Lastverschiebung im Wärmepumpenumfeld

Definition der Lastverschiebung bei Wärmepumpen

Unter Lastverschiebung bei Wärmepumpen versteht man die kontrollierte Verlagerung des elektrischen Leistungsbedarfs von einem Zeitraum in einen anderen. Die erforderliche thermische Versorgung bleibt dabei verfügbar. Lediglich der Zeitpunkt und in manchen Fällen die Höhe der elektrischen Leistungsaufnahme ändern sich.

Load Shifting wird im Deutschen als Lastverschiebung bezeichnet. Es ist ein Bestandteil des übergeordneten Konzepts des Lastmanagements und zugleich eine Form der nachfrageseitigen Flexibilität.

Eine Wärmepumpe kann Flexibilität in zwei Richtungen bereitstellen:

• Flexibilität nach oben: Die Wärmepumpe verbraucht während eines bevorzugten Zeitraums mehr Strom. Dies kann beispielsweise geschehen, wenn Photovoltaikstrom verfügbar ist oder die Marktpreise niedrig sind.
• Flexibilität nach unten: Die Wärmepumpe verbraucht während eines zu vermeidenden Zeitraums weniger Strom. Dies kann bei einer Preisspitze, einem Netzengpass oder einer Leistungsspitze am Standort erforderlich sein.

Was wird verschoben?

Das System verschiebt die elektrische Last der Wärmepumpe. Die elektrische Leistung wird in Kilowatt beziehungsweise kW gemessen. Der Stromverbrauch über einen bestimmten Zeitraum wird in Kilowattstunden beziehungsweise kWh angegeben.

Die Wärmepumpe wandelt elektrische Energie in thermische Energie um. Thermische Energie wird üblicherweise in thermischen Kilowattstunden beziehungsweise kWh_th angegeben. Die Leistungszahl der Wärmepumpe, der sogenannte Coefficient of Performance oder COP, beschreibt das Verhältnis zwischen abgegebener thermischer Energie und eingesetzter elektrischer Energie.

Beispiel:

• Eine Wärmepumpe mit einer elektrischen Leistungsaufnahme von 3 kW weist eine elektrische Last von 3 kW auf.
• Wird sie zwei Stunden lang mit dieser Leistung betrieben, verbraucht sie 6 kWh Strom.
• Bei einem COP von 4 kann sie in diesem Zeitraum ungefähr 24 kWh thermische Energie erzeugen.

Was durch Lastverschiebung verändert werden kann

Eine Lastverschiebungssteuerung kann Folgendes verändern:

• Start- und Stoppzeiten des Verdichters.
• Verdichterleistung oder Modulationsstufe.
• Sollwerte der Heizungs-Vorlauftemperatur.
• Solltemperaturen des Pufferspeichers.
• Ladezeiten der Trinkwarmwasserbereitung.
• Raumtemperatur-Sollwerte innerhalb eines festgelegten Komfortbereichs.
• Prioritäten für Heizung, Kühlung und Warmwasser.
• Die maximal aus dem Stromnetz bezogene Leistung.
• Den Einsatz elektrischer Zusatzheizungen oder Heizstäbe.

Was Lastverschiebung nicht bedeutet

Lastverschiebung ist nicht dasselbe wie eine Verringerung des gesamten Energieverbrauchs. Ein System kann beispielsweise 10 kWh vom Abend auf die Mittagszeit verlagern und insgesamt weiterhin ungefähr 10 kWh verbrauchen. Durch Speicherverluste oder ineffiziente Betriebstemperaturen kann der Gesamtverbrauch sogar steigen.

Lastverschiebung bedeutet außerdem nicht, die Raumtemperatur dauerhaft abzusenken. Eine dauerhafte Temperaturabsenkung ist eine Energiesparmaßnahme. Bei der Lastverschiebung bleibt die erforderliche Versorgung normalerweise erhalten; lediglich der elektrische Energieeinsatz wird zeitlich verlagert.

Das Wärmepumpenumfeld

Zum Wärmepumpenumfeld gehört mehr als nur die Wärmepumpe selbst. Es umfasst alle Komponenten, die thermische Energie erzeugen, speichern, verteilen, messen oder steuern.

Relevante Komponenten sind unter anderem:

• Die Wärmequelle, beispielsweise Außenluft, Erdreich oder Wasser.
• Die Wärmepumpe und der Verdichter.
• Elektrische Zusatzheizungen.
• Fußbodenheizungen, Heizkörper oder Gebläsekonvektoren.
• Pufferspeicher und Trinkwarmwasserspeicher.
• Die thermische Masse des Gebäudes.
• Kühlkreise und Kaltwasserspeicher.
• Sensoren für Raum-, Vorlauf-, Rücklauf- und Speichertemperaturen.
• Eine Wärmepumpenregelung, ein HEMS, ein EMS oder ein Gebäudeleitsystem.
• Ein Smart Meter und ein Stromzähler für den gesamten Standort.
• Eine Photovoltaikanlage, ein Batteriespeicher und eine Ladestation für Elektrofahrzeuge.
• Strompreis-, Wetter- und Netzsteuerungssignale.

Die Lastverschiebung muss für das Gesamtsystem geplant werden. Eine Zeitschaltuhr, die lediglich mit dem Verdichter verbunden ist, kann weder den Komfort und den Ladezustand der Speicher noch die Photovoltaikerzeugung oder andere elektrische Verbraucher berücksichtigen.

Hauptzweck der Lastverschiebung

Der Hauptzweck der Lastverschiebung besteht darin, den Zeitpunkt des Stromverbrauchs vom Zeitpunkt des thermischen Bedarfs zu entkoppeln. Ein Gebäude kann beispielsweise um 19:00 Uhr Wärme benötigen, ohne dass die Wärmepumpe diese Wärme zwingend um 19:00 Uhr erzeugen muss. Ein Teil der Wärme kann bereits früher erzeugt und gespeichert werden.

Eine gut ausgelegte Steuerung berücksichtigt mehrere Ziele gleichzeitig. Sie betreibt die Wärmepumpe nicht einfach immer dann, wenn der Strom am günstigsten erscheint. Stattdessen bezieht sie Kosten, Effizienz, Komfort, Gerätegrenzen und Netzbedingungen in die Entscheidung ein.

Hauptziele

1. Stromkosten senken

Die Steuerung verlagert den Verbrauch, soweit dies technisch sinnvoll ist, in Tarifzeiträume mit niedrigeren Preisen.

2. Photovoltaik-Eigenverbrauch erhöhen

Die Wärmepumpe wandelt überschüssigen Solarstrom in nutzbare Wärme, Warmwasser oder Kälte um.

3. Leistungsspitzen am Standort reduzieren

Die Steuerung verhindert den gleichzeitigen Betrieb der Wärmepumpe, der EV-Ladestation, des Batteriespeichers und anderer großer Verbraucher.

4. Netz- und Anschlussgrenzen einhalten

Das System hält die aus dem Netz bezogene Leistung unter einem vertraglichen oder technischen Grenzwert.

5. Die Integration erneuerbarer Energien unterstützen

Die Wärmepumpe kann ihren Verbrauch erhöhen, wenn viel erneuerbare Energie verfügbar ist, und ihn reduzieren, wenn das Stromsystem belastet ist.

6. Die thermische Versorgung gewährleisten

Raumkomfort, Warmwasserverfügbarkeit und betriebliche Prozessanforderungen bleiben geschützt.

7. Vermarktbare Flexibilität schaffen

Größere Systeme können über einen Aggregator an Demand-Response- oder Flexibilitätsprogrammen teilnehmen.

Das IEA-Programm „Heat Pumping Technologies“ unterscheidet zwischen impliziter Flexibilität, bei der Nutzer auf Tarife oder Marktpreise reagieren, und expliziter Flexibilität, bei der ein Betreiber einem Netzbetreiber, Lieferanten oder Marktteilnehmer eine vereinbarte Flexibilitätsleistung bereitstellt.

Warum Lastverschiebung bei Wärmepumpen erforderlich ist

Stromangebot und Stromnachfrage stimmen nicht immer überein

Solar- und Windstromerzeugung schwanken abhängig von Tageszeit und Wetter. Auch der Energiebedarf von Gebäuden verändert sich im Tagesverlauf. Der Heizbedarf am Morgen und Abend kann zeitgleich mit dem Laden von Elektrofahrzeugen, dem Kochen und anderen privaten oder gewerblichen Stromverbrauchern auftreten.

Stromnetze müssen auf die maximale Leistung und nicht nur auf den jährlichen Energieverbrauch ausgelegt werden. Ein kurzer Zeitraum, in dem viele Wärmepumpen und EV-Ladestationen gleichzeitig betrieben werden, kann daher ein Netzproblem verursachen, selbst wenn der jährliche Stromverbrauch insgesamt beherrschbar bleibt.

Die Lastverschiebung bei Wärmepumpen reduziert diese zeitliche Diskrepanz. Sie kann den Verbrauch in Zeiträume verlagern, in denen ausreichend Erzeugungsleistung und Netzkapazität verfügbar sind. Der EU-Strommarktrahmen erkennt Demand Response und Speicher als wichtige Instrumente für die Integration schwankender erneuerbarer Stromerzeugung und die Aufrechterhaltung der Systemstabilität an.

Strompreise werden zunehmend zeitabhängig

Stromkosten können sich unter anderem durch folgende Faktoren zeitlich unterscheiden:

• Tag- und Nachttarife.
• Spitzen-, Neben- und Schwachlastzeiten.
• Stündliche oder viertelstündliche Marktpreise.
• Zeitvariable Netzentgelte.
• Entgelte für die maximale Leistungsinanspruchnahme.
• Vergütungen für Netzflexibilität.
• Vergütungen für eingespeisten Photovoltaikstrom.
• Negative oder sehr niedrige Großhandelspreise.

Kunden mit einem Festpreisvertrag haben nur geringe direkte Anreize, ihren Verbrauch zu verlagern. Ein zeitvariabler oder dynamischer Stromvertrag setzt ein stärkeres Preissignal. Dabei muss jedoch der vollständige Tarif einschließlich Steuern, Netzentgelten, Lieferantenmargen und Grund- oder Abonnementgebühren bewertet werden.

Die EU-Vorschriften ermöglichen Kunden mit Smart Meter den Zugang zu dynamischen Strompreisverträgen bei mindestens einem Anbieter sowie bei Lieferanten, die mehr als 200.000 Endkunden versorgen. Die Vorschriften verlangen außerdem Informationen über Chancen, Kosten und Risiken dieser Verträge.

Elektrifizierte Gebäude führen zu neuen Problemen am Standort

Wärmepumpen werden häufig zusammen mit Photovoltaikanlagen, Batteriespeichern und EV-Ladestationen installiert. Diese Geräte können die energetische Leistung eines Gebäudes verbessern, sie können jedoch auch gleichzeitig betrieben werden. Ein unkoordinierter Betrieb kann die Kapazität des Gebäudeanschlusses überschreiten oder eine kostspielige Leistungsspitze verursachen.

