Erfahrungen & Bewertungen zu Timo Leukefeld

Viel Lärm um nichts

20.01.2012 Genial soll die Kombination Photovoltaik mit der Wärmepumpe sein. Auf den ersten Blick stimmt es: Über das Jahr erzeugt ein solches Haus mehr Strom aus der Sonnenenergie als es für den Betrieb der Wärmepumpe und den Haushaltsstrom benötigt.

 

Genial soll die Kombination Photovoltaik mit der Wärmepumpe sein. Auf den ersten Blick stimmt es: Über das Jahr erzeugt ein solches Haus mehr Strom aus der Sonnenenergie als es für den Betrieb der Wärmepumpe und den Haushaltsstrom benötigt.

Leider produziert die Sonne gerade dann am wenigsten Strom, wenn die Wärmepumpe davon am meisten benötigt: vom Herbst bis ins Frühjahr. Aus jeder Kilowattstunde Strom macht die Wärmepumpe drei bis vier Kilowattstunden Wärme (daher das Wort Arbeitszahl, hier beträgt sie 1:3 bis 1:4).

Demgegenüber erarbeitet eine solarthermische Heizung nach dem Sonnenhauskonzept aus jeder Kilowattstunde Strom (für Steuerung und Pumpen) hundert Kilowattstunden Wärme. Bei der Erzeugung von Sonnenenergie aus einem Quadratmeter Dachfläche mittels Kollektoren ist die Solarthermie zwei- bis dreimal effizienter und bei den Kosten für die Speicherung einer Kilowattstunde Energie in Wasser liegt die Solarthermie sogar 12 bis 40 mal niedriger als die Photovoltaik, welche diese in Akkus speichert.

Die Einnahmen aus PV-Strom sollen ja die Ausgaben für den Gesamtstromverbrauch ausgleichen. Dieses Gegenrechnen mag im ersten Jahr noch gelingen. Dann aber sinkt die Einnahme aus der PV-Vergütung, da die Inflation ihre Kaufkraft verringert.

Dennoch könnte sich die Überlegung zugunsten der Wärmepumpe mit Photovoltaik verschieben, unter einer Bedingung. Zugegeben, von ihr träumen wir alle: Wir erzeugen irgendwann aus der kostenlosen Energielieferung der Natur soviel Überschuss-Strom, dass die Preise dafür ganz, ganz niedrig ausfallen ...

Bis dahin erinnert der bilanziell über das Jahr erreichbare Ausgleich an den Witz über den statistischen Durchschnitt: Steht Einer mit den Füßen im kalten Eiswasser und mit dem nackten Hintern sitzt er auf der heißen Herdplatte, hat er im statistischen Durchschnitt eine angenehme Körpertemperatur.

Bleibt das Konzept der Wärmepumpe plus Photovoltaik auf die Warmwasserbereitung beschränkt, mag die Rechnung gerade noch aufgehen. Das wäre jedoch die grandiose Lösung eines kaum vorhandenen Problems. Etwa 80 Prozent des Energiebedarfs im privaten Haushalt werden für die Heizung benötigt, nur etwa 10 bis 13 Prozent für das heiße Duschen. Einzelheiten zu diesem Thema finden Sie in der erwähnten Gegenüberstellung in der Zeitschrift Sonnenenergie.[4] (ob)

[4] www.sonnenenergie.de

 

Liebe Leser,

in einem Absatz oben hatten wir eine falsche Formulierung veröffentlicht. Da ist uns beim Kürzen des Textes ein Flüchtigkeitsfehler unterlaufen. Selbstverständlich sinkt nicht die nominelle PV-Vergütung, sondern nur die reale, da sie durch die inflationär bedingte Veränderung der Kaufkraft de fact verringert wird.

