Wärmepumpen sind als förderungsfreie Lösungen in vielen Anwendungen bankable

von pv magazine International

Einige Hersteller von Wärmepumpen gehen jetzt dazu über, Photovoltaik-getriebene Lösungen auf dem Markt zu demonstrieren und zu fördern. Normalerweise werden Photovoltaik-Dachanlagen und Wärmepumpen aber getrennt verkauft. Sie werden auch getrennt oder in einer gemeinsamen Installation aufgebaut, ohne ein spezielles Energiemanagementsystem, um die Eigenproduktion von thermischer Energie mit Photovoltaik-Erzeugung zu maximieren.

„Während diese Installationen heutzutage der Standard in Wohn- und Gewerbegebäuden sind, gewinnen die Nachrüstungen in Gebäuden an Marktanteil, sowohl gezogen durch Energieeffizienzvorschriften als auch durch freiwillige Zertifizierungssysteme“, sagte Roberto Fedrizzi, Koordinator der Forschungsgruppe für nachhaltige Heiz- und Kühlsysteme am italienischen Forschungsinstitut Eurac, im Gespräch mit pv magazine.

Obwohl Wärmepumpensysteme mittlerweile eine marktreife Technologie sind, sind sie immer noch von Natur aus teurer als konventionelle Gaskesselanlagen, die den Marktstandard darstellen. Folglich sind die Produktionsmengen nicht vergleichbar. „Die Strompreise sind in den meisten EU-Mitgliedsstaaten relevant höher – zwei- bis viermal – als die Gaspreise“, erklärt Fedrizzi. „Das ist der Grund, warum es Energieeffizienz-Vorschriften und öffentliche Anreize gibt, die versuchen, gleiche Bedingungen für Technologien mit unterschiedlichem industriellen Reifegrad zu schaffen und so den Übergang von fossilen Lösungen zu erleichtern und zu beschleunigen.“

Skaleneffekte

Fedrizzi sagte, dass wachsende Verkaufszahlen zu niedrigeren Produktionskosten führen, da Skaleneffekte auf der Ebene der Komponenten und Systeme auftreten. „Die Wärmepumpensysteme sind in vielen Anwendungen auch ohne Anreize bereits eine bankfähige Lösung. In neu gebauten tertiären Gebäuden wie Büros, Hotels und Supermärkten, in denen neben dem Wärmeerzeuger auch Kältemaschinen für die Klimatisierung und Kühlung notwendig sind, ist die Installation eines reversiblen Wärmepumpensystems die effektivste Investition“, sagte er. In neu gebauten Wohngebäuden seien Wärmepumpen gekoppelt mit Photovoltaik-Anlagen bereits Standard.

„Einerseits, weil sie in hohem Maße dazu beitragen, den Anteil der erneuerbaren Energien zu erhöhen, die zur Deckung sowohl der elektrischen als auch der thermischen Lasten in einem Sektor genutzt werden, in dem die Energieeffizienz von allen Beteiligten, von den Hausbesitzern bis zu den Entscheidungsträgern, als hohe Priorität angesehen wird“, erklärte er. „Andererseits ermöglichen sie die Deckung des Wärme- und Kältebedarfs, der als Folge der globalen Erwärmung mehr und mehr als notwendiges Gut empfunden wird, mit einer einzigen Erzeugungseinheit.“

Für neu gebaute Wohnhäuser seien die Mehrkosten eines Wärmepumpensystems im Vergleich zu einer herkömmlichen Gaskessel-plus-Split-Gerät-Lösung nur marginal, während die Betriebskosten deutlich niedriger lägen. „So werden beispielsweise mehr als 50 Prozent der in Deutschland im Jahr 2020 neu gebauten Wohngebäude mit einer Wärmepumpe ausgestattet“, erklärte David Moser, Koordinator der Forschungsgruppe Photovoltaik-Energiesysteme bei Eurac.

Die größten Hindernisse

„Die Haupthindernisse für eine schnellere Einführung sind hauptsächlich kultureller Art und hängen mit der Struktur des Baumarktes zusammen“, so Fedrizzi weiter. „In Bezug auf den ersten Faktor neigt der Bausektor dazu, konservativ zu sein und sich langsam zu verändern.“ Seiner Ansicht nach geht es im Wärmepumpen-Sektor vor allem darum, Wissen zu generieren und das Vertrauen der Beteiligten für Lösungen zu gewinnen, die nicht konventionell sind.