Typische betriebliche und immobilienbezogene Herausforderungen sind:

• Ein begrenzter elektrischer Netzanschluss.
• Eine kostspielige Erweiterung des Transformators oder Netzanschlusses.
• Hohe gewerbliche Leistungspreise.
• Eine geringe Vergütung für eingespeisten PV-Strom.
• Die Abregelung der PV-Anlage in Zeiten hoher Erzeugung.
• Der gleichzeitige Betrieb mehrerer Wärmepumpen.
• Das Laden von Elektrofahrzeugen während der Heizlastspitze des Gebäudes.
• Produktions- oder Belegungspläne, welche die Betriebszeiten einschränken.
• Die Notwendigkeit, Heizung oder Warmwasser während eines Netzsteuerungsereignisses aufrechtzuerhalten.

Ein Energiemanagementsystem löst diese Probleme, indem es entscheidet, welches Gerät zu welchem Zeitpunkt und mit welcher Leistung Strom nutzen darf.

Von intelligenten Gebäuden wird Reaktionsfähigkeit erwartet

Der Smart Readiness Indicator der Europäischen Kommission bewertet, ob Gebäude Bedingungen erfassen, kommunizieren und auf die Bedürfnisse der Nutzer sowie auf Anforderungen der Energienetze reagieren können. Zu den technischen Bereichen gehören Heizung, Kühlung, Trinkwarmwasser, Strom, EV-Laden, Überwachung und Steuerung. Energie- und Speicherflexibilität sind ausdrückliche Bewertungsbereiche.

Die Lastverschiebung verbindet den Betrieb der Wärmepumpe somit mit der allgemeinen Entwicklung intelligenter Gebäude. Die Wärmepumpe wird zu einem steuerbaren Energieobjekt und ist nicht mehr lediglich ein isoliertes Heizgerät.

Funktionsweise der Lastverschiebung bei Wärmepumpen

Die Lastverschiebung folgt einem geschlossenen Regelkreis. Die Steuerung erfasst den aktuellen Systemzustand, prognostiziert zukünftige Bedingungen, wählt einen Betriebsplan aus und überprüft anschließend das Ergebnis.

Schritt 1: Aktuellen Zustand erfassen

Die Steuerung erfasst Raumtemperaturen, Vorlauftemperatur, Rücklauftemperatur, Pufferspeichertemperatur, Warmwassertemperatur und elektrische Wärmepumpenleistung. Zusätzlich kann sie den gesamten Netzbezug des Gebäudes, die Photovoltaikerzeugung und die Leistung des Batteriespeichers messen.

Diese Daten zeigen, ob bereits ausreichend thermische Energie verfügbar ist. Sie zeigen außerdem, ob am elektrischen Anschluss noch genügend freie Leistung vorhanden ist.

Schritt 2: Zukünftigen Bedarf und zukünftiges Angebot prognostizieren

Die Steuerung prognostiziert unter anderem:

• Den zukünftigen Raumheizungsbedarf.
• Den Kühlbedarf.
• Den Trinkwarmwasserverbrauch.
• Die Außentemperatur.
• Solare Wärmegewinne.
• Die Photovoltaikerzeugung.
• Die Strompreise.
• Netzengpässe.
• Belegungs- oder Produktionspläne.

Eine Prognose ermöglicht es der Steuerung, sich vor dem Beginn einer Lastspitze darauf vorzubereiten. Eine rein reaktive Steuerung kann erst reagieren, nachdem die Spitze bereits begonnen hat.

Schritt 3: Verbindliche Betriebsgrenzen festlegen

Das System definiert Grenzwerte, die nicht überschritten beziehungsweise unterschritten werden dürfen. Dazu gehören minimale und maximale Raumtemperaturen, sichere Speichertemperaturen, Verdichtergrenzen, Abtauanforderungen und der maximale Netzbezug.

Die Steuerung schützt außerdem die Warmwasserverfügbarkeit und alle kritischen Prozesslasten. Eine wirtschaftliche Optimierung beginnt erst, nachdem diese Bedingungen erfüllt sind.

Schritt 4: Verfügbare Flexibilität berechnen

Die Steuerung schätzt, wie viel thermische Energie gespeichert werden kann. Außerdem berechnet sie, wie lange die Bereitstellung von Heizung, Kühlung oder Warmwasser verzögert werden kann.

Die verfügbare Flexibilität hängt von folgenden Faktoren ab:

• Wärmedämmung und thermische Masse des Gebäudes.
• Außentemperatur.
• Aktuelle Raumtemperatur.
• Temperaturniveau des Heizsystems.
• Speichervolumen und nutzbarer Temperaturbereich.
• Trinkwarmwasserbedarf.
• Leistung der Wärmepumpe.
• Zulässige Komfortabweichung.
• Genauigkeit der Prognosen.

Schritt 5: Vorheizen, vorkühlen oder Speicher laden

Die Wärmepumpe wird während eines bevorzugten Zeitraums betrieben. Sie kann den Raumtemperatur-Sollwert geringfügig erhöhen, einen Pufferspeicher laden oder Trinkwarmwasser vorbereiten.

Dabei sollte die Wärmepumpe nur die niedrigste praktisch erforderliche Temperaturerhöhung nutzen. Übermäßig hohe Speichertemperaturen erhöhen die Wärmeverluste und verringern die Effizienz der Wärmepumpe.

Schritt 6: Leistungsbedarf während des zu vermeidenden Zeitraums reduzieren

Die Steuerung reduziert die Verdichterleistung, senkt einen Sollwert oder verschiebt einen nicht kritischen Ladezyklus. In manchen Systemen kann der Verdichter vorübergehend vollständig abgeschaltet werden.

Das Gebäude und die thermischen Speicher geben weiterhin Wärme oder Kälte ab. Für die Nutzer sollte kein wesentlicher Komfortverlust entstehen.

Schritt 7: Betrieb schrittweise wieder aufnehmen

Nach dem zu vermeidenden Zeitraum führt die Steuerung das System schrittweise in den Normalbetrieb zurück. Sie sollte verhindern, dass alle gesteuerten Geräte gleichzeitig mit voller Leistung neu starten.

Eine gestaffelte oder modulierte Wiederaufnahme verhindert eine Nachholspitze beziehungsweise einen Rebound Peak. Eine solche Spitze entsteht, wenn zuvor verschobene Verbraucher gleichzeitig wieder anlaufen und dadurch ein neues Leistungsmaximum verursachen.

Schritt 8: Ergebnis überprüfen

Die Steuerung vergleicht den tatsächlichen Betrieb mit dem geplanten Zeitplan. Sie zeichnet auf, ob die Verschiebung die Kosten oder die Spitzenleistung reduziert hat und ob der Komfort innerhalb der festgelegten Grenzen geblieben ist.

Anschließend können zukünftige Betriebspläne angepasst werden. Dieser Rückkopplungsprozess ist für eine vorausschauende Steuerung unverzichtbar.

Praktisches Beispiel für ein Wohngebäude

Ein Einfamilienhaus verfügt über eine Fußbodenheizung, einen Warmwasserspeicher und eine Photovoltaikanlage auf dem Dach. Die PV-Prognose zeigt einen Stromüberschuss zwischen 11:00 und 14:00 Uhr. Die Steuerung bereitet in diesem Zeitraum Warmwasser und erlaubt einen geringen, zuvor festgelegten Anstieg der Raumtemperatur.

Zwischen 18:00 und 20:00 Uhr wird die Wärmepumpe anschließend mit geringerer Leistung betrieben. Der Gebäudeboden und der Warmwasserspeicher stellen die erforderliche thermische Versorgung bereit. Der Haushalt muss dadurch am Abend weniger Strom zukaufen und nutzt einen größeren Anteil der eigenen Solarstromerzeugung.

Zentrale Merkmale eines Lastverschiebungssystems für Wärmepumpen

Messung und Signalerfassung

Definition: Die Messung und Signalerfassung erfasst Temperaturen, elektrische Leistung, thermische Abgabe, Photovoltaikerzeugung, Tarifwerte und Netzbefehle.

Zweck: Die Steuerung benötigt einen präzisen Systemzustand, bevor sie Lasten verlagern kann.

Vorteile: Zuverlässige Daten verringern fehlerhafte Speicherladungen, Komfortverletzungen und falsch berechnete Einsparungen.

Beispiel: Ein Standortzähler zeigt den gesamten Netzbezug an, während Raum- und Speichersensoren bestätigen, ob eine zweistündige Leistungsreduktion möglich ist.

Typische Eingangsdaten sind:

• Elektrische Leistung der Wärmepumpe.
• Gesamter Stromimport und -export des Gebäudes.
• Aktuelle und prognostizierte PV-Erzeugung.
• Lade- und Entladeleistung des Batteriespeichers.
• Raumtemperaturen.
• Vorlauf- und Rücklauftemperaturen.
• Puffer- und Warmwassertemperaturen.
• Betriebszustand des Verdichters.
• Betriebszustand der Zusatzheizung.
• Strompreise.
• Wetterprognosen.
• Signale des Verteilnetzbetreibers oder eines Aggregators.

Prognosebasierte Betriebsplanung

Definition: Die prognosebasierte Betriebsplanung sagt den zukünftigen thermischen Bedarf, die Strompreise und die Erzeugung erneuerbarer Energie voraus.

Zweck: Sie ermittelt die am besten geeigneten Betriebszeiträume, bevor der Bedarf entsteht.

Vorteile: Sie reduziert unnötiges Vorheizen und schützt den Komfort bei längeren Verschiebungszeiträumen.

Beispiel: Die Steuerung kann einen etwas teureren, aber wärmeren Zeitraum am Nachmittag bevorzugen, weil eine Luft-Wasser-Wärmepumpe dann effizienter betrieben werden kann.

Der Preis allein reicht nicht aus. Die Steuerung sollte den erwarteten COP für jeden Zeitraum berücksichtigen. Ebenso müssen Speicherverluste und die tatsächlich benötigte Wärmemenge einbezogen werden.

Flexibilitätsberechnung

Definition: Die Flexibilitätsberechnung ermittelt, wie viel elektrische Last verschoben werden kann und wie lange die Verschiebung maximal sicher aufrechterhalten werden kann.

Zweck: Sie verbindet die thermische Speicherkapazität mit einem elektrischen Betriebsplan.

Vorteile: Sie verhindert, dass das System mehr Flexibilität verspricht, als das Gebäude tatsächlich bereitstellen kann.

Beispiel: Eine Steuerung kann ermitteln, dass die Warmwasserladung um vier Stunden verschoben werden kann, während die Raumheizung bei kaltem Wetter nur eine Stunde lang reduziert werden darf.

