Wärmepumpe mit Solarthermie kombinieren: Lohnt sich die Hybridtechnik? 

Sie gelten als Heizlösung der Zukunft: Wärmepumpen. Allerdings haben sie auch ein paar Schwachpunkte. Von der Bundesregierung werden sie dennoch am stärksten gefördert, da sie die derzeit umweltfreundlichste Heizmethode darstellen. In der „grünen Gunst“ stehen zudem Solarthermieanlagen ganz weit oben, da auch sie zur Energiewende einen wertvollen Beitrag leisten. In Kombination mit einer Solarthermieanlage lassen sich die Schwachpunkte der Wärmepumpe gut ausgleichen und das Heizen wird noch effizienter. Aber wie genau funktioniert diese innovative Hybridtechnik? Was kostet eine kombinierte Anlage und welche Vor- und Nachteile bringt sie mit sich? Diese und weitere Fragen beantwortet der folgende Blogbeitrag. 

> Funktionsweise einer Wärmepumpe 
> Funktionsweise von Solarthermieanlagen 
> So funktioniert die Kombination aus Wärmepumpe mit Solarthermie
> Kombination aus Wärmepumpe und Solarthermie: Energieersparnis auf unterschiedliche Weise 
> Kosten für für Wärmepumpe mit Solarthermie
> Vorteile und Nachteile der Kombination von Wärmepumpe und Solarthermie

Funktionsweise einer Wärmepumpe 

Eine Wärmepumpe entzieht ihrer Umgebung Wärmeenergie und wandelt diese in Heizwärme um. Sowohl das Erdreich als auch das Grundwasser gelten als sehr effektive Wärmequellen, denn hier bleibt die Temperatur während des gesamten Jahres immer auf einem konstanten Niveau. Der deutlich geringere Installationsaufwand macht allerdings Luftwärmepumpen sehr beliebt. Hier wird als Wärmequelle die Außenluft genutzt. 

Das Funktionsprinzip einer Wärmepumpe ist einfach erklärt: 

• Ein Wärmetauscher entzieht der Wärmequelle Energie. 
• In einem Verdampfer wird die Energie auf ein flüssiges Kältemittel übertragen. 
• Das Kältemittel wird durch Verdampfen gasförmig und energiereich. 
• Ein Kompressor saugt dann den Dampf an, der sich dadurch verdichtet. Das Volumen wird geringer, der Druck größer. Gleichzeitig steigt die Temperatur des Kältemittels. 
• Im Verflüssiger wird das nun heiße gasförmige Kältemittel am Heizungswasser vorbeigeführt und erwärmt dieses in diesem Prozess. 
• Das Wasser bewegt sich nun durch das Heizungssystem und das Kühlmittel wird durch ein Expansionsventil (Drosselventil) geleitet, wo es sich ausdehnt und wieder verflüssigt. Danach beginnt dieser Kreislauf von vorn. 
• Damit die Wärmepumpe jedoch funktioniert, benötigt sie Strom. Ihr Energiebedarf setzt sich deshalb aus etwa 75 Prozent Umwelt- und etwa 25 Prozent Antriebsenergie zusammen. 

Funktionsweise von Solarthermieanlagen 

Für die Funktion einer Solarthermieanlage sind Solarthermiekollektoren zentral wichtig. Diese sind in Form von günstigen Flachkollektoren oder als sehr effektive Vakuumröhrenkollektoren auf dem Markt erhältlich. Zusätzlich braucht es eine passende Solarverrohrung, einen Solarregler sowie einen bivalenter Speicher. Vor allem Solarspeicher spielen eine wichtige Rolle, denn durch eine thermische Solaranlage wird die Wärme zeitversetzt zum Verbrauch erzeugt. 

Die Funktionsweise ist auch hier recht einfach erklärt: 

• Die Solarthermieanlage wandelt die Wärme der Sonneneinstrahlung in nutzbare Wärme um. 
• Solarthermiekollektoren werden dazu in der Regel auf dem Dach installiert. 
• Anders als Photovoltaikanlagen erzeugen Solarthermieanlagen aber keinen Strom. Vielmehr erzeugen sie warmes Wasser und unterstützen bei Bedarf die Heizungsanlage. 

