Warum Hybridlösungen aus Photovoltaik und Wärmespeichern immer attraktiver werden
Die Kombination von Solarenergie mit modernen Wärmespeichern entwickelt sich in Deutschland zu einer der interessantesten Strategien, um Energiekosten dauerhaft zu senken. Während viele Hausbesitzer bereits eine Photovoltaikanlage (PV) oder eine Wärmepumpe installiert haben, schöpfen erst integrierte Hybridlösungen das volle Einsparpotenzial aus – insbesondere in Verbindung mit intelligenten Steuerungen, dynamischen Stromtarifen und den aktuellen gesetzlichen Rahmenbedingungen wie dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG 2023) und dem Gebäudeenergiegesetz (GEG 2024).
In diesem Beitrag wird beschrieben, wie die Kopplung von Solarstrom, Wärmepumpen, Heizstäben und thermischen Speichern (z. B. Pufferspeicher, Warmwasserspeicher) funktioniert, welche Rolle Förderungen und Strommarktdesign spielen und wie sich durch eine durchdachte Planung die Stromrechnung deutlich reduzieren lässt.
Grundprinzip: Strom in Wärme „umwandeln“ statt einspeisen
Photovoltaikanlagen erzeugen tagsüber häufig mehr Strom, als im Haushalt direkt verbraucht wird. Ohne Speicher wird dieser Überschuss ins öffentliche Netz eingespeist und nach EEG 2023 (vgl. § 48 ff. EEG 2023) mit einer festen, aber im Vergleich zum Haushaltsstrompreis deutlich geringeren Einspeisevergütung vergütet. Typisch ist dabei:
- Einspeisevergütung: ca. 7–13 ct/kWh (je nach Anlagengröße und Inbetriebnahmedatum)
- Bezugspreis aus dem Netz: häufig 28–40 ct/kWh
Ökonomisch sinnvoller als die reine Netzeinspeisung ist daher der Eigenverbrauch von Solarstrom. Neben Batteriespeichern spielen hier Wärmespeicher eine zunehmend wichtige Rolle, denn Wärme lässt sich oft kostengünstiger und mit geringeren Verlusten speichern als elektrische Energie.
Das Grundprinzip der Hybridlösung lautet daher:
- PV-Anlage produziert Überschussstrom.
- Dieser Strom wird priorisiert für Wärmepumpe, Heizstab oder elektrische Durchlauferhitzer verwendet.
- Die erzeugte Wärme wird in einem Pufferspeicher, Warmwasserspeicher oder im Gebäudemassiv (z. B. Fußbodenheizung) zwischengespeichert.
- Dadurch wird in späteren Stunden weniger Netzstrom benötigt – die Stromrechnung sinkt.
Technische Bausteine hybrider Solar-Wärme-Systeme
Moderne Hybridlösungen bestehen meist aus mehreren Komponenten, die über ein Energiemanagementsystem miteinander vernetzt werden. Typische Bausteine sind:
- Photovoltaikanlage
- Erzeugt den Solarstrom auf dem Dach oder an der Fassade.
- Wechselrichter mit dynamischer Leistungssteuerung und Kommunikationsschnittstellen (z. B. Modbus, Ethernet, WLAN) ist zentral für das Zusammenspiel mit der Haustechnik.
- Wärmepumpe
- Nutzt Umweltenergie (Luft, Erdreich, Wasser) zum Heizen und für Warmwasser.
- Arbeitszahl (COP) von 3–5 bedeutet: Aus 1 kWh Strom werden 3–5 kWh Wärme – ideal, um PV-Strom maximal zu „veredeln“.
- Seit Inkrafttreten des novellierten GEG 2024 werden Wärmepumpen als wesentlicher Bestandteil der Wärmewende definiert (§ 71 GEG – Nutzung von mindestens 65 % erneuerbarer Energien bei neuen Heizungen).
- Thermische Speicher
- Pufferspeicher für Heizungswasser (z. B. 300–1000 Liter).
- Trinkwarmwasserspeicher (z. B. 200–500 Liter) oder Frischwassersysteme.
- Schichtenspeicher oder Hochtemperaturspeicher für höhere Effizienz.
- Elektrische Zusatzheizer (Heizstäbe)
- Werden im Speicher eingebaut und direkt mit PV-Überschuss angesteuert.
- Gerade in Bestandsanlagen mit Öl- oder Gaskesseln kann ein Heizstab mit PV-Strom die Laufzeiten des fossilen Kessels deutlich reduzieren.
- Energiemanagementsystem (EMS)
- Koordiniert Haushaltsverbrauch, PV-Erzeugung, Wärmepumpe, Heizstab und ggf. Batteriespeicher.
- Nutzen von Prognosefunktionen (Wetter, PV-Erwartung, Wärmebedarf) zur optimalen Speicherladung.
- Anbindung an Smart Meter Gateway und ggf. dynamische Stromtarife (z. B. gemäß Messstellenbetriebsgesetz, MsbG).
