Wärmepumpe durch PV optimieren: Stromkosten sparen via Estrich-Wärmespeicherung

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Die Heizsaison läuft und viele Wärmepumpenbetreiber (vor allem die frischgebackenen) sehen sich den Stromverbrauch ihrer Anlage an und überlegen, ob man da noch etwas optimieren könnte. Das gilt vor allem für die Kombination Wärmepumpe-Photovoltaik. Als Tüftler ging es mir genauso. Im Jahre 2020 haben wir unsere Wärmepumpe in Betrieb genommen und erst einmal alles so belassen, wie es der Heizungsbauer eingestellt hatte. Als dann etwa ein Jahr später unser Energieversorger seinen entsprechenden Obolus einforderte, staunten wir nicht schlecht. Leider fiel die Rechnung deutlich höher aus als erwartet. So machte ich mich ab diesem Zeitpunkt daran, unser Heizungssystem beständig zu optimieren, und möchte in diesem Artikel den aktuellen Stand und meine Umsetzungen vorstellen.

Zunächst möchte ich aber erstmal erklären, wie mein Heizungssystem und unser Haus aktuell aussehen. Das Haus hat eine Wohnfläche von 176 m² und wir haben es 2018 als Neubau bezogen. Der Heizenergiebedarf lag im letzten Jahr bei 80 kWh pro m² und Jahr. Die Wärme liefert eine Wärmepumpe der Firma Viessmann, eine Vitocal 200-S. Unsere Ausführung der Vitocal hat dabei eine maximale Heizleistung von 14,7 kW. Diese Leistung wird laut den Messungen des Wärmemengenzählers auch erreicht. Die Wärmepumpe beschickt einen Schichtpufferspeicher der Firma Ratiotherm, den Oskar 10, mit 2000 Litern Speichervolumen. Diese Speicherlösung beinhaltet auch die eigentliche Heizungssteuerung, die zwar von Ratiotherm verkauft wird, bei der es sich im Endeffekt aber um einen frei programmierbaren Universalregler (UVR16x2) aus dem Hause "Technische Alternative" handelt. Im Sommer liefert außerdem eine Solarthermie-Anlage mit etwa 10 m² Kollektorfläche die Wärme für das Warmwasser. Um die Stromkosten zu senken, haben wir außerdem über die Jahre eine Photovoltaikanlage mit insgesamt 25 kWp installiert. Diese 25 kW klingen zunächst einmal viel, wir versorgen damit aber zwei Einfamilienhäuser, wovon eines mit Wärmepumpe heizt. Gemanagt wird das ganze System dann von einer ioBroker-Instanz, innerhalb derer ich alle Logik, also auch alle Optimierungen, mit Node-Red ausführe.

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heise+ kompakt

• Ein modernes Haus mit Wärmepumpe und Solaranlage, aber hohem Strombezug
• Die Wärmepumpe lässt sich nur recht ungenau über ein Startsignal steuern (SG Ready).
• Der Pufferspeicher ist trotz 2 m³ Inhalt oft zu klein, um die Überproduktion der Solaranlage aufzunehmen.
• Zusätzlich speichert das getüftelte System deshalb Wärme im Estrich.

Bevor ich Sie gleich in die Details und Umsetzung meiner Lösungen entführe, möchte ich diese aber zunächst in aller Knappheit umreißen. Die Lösungen sind dabei grob in chronologischer Reihenfolge geordnet. Als erstes habe ich die Zieltemperaturen für den Pufferspeicher zwischen Tag und Nacht angepasst, da es tagsüber meist wärmer ist (höhere Leistungszahl) und auch Strom aus der PV-Anlage zur Verfügung steht. Dazu kommt eine Logik, die den Speicher mit der maximal möglichen Temperatur belädt, sobald genügend Überschuss aus der PV-Anlage zur Verfügung steht. Da auch das Ganze irgendwann an die Decke stieß, habe ich schlussendlich eine erweiterte, raumgenaue Wärmespeicherung im Estrich implementiert. All diese Optimierungen sowie eine Abschätzung der möglichen Einsparungen werde ich im Folgenden im Detail darstellen.

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