So funktioniert die Kombination aus Wärmepumpe mit Solarthermie

Werden Wärmepumpe und Solarthermieanlage miteinander kombiniert, lässt sich die Sonnenwärme auf zweierlei Weise im Heizkreislauf nutzen: direkt und indirekt:

Direkte Unterstützung 

Eine direkte Unterstützung der Wärmepumpe sorgt für die direkte Einspeisung der Solarwärme in den Heizkreislauf. Wärme für Heizung und Warmwasserbereitung produzieren die Anlagen auf zwei Arten: Entweder wird die Solarwärme als primäre Wärmequelle genutzt und der Wärmepumpe zugeführt oder in einem geeigneten Solarspeicher zwischengelagert. 

Die Speicherung von Solarwärme ist der Regelfall. Wenn die  gewonnene Wärme aus Sonneneinstrahlung ausreicht, kann die Heizungsanlage ausgeschaltet bleiben. Für eine vollständige Wärmeversorgung während der Heizperiode ist die thermische Anlage zwar zu schwach, als Unterstützung für die Trinkwasser- und Heizwassererwärmung ist sie aber gut geeignet. Die Wärmepumpe muss aufgrund des bereits vorgewärmten Speicherinhalts weniger Energie aufbringen und arbeitet dadurch effizienter. Dank einer Solarthermieanlage ist deshalb oft auch eine kleinere, kostengünstigere Wärmepumpe ausreichend. 

In sonnenreichen Regionen gilt Solarwärme sogar als sogenannte vierte Umweltenergie. Die Solarwärme ist dann die primäre Wärmequelle der Wärmepumpe. Jedoch ist dies eher die Ausnahme, denn in unseren Breiten ist die Sonneneinstrahlung dafür nicht ausreichend. Sofern die Solarkollektoren ausreichend groß sind, können Luftwärmepumpen sogar kleiner dimensioniert werden oder benötigen keinen Ventilator. Bei Erdwärmepumpen sind auch oft  günstigere Erdwärmekollektoren ausreichend und aufwändige Tiefenbohrungen entfallen. 

Indirekte Unterstützung 

Bei indirekter Unterstützung der Wärmepumpe fließt zusätzliche Solarwärme in die Wärmequelle (in der Regel in das Erdreich). Es entsteht ein höheres Temperaturniveau, wodurch der Strombedarf der Wärmepumpe sinkt. 

Das Erdreich unterliegt grundsätzlich nur geringen Temperaturschwankungen. Sowohl die Erdwärme als auch die Sonnenstrahlung funktionieren als natürliche Regulatoren. Im Winter wird durch die Abkühlung die Erwärmung der Sommermonate ausgeglichen. Da gerade bei einer längeren Frostperiode Schäden an den Erdwärmekollektoren entstehen können, ist die Erwärmung des Bodens mit Solarwärme äußerst wichtig, um die Kollektoren zu schützen. Ist dann ein Überschuss vorhanden, gelangt dieser über Leitungen im Boden direkt zur Sonde. Dadurch erhöhen sich Effektivität und Lebensdauer der Erdwärmepumpe. Die zusätzliche Solarwärme bietet Schutz für die Kollektoren im Erdboden und trägt zudem zur Kostensenkung bei. So wird aufgrund einer höheren Anlauftemperatur weniger Antriebsenergie erforderlich, was die Stromkosten verringert. Außerdem fallen die Anschaffungskosten geringer aus, da eine kleinere Wärmepumpe ausreichend ist.