Wirtschaftliche Vorteile: So senkt die Hybridlösung die Stromrechnung
Die Einsparpotenziale ergeben sich aus mehreren Effekten, die sich gegenseitig verstärken:
- Höherer Eigenverbrauchsanteil
- Durch das bewusste Aufheizen des Speichers in Sonnenstunden steigt der Anteil des vor Ort genutzten PV-Stroms oftmals von 25–30 % auf 50–70 % oder mehr.
- Jede kWh, die nicht aus dem Netz bezogen werden muss, spart den vollen Haushaltsstrompreis.
- Vermeidung teurer Lastspitzen
- Wärmepumpe und Heizstab laufen verstärkt zu Zeiten mit hoher PV-Erzeugung.
- Abendliche Spitzen werden abgefedert, da Wärme bereits tagsüber „auf Vorrat“ erzeugt wurde.
- Substitution fossiler Energien
- Bei Öl- oder Gasheizungen reduziert der Einsatz von PV-Strom in der Wärmeerzeugung die Brennstoffkosten.
- Dies unterstützt auch die Ziele des Bundes-Klimaschutzgesetzes (KSG), das sektorale CO₂-Minderungsziele u. a. im Gebäudebereich vorgibt.
- Nutzung von Förderprogrammen
- Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) über das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) und die KfW kann Investitionskosten für Wärmepumpen und Effizienzmaßnahmen deutlich senken.
- Die rechtlichen Grundlagen finden sich in den jeweils geltenden BEG-Richtlinien des BMWK sowie den Förderbedingungen der BAFA/KfW.
Im Ergebnis wird die Stromrechnung nicht nur durch geringeren Netzbezug gesenkt, sondern häufig auch die Heizkostenrechnung durch den verringerten Einsatz fossiler Brennstoffe.
Rechtlicher Rahmen in Deutschland: EEG, GEG, Mess- und Steuervorschriften
Für die Planung und den Betrieb von hybriden Solar-Wärme-Systemen ist der rechtliche Rahmen in Deutschland entscheidend. Wichtige Rechtsquellen sind unter anderem:
- Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG 2023)
- Regelt Einspeisevergütung, Marktprämie und Direktvermarktung für PV-Anlagen (§§ 19–54 EEG 2023).
- Definiert Eigenversorgung und Drittbelieferung, was für Mieterstrom- oder Mehrfamilienhauskonzepte relevant ist (§ 3 Nr. 19 EEG 2023).
- Bei Anlagen bis 30 kWp auf Wohngebäuden ist der Eigenverbrauch in der Regel von der EEG-Umlage befreit (seit 2022 faktisch entfallen, dennoch wichtig für Auslegung älterer Anlagen).
- Gebäudeenergiegesetz (GEG), Fassung ab 2024
- Schreibt in § 71 GEG vor, dass neue Heizungen in Bestandsgebäuden perspektivisch zu mindestens 65 % mit erneuerbaren Energien betrieben werden müssen (mit Übergangs- und Ausnahmeregelungen).
- Wärmepumpen, Solarthermie, Biomasse, Hybridlösungen und der Anschluss an Wärmenetze werden als zulässige Optionen genannt.
- Messstellenbetriebsgesetz (MsbG)
- Bildet die Grundlage für den Rollout intelligenter Messsysteme (Smart Meter).
- Für steuerbare Verbrauchseinrichtungen wie Wärmepumpen gelten besondere Anforderungen an Messung und Steuerung (§ 14a EnWG in Verbindung mit MsbG).
- Energierechtsrahmen für steuerbare Verbrauchseinrichtungen (§ 14a EnWG)
- Erlaubt Netzbetreibern, bestimmte Verbraucher (z. B. Wärmepumpen, Wallboxen) zeitlich zu steuern, um Netzüberlastungen zu vermeiden.
- Im Gegenzug erhalten Verbraucher reduzierte Netzentgelte; Details sind in der Festlegung der Bundesnetzagentur zur Neuregelung des § 14a EnWG beschrieben.
Für Betreiber bedeutet dies: Hybridlösungen aus PV und Wärmespeichern lassen sich rechtssicher betreiben, müssen aber hinsichtlich Messkonzept, Zählerkonfiguration und gegebenenfalls Netzbetreiber-Vorgaben sauber geplant werden.
Planungsschritte für eine wirtschaftliche Hybridlösung
Um die Stromrechnung wirklich deutlich zu senken und gleichzeitig die gesetzlichen Vorgaben einzuhalten, sollten bei der Planung folgende Schritte berücksichtigt werden:
- Last- und Erzeugungsprofil analysieren
- Wie hoch sind jährlicher Strom- und Wärmebedarf (in kWh)?
- Wie verteilen sich Verbrauch und Erzeugung über den Tag und die Jahreszeiten?