Eine nützliche Näherung lautet:

Verschiebedauer ≈ nutzbar gespeicherte thermische Energie ÷ durchschnittlicher thermischer Bedarf

Dieser Wert verändert sich kontinuierlich. Bei mildem Wetter kann ein Gebäude mehrere Stunden Flexibilität bereitstellen, während unter winterlichen Auslegungsbedingungen nur sehr wenig Flexibilität verfügbar sein kann.

Management thermischer Speicher

Definition: Das Management thermischer Speicher steuert die in Wasser, Gebäudematerialien oder Kühlmedien gespeicherte Energie.

Zweck: Es schafft einen zeitlichen Puffer zwischen Wärmeerzeugung und Wärmebereitstellung.

Vorteile: Die Wärmepumpe kann einen ungünstigen Stromzeitraum vermeiden, ohne die Versorgung zu unterbrechen.

Beispiel: Ein Pufferspeicher wird vor einer Netzlastspitze geladen und versorgt anschließend den Heizkreis, während die Verdichterleistung reduziert wird.

Eine wirksame Speichersteuerung erfordert mehr als die Vorgabe einer Maximaltemperatur. Sie sollte Temperaturschichtung, Wärmeverluste, die minimal nutzbare Temperatur und die tatsächlichen Anforderungen des Heizsystems berücksichtigen.

Verdichtermodulation und Sollwertsteuerung

Definition: Bei der Modulation wird die Leistung des Verdichters verändert, anstatt ihn ausschließlich mit voller Leistung ein- oder auszuschalten.

Zweck: Dadurch kann das Lastprofil präziser geformt und eine stabile thermische Abgabe aufrechterhalten werden.

Vorteile: Modulation kann Lastspitzen und Taktbetrieb reduzieren und die Temperaturregelung verbessern.

Beispiel: Eine Wärmepumpe kann während einer Leistungsspitze am Standort ihre elektrische Leistungsaufnahme von 4 kW auf 2 kW reduzieren, anstatt vollständig abzuschalten.

Nicht jede Wärmepumpe unterstützt eine externe Leistungsmodulation. Manche Systeme akzeptieren lediglich Betriebszustands- oder Freigabesignale. Die Kompatibilität muss für das genaue Modell und die jeweilige Reglerversion geprüft werden.

Schutzgrenzen für Komfort, Hygiene und Sicherheit

Definition: Schutzgrenzen legen Bedingungen fest, die durch die Optimierung nicht verletzt werden dürfen.

Zweck: Sie schützen Nutzer, Geräte und die Trinkwarmwasserversorgung.

Vorteile: Die Lastverschiebung bleibt für die Nutzer weitgehend unmerklich und beeinträchtigt den sicheren Betrieb nicht.

Beispiel: Ein Preissignal kann die Warmwasserladung verzögern. Die Steuerung hebt diese Verzögerung jedoch auf, sobald das verfügbare Warmwasservolumen zu gering wird.

Die Schutzgrenzen sollten Folgendes umfassen:

• Minimale und maximale Raumtemperaturen.
• Maximale Vorlauf- und Speichertemperaturen.
• Frostschutz.
• Abtaubetrieb.
• Mindestlauf- und Mindeststillstandszeiten des Verdichters.
• Verfügbarkeit von Trinkwarmwasser.
• Anwendbare Hygienefunktionen und -zyklen.
• Kritische gewerbliche oder prozessbezogene Temperaturen.
• Manuelle Nutzereingriffe.

Standortleistung und Spitzenlaststeuerung

Definition: Die Standortleistungssteuerung begrenzt den kombinierten Strombezug aller größeren Geräte.

Zweck: Sie schützt den elektrischen Anschluss und verhindert Leistungsspitzen.

Vorteile: Ein Gebäude kann dadurch Anschlussverstärkungen, Leistungspreise oder das Auslösen von Schutzeinrichtungen vermeiden.

Beispiel: Wenn ein Elektrofahrzeug mit dem Laden beginnt, reduziert das EMS vorübergehend die Wärmepumpenleistung, während die erforderliche Raumtemperatur aufrechterhalten wird.

Die Leistungsgrenze sollte in der Regel am Netzanschlusspunkt gelten. Dadurch kann das System die lokale PV-Erzeugung und die Entladung des Batteriespeichers berücksichtigen.

Management der Zusatzheizung

Definition: Das Management der Zusatzheizung steuert Heizstäbe und elektrische Zusatzheizungen getrennt vom Verdichter.

Zweck: Es verhindert, dass eine Widerstandsheizung den Nutzen der Lastverschiebung wieder aufhebt.

Vorteile: Das System vermeidet einen plötzlichen hohen Strombedarf und erhält die Effizienz der Wärmepumpe.

Beispiel: Der Verdichter darf einen Warmwasserspeicher während eines Niedrigpreiszeitraums laden, während der elektrische Heizstab gesperrt bleibt.

Zusatzheizungen müssen ausdrücklich überwacht werden. Eine Steuerung, die nur die gesamte elektrische Leistung der Wärmepumpe erfasst, kann möglicherweise nicht erkennen, ob eine zusätzliche Widerstandsheizung eine Lastspitze verursacht hat.

Management von Verdichtertakten und Nachholspitzen

Definition: Das Taktmanagement begrenzt schnelle Ein- und Ausschaltvorgänge und steuert die Wiederaufnahme des Betriebs nach einer Lastverschiebung.

Zweck: Es schützt die Lebensdauer des Verdichters und verhindert eine neue Leistungsspitze nach dem Steuerungsereignis.

Vorteile: Die Wärmepumpe arbeitet gleichmäßiger, und die gemessene Flexibilität bleibt für den Standort oder das Stromnetz nutzbar.

Beispiel: Zehn Wärmepumpen in einer Wohnanlage starten nacheinander und nicht alle in derselben Sekunde.

Die IEA-Forschung zur Flexibilität von Wärmepumpen weist darauf hin, dass häufiges Ein- und Ausschalten das Wartungsrisiko erhöhen kann. Dieselbe Forschung warnt davor, bei der Optimierung nur Day-Ahead-Strompreise zu berücksichtigen und Leistungsspitzen des Gebäudes außer Acht zu lassen.

Kommunikation und Interoperabilität

Definition: Interoperabilität ermöglicht es Wärmepumpe, Zähler, PV-Anlage, Batteriespeicher und Energiemanager, nutzbare Befehle und Messwerte auszutauschen.

Zweck: Sie ermöglicht den koordinierten Betrieb von Geräten unterschiedlicher Hersteller.

Vorteile: Der Standort kann den gesamten Energiefluss optimieren, anstatt jedes Gerät unabhängig zu steuern.

Beispiel: Ein HEMS empfängt die aktuelle PV-Erzeugung und sendet der Wärmepumpe einen zulässigen Leistungswert.

Mögliche Kommunikationswege sind:

• Digitale Eingangskontakte.
• SG-Ready-Betriebszustände.
• Modbus TCP oder RTU.
• BACnet in gewerblichen Gebäuden.
• EEBUS.
• Herstellerspezifische APIs.
• Wechselrichterspezifische Schnittstellen.
• Smart-Meter-Gateways.
• Steuerungskanäle des Verteilnetzbetreibers oder eines Aggregators.

Die Bezeichnung eines Protokolls allein garantiert keine Kompatibilität. Beide Geräte müssen dieselben Datenpunkte, Befehle und Anwendungsfälle unterstützen.

Überwachung und Verifizierung

Definition: Die Überwachung erfasst die tatsächliche Lastverschiebung, den Komfort und die energetische Leistung.

Zweck: Sie bestätigt, ob die Strategie einen messbaren Nutzen erzeugt.

Vorteile: Betreiber können fehlerhafte Steuerungen, Speicherverluste, den Einsatz der Zusatzheizung und Prognosefehler erkennen.

Beispiel: Ein monatlicher Bericht vergleicht Spitzenleistung, Stromverbrauch der Wärmepumpe, COP und verschobenen Verbrauch mit einer früheren Referenzperiode.

Nützliche Leistungskennzahlen sind:

• Maximaler Netzbezug des Standorts in kW.
• Maximale elektrische Leistung der Wärmepumpe.
• Verschobene elektrische Energie in kWh_e.
• Bereitgestellte thermische Energie in kWh_th.
• COP und Jahresarbeitszahl beziehungsweise saisonale Effizienz.
• PV-Eigenverbrauch.
• Stromkosten je kWh_th.
• Verbrauch der Zusatzheizung.
• Anzahl der Verdichterstarts.
• Komfortabweichungen.
• Warmwasserdefizite.
• Höhe der Nachholspitze.
• Erfolgsquote von Flexibilitätsereignissen.

Möglichkeiten zur Speicherung thermischer Energie

Thermische Gebäudemasse

Definition: Die thermische Gebäudemasse bezeichnet die Wärmespeicherfähigkeit von Böden, Wänden, Decken, Möbeln und anderen Materialien.

Zweck: Sie ermöglicht es der Wärmepumpe, ein Gebäude vor einem zu vermeidenden Zeitraum vorzuheizen oder vorzukühlen.

Vorteile: Sie stellt Speicherfähigkeit bereit, ohne dass ein separater Speicherbehälter installiert werden muss, und eignet sich besonders für Niedertemperatur-Flächenheizungen.

Beispiel: Eine Fußbodenheizung lädt an einem PV-reichen Nachmittag thermisch die Bodenplatte auf und reduziert den Verdichterbetrieb während der abendlichen Lastspitze.

Die Gebäudemasse ist besonders in gut gedämmten Gebäuden mit langsamen Temperaturänderungen nutzbar. In Gebäuden mit hohen Wärmeverlusten, ungleichmäßiger Einzelraumregelung oder großen internen Wärmegewinnen ist ihre Wirkung weniger vorhersehbar.

Der zugelassene Temperaturbereich sollte klein bleiben. Räume zu überheizen, um möglichst viel Energie zu speichern, beeinträchtigt den Komfort und verschwendet Energie.

Heizungs-Pufferspeicher

Definition: Ein Pufferspeicher speichert erwärmtes Wasser für den Raumheizkreis.

Zweck: Er entkoppelt die Wärmeerzeugung der Wärmepumpe vom unmittelbaren Bedarf des Heizsystems.

Vorteile: Er bietet eine messbare thermische Speicherkapazität und kann die hydraulische Stabilität unterstützen.

Beispiel: Die Temperatur eines 500-Liter-Pufferspeichers wird vor einem Hochpreiszeitraum um 5 K erhöht.

Die ungefähre thermische Speicherkapazität von Wasser berechnet sich wie folgt:

Gespeicherte Wärme in kWh_th ≈ Volumen in Litern × Temperaturänderung in K × 0,001163

Für einen 500-Liter-Speicher und eine Temperaturerhöhung um 5 K gilt:

500 × 5 × 0,001163 ≈ 2,9 kWh_th

Bei einem COP von 3 benötigt der Verdichter ungefähr 1 kWh Strom, um diese Wärmemenge zu erzeugen. Pumpenenergie und Verluste sind dabei nicht berücksichtigt. Die tatsächlich nutzbare Energiemenge kann aufgrund von Durchmischung, minimal erforderlicher Systemtemperatur und Bereitschaftsverlusten geringer ausfallen.