Wir danken Dr. Aribert Peters, der uns gleich auf das Versehen hingewiesen hat.
Die Redaktion

Kommentare

Peter Bort
07. März 2012

Sehr geehrter Herr Leukefeld,
wie verhält es sich, wenn ich beide Ansätze kombiniere. Dabei verfolge ich folgenden Denkansatz: Die Dachfläche mit PV belegen, die wiederum eine Wärmepumpe versorgt. Wie bei einer solarthermischen Anlage soll ein großer zentraler Pufferspeicher (ca. 7.000l bis 10.000l) in dem Haus installiert werden. Dieser wird anstelle aus den Kollektoren aus der Wärmepumpe bedient und immer dann geladen, wenn genügend Strom zur Verfügung steht und die Wärmepumpe mit einem verträglichen COP arbeiten kann. Meine ersten groben Kalkulationen ergeben, dass dieses Konzept bei meinem Referenzobjekt durchaus einen vergleichbaren, bzw. besseren solaren Deckungsgrad als eine Kollektoranlage erzielen kann, ohne das Problem der Überkapazität im Sommer zu haben. Haben Sie bereits ein vergleichbares Projekt realisiert?

Sonnige Grüße,
Peter Bort

Timo Leukefeld
25. Januar 2012

Sehr geehrter Herr Bösch,

Sie haben diese Berechnungen theoretisch gemacht. Oder haben Sie auch Anlagen vermessen? Welche Messergebnisse liegen Ihnen vor?

Ich rede jedenfalls von gemessenen Werten! Wir messen die geerntete Wärmemenge und messen den Stromverbrauch, daraus ergibt sich das Strom zu Wärme Verhältnis (Arbeitszahl). Das haben wir bei etwa 30 Anlagen gemacht. Meine eigene 30 m² Anlage mit 1500 l Speicher hat sogar eine Arbeitszahl von 1:200.

Durch das Trägflussprinzip (low flow) verringert sich der Strömungswiderstand im Rohrsystem erheblich. Damit können die dann eingesetzten Hocheffizienzumwälzpumpen mit sehr wenig Stromverbrauch auskommen. Viel Wärme geerntet und wenig Strom verbraucht bedeutet eine hohe Arbeitszahl. Das haben wir auch rechnerisch bestätigt.

Ich kann Ihnen nicht sagen, wo genau der Fehler in Ihrer Berechnung liegt. Mit einer statistischen Durchschnittsbildung kommt man der Aufgabenstellung leider nicht bei.

Im Übrigen haben Luft Wärmepumpen keine Arbeitszahl von Vier. Wissenschaftliche Untersuchungen zeigen eher einen PRAXISwert von 2,6 – 2,9. Außerdem habe ich im Winter kaum Erträge aus der Photovoltaik, die ich für die hohe Leitungsaufnahme der Wärmepumpe nutzen könnte. Ich müsste Strom länger Speichern und das ist teuer – sehr teuer. Und es bleibt außerdem zu wenig für die Elektromobilität übrig. Hier noch

Hier zwei links dazu:

http://www.sonnenenergie.de/index.php?id=30&no_cache=1&tx_ttnews%5Btt_news%5D=175

http://experts.top50-solar.de/antwort/vergleichswerte-solarthermie-photovoltaik/

Beste Grüße
Timo Leukefeld

Harald Bösch
24. Januar 2012

Thermische Solaranlagen können eine JAZ bis zu 100 erreichen. Aber nur, wenn jeder Liter warmes Wasser, den sie erzeugen gebraucht wird. Dann gibt es kein effizienteres System. Diese Situation haben wir aber im EFH nicht.
- Im Sommer verbrauchen 2 Personen ca. 100 kWh/Monat für Warmwasser.
- 4 m2 thermische Solar liefern ca. 240 kWh/Monat im Sommer.
- 140 kWh x 6 Monate = 840 kWh pro Sommer ungenutzte Energie.

Das heißt: Bei der thermischen Solar steht und fällt die Leistungszahl mit dem Verbrauch:
Verbrauch hoch = JAZ gut,
Verbrauch niedrig = JAZ schlecht

Durchschnittliche verwendbare Jahreserträge (warmes Wasser) für thermische Solaranlagen pro m2 installierte Fläche:
450 kWh/m2a bei 100% Abnahme der Leistung
350 kWh/m2a im Geschosswohnbau
250 kWh/m2a im optimierten EFH
150 kWh/m2a im normalen EFH

Durchschnittlicher Jahresertrag (Strom) für PV pro m2 installierte Fläche: 150 kWh/m2a
Multipliziere ich die PV-Leistung mit einer Wärmepumpen-JAZ von 1:4 ergibt das 600 kWh/m2a warmes Wasser.

