Eine solarunterstützte Wärmepumpe (SAHP) ist jedes System, in dem Solarenergie die Leistung einer Wärmepumpe verbessert – indem sie deren Verdampfer als Wärmequelle speist (PVT oder unverglaste Kollektoren), als paralleler Erzeuger neben ihr arbeitet oder ihren Verdichter mit PV-Strom antreibt. Da die Verdichtereffizienz pro Kelvin wärmerer Quellentemperatur um etwa 2–3 % steigt, schlägt eine solar angehobene Quellentemperatur unmittelbar in eine höhere Jahreseffizienz durch.
Wie funktioniert eine solarunterstützte Wärmepumpe?
Die Effizienz einer Wärmepumpe wird weitgehend vom Temperaturabstand bestimmt, den sie zwischen Quelle und Senke überbrücken muss. Eine solarunterstützte Wärmepumpe setzt auf der Quellenseite dieses Abstands an: Solarkollektoren – meist unverglaste PVT-Hybridkollektoren oder andere WISC-Kollektoren – liefern Flüssigkeit, die wärmer ist, als die Umgebungsluft es wäre, sodass der Verdampfer von einer besseren Temperatur ausgeht und der Verdichter pro Wärmeeinheit weniger leisten muss. Als Faustregel verbessert sich der COP um etwa 2–3 % pro Kelvin wärmerer Quelle; eine Quelle, die 10 K über einem kalten Winterluftstrom liegt, ist also etwa ein Viertel mehr Effizienz wert. Task 44 des IEA Solar Heating & Cooling Programme etablierte die Standardklassifikation dieser Systeme in parallele, serielle und regenerative Konzepte.
Welche Hauptkonfigurationen gibt es bei SAHP?
| Konfiguration | Rolle der Solarenergie | Typische Hardware |
|---|---|---|
| Parallel | Solar erwärmt den Speicher direkt; die Wärmepumpe deckt den Rest | Verglaste Kollektoren + Luft-Wasser-Wärmepumpe |
| Seriell (Solarquelle) | Kollektoren speisen den Verdampfer der Wärmepumpe | Unverglaste PVT- oder WISC-Kollektoren + Sole-Wasser-Wärmepumpe |
| Zweiquellen-System | Gerät schaltet zwischen Luft- und Solarquelle um oder mischt sie | PVT + Luftregister mit Umschaltventilen |
| Regenerativ | Solar lädt eine Erdwärmequelle wieder auf | Kollektoren + Erdsonde/Erdkreis |
| PV-unterstützt | PV-Strom treibt den Verdichter an | PV-Feld + beliebige Wärmepumpe, oft SG Ready |
Parallele Systeme sind die einfachsten und bleiben bei der Warmwasserbereitung verbreitet. Serielle Systeme sind die technisch eigenständige Familie: Mit PVT als alleiniger Quelle entfällt das Außengerät mit Ventilator vollständig – das Feld ist leise, hat keinen Abtauventilator, und die PV-Seite erzeugt gleichzeitig Strom, gekühlt vom Verdampferkreis. Einen vollständigen Überblick über die Architektur gibt Was ist eine solarunterstützte Wärmepumpe?
Warum PVT-Module als Wärmepumpenquelle nutzen?
Drei Gründe. Erstens die Leistung: Die thermische Seite eines PVT-Moduls nutzt Sonnenstrahlung, Wärme der Umgebungsluft und Kondensationsgewinne und hebt die Quellentemperatur im Großteil des Jahres über die der bloßen Außenluft – der Mechanismus ist in Wie speist ein PVT-Modul eine Wärmepumpe? beschrieben. Zweitens der Aufstellort: Ohne Außengerät gibt es keinen Ventilatorlärm und keinen sichtbaren Kasten an der Wand, was in dichter Bebauung echte Planungs- und Nachbarschaftsprobleme löst. Drittens der elektrische Bonus: Die Kühlung durch den Verdampfer hält die PV-Zellen unter ihrer Temperatur im freistehenden Betrieb, und kühlere Zellen wandeln Sonnenlicht besser um. Solimpeks fertigt seit 2008 PV-T-Kollektoren und bietet außerdem eine solarunterstützte MPPT-Wärmepumpe an, die direkt mit PV-Strom läuft.