Ein Pufferspeicher ist nicht automatisch für jedes Lastverschiebungsprojekt erforderlich. Überdimensionierte Speicher erhöhen Kosten, Platzbedarf und Wärmeverluste. Das Gebäude und das Heizsystem können bereits ein ausreichendes Wasservolumen und genügend thermische Trägheit bereitstellen.

Trinkwarmwasserspeicher

Definition: Ein Trinkwarmwasserspeicher speichert thermische Energie für Waschen, Baden und andere Warmwasseranwendungen.

Zweck: Er ermöglicht die Erwärmung des Wassers vor dem tatsächlichen Verbrauchszeitpunkt.

Vorteile: Der Warmwasserbedarf lässt sich häufig leichter zeitlich verschieben als der Raumheizungsbedarf.

Beispiel: Der Speicher wird mittags mit PV-Strom geladen, anstatt nach den abendlichen Duschvorgängen erneut erwärmt zu werden.

Die Steuerung muss genügend nutzbares Warmwasser vorhalten. Sie muss außerdem die Herstelleranweisungen und die jeweils geltenden Hygieneanforderungen erfüllen.

Eine Erhöhung der Speichertemperatur vergrößert die Speicherkapazität, kann jedoch den COP verringern und die Wärmeverluste erhöhen. Die gewählte Temperatur sollte sich daher am tatsächlichen Bedarf und nicht an der maximal möglichen Temperatur orientieren.

Kaltwasser- und Gebäudekältespeicherung

Definition: Kältespeicherung hält Kälte in einem Gebäude, einem Wassertank oder einem spezialisierten Speichermedium vor.

Zweck: Sie verlagert die Kälteerzeugung aus heißen, teuren oder netzbelasteten Zeiträumen heraus.

Vorteile: In Regionen mit hohem Kühlbedarf kann sie elektrische Leistungsspitzen am Nachmittag reduzieren.

Beispiel: Ein Gewerbegebäude kühlt seine Gebäudestruktur am Vormittag vor und reduziert die Leistung der Kältemaschine oder reversiblen Wärmepumpe während der Lastspitze am späten Nachmittag.

Die Kühlungsregelung muss auch Luftfeuchtigkeit und Kondensation berücksichtigen. Das Vorkühlen darf weder unangenehm niedrige Raumtemperaturen noch Feuchtigkeitsprobleme verursachen.

Große thermische Speicher und Wärmenetze

Definition: Große thermische Speicher nutzen großvolumige Wassertanks, Wärmenetze oder Prozessspeicher.

Zweck: Sie entkoppeln große Wärmepumpenanlagen vom kurzfristigen Bedarf des Netzes oder der angeschlossenen Gebäude.

Vorteile: Gewerbliche, industrielle und netzgebundene Systeme können erhebliche Lasten über längere Zeiträume verschieben.

Beispiel: Eine Wärmepumpenkaskade lädt einen Fernwärmespeicher, wenn die Strompreise günstig sind, und reduziert ihre Leistung während einer Netzlastspitze.

Große Systeme erfordern eine hydraulische Modellierung, Redundanzkonzepte und eine detaillierte Betriebsplanung. Ihr wirtschaftlicher Nutzen kann die Optimierung am Energiemarkt, die Verringerung von Leistungspreisen und die Bereitstellung vertraglich vereinbarter Flexibilität umfassen.

Elektrische Batteriespeicher

Definition: Ein Batteriespeicher speichert elektrische und nicht thermische Energie.

Zweck: Er versorgt die Wärmepumpe oder andere Geräte, wenn Netzstrom teuer oder nur begrenzt verfügbar ist.

Vorteile: Er kann elektrische Verbraucher koordinieren, die nicht durch thermische Speicher versorgt werden können.

Beispiel: Ein Batteriespeicher unterstützt die Wärmepumpe bei einer Begrenzung des Netzbezugs, während der thermische Speicher einen Teil des Heizbedarfs abdeckt.

Ein Batteriespeicher ergänzt die Lastverschiebung der Wärmepumpe. Er ersetzt jedoch keine sachgerechte Planung des thermischen Systems. Thermische Speicher sind auf Heizung oder Kühlung beschränkt, während ein Batteriespeicher grundsätzlich jeden elektrischen Verbraucher versorgen kann.

Arten der Lastverschiebungssteuerung bei Wärmepumpen

Steuerung nach festem Zeitplan

Definition: Eine zeitplangesteuerte Regelung verwendet programmierte Start-, Stopp- oder Sollwertzeiten.

Zweck: Sie verlagert den Betrieb in bekannte Tarifzeiträume.

Vorteile: Sie ist einfach und benötigt weder aktuelle Strompreis- noch PV-Daten.

Beispiel: Das Trinkwarmwasser wird jede Nacht während eines festen Schwachlastzeitraums bereitet.

Die Einschränkung liegt in der geringen Anpassungsfähigkeit. Der Zeitplan reagiert weder auf Wetter und Belegung noch auf veränderte Strompreise.

Steuerung nach zeitabhängigem Tarif

Definition: Die Time-of-Use-Steuerung folgt vorab festgelegten Spitzen-, Neben- und Schwachlastpreisen.

Zweck: Sie reduziert den Verbrauch während regelmäßig wiederkehrender, teurer Zeiträume.

Vorteile: Die Preise sind vorhersehbar und einfach zu konfigurieren.

Beispiel: Eine Wärmepumpe lädt ihren Pufferspeicher vor einem werktäglichen abendlichen Spitzenpreiszeitraum.

Dieses Modell funktioniert am besten, wenn die Tarifzeiträume stabil sind und der Preisunterschied groß genug ist, um zusätzliche Speicherverluste auszugleichen.

Steuerung nach dynamischen Strompreisen

Definition: Eine dynamische Steuerung nutzt Strompreise, die sich stündlich oder entsprechend dem jeweiligen Markt-Abrechnungsintervall ändern.

Zweck: Sie wählt die Betriebszeiträume mit den niedrigsten erwarteten Kosten aus.

Vorteile: Sie kann auf kurzfristige Marktbedingungen und die Erzeugung erneuerbarer Energie reagieren.

Beispiel: Die Steuerung bereitet während eines günstigen Nachmittags Wärme vor und reduziert den Betrieb während einer abendlichen Preisspitze.

Die Steuerung sollte die Kosten der bereitgestellten Wärme und nicht nur den Strompreis optimieren. Dynamische Verträge setzen den Kunden außerdem Preisschwankungen aus.

PV-Überschusssteuerung

Definition: Die PV-Überschusssteuerung erhöht den Betrieb der Wärmepumpe, wenn die lokale Solarstromerzeugung den sonstigen Verbrauch übersteigt.

Zweck: Sie wandelt ansonsten eingespeisten Strom in nutzbare thermische Energie um.

Vorteile: Sie kann den Eigenverbrauch erhöhen und den späteren Netzbezug reduzieren.

Beispiel: Die Wärmepumpe erhöht den Warmwasser-Sollwert, wenn die PV-Einspeisung einen festgelegten Grenzwert überschreitet.

Eine prognosebasierte Steuerung ist normalerweise leistungsfähiger als eine einfache momentane Schwellenwertregelung. Sie kann wiederholte Verdichterstarts vermeiden, die andernfalls durch schnelle Änderungen der PV-Leistung bei wechselnder Bewölkung entstehen könnten.

Spitzenleistungsbegrenzung

Definition: Die Spitzenleistungsbegrenzung hält die Standortleistung unter einem festen oder variablen Maximalwert.

Zweck: Sie schützt den Netzanschluss und vermeidet Kosten für maximale Leistungsinanspruchnahme.

Vorteile: Sie koordiniert Wärmepumpe, EV-Laden, Batteriespeicher und andere große Verbraucher.

Beispiel: Das EMS reduziert die Wärmepumpenleistung, sobald sich der Netzbezug des Standorts 20 kW nähert.

Durch die Spitzenleistungsbegrenzung kann Energie in einen späteren Zeitraum verschoben werden. Die Steuerung muss daher sowohl die ursprüngliche Spitze als auch die spätere Nachhollast berücksichtigen.

Netzgeführte oder explizite Demand Response

Definition: Bei der expliziten Demand Response wird der Wärmepumpenbetrieb auf Anforderung eines Verteilnetzbetreibers, Lieferanten oder Aggregators verändert.

Zweck: Sie stellt dem Stromsystem eine messbare Flexibilitätsleistung bereit.

Vorteile: Der Betreiber kann dafür reduzierte Netzentgelte oder eine Flexibilitätsvergütung erhalten.

Beispiel: Eine Gruppe von Wärmepumpen reduziert bei einem lokalen Netzengpass vorübergehend ihren gemeinsamen Netzbezug.

Die Vertragsbedingungen müssen Dauer des Ereignisses, Reaktionsleistung, Messverfahren, Verfügbarkeit und Eingriffsrechte der Nutzer festlegen. Sicherheits- und Versorgungsgrenzen der Wärmepumpe bleiben weiterhin verbindlich.

Vorausschauende oder modellbasierte Steuerung

Definition: Die vorausschauende Steuerung verwendet mathematische oder digitale Modelle des Gebäudes, der Wärmepumpe und der Speicher.

Zweck: Sie wählt über mehrere zukünftige Zeitintervalle den besten Betriebsplan aus.

Vorteile: Sie kann Preis, COP, PV-Erzeugung, Komfort und Standortleistung in einer gemeinsamen Berechnung ausgleichen.

Beispiel: Die Steuerung vergleicht eine günstige, kalte Nacht mit einem etwas teureren, aber wärmeren Nachmittag und wählt den Zeitraum mit den niedrigeren Kosten für nutzbare Wärme.

Eine modellbasierte Steuerung benötigt gute Daten und eine fachgerechte Inbetriebnahme. Ein ungenaues Gebäudemodell kann zu ungeeigneten Betriebsplänen führen.

Hybride Mehrzielsteuerung

Definition: Eine hybride Steuerung kombiniert dynamische Preise, PV-Erzeugung, Wetterdaten, Netzgrenzen und Komfortanforderungen.

Zweck: Sie optimiert das gesamte Energiesystem und nicht nur ein einzelnes Signal.

Vorteile: Sie verhindert Konflikte zwischen Geräten und Betriebszielen.

Beispiel: Eine Steuerung nutzt PV-Strom für die Warmwasserbereitung, hält Batteriekapazität für den Abend zurück und begrenzt die kombinierte Leistung von Wärmepumpe und EV-Ladestation.

Dies ist normalerweise die leistungsfähigste Steuerungsart. Sie erfordert jedoch auch den höchsten Integrationsgrad.