Genau hier liegt der Knopf im Hirn:

Solar: Ich kann aus 1 kWh Strom (Pumpe, Steuerung) 100 kWh thermische Energie erzeugen. Super! Aber: Ich kann aus 1 m2 Solarkollektor theoretisch 450 kWh pro Jahr thermeische Energie erzeugen (praktisch siehe oben).

PV mit Wärmepumpe: Die WP erzeugt aus 1 kWh Strom 4 kWh thermische Energie. Mist! Aber: Ich kann aus 1 m2 PV-Kollektur theoretisch 600 kWh pro Jahr thermische Energie erzeugen. Vorteil PV: Wenn ich diese Leistung im Sommer aber nicht brauche, speise ich den Strom ins Netz, in Batterien, in Autos und in was weiß ich noch alles in Zukunft.

Das Problem der Zukunft lautet: Man kann nichts mehr glauben, wenn man nicht selber nachrechnen kann.

Pu Mukka
23. Januar 2012

@ Herrn Leukefeld: vielen Dank für diesen schönen Text mit esprit !
@Herrn Gilles: vermutlich würde Herr Leukefeld ihnen spontan einen größerren Puffer für die Thermieanlage empfehlen. Für mich hat PV derzeit auch noch ein optisches Problem - die wenigsten Module würde ich auf mein Dach lassen. Daher ist derzeit noch etwas Platz neben den Kollektoren, die übrigens auch im 12. Jahr keinerlei energetische Degradation erkennen lassen.
Tips für PV-Module, die auf ziegelroten Dächern gut aussehen lese ich immer gerne!

Enrico Engelmann
22. Januar 2012

Sehr geehrter Herr Prof. Leukefeld,
vielen Dank für diesen Beitrag.
Ich selbst hege diese Vermutung schon lange und setzte nur allein auf Solarthermie. Die Komponenten im Web zusammengestellt, und die Hydraulik nach mehrjährigen Test und Messungen immer wieder umgebaut, habe ich nun meine leistungsstarke Solarthermieanlage aufgebaut.
Regelungstechnisch gehe ich einen komplett anderen Weg, als bisher bekannt ist. Im Prinzip regelt sich der Volumenstrom dynamisch. Anders als bei der bisher bekannten Art brauche ich mich nicht vorher, für eine Low- High- oder Matchflowvariante zu entscheiden. Jede hat ja gewisse Vor-und Nachteile für Effiziens oder Nutzen.
Eine drehzahlgeregelte Pumpe ist es nicht allein. Dies gibt es ja bereits in zigtausend Varianten. Entscheidend in meiner Regelung ist es, daß die Drehzahlregelung nach anderen Parametern als nur der Spreizung zwischen Vor-und Rücklauf regelt. Dies ist vor allem in der zweiten Tageshälkfte wichtig, wenn zunehmende Systemtemperatur und abnehmende Strahlung kontraproduktiv wird. In der Aufwärmphase der Solaranlage verhält sich meine Regelung durchaus genauso wie jede andere moderne Regelung. Vielleicht können wir uns darüber nochmal unterhalten.

sonnige Grüße
Enrico Engelmann

Josef Gilles
21. Januar 2012

Das "bilanzielle" Problem haben solarthermische Anlagen auch. Meine solarthermische Anlage kann im Sommer die anfallende Energie nicht speichern. Im Winter erzeugt sie nur einen marginalen Beitrag an der Wärmeerzeugung. Die Photovoltaik hat den Vorteil, das sie besser gefördert wird. Strom ist auch besser einsetzbar als thermische Energie. Aktuell bleibt die Situation so das sich eine thermische Solaranlage im normalen Einfamilienhaus betriebswirtschaftlich nicht funktioniert. Eine Photovoltaikanlage durch die Form der Förderung schon. Da ich beide Lösungen habe, kann ich das beurteilen.

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