Erneuerbarer Strom für Wärmepumpen

Was versteht man im Zusammenhang mit Wärmepumpen unter erneuerbarem Strom?

Als erneuerbarer Strom wird elektrische Energie bezeichnet, die aus Quellen gewonnen wird, die sich auf natürliche Weise erneuern. Dazu zählen Wasserkraft, Windkraft, Solarenergie, Biomasse und Geothermie. Er steht im Gegensatz zu Strom aus fossilen Energieträgern wie Kohle, Erdgas und Erdöl sowie zu Strom aus Kernenergie.

Bei einer Wärmepumpe dient erneuerbarer Strom als Energiequelle für den Verdichter. Dieser ermöglicht es, Umweltwärme aufzunehmen und an das Heizsystem des Gebäudes zu übertragen.

Der erneuerbare Anteil des verbrauchten Stroms kann auf zwei Arten bereitgestellt werden: durch Strom aus dem öffentlichen Netz, dessen Strommix einen entsprechenden Anteil erneuerbarer Energien enthält, oder durch eine Erzeugung direkt vor Ort, beispielsweise mit einer am Gebäude installierten Photovoltaikanlage.

Welchen Zweck erfüllt erneuerbarer Strom beim Betrieb von Wärmepumpen?

Der Einsatz von erneuerbarem Strom soll sicherstellen, dass eine Wärmepumpe ihr volles Klimaschutzpotenzial ausschöpft. Eine Wärmepumpe entzieht der Umwelt kostenlose, erneuerbare Wärmeenergie. Bei diesem Prozess entstehen am Einsatzort keine direkten Emissionen. Der dafür erforderliche Verdichter benötigt jedoch Strom, und dessen Herkunft bestimmt den tatsächlichen CO₂-Fußabdruck des gesamten Heizsystems.

Stammt der Strom aus fossilen Kraftwerken, wird der Klimavorteil der Wärmepumpe deutlich reduziert, obwohl ihre technische Effizienz unverändert bleibt. Wird sie dagegen mit Strom aus erneuerbaren Quellen betrieben, wird die Wärmepumpe im Betrieb zu einem nahezu emissionsfreien Heizsystem.

Erneuerbarer Strom ist daher eine wesentliche Voraussetzung dafür, dass der physikalische Vorteil einer Wärmepumpe – aus einer Einheit Strom drei bis fünf Einheiten Wärme zu erzeugen – auch seinen vollen Nutzen für den Klimaschutz entfaltet.

Warum erneuerbarer Strom erforderlich ist

Die Bedeutung erneuerbaren Stroms ergibt sich aus drei Entwicklungen, die sich unmittelbar auf den Betrieb von Wärmepumpen auswirken.

Regulatorischer Rahmen

Die Erneuerbare-Energien-Richtlinie der Europäischen Union, RED III – Richtlinie (EU) 2023/2413 –, legt das verbindliche Ziel fest, den Anteil erneuerbarer Energien am gesamten Energieverbrauch der EU bis 2030 auf mindestens 42,5 Prozent zu erhöhen.

Auch für Wärmepumpen gilt eine spezifische Anforderung. Gemäß Anhang VII der Richtlinie wird die von einer Wärmepumpe bereitgestellte Wärme nur dann als erneuerbare Energie angerechnet, wenn ihre jahreszeitbedingte Leistungszahl, der sogenannte Seasonal Performance Factor oder SPF, mindestens 2,5 beträgt. Dieser Schwellenwert verknüpft die Anerkennung als erneuerbare Energie unmittelbar mit der Effizienz des Wärmepumpensystems und der Effizienz des vorgelagerten Stromsystems.

Unterschiedliche Ausgangslagen in den einzelnen Ländern

Der Anteil erneuerbarer Energien am Netzstrom unterscheidet sich zwischen Österreich, Deutschland und der Schweiz erheblich. Dadurch variiert auch der tatsächliche CO₂-Fußabdruck einer Wärmepumpe je nach Installationsort.