Anwendungsfälle für die Lastverschiebung von Wärmepumpen

Einfamilienhaus mit Photovoltaikanlage

Problem: Mittags wird PV-Strom zu einem niedrigen Wert eingespeist, während die Wärmepumpe am Abend Strom aus dem Netz bezieht.

Systemreaktion: Die Steuerung bereitet während des PV-Zeitraums Warmwasser und speichert eine begrenzte Wärmemenge im Gebäude.

Wirtschaftlicher Nutzen: Der Haushalt erhöht seinen Eigenverbrauch und reduziert den späteren Netzbezug.

Wohngebäude mit dynamischem Stromtarif

Problem: Die Strompreise schwanken stark zwischen einzelnen Stunden.

Systemreaktion: Die Wärmepumpe plant die Raumheizung und Warmwasserbereitung unter Berücksichtigung des erwarteten Strompreises und COP.

Wirtschaftlicher Nutzen: Der Kunde senkt die durchschnittlichen Kosten für nutzbare Wärme und hält gleichzeitig einen definierten Komfortbereich ein.

Wohngebäude mit Wärmepumpe, EV-Ladestation und Batteriespeicher

Problem: Mehrere große Verbraucher können die Anschlusskapazität des Gebäudes überschreiten.

Systemreaktion: Das HEMS verteilt die verfügbare Leistung entsprechend der Prioritäten, des thermischen Zustands und der geplanten Abfahrtszeit des Elektrofahrzeugs.

Wirtschaftlicher Nutzen: Der Eigentümer kann mehr elektrische Geräte betreiben, ohne die Anschlussleistung zu erhöhen.

Mehrfamilienhaus

Problem: Mehrere Wärmepumpen oder Stufen einer zentralen Anlage können gleichzeitig starten.

Systemreaktion: Die Steuerung staffelt die Startzeiten, verwaltet die Speicher und begrenzt die Gesamtleistung.

Wirtschaftlicher Nutzen: Der Betreiber reduziert die Gleichzeitigkeit des Strombedarfs und gewährleistet einen stabileren Betrieb.

Hotel oder Beherbergungsbetrieb

Problem: Heizungs-, Kühlungs- und Warmwasserbedarf überschneiden sich mit den Verbrauchern von Küche und Wäscherei.

Systemreaktion: Das Gebäudeleitsystem prognostiziert die Belegung und bereitet die thermischen Speicher vor Zeiten mit hohem Bedarf vor.

Wirtschaftlicher Nutzen: Das Hotel reduziert Leistungsspitzen, ohne den Gästekomfort einzuschränken.

Büro-, Schul- oder Einzelhandelsgebäude

Problem: Der Standort weist vorhersehbare Belegungszeiten, aber einen hohen Strombedarf am Tag auf.

Systemreaktion: Das Gebäude wird vor der Belegung oder während günstiger Tarifzeiträume vorgeheizt beziehungsweise vorgekühlt.

Wirtschaftlicher Nutzen: Der Betreiber reduziert betriebliche Lastspitzen und nutzt die Gebäudestruktur als Flexibilitätsressource.

Industrielle oder prozessbezogene Anwendung

Problem: Das Unternehmen benötigt stabile Prozesstemperaturen und ist mit hohen Leistungs- oder Kapazitätsentgelten konfrontiert.

Systemreaktion: Große Wärmepumpen laden Prozess- oder Wasserspeicher außerhalb der Produktionsspitzen.

Wirtschaftlicher Nutzen: Das Unternehmen reduziert die maximale elektrische Leistungsaufnahme und schützt gleichzeitig die Produktionsanforderungen.

Wärmepumpenkaskade oder Fernwärmeanlage

Problem: Ein hoher Wärmebedarf und volatile Strompreise führen zu erheblichen Betriebskostenrisiken.

Systemreaktion: Die Anlagensteuerung wählt die Wärmepumpenstufen und Speicherladezeiten anhand von Wärmebedarf, Marktpreis und Mindestlaufzeiten aus.

Wirtschaftlicher Nutzen: Der Betreiber kann die Betriebskosten senken, übermäßigen Taktbetrieb vermeiden und möglicherweise Flexibilitätsleistungen anbieten.

Regionen mit überwiegendem Kühlbedarf

Problem: Der Kühlbedarf erreicht an heißen Nachmittagen seinen Höchstwert, wenn die Stromnetze bereits stark belastet sind.

Systemreaktion: Die Wärmepumpe kühlt das Gebäude oder einen Kaltwasserspeicher früher am Tag vor.

Wirtschaftlicher Nutzen: Die Immobilie reduziert die Leistungsspitze am Nachmittag und kann günstigere Tarifzeiträume nutzen.

Vorteile der Lastverschiebung bei Wärmepumpen

Vorteile entstehen nicht automatisch

Lastverschiebung kann die Stromkosten reduzieren, ohne den Stromverbrauch zu senken. Sie kann den Verbrauch sogar erhöhen, wenn unnötig hohe Speichertemperaturen verwendet oder zusätzliche Wärmeverluste verursacht werden.

Eine ungeeignete Strategie kann:

• Eine Luft-Wasser-Wärmepumpe während kälterer Stunden betreiben.
• Die Heizungs-Vorlauftemperatur zu stark erhöhen.
• Einen Pufferspeicher oder das Gebäude überheizen.
• Einen elektrischen Heizstab aktivieren.
• Häufige Verdichterstarts verursachen.
• Eine große Nachholspitze erzeugen.
• Den Verbrauch in einen Zeitraum mit niedrigem Großhandelspreis, aber hohen gesamten Netzentgelten verlagern.
• Lieferantengebühren oder Tarifrisiken ignorieren.
• Mehr Wärme speichern, als das Gebäude tatsächlich benötigt.

Kosten der nutzbaren Wärme vergleichen

Entscheidend ist nicht nur der Strompreis, sondern der Preis der bereitgestellten thermischen Energie.

Eine vereinfachte Berechnung lautet:

Kosten je kWh_th ≈ Strom-Gesamtpreis je kWh_e ÷ erwarteter COP

Beispiel:

• Strom zu 0,20 €/kWh erzeugt bei einem COP von 2 Wärme zu ungefähr 0,10 €/kWh_th.
• Strom zu 0,26 €/kWh erzeugt bei einem COP von 4 Wärme zu ungefähr 0,065 €/kWh_th.

In diesem Beispiel führt der höhere Strompreis zu günstigeren Wärmekosten. Eine rein preisbasierte Steuerung würde daher die falsche Entscheidung treffen.

Dies ist bei Luft-Wasser-Wärmepumpen besonders wichtig, da die Außentemperatur ihre Effizienz beeinflusst. Auch iDM weist in seinen aktuellen Produktinformationen darauf hin, dass eine ausschließliche Schaltung nach Strompreis die Kosten erhöhen kann, wenn die Effizienz der Wärmepumpe nicht berücksichtigt wird.

Auswahlkriterien für eine Lastverschiebungslösung

Hauptziel definieren

Das Projekt sollte mit einem klar messbaren Problem beginnen. Ein System zur Erhöhung des PV-Eigenverbrauchs kann eine andere Steuerungsstrategie benötigen als ein System zur Einhaltung von Netzleistungsgrenzen.

Mögliche Hauptziele sind:

• Optimierung dynamischer Strompreise.
• Optimierung zeitabhängiger Tarife.
• Erhöhung des PV-Eigenverbrauchs.
• Reduzierung der maximalen Leistungsinanspruchnahme.
• Schutz des Netzanschlusses.
• Einhaltung der Steuerbarkeitsanforderungen des Verteilnetzbetreibers.
• Teilnahme an Flexibilitätsmärkten.
• Optimierung nach CO₂-Intensität.
• Koordinierter Betrieb mit Elektrofahrzeugen und Batteriespeichern.

Anschließend können Nebenziele ergänzt werden. Bei widersprüchlichen Zielen muss eine klare Prioritätenreihenfolge festgelegt werden.

Steuerungsmöglichkeiten der Wärmepumpe prüfen

Das genaue Wärmepumpenmodell, die Regelung und die Softwareversion müssen überprüft werden. Marketingbegriffe wie „Smart Grid Ready“ legen nicht eindeutig fest, welche Befehle tatsächlich verfügbar sind.

Zu prüfen ist, ob das System Folgendes unterstützt:

• Start- oder Freigabebefehle.
• Leistungsbegrenzung.
• Verdichtermodulation.
• Änderung des Heizungssollwerts.
• Änderung des Warmwassersollwerts.
• Änderung des Kühlungssollwerts.
• Auswahl der Betriebsart.
• Sperrung der Zusatzheizung.
• Rückmeldung von Leistung und Betriebszustand.
• Ferngesteuerte Softwareaktualisierungen.
• Ausfallsicheren Betrieb nach einer Kommunikationsunterbrechung.

Nutzbare thermische Flexibilität quantifizieren

Das Speichervolumen allein bestimmt nicht die Flexibilität. Die Berechnung muss auch den nutzbaren Temperaturbereich und den Bedarf des Gebäudes während des Verschiebungszeitraums berücksichtigen.

Folgende Faktoren sind zu bewerten:

• Puffervolumen und Temperaturgrenzen.
• Trinkwarmwasservolumen.
• Wärmeverlustrate des Gebäudes.
• Thermische Gebäudemasse.
• Art der Wärmeübergabesysteme.
• Aktuelle Vorlauftemperatur.
• Erwartete Außentemperatur.
• Zulässige Raumtemperaturabweichung.
• Erwarteter Warmwasserverbrauch.
• Speicher- und Verteilverluste.
• Mindestlaufzeiten des Verdichters.

Der erforderliche Speicher sollte nicht ausschließlich anhand der Nennleistung der Wärmepumpe dimensioniert werden. Maßgeblich ist der thermische Bedarf, der während des vorgesehenen Verschiebungszeitraums gedeckt werden muss.

Heiz- und Kühlsystem bewerten

Niedertemperatur-Wärmeübergabesysteme bieten im Allgemeinen bessere Voraussetzungen für effizientes Vorheizen. Eine Fußbodenheizung stellt außerdem zusätzliche thermische Masse bereit.

Hochtemperaturheizkörper bieten möglicherweise weniger praktische Speichermöglichkeiten innerhalb des Gebäudes. Eine Lastverschiebung kann dennoch über einen Puffer- oder Warmwasserspeicher erfolgen. Hohe Temperatursollwerte können jedoch den COP reduzieren.

Bei Kühlsystemen sind zusätzliche Prüfungen erforderlich. Luftfeuchtigkeit, Oberflächentemperatur und Kondensationsschutz müssen während des Vorkühlens aktiv bleiben.

Mess- und Datenverfügbarkeit prüfen

Eine dynamische Steuerung benötigt genaue und zeitnahe Daten. Eine monatliche Stromrechnung reicht für die betriebliche Optimierung nicht aus.

