mehr zu PV Anlage finden Sie in der Beschreibung.

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03 September 11 - 12:03Heizung im Sommer manuell ausschalten?

Modernere Heizungen erkennen selbständig, dass sie bei 30°C im Schatten nicht zu heizen brauchen. Doch wie sieht es in der Übergangszeit oder an kühleren Sommertagen aus, soll man da die Heizung manuell ausschalten?

Die Speichermasse von Häusern kann eine Menge Wärme aufnehmen. Dadurch kühlt ein Haus nicht sofort aus, nur weil 1-2 kühle Tage herrschen. Eine gute Isolation des Hauses verlangsamt ebenso die Auskühlung.
Im Haus, dessen Wärmpumpendaten auf dieser Seite veröffentlicht sind (Referenzanlage), sinkt z.B. die Raumtemperatur bei einer Tagesdurchschnittstemperatur von 10°C und ohne Sonnenschein wenig mehr als 1°C pro Tag. Das Haus besitzt eine hohe Speichermasse und mittleren Dämmstandard.
Hat im genannten Beispiel eine Wärmeperiode die Raumtemperatur auf 24 °C gebracht, dauert es entsprechend rund 3 Tage mit Temperaturen um 10°C bis die Raumtemperatur unter 20°C sinkt und ein Heizen angebracht sein könnte.

Heizungen mit Raumfühler erkennen normalerweise, wann die Raumtemperatur noch genug hoch ist und nicht geheizt werden muss. Anders sieht die Situation aus bei Heizungen die nur aussentemperaturgeführt laufen. Die Regelungen berücksichtigen selten den Witterungsverlauf von mehr als einem Tag. Eine längere Hitzeperiode, die das Haus aufgeheizt hat, wird nicht mehr erkannt. Ein kalter Tag reicht, um die Heizung an zu werfen.

Bei der genannten Referenzanlage konnten im April bis August 2011 an insgesamt 21 Tagen beobachtet werden, dass die WP in den Heizmodus gewechselt hätte, wäre sie nicht manuell ausgeschaltet gewesen. Die Raumtemperatur sank in dieser Zeit nie merkbar unter 20°C. Die Heizung musste in dieser Zeit gerade mal 7 Mal manuell ein- bzw. ausgeschaltet werden. 7 Mal in den Keller zu gehen um 21 unnötige Heiztage zu sparen lohnt sich alleweil.

Fazit: Das manuelle Ausschalten der Heizung lohnt sich auch bei modernen Heizungen.

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30 Juni 10 - 21:58Wie man falsch neu baut

Bei einem Hausneubau bestünde die Gelegenheit, das Heizsystem optimal auf die Wärmepumpe abzustimmen, und das ohne nennenswerte Mehrkosten bzw. in manchen Fällen sogar mit Minderkosten. Erstaunlich ist jedoch, dass bei manchen Neubauten offenbar wenig Wert darauf gelegt wird.
Zwei Beispiele aus unserer Nachbarschaft:
Ein kleines Mehrfamilienhaus mit Ersonden Heizung wurde gebaut. Soweit so gut. Jedoch wurde die Fussbodenheizung mit Rohrabständen von 20 cm gebaut! Dies ist absolut nicht mehr zeitgemäss. Heute sind Niedertemperatur FBH Stand der Technik, die nicht mehr als 30 °C Vorlauf benötigen und sich selbst regeln. Dazu sind aber Abstände von 5 - max 10 cm nötig. Die Mehrkosten sind nicht gewaltig. Im Mehrfamilienhaus baut man aber lieber billig, die Zeche zahlt ja der Mieter wenn die WP nicht optimal läuft, die Investition hingegen der Vermieter. Der Mieter merkt es auch nicht, denn die Wärmepumpe ist sowieso verbrauchsarm. Dass es mit wenigem Aufwand noch besser gegangen wäre weiss er meist nicht.
Bei einem weiteren Mehrfamilienhaus ist auch eine Sole Wärmepumpe mit Fussbodenheizung geplant. Im Rohbau steht schon die Wärmepumpe verpackt im Keller. Daneben ein Pufferspeicher! Wozu soll ein Pufferspeicher gut sein bei einer Wärmepumpe mit Fussbodenheizung? Im Altbau mit Radiatoren kann man darüber streiten, da ist es in manchen Fällen nötig einen Speicher einzusetzen aufgrund der sehr geringen Speichermasse. Eine Fussbodenheizung hat jedoch eine mehrfache Speichermasse. Der Puffer verglichen dazu nur noch eine vernachlässigbar kleine. Was der Puffer vor allem bringt ist eine Anhebung der Vorlauftemperatur der Wärmepumpe, Abstrahlverluste und vor allem mehr Investitionskosten. Also Verluste auf der ganzen Linie.
Puffer mit Fussbodenheizung werden nur benötigt wenn ein weiterer Wärmeerzeuger eingebunden werden soll (Solaranlage, Kachelofen etc..) oder Kreise mit unterschiedlichem Temperaturniveau bestückt werden sollen. Ist letzteres im simplen neu gebauten Haus der Fall, wurde in den meisten Fällen bei der Heizung etwas nicht richtig geplant.

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