Österreich liegt damit deutlich über dem EU-Durchschnitt von rund 48 Prozent erneuerbaren Stroms, wie Analysen auf Grundlage von Daten von Eurostat und Ember zeigen. Wärmepumpen in Österreich verfügen daher bereits aufgrund ihres Standorts über einen entsprechenden Vorteil. In Ländern mit einem geringeren Anteil erneuerbarer Energien wird die gezielte Wahl der Stromquelle wesentlich wichtiger.

Elektrifizierung des Wärmesektors

Mit der zunehmenden Elektrifizierung des Wärmesektors durch Wärmepumpen gewinnt die Herkunft des Stroms mit jeder zusätzlich installierten Anlage an Bedeutung. Ohne einen wachsenden Anteil erneuerbaren Stroms würde die Elektrifizierung des Heizens die CO₂-Belastung des Stromsektors erhöhen, anstatt sie zu reduzieren.

Zentrale Merkmale erneuerbaren Stroms

• Netzbezogener Ökostrom: Strom aus dem öffentlichen Netz, dessen erneuerbare Herkunft zertifiziert ist
• PV-Eigenstromerzeugung vor Ort: Am Gebäude erzeugter Solarstrom, der unmittelbar von der Wärmepumpe genutzt wird
• Herkunftsnachweis: Zertifizierungssystem, das die erneuerbare Herkunft von Strom bestätigt und dessen erneuerbare Eigenschaften handelbar macht
• Smart-Grid-Integration beziehungsweise SG Ready: Schnittstelle, über die eine Wärmepumpe auf die Stromverfügbarkeit und auf Preissignale reagieren kann
• Dynamische Stromtarife: Preismodelle, mit denen der Stromverbrauch an die Verfügbarkeit erneuerbarer Energie angepasst werden kann
• SPF-Mindestwert gemäß RED: Regulatorische Mindestanforderung an die Effizienz, die erfüllt sein muss, damit die bereitgestellte Wärme als erneuerbare Energie anerkannt wird

Ausführliche Erläuterung der Merkmale

Netzbezogener Ökostrom

Netzbezogener Ökostrom ist Strom, der über einen zertifizierten Tarif für erneuerbare Energien aus dem öffentlichen Netz bezogen wird. Er ermöglicht den Betrieb einer Wärmepumpe mit erneuerbarem Strom, ohne dass dafür eine eigene Erzeugungsanlage erforderlich ist.

Der wichtigste Vorteil besteht in der sofortigen Verfügbarkeit. Ein Tarifwechsel erfordert weder bauliche Maßnahmen noch eine Kapitalinvestition und kann bereits ab der nächsten Abrechnungsperiode wirksam werden.

Praxisbeispiel: Ein Haushalt ohne Photovoltaikanlage wechselt bei der Installation einer Wärmepumpe zu einem zertifizierten Ökostromtarif. Dadurch kann die Anlage von Anfang an nachweislich mit erneuerbarem Strom betrieben werden.

PV-Eigenstromerzeugung vor Ort

Bei der PV-Eigenstromerzeugung wird der Strom direkt am Gebäude durch eine Photovoltaikanlage erzeugt und für den Betrieb der Wärmepumpe genutzt. Ziel ist es, den Strombezug aus dem öffentlichen Netz zu reduzieren und die Abhängigkeit von Strompreisschwankungen zu verringern.

Der Vorteil besteht darin, dass für direkt verbrauchten Eigenstrom keine Netzentgelte anfallen und Netzverluste vermieden werden. Dadurch ist diese Form der Stromversorgung auch aus wirtschaftlicher Sicht besonders attraktiv.

Praxisbeispiel: Eine Wärmepumpe mit SG-Ready-Schnittstelle nutzt überschüssigen PV-Strom um die Mittagszeit vorrangig zur Beladung eines thermischen Pufferspeichers. Die gespeicherte Wärme steht anschließend am Abend zur Verfügung.