Zu prüfen sind:

• Verfügbarkeit eines Smart Meters.
• Zeitintervall der Zählerdaten.
• Echtzeitmessung der Standortleistung.
• Messung der PV-Erzeugung.
• Messung von Netzbezug und Einspeisung.
• Raumtemperatursensoren.
• Sensoren für Puffer- und Warmwasserspeicher.
• Zugriff auf Tarifdaten.
• Wetter- und PV-Prognosen.
• Datenspeicherung und Datenexport.
• Zuverlässigkeit der Kommunikation.

Weitere flexible Anlagen berücksichtigen

Wenn ein Batteriespeicher oder eine EV-Ladestation vorhanden ist, sollte die Wärmepumpe nicht isoliert optimiert werden. Alle Anlagen nutzen denselben elektrischen Anschluss und können auf denselben Niedrigpreiszeitraum reagieren.

Der Energiemanager sollte Folgendes kennen:

• Abfahrtszeit und erforderlicher Ladezustand des Elektrofahrzeugs.
• Ladezustand des Batteriespeichers.
• Erforderliche Batteriereserve.
• Begrenzung der PV-Einspeisung.
• Thermischer Zustand der Wärmepumpe und Speicher.
• Maximal zulässiger Netzbezug des Gebäudes.
• Andere große elektrische Verbraucher.
• Bedingungen für Generator- oder Notstrombetrieb.

Vollständigen Tarif analysieren

Es muss die vollständige Stromrechnung und nicht nur der beworbene Spotpreis geprüft werden. Dynamische Energiepreise können lediglich einen Teil der Gesamtkosten des Kunden ausmachen.

Einzubeziehen sind:

• Energiepreis.
• Arbeitsabhängiges Netzentgelt.
• Entgelt für maximale Leistungsinanspruchnahme.
• Feste Lieferantengebühr.
• Abonnementgebühr für den dynamischen Tarif.
• Steuern und Abgaben.
• Messkosten.
• Wert der PV-Einspeisung.
• Behandlung negativer Preise.
• Preisober- oder Preisuntergrenzen.
• Vertragskündigungsbedingungen.

Lokale regulatorische Anforderungen überprüfen

Die Steuerungsanforderungen unterscheiden sich je nach Land, Verteilnetzbetreiber und Installationsdatum. Ein System kann einen Smart Meter, eine zugelassene Steuereinrichtung, einen separaten Zähler oder einen bestimmten Kommunikationsweg erfordern.

Der Installationsbetrieb sollte Folgendes bestätigen:

• Anwendbare Vorschriften des Verteilnetzbetreibers.
• Anforderungen an die elektrische Anmeldung.
• Voraussetzungen für Netztarife.
• Behandlung der Wärmepumpe und Zusatzheizung.
• Erforderliche Steuerungsschnittstelle.
• Eingriffs- und Übersteuerungsrechte des Kunden.
• Datenschutzanforderungen.
• Anwendbare Gebäude- und Warmwassernormen.

Inbetriebnahme und Support prüfen

Der Nutzen der Lastverschiebung hängt wesentlich von der Inbetriebnahme ab. Standardeinstellungen können nicht jedes Gebäude, jeden Tarif und jedes Nutzungsprofil angemessen abbilden.

Folgende Punkte sollten gefordert werden:

• Eine dokumentierte Steuerungsstrategie.
• Definierte Komfortgrenzen.
• Ein geprüfter ausfallsicherer Betriebszustand.
• Überprüfung der Zusatzheizungssteuerung.
• Ein Kommunikationstest.
• Referenzdaten vor und Messdaten nach der Inbetriebnahme.
• Fern- oder Vor-Ort-Zugang für Diagnosen.
• Ein Verfahren für Softwareaktualisierungen.
• Eine klare Verantwortungsaufteilung zwischen Installationsbetrieb, Steuerungsanbieter und Energieversorger.

Warnzeichen bei der Auswahl

Bei einem Angebot ist Vorsicht geboten, wenn es:

• Einsparungen ausschließlich anhand des niedrigsten Stundenpreises verspricht.
• Den COP der Wärmepumpe nicht modelliert.
• Davon ausgeht, dass jeder Liter Speicherwasser vollständig nutzbar ist.
• Die Wärmeverluste des Gebäudes ignoriert.
• Die Zusatzheizung nicht erkennen kann.
• Keine Strategie gegen Nachholspitzen enthält.
• Übermäßig hohe Raum- oder Speichertemperaturen erfordert.
• Die genau kompatiblen Modelle nicht nennt.
• Keine Leistungsdaten exportieren kann.
• Nach einer Kommunikationsstörung keinen sicheren Betriebsmodus bietet.

Lastverschiebung im Vergleich mit verwandten Konzepten

Lastverschiebung gegenüber Lastabwurf

Bei der Lastverschiebung wird der Verbrauch verzögert oder vorgezogen. Die thermische Versorgung bleibt durch gespeicherte Energie oder eine spätere Nachholung erhalten.

Beim Lastabwurf wird der Bedarf durch die Abschaltung eines Dienstes reduziert. Eine Notabschaltung der Heizung ist daher ein Lastabwurf, sofern die fehlende Wärme nicht bereits gespeichert wurde oder später ohne Versorgungsverlust bereitgestellt werden kann.

Lastverschiebung gegenüber Spitzenlastkappung

Die Lastverschiebung konzentriert sich auf den Zeitpunkt des Verbrauchs. Die Spitzenlastkappung konzentriert sich auf den maximalen kW-Wert.

Eine Wärmepumpe kann beide Funktionen unterstützen. Sie kann die Warmwasserbereitung in einen anderen Zeitraum verschieben und gleichzeitig den Verdichter modulieren, um unter einer Leistungsgrenze zu bleiben.

Lastverschiebung gegenüber Energieeffizienz

Energieeffizienz reduziert die benötigte Strommenge. Lastverschiebung verändert, wann dieser Strom verwendet wird.

Das leistungsfähigste System kombiniert beide Ansätze. Zunächst werden Wärmebedarf und Vorlauftemperatur reduziert. Anschließend wird die verbleibende, effizient bereitgestellte Last zeitlich verschoben.

Thermischer Speicher gegenüber Batteriespeicher

Ein thermischer Speicher unterstützt unmittelbar die Heizungs- oder Kühlungsversorgung. Er vermeidet die Rückumwandlung gespeicherter elektrischer Energie in Wärme und kann eine erhebliche thermische Kapazität bereitstellen.

Ein Batteriespeicher ist vielseitiger, weil er jeden elektrischen Verbraucher versorgen kann. Er weist jedoch elektrische Umwandlungsverluste, Begrenzungen der Zyklenzahl und eine endliche nutzbare Kapazität auf. Die richtige Wahl hängt davon ab, ob das betriebliche Problem überwiegend thermischer oder elektrischer Natur ist.

Zeitabhängige Tarife gegenüber dynamischen Tarifen

Ein zeitabhängiger Tarif verwendet vorab festgelegte Zeiträume. Er ist leichter zu verstehen und zu steuern.

Ein dynamischer Tarif verändert sich entsprechend den Markt- oder Systembedingungen. Er bietet mehr Optimierungsmöglichkeiten, führt jedoch zu einem höheren Preisrisiko und erfordert eine automatisierte Steuerung.

Integration mit anderen Energiesystemen

Photovoltaikintegration

Definition: Bei der PV-Integration beeinflusst die gemessene oder prognostizierte Solarstromerzeugung den Betrieb der Wärmepumpe.

Zweck: Heizung, Kühlung oder Warmwasserbereitung werden in Zeiträume mit lokaler Stromerzeugung verlagert.

Vorteile: Der Netzbezug kann reduziert und der Wert der lokalen Stromerzeugung erhöht werden.

Beispiel: Die Steuerung lädt den Trinkwarmwasserspeicher, wenn die erwartete PV-Erzeugung den üblichen elektrischen Bedarf des Standorts übersteigt.

Eine robuste Strategie sollte sowohl Prognosen als auch aktuelle Messwerte nutzen. Echtzeitdaten korrigieren Prognosefehler, während die Prognose verhindert, dass kurze Wolkenbewegungen wiederholte Verdichterstarts verursachen.

Integration eines Batteriespeichers

Definition: Die Batterieintegration koordiniert die Wärmepumpe mit dem elektrischen Speicher.

Zweck: Sie verhindert, dass Wärmepumpe und Batterie um denselben Niedrigpreis- oder PV-Zeitraum konkurrieren.

Vorteile: Der Standort kann Batteriekapazität für Verbraucher reservieren, die keinen thermischen Speicher nutzen können.

Beispiel: Der PV-Strom versorgt zunächst die aktuellen Verbraucher. Anschließend lädt die Wärmepumpe den thermischen Speicher, während die Batterie eine Reserve für den Abend behält.

Die optimale Priorität hängt von Batteriewirkungsgrad, Einspeisevergütung, erwartetem Abendverbrauch und COP der Wärmepumpe ab. Eine feste Prioritätenreihenfolge ist nicht immer optimal.

Integration des Ladens von Elektrofahrzeugen

Definition: Die EV-Integration verteilt die verfügbare Standortleistung zwischen Mobilitäts- und Wärmebedarf.

Zweck: Sie hält den gesamten Netzbezug innerhalb der Anschlussgrenze.

Vorteile: Das Gebäude kann möglicherweise einen größeren Netzanschluss vermeiden.

Beispiel: Das EMS reduziert vorübergehend die Wärmepumpenleistung, wenn ein Elektrofahrzeug bis zur Abfahrt einen bestimmten Ladezustand erreichen muss.

Die Steuerung sollte die thermische Dringlichkeit mit der Abfahrtszeit des Fahrzeugs vergleichen. Sie sollte nicht einem Gerät dauerhaft Vorrang einräumen.

HEMS und Gebäudeleitsysteme

Definition: Ein Home Energy Management System oder Gebäudeleitsystem koordiniert mehrere Energieanlagen.

Zweck: Es wendet eine gemeinsame Strategie für Wärmepumpe, PV-Anlage, Batteriespeicher, EV-Laden und andere Verbraucher an.

Vorteile: Es verhindert, dass unabhängige Steuerungen widersprüchliche Befehle erteilen.

Beispiel: Ein Gebäudeleitsystem begrenzt die Gesamtleistung des Gebäudes und hält gleichzeitig Raumtemperaturen und Warmwasserbereitung aufrecht.

Gewerbliche Systeme können zusätzlich Belegungspläne, Wetterdaten, Lüftungsanlagen und Prozesslasten integrieren. Der Energiemanager sollte sowohl Steuerbefehle als auch Betriebsrückmeldungen austauschen.

Smart Meter und Tarifdaten

Definition: Ein Smart Meter erfasst den Verbrauch in definierten Zeitintervallen und kann den Fernaustausch von Daten unterstützen.

Zweck: Er ermöglicht eine zeitabhängige Abrechnung und den Nachweis, dass eine Lastverschiebung stattgefunden hat.

Vorteile: Der Kunde kann dynamische oder zeitvariable Tarife nutzen und das Ergebnis messen.