- PV-Anlage richtig dimensionieren
- Dachfläche möglichst voll ausnutzen, sofern statisch und genehmigungsrechtlich möglich.
- Mit steigender Anlagengröße sinkt die spezifische Einspeisevergütung, aber der zusätzliche Eigenverbrauch durch Hybridisierung erhöht den Gesamtnutzen.
- Wärmepumpe und Speicher auslegen
- Leistungsgröße der Wärmepumpe an Heizlast und Dämmstandard des Gebäudes anpassen (Voraussetzung: korrekte Heizlastberechnung nach DIN EN 12831).
- Speichervolumen so dimensionieren, dass mehrere Stunden bis Tage Überbrückung möglich sind, ohne zu häufiges Takten.
- Energiemanagement und Regelstrategie definieren
- Priorisierung: Wann hat Eigenverbrauch Vorrang, wann Einspeisung, wann ggf. das Laden eines Batteriespeichers?
- Vorlauftemperaturen anheben, wenn viel PV-Erzeugung erwartet wird, und senken bei wenig Solarstrom – innerhalb der Komfortgrenzen.
- Fördermittel und steuerliche Aspekte prüfen
- BEG-Förderung (BAFA/KfW) für Wärmepumpen, Effizienzmaßnahmen und ggf. Sanierung zum Effizienzhausstandard.
- Umsatzsteuerliche und einkommenssteuerliche Regelungen für PV-Anlagen (vgl. BMF-Schreiben vom 27.02.2023 zur ertragsteuerlichen Behandlung von PV-Anlagen sowie Umsatzsteuerbefreiung nach § 12 Abs. 3 UStG für Klein-PV).
Praktische Beispiele: Typische Anwendungsfälle im deutschen Markt
Abhängig von Gebäudetyp, Heizsystem und Nutzerverhalten sind unterschiedliche Hybridkonfigurationen sinnvoll. Typische Szenarien sind:
- Einfamilienhaus mit Bestands-Gasheizung und neuer PV-Anlage
- Nachrüstung eines elektrischen Heizstabs im bestehenden Pufferspeicher oder Kombination mit Warmwasserspeicher.
- PV-Überschuss deckt einen Teil der Warmwasserbereitung und Übergangszeit-Heizung, Gasverbrauch sinkt.
- Neubau mit Wärmepumpe, Fußbodenheizung und großer PV-Anlage
- Wärmepumpe wird so gesteuert, dass sie bei PV-Überschuss mit leicht erhöhter Vorlauftemperatur den Estrich oder einen großen Pufferspeicher auflädt.
- Sehr hoher Eigenverbrauchsanteil, oft in Kombination mit Batteriespeicher und ggf. Wallbox.
- Mehrfamilienhaus mit zentraler Wärmepumpe und Mieterstromkonzept
- PV-Anlage speist sowohl in die Wärmepumpe als auch in die Wohnungszähler der Mieter (Mieterstrommodell nach EEG, § 21 Abs. 3 und § 21b EEG 2023).
- Thermische Speicher sorgen dafür, dass der PV-Strom verstärkt in die Wärmeversorgung einfließt.
Zukünftige Entwicklungen: Dynamische Tarife und sektorenübergreifende Flexibilität
Mit der zunehmenden Digitalisierung des Energiesystems und dem Rollout intelligenter Messsysteme gewinnen Hybridlösungen weiter an Bedeutung. Zukünftige Entwicklungen in Deutschland umfassen:
- Dynamische Stromtarife
- Preise orientieren sich stündlich an Börsenstrompreisen (Day-Ahead, Intraday).
- Wärmepumpen und PV-optimierte Speicher können Strom nicht nur bei hoher Eigenproduktion, sondern auch bei besonders günstigen Netzpreisen nutzen.
- Virtuelle Kraftwerke und Flexibilitätsmärkte
- Gebäudeseitige Wärmespeicher können perspektivisch als flexible Lasten am Strommarkt teilnehmen.
- Regelungs- und Vergütungsmodelle werden aktuell im Rahmen verschiedener Pilotprojekte und durch Vorgaben der Bundesnetzagentur entwickelt.
- Strengere Effizienzanforderungen und CO₂-Bepreisung
- Die CO₂-Bepreisung fossiler Brennstoffe nach dem Brennstoffemissionshandelsgesetz (BEHG) verteuert langfristig Öl und Gas.
- Damit steigen die Einsparpotenziale von PV-gestützten Wärme-Hybridsystemen weiter an.
Hybridlösungen aus Solarenergie und Wärmespeichern verbinden in idealer Weise die Ziele der deutschen Energie- und Wärmewende mit konkreten wirtschaftlichen Vorteilen für Haushalte: Sie erhöhen den Eigenverbrauchsanteil, reduzieren Strom- und Heizkosten und unterstützen gleichzeitig die Dekarbonisierung des Gebäudesektors – im Einklang mit EEG, GEG und den übrigen energierechtlichen Rahmenbedingungen.