Herkunftsnachweis

Ein Herkunftsnachweis ist ein elektronisches Zertifikat, das bestätigt, dass eine bestimmte Menge Strom in einer Anlage zur Erzeugung erneuerbarer Energie produziert wurde. Gleichzeitig verhindert das System, dass die erneuerbare Eigenschaft dieser Strommenge mehrfach verkauft oder beansprucht wird.

Der Herkunftsnachweis soll Transparenz schaffen. Er verhindert, dass Stromversorger Elektrizität als „grün“ vermarkten, ohne den dazugehörigen Herkunftsnachweis ordnungsgemäß zu entwerten.

Die wichtigsten Vorteile sind regulatorische Sicherheit und ein höheres Vertrauen der Kundinnen und Kunden.

Praxisbeispiel: Die nationalen Herkunftsnachweisregister werden in Österreich von E-Control, in Deutschland vom Umweltbundesamt über das Herkunftsnachweisregister, kurz HKNR, und in der Schweiz vom Bundesamt für Energie verwaltet.

Smart-Grid-Integration beziehungsweise SG Ready

SG Ready ist eine standardisierte Schnittstelle, über die eine Wärmepumpe auf Netzsignale, überschüssige PV-Erzeugung oder Strompreissignale reagieren kann.

Ziel ist es, den Stromverbrauch in Zeiträume zu verlagern, in denen viel erneuerbarer Strom verfügbar ist oder die Strompreise niedrig sind. Der wichtigste Vorteil ist eine deutlich höhere Eigenverbrauchsquote. Marktdaten zufolge liegt diese ohne intelligente Steuerung typischerweise bei etwa 25 bis 35 Prozent. Eine SG-Ready-Steuerung kann sie erheblich steigern.

Praxisbeispiel: Ein Energiemanagementsystem erkennt einen Überschuss aus der PV-Anlage und aktiviert automatisch einen SG-Ready-Betriebsmodus, der die Beladung des Pufferspeichers erhöht. Der um die Mittagszeit erzeugte Solarstrom wird dadurch in Form von Wärme gespeichert und am Abend genutzt.

Dynamische Stromtarife

Dynamische Stromtarife sind Preismodelle, bei denen sich der Strompreis stündlich entsprechend den Preisen am Großhandelsmarkt verändert, beispielsweise auf Grundlage der EPEX-Spot-Preise.

Sie schaffen einen finanziellen Anreiz, den Stromverbrauch in Zeiträume mit hoher Wind- oder Solarstromerzeugung zu verschieben, in denen die Preise in der Regel niedriger sind. Dies senkt unmittelbar die Betriebskosten und fördert zugleich indirekt die Nutzung überschüssigen erneuerbaren Stroms.

Praxisbeispiel: Eine Wärmepumpe belädt ihren Pufferspeicher bevorzugt während einer windreichen Nacht mit niedrigen Großhandelsstrompreisen, anstatt während einer verbrauchsstarken Spitzenzeit am Tag zu arbeiten.

SPF-Mindestwert gemäß RED

Der SPF-Mindestwert – Seasonal Performance Factor, im deutschsprachigen Raum auch als Jahresarbeitszahl oder JAZ bezeichnet – ist die in Anhang VII der RED festgelegte regulatorische Mindestanforderung.

Danach muss eine Wärmepumpe einen SPF von mindestens 2,5 erreichen, damit die von ihr bereitgestellte Wärme als erneuerbare Energie anerkannt werden kann.

Dieser Schwellenwert dient der Qualitätssicherung. Nur Anlagen, die deutlich mehr Wärme bereitstellen, als sie Strom verbrauchen, werden als tatsächlich erneuerbare Heizsysteme anerkannt. Der Schwellenwert schafft außerdem eine verlässliche Grundlage für nationale Förderprogramme und Energiestatistiken.

Praxisbeispiel: Eine Luftwärmepumpe mit einem SPF von 3,5 überschreitet den erforderlichen Mindestwert deutlich und wird in der nationalen Energiebilanz als erneuerbare Wärmequelle anerkannt.