Beispiel: Viertelstündliche Zählerdaten bestätigen, dass die Wärmepumpe während eines Netzspitzenzeitraums nicht betrieben wurde.

Abrechnungsdaten und Echtzeit-Steuerungsdaten sind nicht immer identisch. Wenn der offizielle Zähler keine ausreichend schnellen lokalen Daten bereitstellt, kann ein separater Standortzähler erforderlich sein.

Integration von Verteilnetzbetreibern und Aggregatoren

Definition: Die Integration eines Verteilnetzbetreibers oder Aggregators verbindet das Wärmepumpensystem mit einer externen Flexibilitätsanforderung.

Zweck: Eine Gruppe von Verbrauchern kann dadurch den lokalen oder marktweiten Netzbetrieb unterstützen.

Vorteile: Kunden können reduzierte Netzentgelte oder Flexibilitätserlöse erhalten.

Beispiel: Ein Aggregator koordiniert Hunderte Wärmepumpen und reduziert deren gemeinsame Leistung für einen festgelegten Zeitraum.

Die Schnittstelle muss die lokale Steuerungshoheit erhalten. Die Gebäudesteuerung sollte entscheiden, wie die angeforderte Reduzierung umgesetzt wird, während Geräte- und Versorgungsgrenzen geschützt bleiben.

Wärmepumpenkaskaden

Definition: Eine Kaskade verwendet mehrere Wärmepumpenmodule zur Versorgung eines größeren thermischen Systems.

Zweck: Sie passt die Leistung an den Bedarf an und stellt Redundanz bereit.

Vorteile: Die Anlage kann Lasten verschieben, indem sie die Anzahl und Leistungsstufe der aktiven Module verändert.

Beispiel: Zwei Module laden den Speicher vor einer Lastspitze, während während der Spitze nur ein Modul im Mindestbetrieb verbleibt.

Die Kaskadenregelung sollte gleichmäßige Laufzeiten, Mindestlaufzeiten, Bedingungen der Wärmequelle und den hydraulischen Volumenstrom berücksichtigen. Das gleichzeitige Starten aller Module kann eine erhebliche elektrische Leistungsspitze verursachen.

Empfohlene Steuerungspriorität

Ein vollständiger Energiemanager sollte eine klare Prioritätenhierarchie verwenden:

1. Gerätesicherheit, Frostschutz und Abtaubetrieb.
2. Verbindliche Netz- und elektrische Anschlussgrenzen.
3. Trinkwarmwasserhygiene und kritische Prozessanforderungen.
4. Nutzerkomfort und Versorgungsverfügbarkeit.
5. Lebensdauer des Verdichters und effizienter Betrieb.
6. Reduzierung der Standortspitzenleistung.
7. Optimierung nach Strompreis, PV-Erzeugung und CO₂-Intensität.
8. Optionale Erlöse aus Flexibilitätsmärkten.

Eine wirtschaftliche Optimierung darf verbindliche Sicherheitsgrenzen niemals übersteuern.

SG Ready und erweitertes Energiemanagement

Das SG-Ready-Label kennzeichnet Wärmepumpen und kompatible Komponenten mit einer definierten Lastmanagementschnittstelle. Die Schnittstelle kann für einen netzorientierten Betrieb oder zur Erhöhung des PV-Eigenverbrauchs verwendet werden. Sie ist eine Schnittstellenspezifikation und kein vollständiger Optimierungsalgorithmus.

Die aktuellen Anforderungen des Bundesverbands Wärmepumpe beschreiben für Heizungswärmepumpen drei wesentliche Betriebszustände:

1. Begrenzte elektrische Leistungsaufnahme.
2. Normalbetrieb.
3. Verstärkter Betrieb zur thermischen Speicherung.

Ältere Dokumentationen und bestehende Installationen verwenden häufig eine Kontaktbelegung mit vier Betriebszuständen. Installationsbetriebe müssen daher die jeweils gültige Regelversion und die genaue Gerätedokumentation beachten. Die aktuelle BWP-Seite enthält sowohl die neueren Anforderungen mit drei Zuständen als auch die ältere Beschreibung mit vier Zuständen.

Über einen SG-Ready-Kontakt kann eine allgemeine Betriebsanforderung übermittelt werden. Ein digitales EMS kann detailliertere Informationen bereitstellen, beispielsweise:

• Eine variable Leistungsgrenze.
• Einen Heizungs- oder Warmwasser-Sollwert.
• Die verfügbare PV-Leistung.
• Eine Begrenzung des Netzbezugs am Standort.
• Eine Start- und Endzeit.
• Eine Rückmeldung zum Betriebszustand.
• Fehlerinformationen.
• Die gemessene elektrische Leistung.

SG Ready kann daher eine sinnvolle Einstiegsschnittstelle sein. Eine vorausschauende Lastverschiebung mit mehreren Geräten erfordert normalerweise eine detailliertere Kommunikation und Betriebsrückmeldung.

Regulatorischer und marktbezogener Kontext in wichtigen Regionen

Die folgenden Beispiele entsprechen dem Stand August 2026. Tarife, Lieferantenangebote und technische Vorschriften können sich ändern. Bei jedem Projekt müssen die aktuellen Anforderungen mit der zuständigen Regulierungsbehörde, dem Verteilnetzbetreiber, dem Lieferanten und einem qualifizierten Installationsbetrieb abgestimmt werden.

Europäische Union

Die Strommarktvorschriften der EU fördern aktive Verbraucher, Demand Response und Energiespeicher. Verbraucher mit Smart Meter haben einen rechtlich vorgesehenen Zugang zu dynamischen Strompreisverträgen. Lieferanten müssen gleichzeitig über die damit verbundenen Chancen und Risiken informieren. Die im Juli 2024 in Kraft getretene EU-Strommarktreform stärkte außerdem die Rolle der Flexibilität bei der Integration erneuerbarer Stromerzeugung.

Für Gebäudeprojekte schafft der Smart Readiness Indicator einen zusätzlichen politischen Rahmen. Er bewertet Netzreaktionsfähigkeit, Energieflexibilität und Speicher als anerkannte Fähigkeiten intelligenter Gebäude.

Deutschland

Die Regelungen des § 14a EnWG gelten für neue steuerbare Verbrauchseinrichtungen, beispielsweise Wärmepumpen mit einer Netzanschlussleistung von mehr als 4,2 kW. Seit dem 1. Januar 2024 müssen betroffene Neuanlagen eine netzorientierte Steuerung ermöglichen. Bei einer konkreten lokalen Netzgefährdung kann der Verteilnetzbetreiber den Netzbezug vorübergehend auf einen definierten Mindestwert begrenzen. Der normale Haushaltsstrom wird dabei nicht abgeschaltet.

Bei vielen Installationen beträgt der Mindestwert 4,2 kW. Für größere Wärmepumpen und Kaskaden mit mehr als 11 kW wird bei direkter Steuerung ein skalierter Mindestwert angewandt. Im Gegenzug erhalten Kunden eine Reduzierung des Netzentgelts. Ein EMS kann die verfügbare Leistung zwischen Wärmepumpen, Batteriespeichern und EV-Ladestationen verteilen und dabei lokale PV-Erzeugung oder Batterieentladung berücksichtigen.

Deutschland bietet außerdem unterschiedliche Netzentgeltmodule. Modul 2 reduziert den Arbeitspreis des Netzentgelts auf 40 % und erfordert einen separaten Zähler. Seit April 2025 ermöglicht Modul 3 zeitvariable Netzentgelte in Verbindung mit Modul 1.

Österreich

Österreich bietet ein aktuelles Beispiel für einen zeitvariablen Netzanreiz. Vom 1. April bis zum 30. September 2026 reduziert der Sommer-Nieder-Arbeitspreis für berechtigte Kunden der Netzebene 7 den Netzarbeitspreis zwischen 10:00 und 16:00 Uhr um 20 %. Voraussetzung sind viertelstündliche Smart-Meter-Daten.

E-Control nennt insbesondere Wärmepumpen und das Laden von Elektrofahrzeugen als Verbraucher mit erheblichem Potenzial, von einer Verlagerung in die Mittagszeit zu profitieren. Diese Maßnahme zeigt, wie Netztarife eine verstärkte Nutzung der mittäglichen Solarstromerzeugung fördern können.

Schweiz

Ab dem Tarifjahr 2026 können dynamische Netztarife in der Schweiz als Basistarif für Kunden mit Smart Meter verwendet werden, sofern zusätzlich ein nicht dynamischer Wahltarif angeboten wird. Auch regionale dynamische Tarife sind möglich. Die Vorgaben des Bundes betonen die viertelstündliche Messung, transparente Tarifinformationen und intelligente Steuerungen.

Dieselben Steuerungsprinzipien gelten für Wärmepumpen, EV-Ladestationen und andere flexible Verbraucher. Kunden sollten die Tarifstruktur und das Steuerungsangebot ihres lokalen Verteilnetzbetreibers überprüfen, da die Umsetzung je nach Netzgebiet variieren kann.

Italien einschließlich Südtirol

ARERA definiert Zeitbereiche wie F1, F2 und F3. Die Preise können sich daher abhängig vom Verbrauchszeitpunkt unterscheiden. Kunden mit elektronischen Zählern der zweiten Generation können auf dem freien Markt außerdem Verträge mit anderen Zeitbereichen nutzen.

Für Wärmepumpennutzer in Südtirol und anderen italienischen Regionen hängt das Potenzial vom gewählten Stromvertrag, dem Zähler und den Netzbedingungen ab. Die Steuerung sollte den tatsächlich vereinbarten Tarif verwenden und nicht davon ausgehen, dass jeder F1-, F2- oder F3-Preis derselben Struktur folgt.

Spanien

Der spanische Netztarif 2.0TD verwendet drei Energiezeiträume und zwei Zeiträume für die vertraglich vereinbarte Leistung. Auf dem spanischen Festland, den Balearen und den Kanarischen Inseln umfasst der Schwachlastzeitraum an Werktagen die Zeit von 00:00 bis 08:00 Uhr sowie an Wochenenden und landesweiten Feiertagen sämtliche Stunden.

Diese Struktur bietet einen klaren Anwendungsfall für eine zeitlich geplante Warmwasserbereitung sowie das Vorheizen und Vorkühlen. Stromlieferverträge können zusätzliche Preissignale enthalten. Die Steuerung sollte daher den vollständigen Kundentarif verwenden.

Polen

Seit dem 24. August 2024 müssen polnische Stromlieferanten mit mindestens 200.000 Endkunden berechtigten Verbrauchern dynamische Strompreisverträge anbieten. Ein fernablesbarer Zähler ist eine grundlegende Voraussetzung. Die polnische Regulierungsbehörde betont außerdem, dass Kunden die Preisrisiken verstehen und ihren Verbrauch aktiv steuern müssen.