„Was den zweiten Aspekt betrifft, so ist der Neubau nur ein Teil des gesamten Baumarktes“, sagte er. „Die Installation von Wärmepumpen als Nachrüstung in Gebäuden ist zwar technisch geeignet, erfordert aber Änderungen am bestehenden Heizsystem und zusätzliche Installationen, verglichen mit dem einfachen Ersatz des bestehenden fossil befeuerten Kessels durch einen neuen; dies führt zu längeren Installationszeiten und höheren Investitionskosten, weshalb sich Bauunternehmen und Hausbesitzer oft für den einfachsten und billigsten Weg entscheiden, der eindeutig weit weniger energieeffizient ist“, so Eurac-Forscher Fedrizzi. Um dieses Problem anzugehen, arbeiten Technologieanbieter und Forscher daran, Lösungen zu entwickeln und zu vermarkten, die als Nachrüstungen in Gebäuden schrittweise einfacher zu installieren und zu betreiben sind, und gleichzeitig Hausbesitzern eine hohe Energieeffizienz und zusätzliche Vorzüge wie Raumkühlung bieten.

Marktgröße

Technisch gesehen können die heutigen Wärmepumpen einen großen Temperaturbereich abdecken. „Sie arbeiten noch bei -20 Grad Celsius und stellen immer häufiger Warmwasser bei 65 Grad Celsius auf effiziente Weise bereit“, so Fedrizzi. „Das ermöglicht ihren Einsatz in einem viel größeren Anteil von Gebäuden als noch vor einem Jahrzehnt.“ Nach einem EU-Marktbericht des europäischen Wärmpumpenverbands für das Jahr 2021 übersteigt der Absatz auf dem europäischen Markt im Jahr 2020 die Zahl von 1,6 Millionen Geräten. Die Herstellerbranche verfolgt das Ziel, den jährlichen Absatz bis 2030 zu verdoppeln, wodurch bis dahin etwa 50 Millionen installierte Wärmepumpen erreicht werden könnten. Die aktuell vorherrschende Technologie besteht aus der Luft/Wasser-Wärmepumpen-Familie mit etwa 800.000 verkauften Einheiten im Jahr 2020, gefolgt von den reversiblen Luft/Luft-Geräten. Es wird erwartet, dass sich Luft-Wärmepumpen weiter zulegen werden, sowohl auf Geräte- als auch auf Systemebene, da ihre niedrigeren Investitionskosten und die einfache Installation sie weiterhin an der Spitze halten werden.

Die fünf größten europäischen Wärmepumpen-Märkte im Jahr 2020 waren Frankreich mit 394.000 verkauften Produkten, gefolgt von Italien mit 232.000 Systemen, Deutschland mit 140.000, Spanien mit 127.000 und Schweden mit 107.000. Der gesamte EU-Markt wuchs im Jahr 2020 um etwa 7 Prozent gegenüber dem Vorjahr. Luft/Wasser-Systeme wiesen das dynamischste Wachstum auf, sowohl in Bezug auf die absolute als auch die relative Veränderung. Der Absatz von reinen Luft/Wasser-Wärmepumpen stieg um 15 Prozent auf 51.000 Einheiten, der von reversiblen Luft/Wasser-Systemen um 25 Prozent auf 47.000 Einheiten.

Richtige Dimensionierung

Auf die Frage nach der Bedeutung der richtigen Dimensionierung von Photovoltaik-betriebenen Wärmepumpen waren sich die beiden Experten einig, dass die Systemgröße nicht entscheidend ist, da die Lösungen auf dem Markt Photovoltaik-Anlagen unabhängig von der Wärmepumpe installiert werden. „Da die Stromeinspeisung in das Netz immer ungünstiger wird, hilft die Dimensionierung und möglicherweise die Ausrichtung der Photovoltaik-Anlage, um die tages- und jahreszeitlich variablen elektrischen Lasten des Wärmepumpen-Systems und damit den Eigenverbrauch zur Kostenoptimierung zu berücksichtigen“, erklärte Moser.

Er sagte, dass zusätzliche Vorteile wie Demand-Response-Dienste, die dem Netz zur Verfügung gestellt werden, in Sicht sind, obwohl sie bislang noch nicht existierten. „Wenn man das Problem aus der Perspektive der Wärmepumpe betrachtet und bedenkt, dass Wärmepumpen-Systeme immer über eine integrierte thermische Speicherkapazität verfügen – sowohl in Form eines thermischen Energiespeichers als auch in Form der Gebäudemasse -, bietet die Steuerung der Wärmepumpe eine kosteneffiziente Option, um bei hohen Einstrahlungsbedingungen Strom zu verbrauchen und thermische Energie für eine spätere Nutzung zu speichern sowie die schwankende Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien auszugleichen“, so Fedrizzi.

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