Arten und Modelle

Netzbezogener Ökostrom

Der Strom wird über einen zertifizierten Tarif für erneuerbare Energien bezogen. Eine eigene Erzeugungsanlage am Gebäude ist nicht erforderlich.

PV-Eigenstromerzeugung ohne Speicher

Der erzeugte Solarstrom wird unmittelbar genutzt, sobald er zur Verfügung steht.

PV-Eigenstromerzeugung mit Batteriespeicher

Überschüssiger PV-Strom wird gespeichert und in Zeiträumen mit geringer oder vollständig fehlender Sonneneinstrahlung bereitgestellt.

Erneuerbare-Energie-Gemeinschaften

In Österreich sind diese Modelle im Erneuerbaren-Ausbau-Gesetz, kurz EAG, geregelt. Sie ermöglichen es mehreren Haushalten, gemeinsam erneuerbaren Strom zu erzeugen und untereinander zu teilen.

Hybridmodell

Ein Hybridmodell kombiniert die eigene PV-Erzeugung, Netzstrom, einen dynamischen Stromtarif und eine SG-Ready-Steuerung. Dadurch wird ein Höchstmaß an Flexibilität erreicht.

Die einzelnen Modelle unterscheiden sich hinsichtlich der erforderlichen Investitionen, des Grades der Energieunabhängigkeit und der Geschwindigkeit, mit der sie umgesetzt werden können. Welche Lösung am besten geeignet ist, hängt von der Gebäudeart, den verfügbaren Flächen und den jeweils geltenden gesetzlichen Rahmenbedingungen ab.

Anwendungsfälle

Neubau mit Photovoltaikanlage

Die Photovoltaikanlage und die Wärmepumpe werden von Anfang an gemeinsam geplant. Das System umfasst eine SG-Ready-Schnittstelle und einen passend dimensionierten thermischen Pufferspeicher.

Bestandsgebäude ohne Photovoltaikanlage

Der Wechsel zu einem zertifizierten Ökostromtarif ermöglicht den Betrieb der Wärmepumpe mit erneuerbarem Strom, ohne dass bauliche Maßnahmen erforderlich sind. Beim Austausch eines Heizsystems in einem Bestandsgebäude ist dies ein praktikabler erster Schritt.

Mehrfamilienhaus oder Gewerbeimmobilie

Durch die Teilnahme an einer Energiegemeinschaft können mehrere Einheiten gemeinsam erneuerbaren Strom erzeugen und nutzen. Dies ist auch dann möglich, wenn einzelne Wohnungen keinen Zugang zu einer eigenen Dachfläche haben.

Nachrüstung im Zuge einer Sanierung

Bestehende Wärmepumpen ohne Smart-Grid-Funktionalität können im Rahmen einer Modernisierung durch eine SG-Ready-Schnittstelle und ein Energiemanagementsystem erweitert werden.

Vorteile

• Geringerer betrieblicher CO₂-Fußabdruck, da bei der Erzeugung des eingesetzten Stroms keine oder nur geringe indirekte Emissionen entstehen
• Einhaltung regulatorischer Anforderungen, insbesondere des SPF-Mindestwerts gemäß Anhang VII der RED
• Höhere Kostenstabilität, da der Verbrauch von selbst erzeugtem PV-Strom und Ökostromtarife die Abhängigkeit von Schwankungen der Preise fossiler Energieträger reduzieren
• Beitrag zur Stabilität des Stromnetzes durch Lastverschiebung mithilfe einer SG-Ready-Steuerung und dynamischer Stromtarife
• Höhere Zukunftssicherheit angesichts steigender CO₂-Preise für fossile Energieträger und zunehmend strenger Anforderungen an steuerbare elektrische Verbraucher

Auswahlkriterien

Regionaler Anteil erneuerbarer Energien am Netzstrom

Dieser Anteil bestimmt, welcher zusätzliche Klimavorteil durch die gezielte Wahl einer bestimmten Stromquelle erreicht werden kann.