Kombination aus Wärmepumpe und Solarthermie: Energieersparnis auf unterschiedliche Weise 

Eine Solarthermieanlage kann nutzbare Wärme für zwei Bereiche im Haushalt erzeugen: 

• Warmwasser als Brauchwasser in Küche und Bad, sowie Trinkwasser 
• Warmwasser und Heizwasser für Brauchwasser sowie Raumwärme 

Diese Möglichkeiten besitzen folgendes Einsparpotenzial: 

Bis zu 60 Prozent Energie- und Energiekostenersparnis für Warmwasserbereitung durch Solarthermie 

In den Sommermonaten kann eine Solarthermieanlage mit einer Kollektorfläche von vier bis fünf Quadratmetern (ausreichend für ein Einfamilienhaus) so viel Wärme erzeugen, dass diese für die komplette Erwärmung des Brauchwassers reicht. Die Wärmepumpe muss daher nicht zugeschaltet werden. In den Übergangszeiten sowie im Winter ist Sonnenkraft allein nicht ausreichend für die Warmwasserbereitung und die Zuschaltung der Wärmepumpe wird notwendig. 

Im gesamten Jahresverlauf erreicht die Solarthermieanlage zur Warmwasserbereitung einen solaren Deckungsgrad von bis zu 60 Prozent. Das bedeutet im Umkehrschluss, dass mehr als die Hälfte der Antriebsenergie und somit die daraus entstehenden Stromkosten gespart werden. 

Bis zu 30 Prozent Energie- und Energiekosten-Ersparnis für Wärmeerzeugung durch Solarthermie 

Eine größer dimensionierte Solarthermieanlage mit einer Kollektorfläche von acht bis zehn Quadratmetern ermöglicht ergänzend zur Warmwasserbereitung auch eine Heizunterstützung von 20 bis 30 Prozent. Dank der Kombination aus Wärmepumpe und Solarthermieanlage kann so etwa ein Viertel der Antriebsenergie und der daraus resultierenden Stromkosten gespart werden. 

Kosten für für Wärmepumpe mit Solarthermie

Die Kosten für die Anschaffung einer kombinierten Anlage aus Wärmepumpe und Solarthermieanlage sind zum Teil sehr unterschiedlich. Grund dafür sind häufig die Erschließungskosten. 

Ein reines Grundgerät für ein Einfamilienhaus ist bei Luftwärmepumpen mit 10.000 bis 13.000 Euro am teuersten, Erd- und Wasserwärmepumpen sind mit 7.000 bis 12.000 Euro etwas günstiger. Bei Modellen zum Aufstellen entfällt die Erschließung, die gerade bei Tiefenbohrungen (für Erd- und Grundwasserwärmepumpen) sehr kostenintensiv ist. 

Zu den Kosten für die Wärmepumpe kommen noch die Kosten für die Solarthermieanlage. Bei einer Kollektorfläche von vier bis fünf Quadratmetern zur reinen Warmwasserbereitung liegen diese bei 4.000 bis 5.000 Euro, größere Anlagen kosten 8.000 bis 10.000 Euro. 

Je nach Anlage belaufen sich die Gesamtkosten für die Hybridtechnik auf 16.000 bis 43.000 Euro. Dabei sind natürlich Abweichungen aufgrund individueller Montage-Situationen möglich.  

Vorteile und Nachteile der Kombination von Wärmepumpe und Solarthermie 

Bei der Entscheidung für oder gegen eine Hybridheizung muss einiges bedacht werden. Es gibt gute Argumente für, aber auch einige Argumente gegen eine Anschaffung: 

Fazit: Wärmepumpe mit Solarthermie: eine sinnvolle Sache 

Wie die Gegenüberstellung der Vor- und Nachteile zeigt, gibt es einige gute Argumente für eine Kombination aus Wärmepumpe und Solarthermieanlage als Wärmeerzeuger. Die Vorteile überwiegen die Nachteile ganz klar. Setzen Sie auf eine Kombination aus Wärmepumpe und Solarthermie, machen Sie sich von fossilen Brennstoffen unabhängig. Die aus der unmittelbaren Umgebung bezogene Wärme steht kostenlos zur Verfügung. Sie können außerdem darauf verzichten, klassische Brennstoffe zu verfeuern. Möchten Sie die Wärmepumpe umweltfreundlich betreiben, nutzen Sie am besten Ökostrom oder – sofern möglich – Strom von der eigenen Photovoltaikanlage. Durch die teilweise Deckung des Wärmebedarfs mit solarer Energie lassen sich zudem Betriebsstrom, Betriebskosten und Treibhausgas-Emissionen reduzieren. 

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