In immer mehr Häusern sorgen Wärmepumpen für behagliche Wärme sowie Warmwasser. Damit das funktioniert benötigt die Wärmepumpe etwas zusätzliche Energie, die in Form von Elektrizität bereitgestellt wird. Viele Hausbesitzer wollen auch dabei auf erneuerbare Energien zurückgreifen und haben eine Photovoltaikanlage installiert. An dem Punkt, bei dem es darum geht, Wärmepumpen und PV-Anlagen so effizient wie möglich zu nutzen sowie für ein optimales Zusammenspiel von beiden zu sorgen, kommen Energiemanagementsysteme ins Spiel.
Ziel von Energiemanagementsystemen (EMS) ist es den Energieverbrauch eines Gebäudes zu steuern.
EMS bestehen aus Hard- und Software. Sie werden in der Regel in das Gehäuse Ihres Stromzählers integriert. Zu ihnen gehört eine App, die Ihnen eine Übersicht über das Energiemanagement sowie Steuerungsmöglichkeiten bietet. Außerdem ist das System mit dem Anbieter verbunden.
Energiemanagementsysteme haben die Aufgabe, die Energieströme aus unterschiedlichen Quellen zu erfassen und so effizient wie möglich zu verteilen.
Einen Großteil ihrer Wärmeenergie kann die Wärmepumpe aus Umweltwärme bereitstellen. Dazu nutzt sie Wärme aus dem Grundwasser, dem Erdreich oder aus der Umgebungsluft. Diese Wärme geht auf ein Kältemittel über, welches dabei verdampft und zu einem Verdichter oder Kompressor gelangt. Der Kompressor verdichtet das gasförmige Kältemittel. Dabei steigt mit zunehmendem Druck die Temperatur. Sobald die erforderliche Vorlauftemperatur erreicht ist, kommt das erhitzte Kältemittel mit einem Wärmetauscher in Kontakt, wobei die Wärme auf das Heizwasser übergeht. Das hat eine Abkühlung des Kältemittels sowie seine Verflüssigung zur Folge. Nachdem es ein Entspannungsventil passiert hat, kann der Prozess von Neuem starten.
Um das Kältemittel komprimieren zu können, benötigt der Verdichter jedoch Energie. Sie wird aus Strom gewonnen. Der Strom kann aus dem Stromnetz kommen oder auch aus einer PV-Anlage.
PV-Anlagen setzen sich aus Solarzellen zusammen, die im Wesentlichen aus Silizium bestehen. Dieses Element hat 4 bindungsfreudige Valenzelektronen. Allerdings wird das Silizium leicht verunreinigt. Auf einer Seite kann das mit Phosphor geschehen, das 5 Valenzelektronen hat - also eines zu viel. Auf der anderen Seite ist eine Verunreinigung mit Bor möglich, das mit 3 Valenzelektronen eines zu wenig hat. Da das Phosphor ein überzähliges Elektron hat, kann es dieses an das Bor abgeben. Dabei wandert das vervollständigte Bor in eine mittlere Grenzschicht. Die Phosphor-Seite wird zum Pluspol und die Bor-Seite zum Minuspol. Sobald aber Sonnenstrahlen auf die Grenzschicht treffen, lösen sich die zusätzlichen Elektronen vom Bor wieder und werden als negativ geladene Teilchen von der Silizium-Phosphor-Schicht angezogen. Von dort fließen sie über ein leitfähiges Metall als Gleichstrom zu einem Wechselrichter, der ihn zu Wechselstrom umwandelt. Daraufhin kann der Strom entweder sofort genutzt, in ein Speichermedium geleitet oder in das öffentliche Stromnetz abgegeben werden.
In der Kombination EMS, Photovoltaik und Wärmepumpe sind Energiemanagementsysteme so angelegt, dass sie vorrangig Umweltenergie an die Verbraucher weiterleiten. Dabei kann es passieren, dass mehr PV-Strom verfügbar ist, als im Haushalt abgerufen wird. In so einem Fall sorgen die Energiemanagementsysteme dafür, dass die Wärmepumpe keinen Strom aus dem Netz mehr bezieht, sondern den überschüssigen PV-Strom nutzt. Benötigt auch die Wärmepumpe keinen Strom, wird er, falls vorhanden, in einen Stromspeicher zur späteren Nutzung eingespeist.
Wenn Sie ein EMS für Ihre Photovoltaik und Wärmepumpe einbinden wollen, müssen Sie im Falle eines Eigenheims mit Einrichtungskosten von um die 1.000 Euro rechnen. Dazu kann eine monatliche Gebühr für Cloud-Dienste des Anbieters kommen.
Auf der anderen Seite tragen Energiemanagementsysteme erheblich dazu bei, den Verbrauch von Strom aus dem Versorgungsnetz zu vermindern und dadurch die Stromkosten deutlich zu senken. Oft ist eine Steigerung des Eigenverbrauchs von PV-Strom um 10 bis 20 % möglich. Zudem kann die Wärmepumpe weitgehend mit PV-Strom betrieben werden. Auf diese Weise wird auch die Gewinnung von Wärmeenergie günstiger sowie umweltschonender. Ein weiterer Kostenvorteil entsteht dadurch, dass eine Förderung für Energiemanagementsysteme möglich ist. Falls das zutrifft, kann sie entweder beim Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) beantragt oder steuerlich geltend gemacht werden.
Häufig wird die Datensicherheit als eine mögliche Problemquelle bei Energiemanagementsystemen genannt. Daher sollten Sie im Haus alle Sicherheitsvorkehrungen für Geräte einhalten, die Sie im Zusammenhang mit dem Energiemanagementsystem nutzen. Dazu gehören ein adäquater Passwortschutz sowie regelmäßige Updates. Daten jedoch, die zur Auswertung in die Cloud gelangen, müssen durch den Anbieter des Dienstes geschützt werden. Achten Sie daher auf den Standort der Cloud-Server sowie auf die Sicherheitsstandards des Anbieters.
Grundsätzlich können Energiemanagementsysteme, die als Zusatzgerät in den Zählerkasten unterkommen, von Smart Metern unterschieden werden. Bei letzteren handelt es sich um intelligente Systeme, die Stromzähler und Energiemanagement vereinen.
Energiemanagementsysteme können helfen, die Nutzung von PV-Strom zu optimieren und die Wärmepumpe so selten wie möglich auf das Stromnetz zugreifen zu lassen. Den Kosten stehen dabei eine mögliche Förderung der Energiemanagementsysteme sowie ein erhebliches Einsparpotential bei den Stromkosten gegenüber. Außerdem leisten die Energiemanagementsysteme einen Beitrag zur nachhaltigen Nutzung von Energie.