Welche Leistung ist von einer SAHP zu erwarten?
Das hängt von Konfiguration und Klima ab, weshalb veröffentlichte Feldergebnisse ein breites Band statt einer Zahl abdecken. Feld- und Simulationsstudien aus IEA SHC Task 44 zeigten, dass Systeme mit Solarquelle und parallele Systeme ihre Luft-Referenzfälle in mitteleuropäischen Klimazonen übertreffen, mit dem größten Vorteil dort, wo Winter sonnig und kalt sind. Praktische Planungsfragen entscheiden das Ergebnis: Kollektorfläche pro kW Verdampferbedarf, ob eine Reservequelle für lange dunkle Kälteperioden existiert, und die Regelstrategie, die entscheidet, wann Solarwärme direkt in den Speicher geht und wann über die Wärmepumpe. Ob ein Feld allein ein Haus durch den Winter tragen kann, wird in Können PVT-Module die einzige Wärmequelle einer Wärmepumpe sein? untersucht.
Lohnt sich eine SAHP gegenüber getrennten Solar- und Wärmepumpensystemen?
Wenn die Integration eine echte Einschränkung löst – kein Außengerät erlaubt, begrenzte Dachfläche, die sowohl Strom als auch Wärme braucht, oder ein Erdkreis, der Regeneration braucht –, verdient das kombinierte System seine zusätzliche Planungskomplexität. Wo keine dieser Einschränkungen greift, kann eine gut dimensionierte herkömmliche Wärmepumpe plus getrennte Solaranlage die einfachere Investition sein. Der ehrliche Vergleich einschließlich der Kosten wird in Lohnt sich ein hybrides Solar-Wärmepumpen-System? durchgerechnet.
Häufig gestellte Fragen
Was ist der Unterschied zwischen seriellen und parallelen solarunterstützten Wärmepumpen?
In einem parallelen System erwärmen Solarkollektoren und Wärmepumpe den Speicher jeweils unabhängig. In einem seriellen System speisen die Kollektoren den Verdampfer der Wärmepumpe als Wärmequelle, was die Quellentemperatur und damit den COP anhebt. Serielle Systeme nutzen typischerweise unverglaste PVT- oder WISC-Kollektoren.
Kann eine solarunterstützte Wärmepumpe nachts und im Winter arbeiten?
Ja. Unverglaste Kollektoren nehmen auch ohne Sonne weiter Wärme aus der Umgebungsluft und aus Kondensation auf, sodass der Verdampfer nachts versorgt bleibt. Im Winter ist die Quelle kälter und die Leistung sinkt, weshalb Dimensionierung und – in rauen Klimazonen – eine Backup-Strategie wichtig sind.
Braucht eine Wärmepumpe mit PVT-Quelle ein Außengerät mit Ventilator?
Nein – das ist einer ihrer Hauptvorzüge. Das Kollektorfeld ersetzt das Außengerät mit Lamellenverdampfer und Ventilator, sodass das System im Freien praktisch lautlos ist und keinen Abtauventilator hat. Die Wärmepumpe selbst ist ein im Haus installiertes Sole-Wasser-Gerät.
Ist eine Wärmepumpe, die mit PV-Strom läuft, eine solarunterstützte Wärmepumpe?
Im weiteren Sinne ja – der PV-unterstützte Betrieb ist eine anerkannte SAHP-Kategorie. Er verbessert Betriebskosten und Eigenverbrauch, nicht den thermodynamischen Kreisprozess selbst; mit SG-Ready-Regelung kann die PV-Anlage der Wärmepumpe mitteilen, wann sie laufen soll.