Eignung für Photovoltaik

Zu den relevanten Faktoren zählen die verfügbare Dachfläche, die Dachausrichtung, mögliche Verschattungen und regionale Förderprogramme.

SG-Ready-Kompatibilität

Beim ausgewählten Wärmepumpenmodell sollte geprüft werden, ob es mit SG-Ready-Steuerungssystemen kompatibel ist.

Verfügbarkeit dynamischer Stromtarife

Die Verfügbarkeit dynamischer Stromtarife unterscheidet sich je nach Netzgebiet und Stromanbieter.

Netzanschlussanforderungen

In Deutschland gelten beispielsweise seit dem 1. Januar 2024 für neue elektrische Verbrauchseinrichtungen mit einer Leistung von mehr als 4,2 kW Anforderungen an die Steuerbarkeit gemäß § 14a des Energiewirtschaftsgesetzes, kurz EnWG.

Voraussetzungen nationaler Förderprogramme

Einige nationale Förderprogramme knüpfen die finanzielle Unterstützung an eine SG-Ready-Fähigkeit, Herkunftsnachweise oder andere technische und administrative Anforderungen.

Vergleiche

Ökostrom im Vergleich zu Graustrom

Ökostrom wird aus erneuerbaren Quellen erzeugt und durch Herkunftsnachweise zertifiziert. Graustrom ist Strom ohne eine solche Zertifizierung und kann je nach Zusammensetzung des Strommixes einen höheren Anteil fossiler Energieträger und Kernenergie enthalten.

Diese Unterscheidung wirkt sich unmittelbar auf den CO₂-Fußabdruck des Wärmepumpenbetriebs aus, obwohl beide Stromarten physikalisch über dasselbe öffentliche Netz geliefert werden.

PV-Eigenverbrauch im Vergleich zum reinen Netzbezug

Der Eigenverbrauch von PV-Strom senkt die Betriebskosten und erhöht die Energieunabhängigkeit, erfordert jedoch eine anfängliche Investition.

Der reine Netzbezug über einen Ökostromtarif ist sofort verfügbar und setzt keine Investition in eine eigene Erzeugungsanlage voraus. Allerdings bietet er nicht denselben Grad an Unabhängigkeit von Veränderungen der Marktpreise.

Feste im Vergleich zu dynamischen Stromtarifen

Ein fester Stromtarif bietet eine höhere Preis- und Planungssicherheit, nutzt jedoch günstige Zeiträume mit einem Überschuss an erneuerbarem Strom nicht gezielt aus.

Ein dynamischer Tarif orientiert sich an den Großhandelsstrompreisen und belohnt eine intelligente Steuerung, die den Stromverbrauch in preisgünstigere Zeiträume verlagert. Voraussetzung dafür ist, dass die Wärmepumpe über eine geeignete Steuerungsschnittstelle verfügt.

Ländervergleich

Wie oben dargestellt, unterscheiden sich Österreich, Deutschland und die Schweiz erheblich hinsichtlich des Anteils erneuerbarer Energien an ihrem jeweiligen Strommix.

Diese Unterschiede erschweren direkte länderübergreifende CO₂-Vergleiche zwischen ansonsten identischen Wärmepumpenanlagen. Sie sollten daher bei jeder Bewertung des CO₂-Fußabdrucks berücksichtigt werden.

In der praktischen Anwendung verknüpft die Energiemanagementlösung iDM Navigator diese verschiedenen Ebenen miteinander. Sie koordiniert die PV-Erzeugung, SG-Ready-kompatible iDM-Wärmepumpen und die Beladung des Pufferspeichers. Dadurch wird der Anteil des im Betrieb genutzten Eigenstroms beziehungsweise des erneuerbaren Netzstroms maximiert. Auf diese Weise werden die in diesem Artikel beschriebenen Grundsätze in eine konkrete und integrierte Systemlösung überführt.