Wärmepumpe mit PV im Jahreslauf: Was kommt im Winter rum?

Eine Photovoltaikanlage kann den Strombedarf einer Wärmepumpe im Winter nur zu einem Bruchteil decken. An trüben Frosttagen im Dezember und Januar liefert eine typische Aufdachanlage oft lediglich fünf bis zehn Prozent der elektrischen Energie, die eine Luft-Wasser-Wärmepumpe zum Heizen benötigt. Wer beide Systeme kombiniert, spart übers Gesamtjahr zwar spürbar Energiekosten ein, bleibt in der Hauptheizperiode jedoch unvermeidbar auf Netzstrom angewiesen.

Die Illusion vom Ganzjahres-Solarheizen: Das physikalische Grundproblem

Das Versprechen vom „kostenlosen Heizen mit der Kraft der Sonne“ gehört zu den hartnäckigsten Marketingmythen der Energiewende. Auf dem Papier klingt die Gleichung bestechend logisch: Die Wärmepumpe benötigt Strom, um Umweltwärme auf ein nutzbares Temperaturniveau zu heben, und die Solaranlage auf dem Dach erzeugt genau diesen Strom vor Ort. Was Verkaufsbroschüren dabei oft unterschlagen, ist die fundamentale physikalische Phasenverschiebung zwischen Energieangebot und Wärmebedarf.

Photovoltaik und Gebäudeheizung verhalten sich im mitteleuropäischen Jahresverlauf wie zwei spiegelbildliche Sinuskurven. Wenn eine Luft-Wasser-Wärmepumpe aufgrund zweistelliger Minusgrade ihre höchste thermische Leistung abrufen muss und die Arbeitszahl witterungsbedingt absinkt, befindet sich die Sonne auf ihrem tiefsten Stand. Kürzere Tage, flache Einstrahlungswinkel sowie geschlossene Nebel- und Wolkenschichten reduzieren die solare Ausbeute drastisch. Umgekehrt explodieren die Solarerträge im Juni und Juli auf 1.300 bis 1.450 Kilowattstunden pro Monat (bei einer 10-kWp-Anlage) – zu einem Zeitpunkt, an dem die Heizkreise des Hauses seit Wochen abgeschaltet sind.

Monatsbilanz im Detail: Ertragskurve gegen Heizlastkurve

Um die Dimension dieser Erzeugungslücke zu erfassen, hilft der Blick auf die monatlichen Energiemengen eines typischen Einfamilienhauses im Bestand (140 bis 160 Quadratmeter Wohnfläche, teilsaniert, rund 18.000 kWh thermischer Jahresbedarf). Ausgerüstet mit einer Luft-Wasser-Wärmepumpe (Jahresarbeitszahl 3,2) benötigt ein solches Gebäude etwa 5.600 kWh Strom für Heizung und Warmwasser pro Jahr. Dem gegenüber steht eine Standard-PV-Anlage mit 10 kWp Nennleistung, die rund 10.000 kWh Jahresertrag liefert.

Auf das Jahr gerechnet übersteigt die Stromerzeugung der Photovoltaik den Gesamtbedarf der Heizung bei weitem. Doch die Monatsbilanz dekonstruiert diesen rechnerischen Überschuss gnadenlos:

• November bis Februar (Kernheizzeit): In diesen vier Monaten fallen rund 58 Prozent des gesamten Jahresheizwärmebedarfs an. Die Wärmepumpe verschlingt in dieser Spanne etwa 3.200 bis 3.800 kWh Strom. Die 10-kWp-Solaranlage erzeugt im gleichen Zeitraum unter realen deutschen Wetterbedingungen jedoch kaum mehr als 1.000 bis 1.100 kWh Strom – also gerade einmal 10 bis 11 Prozent ihres Jahresertrags.
• Dezember und Januar (Extremwert): Ein einzelner Januartag liefert auf vielen Dächern zwischen 2 und 8 kWh Strom. Die Wärmepumpe benötigt an kalten Tagen jedoch 25 bis 45 kWh. Zieht man davon ab, dass der normale Haushaltsstrombedarf (Licht, Küchengeräte, Elektronik) Vorrang vor dem Heizsystem hat, bleibt für die Wärmepumpe an vielen Tagen fast kein Solarstrom übrig.
• Mai bis August (Sommerüberhang): Die Solaranlage speist Monat für Monat über 1.200 bis 1.400 kWh ins Hausnetz ein. Die Wärmepumpe arbeitet jedoch nur sporadisch zur Trinkwassererwärmung und nimmt monatlich lediglich 100 bis 140 kWh ab. Mehr als 90 Prozent des Solarstroms müssen eingespeist oder abgeregelt werden.

Wie viel Prozent des Heizstroms liefert die PV wirklich? Reale Messwerte

Langzeit-Feldtests unabhängiger Institute – darunter die mehrjährigen Wärmepumpen-Messkampagnen des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) sowie Erhebungen der Hochschule für Technik und Wirtschaft (HTW) Berlin – belegen dieses saisonale Missverhältnis eindrücklich. Bei der Bewertung müssen zwei Begriffe sauber unterschieden werden: die solare Deckung des Wärmepumpenstroms (wie viel Prozent des Heizstroms aus der PV stammen) und der PV-Eigenverbrauchsanteil (wie viel Prozent des Solarstroms im Haus verbleiben).