Eine automatisierte Wärmepumpensteuerung kann den Bedarf an manueller Preisüberwachung reduzieren. Die Wirtschaftlichkeitsberechnung muss dennoch Lieferantengebühren, Vertragsbedingungen und die tatsächliche Möglichkeit zur Verlagerung des winterlichen Heizbedarfs berücksichtigen.

Finnland

Dynamische Stromverträge sind in Finnland bereits etabliert. Ende 2024 machten sie ungefähr 33 % der Stromverträge privater Haushalte aus. Die finnische Energiebehörde weist darauf hin, dass Kunden das Risiko von Preisschwankungen tragen. Dynamische Verträge sind jedoch häufig die kostengünstigste Lösung, wenn Verbrauch in günstigere Stunden verschoben werden kann.

Damit ist Finnland ein besonders geeigneter Anwendungsfall für eine vorausschauende Wärmepumpensteuerung. Effizienz bei kaltem Wetter, Komfortreserven und das Preisrisiko im Winter bleiben wichtige Auslegungsfaktoren.

Umsetzungsprozess

Schritt 1: Referenzzustand erfassen

Mindestens folgende Werte sollten erfasst werden:

• Stromverbrauch der Wärmepumpe.
• Thermische Abgabe, soweit verfügbar.
• Maximale Standortleistung.
• PV-Eigenverbrauch, Netzbezug und Einspeisung.
• Einsatz der Zusatzheizung.
• Raum- und Warmwassertemperaturen.
• Anzahl der Verdichterstarts.
• Kosten des bestehenden Tarifs.

Der Referenzzeitraum sollte repräsentative Wetter- und Belegungsbedingungen umfassen.

Schritt 2: Ziel festlegen

Es sollte ein messbares Ziel gewählt werden, beispielsweise:

• Den abendlichen Leistungsbedarf der Wärmepumpe um 2 kW reduzieren.
• Den gesamten Netzbezug des Standorts unter 15 kW halten.
• 30 % des Stromverbrauchs für die Warmwasserbereitung in PV-Zeiträume verschieben.
• Die jährlichen Kosten für maximale Leistungsinanspruchnahme reduzieren.
• Ein festgelegtes Perzentil dynamischer Preise vermeiden.
• Eine vereinbarte Flexibilitätsreaktion bereitstellen.

Schritt 3: Steuerbare Komponenten erfassen

Jede Wärmepumpe, Heizung, Pumpe, jedes Ventil, jeder Speicher, Zähler und jede Energieanlage muss dokumentiert werden. Dabei sind die jeweilige Kommunikationsschnittstelle und die sicheren Betriebsgrenzen festzuhalten.

Dieser Schritt macht fehlende Sensoren oder inkompatible Steuerungen sichtbar, bevor die Installation beginnt.

Schritt 4: Flexibilität abschätzen

Für jeden vorgesehenen Verschiebungszeitraum müssen der nutzbare Speicherinhalt und der erwartete Bedarf berechnet werden. Die Berechnung sollte für milde, normale und winterliche beziehungsweise sommerliche Auslegungsbedingungen wiederholt werden.

Die Flexibilität sollte in beiden folgenden Größen angegeben werden:

• Leistungsflexibilität in kW.
• Energieflexibilität in kWh über eine angegebene Dauer.

Schritt 5: Betriebsgrenzen konfigurieren

Komfort-, Hygiene-, Sicherheits- und Leistungsgrenzen müssen festgelegt werden. Mindestlauf- und Mindeststillstandszeiten des Verdichters sind zu konfigurieren.

Das System sollte außerdem definieren, wie es sich bei einem Ausfall der Internetverbindung, der Zählerdaten oder der externen Steuerung verhält.

Schritt 6: Alle Betriebsarten testen

Folgende Betriebsarten und Situationen sind zu testen:

• Normalbetrieb.
• Erhöhte Leistungsaufnahme.
• Reduzierte Leistungsaufnahme.
• Erreichen der maximalen Standortleistung.
• PV-Überschussbetrieb.
• Betrieb nach dynamischen Strompreisen.
• Sperrung der Zusatzheizung.
• Kommunikationsausfall.
• Manuelle Übersteuerung.
• Wiederaufnahme des Betriebs nach einem Steuerungsereignis.

Schritt 7: Ersten Betriebszeitraum überwachen

Erwartete und tatsächliche Ergebnisse müssen miteinander verglichen werden. Dabei ist insbesondere auf Taktbetrieb, übermäßig hohe Speichertemperaturen, Komfortabweichungen und Nachholspitzen zu achten.

Die Optimierungseinstellungen sollten anschließend schrittweise angepasst werden.

Schritt 8: Leistung saisonal überprüfen

Eine Heizstrategie für den Winter eignet sich möglicherweise nicht für die PV-Erzeugung im Frühjahr oder den Kühlbetrieb im Sommer. Eine saisonale Überprüfung hält das Steuerungsmodell im Einklang mit den tatsächlichen Betriebsbedingungen.

Durch Lastverschiebung wird eine Wärmepumpe zu einem flexiblen elektrischen Verbraucher. Das System verlagert die Erzeugung von Heizwärme, Kälte oder Warmwasser in einen besser geeigneten Zeitraum und nutzt thermische Speicher, um die Versorgung aufrechtzuerhalten. Eine wirksame Steuerung kombiniert Messdaten, Prognosen, thermische Modelle, Gerätegrenzen und eine standortweite Energiekoordination.

Der wesentliche Nutzen liegt in der Senkung der Betriebskosten, der stärkeren Nutzung von Photovoltaikstrom, der Begrenzung elektrischer Leistungsspitzen und der Unterstützung der Netzflexibilität. Diese Vorteile hängen von einer sachgerechten Planung und Inbetriebnahme ab. Die Steuerung muss die Kosten und Auswirkungen der tatsächlich nutzbaren Wärme optimieren, anstatt lediglich einem einzelnen Preis- oder PV-Signal zu folgen.

Bei iDM-Projekten bieten der Energiemanager NAVIGATOR und die optionale iON-Optimierung einen systemorientierten Weg von der grundlegenden Wärmepumpensteuerung bis zur vorausschauenden Lastverschiebung. Die endgültige Konfiguration muss stets auf das Gebäude, den Tarif, das Wärmepumpenmodell, die lokalen Vorschriften und das erforderliche Komfortniveau abgestimmt werden.

Häufig gestellte Fragen

Reduziert Lastverschiebung den Stromverbrauch der Wärmepumpe?

Nicht zwangsläufig. Ihre Hauptfunktion besteht darin, den Zeitpunkt des Verbrauchs zu verändern. Der Gesamtverbrauch kann sinken, ungefähr gleich bleiben oder steigen. Dies hängt von der Effizienz der Wärmepumpe, den Speichertemperaturen, Wärmeverlusten und dem Einsatz der Zusatzheizung ab.

Unterstützt jede Wärmepumpe Lastverschiebung?

Die meisten Wärmepumpen unterstützen eine grundlegende Zeitplanung. Eine erweiterte Lastverschiebung erfordert geeignete Steuereingänge, Sensoren und Betriebsrückmeldungen. Die genauen Möglichkeiten hängen vom Wärmepumpenmodell, der Regelung und der Softwareversion ab.

Ist ein Pufferspeicher erforderlich?

Nein. Die Gebäudemasse, der Heizkreis und der Trinkwarmwasserspeicher können bereits nutzbare Flexibilität bereitstellen. Ein Pufferspeicher sollte nur installiert werden, wenn er einen begründeten hydraulischen oder speichertechnischen Zweck erfüllt.

Funktioniert Lastverschiebung auch ohne Photovoltaikanlage?

Ja. Eine Wärmepumpe kann auch ohne PV-Anlage auf zeitabhängige Tarife, dynamische Preise, Leistungsgrenzen oder Netzsteuerungsanforderungen reagieren.

Funktioniert Lastverschiebung mit einem festen Stromtarif?

Ja, allerdings kann der direkte Energiekostenvorteil begrenzt sein. Die Lastverschiebung kann dennoch Leistungsspitzen am Standort reduzieren, den Anschluss schützen oder die Wärmepumpe mit einem Elektrofahrzeug und Batteriespeicher koordinieren.

Bemerken die Nutzer eine Temperaturänderung?

Ein korrekt in Betrieb genommenes System sollte innerhalb eines definierten Komfortbereichs bleiben. Die Steuerung kann geringe Temperaturschwankungen nutzen, sollte jedoch keine merkliche Überhitzung oder Auskühlung verursachen.

Wie lange kann die Last einer Wärmepumpe verschoben werden?

Die Dauer kann von wenigen Minuten bis zu mehreren Stunden reichen. Sie hängt vom Wetter, den Wärmeverlusten des Gebäudes, der Speicherkapazität, dem Warmwasserbedarf und dem zulässigen Komfortbereich ab.

Kann Lastverschiebung die Wärmepumpe beschädigen?

Eine normale, kontrollierte Modulation und Zeitplanung sollte eine korrekt ausgelegte Anlage nicht beschädigen. Eine ungeeignete Steuerung kann jedoch den Taktbetrieb erhöhen, den Abtaubetrieb unterbrechen oder die Zusatzheizung aktivieren. Mindestlaufzeiten und Herstellervorgaben müssen daher aktiv bleiben.

Reicht SG Ready für die Optimierung dynamischer Tarife aus?

SG Ready kann allgemeine Betriebszustände übermitteln. Eine dynamische, vorausschauende Optimierung benötigt normalerweise zusätzlich Tarifdaten, Messwerte, Prognosen und eine Steuerung, die das Gesamtsystem bewerten kann.

Können sowohl Luft- als auch Erdwärmepumpen Lasten verschieben?

Ja. Bei Luftwärmepumpen müssen insbesondere Außentemperatur und Abtaubetrieb berücksichtigt werden. Erdwärmepumpen verfügen normalerweise über stabilere Quellentemperaturen. Dennoch müssen auch Grenzen von Bohrungen, Erdkollektoren und Verdichtern beachtet werden.

Kann auch der Kühlbetrieb einer Wärmepumpe zeitlich verschoben werden?

Ja. Gebäude und Kaltwassersysteme können vorgekühlt werden. Die Grenzwerte für Luftfeuchtigkeit, Kondensation und Komfort müssen dabei aktiv bleiben.

Ist ein dynamischer Stromtarif immer günstiger?

Nein. Der Kunde trägt das Risiko von Preisschwankungen und muss möglicherweise zusätzliche Lieferanten- oder Messgebühren zahlen. Ein dynamischer Tarif eignet sich besonders dann, wenn ein ausreichender Anteil des Verbrauchs automatisiert und ohne Effizienzverlust verlagert werden kann.

Sollte die Steuerung immer dem niedrigsten Strompreis folgen?

Nein. Sie sollte den vollständigen Strompreis, den erwarteten COP, den thermischen Bedarf und die Speicherverluste miteinander vergleichen. Der niedrigste Strompreis führt nicht zwangsläufig zu den niedrigsten Wärmekosten.