Hinsichtlich des solaren Deckungsgrads am Wärmepumpenstrom zeigen Feldmessungen nüchterne Realitäten. In einem un- oder teilsanierten Altbau mit höherem Temperaturniveau liegt der Jahresdeckungsgrad im Schnitt bei 18 bis 25 Prozent. Selbst mit einem Batteriespeicher klettert dieser Wert selten über 30 bis 32 Prozent. Im hochgedämmten Neubau (KfW 40 oder Effizienzhaus 55 mit Fußbodenheizung) liegt der Strombedarf der Wärmepumpe mit rund 2.000 kWh deutlich niedriger. Hier werden im Jahresmittel solare Deckungsgrade von 35 bis 45 Prozent erreicht – unter optimalen Bedingungen und mit Speicher bis zu 50 Prozent.

Entscheidend für die Praxis ist die Einsicht: Auch im bestgedämmten Neubau sinkt die Deckung im Dezember und Januar auf 8 bis 14 Prozent ab. Der Grund liegt schlicht darin, dass diffuse Strahlung an nebelverhangenen Wintertagen die Nennleistung einer PV-Anlage auf ein Minimum von 2 bis 5 Prozent der Peakleistung zusammenschmelzen lässt.

Brauchwasser vs. Raumwärme: Wo die PV-Kombination tatsächlich glänzt

Trotz der winterlichen Ernüchterung wäre es falsch, die Verbindung von Wärmepumpe und Photovoltaik als ineffektiv abzutun. Ihr wahrer Hebel liegt nicht in der Raumheizung bei Minusgraden, sondern in der Warmwasserbereitung über das Sommerhalbjahr sowie in den Übergangsmonaten März, April und Oktober.

Für die Bereitung von Warmwasser benötigt ein Vier-Personen-Haushalt das ganze Jahr über eine relativ konstante thermische Energie von etwa 8 bis 12 kWh pro Tag. Im Sommerhalbjahr glänzt die Wärmepumpe dabei mit hohen Quelltemperaturen der Außenluft und exzellenten Leistungszahlen (COP-Werte über 3,5 bis 4,0). In dieser Phase von Mitte April bis Ende September deckt der Solarstrom die Trinkwassererwärmung nahezu vollständig ab. Die Wärmepumpe läuft mittags gezielt als solarer Verbraucher. Moderne Steuerungen heben die Warmwassersolltemperatur in den Mittagsstunden leicht an (beispielsweise von 50 auf 55 °C), um thermische Energie im Warmwasserspeicher für die Abendstunden einzulagern.

In den Übergangsmonaten April und Oktober lässt sich zudem ein beträchtlicher Teil der Niedertemperatur-Raumwärme solar puffern. An sonnigen Vorfrühlingstagen erzeugt eine 10-kWp-Anlage bereits 25 bis 40 kWh Strom, während der Heizwärmebedarf aufgrund moderater Außentemperaturen überschaubar bleibt. In diesem Zeitfenster erreichen Gesamtsysteme solare Deckungsraten von 40 bis 60 Prozent.

Die Grenzen des Stromspeichers im Winter

Viele Eigenheimbesitzer hoffen, die Winterlücke durch den Zukauf eines Heimspeichers mit 10 bis 15 kWh Kapazität zu schließen. In der Praxis erweist sich diese Erwartung jedoch weitgehend als Trugschluss. Ein Heimspeicher kann nur jene Energie für die Nacht retten, die tagsüber als Überschuss ins System geflossen ist.

In den Monaten Dezember und Januar reicht der Tagesertrag oft nicht einmal aus, um den laufenden Haushalts-Grundbedarf und den simultanen Wärmepumpenbetrieb bei Tageslicht abzudecken. Wo kein Überschuss entsteht, bleibt die Batterie leer. Reale Messungen der HTW Berlin im Rahmen der jährlichen Stromspeicher-Inspektionen verdeutlichen zudem einen oft ignorierten Nebeneffekt: Batteriespeicher weisen permanente Standby- und Umwandlungsverluste auf. Verbraucht das Speichersystem dauerhaft 20 bis 40 Watt für Steuerelektronik und Wechselrichter, summiert sich das im Monat auf 15 bis 30 kWh – Energie, die an finsteren Wintertagen einen spürbaren Teil des spärlichen PV-Ertrags aufzehrt.

Sinnvoller als gigantische Batteriekapazitäten ist die maximale Belegung der verfügbaren Dachflächen. Jedes zusätzliche Kilowatt Peak auf Nord-, Ost- oder Westseiten vergrößert die Ernte bei diffusem Schwachlicht. Aus messtechnischer Sicht gilt im Winter: Modulfläche schlägt Speicherkapazität um Längen.

Wirtschaftliche Realität: Netzbezug einkalkulieren

Aus wirtschaftlicher Sicht bleibt festzuhalten: Die Kombination aus Photovoltaik und Wärmepumpe ist hochattraktiv, aber sie ersetzt das öffentliche Stromnetz im Winter nicht. Von den rund 4.000 bis 6.000 kWh Strom, die eine Wärmepumpe im Bestand jährlich benötigt, müssen rund 3.500 bis 4.500 kWh über das Netz zugekauft werden – das Gros davon konzentriert auf die Monate November bis Februar.

Wer seine Wirtschaftlichkeit seriös kalkulieren möchte, sollte nicht mit Traumwerten von 70 oder 80 Prozent Autarkie für die Wärmepumpe rechnen, sondern über das Gesamtsystem mit realistischen 25 bis 35 Prozent solarer Eigendeckung kalkulieren. Um die Reststromkosten im Winter zu optimieren, bieten sich steuerbare Verbrauchseinrichtungen nach § 14a EnWG mit reduzierten Netzentgelten oder dynamische Stromtarife an, die an windreichen Wintertagen günstige Börsenstrompreise nutzen. Die Photovoltaikanlage bleibt ein wertvoller Kostendämpfer, das Stromnetz aber bleibt die eigentliche Lebensversicherung für einen warmen Winter.