Wärmepumpe mit Solar: So dimensionieren Sie die perfekte Anlage

Die Kombination von Wärmepumpe und Photovoltaikanlage ist die Königsdisziplin der erneuerbaren Haustechnik. Doch nur eine korrekt dimensionierte Anlage entfaltet ihr volles Potenzial. In diesem technischen Leitfaden erfahren Sie Schritt für Schritt, wie Sie die perfekte Anlagengrösse berechnen – mit konkreten Beispielen für Häuser mit 150, 200 und 250 Quadratmetern Wohnfläche.

Schritt 1: Heizwärmebedarf ermitteln

Die Basis jeder Dimensionierung ist der jährliche Heizwärmebedarf Ihres Gebäudes. Dieser wird in Kilowattstunden pro Quadratmeter und Jahr (kWh/m²/a) angegeben und hängt massgeblich vom energetischen Zustand des Gebäudes ab.

Die Referenzwerte für die Schweiz lauten: Neubau nach Minergie (25–45 kWh/m²/a), gut sanierter Altbau (60–80 kWh/m²/a), teilsanierter Altbau (100–140 kWh/m²/a) und unsanierter Altbau (150–220 kWh/m²/a). Der GEAK (Gebäudeenergieausweis der Kantone) liefert den genauesten Wert für Ihr spezifisches Gebäude.

Die Berechnung des jährlichen Heizwärmebedarfs erfolgt einfach: Wohnfläche (m²) multipliziert mit dem spezifischen Heizwärmebedarf (kWh/m²/a). Für ein 180 m² Haus mit gutem Sanierungsstand (70 kWh/m²/a) ergibt das 180 × 70 = 12'600 kWh/Jahr.

Schritt 2: Warmwasserbedarf addieren

Zum Heizwärmebedarf kommt der Energiebedarf für die Warmwasseraufbereitung. Als Richtwert gelten 1'000 bis 1'500 kWh pro Person und Jahr. Für einen 4-Personen-Haushalt rechnen wir mit ca. 4'500 kWh/Jahr. Der Gesamtwärmebedarf für unser Beispielhaus beträgt damit 12'600 + 4'500 = 17'100 kWh/Jahr.

Schritt 3: Strombedarf der Wärmepumpe berechnen

Der Strombedarf der Wärmepumpe ergibt sich aus dem Gesamtwärmebedarf geteilt durch die Jahresarbeitszahl (JAZ). Die JAZ hängt vom Wärmepumpen-Typ und der Vorlauftemperatur ab. Für eine Luft-Wasser-Wärmepumpe mit Fussbodenheizung (35°C Vorlauf) rechnen wir mit einer JAZ von 3.5. Bei einer Sole-Wasser-Wärmepumpe mit Fussbodenheizung ergibt sich eine JAZ von 4.5.

Für unser 180 m² Haus: Mit Luft-Wasser-WP: 17'100 / 3.5 = 4'886 kWh Strom pro Jahr. Mit Sole-Wasser-WP: 17'100 / 4.5 = 3'800 kWh Strom pro Jahr.

Schritt 4: PV-Anlage dimensionieren

Die Faustregel für die PV-Dimensionierung bei Wärmepumpen lautet: Die PV-Anlage sollte das 1,5-fache des jährlichen WP-Strombedarfs produzieren können. Der Faktor 1,5 berücksichtigt die saisonale Diskrepanz: Die Wärmepumpe braucht im Winter am meisten Strom, die PV-Anlage produziert im Sommer am meisten.

In der Schweiz produziert ein kWp installierte PV-Leistung je nach Ausrichtung und Neigung zwischen 850 und 1'050 kWh pro Jahr (Mittelland: ca. 950 kWh/kWp). Damit ergibt sich die benötigte PV-Leistung: Für Luft-Wasser-WP: 4'886 × 1.5 / 950 = 7.7 kWp, aufgerundet auf 8–9 kWp. Für Sole-Wasser-WP: 3'800 × 1.5 / 950 = 6.0 kWp, aufgerundet auf 7–8 kWp.

Schritt 5: SG-Ready – Die intelligente Kopplung

SG-Ready (Smart Grid Ready) ist eine standardisierte Schnittstelle, die eine intelligente Kommunikation zwischen Wärmepumpe und PV-Anlage ermöglicht. Sie definiert vier Betriebszustände: Betriebszustand 1 bedeutet Sperrung – die Wärmepumpe wird temporär abgeschaltet, z.B. bei Netzüberlastung. Betriebszustand 2 ist der Normalbetrieb nach den eingestellten Heizprogrammen. Betriebszustand 3 ist der empfohlene Betrieb – bei PV-Überschuss läuft die Wärmepumpe bevorzugt und erhöht die Speichertemperatur um 2–5°C. Betriebszustand 4 ist der Zwangsbetrieb – bei grossem PV-Überschuss läuft die Wärmepumpe auf Volllast und lädt den Speicher maximal auf.

Durch SG-Ready kann der Eigenverbrauchsanteil des PV-Stroms um 15–25 Prozentpunkte gesteigert werden. Der Pufferspeicher der Wärmepumpe wird dabei als thermischer Energiespeicher genutzt – ein kostenloser Speicher, den jede Wärmepumpenanlage ohnehin besitzt.

Berechnungsbeispiele für verschiedene Hausgrössen

Beispiel 1: Neubau 150 m²

Ein Neubau nach aktuellem Standard mit 150 m² Wohnfläche und 4 Personen: Heizwärmebedarf 150 × 45 = 6'750 kWh/Jahr, Warmwasser 4'500 kWh/Jahr, Gesamtwärmebedarf 11'250 kWh/Jahr. Mit einer Luft-Wasser-WP (JAZ 3.8): Strombedarf 2'961 kWh. Empfohlene PV-Grösse: 4'441 / 950 = 4.7 kWp, aufgerundet 6 kWp (inkl. Haushaltsstrom). Geschätzte Kosten: WP CHF 20'000 + PV CHF 12'000 = CHF 32'000 total.

Beispiel 2: Saniertes EFH 200 m²

Ein gut saniertes Einfamilienhaus mit 200 m² und 4 Personen: Heizwärmebedarf 200 × 70 = 14'000 kWh/Jahr, Warmwasser 4'500 kWh/Jahr, Gesamtwärmebedarf 18'500 kWh/Jahr. Mit einer Sole-Wasser-WP (JAZ 4.5): Strombedarf 4'111 kWh. Empfohlene PV-Grösse: 6'167 / 950 = 6.5 kWp, aufgerundet 8–10 kWp (inkl. Haushaltsstrom und Reserve). Geschätzte Kosten: WP CHF 38'000 + PV CHF 16'000 = CHF 54'000 total.

Beispiel 3: Teilsanierter Altbau 250 m²

Ein teilsanierter Altbau mit 250 m² und 5 Personen: Heizwärmebedarf 250 × 120 = 30'000 kWh/Jahr, Warmwasser 5'500 kWh/Jahr, Gesamtwärmebedarf 35'500 kWh/Jahr. Mit einer Luft-Wasser-WP (JAZ 3.2, da höhere Vorlauftemperatur): Strombedarf 11'094 kWh. Empfohlene PV-Grösse: 16'641 / 950 = 17.5 kWp, realistisch 12–15 kWp (Dachfläche ist limitierend). Hier empfiehlt sich zusätzlich ein Batteriespeicher und vor allem eine weitere Verbesserung der Gebäudedämmung.

Die Rolle des Batteriespeichers

Ein Batteriespeicher kann die Eigenverbrauchsquote weiter steigern, ist aber nicht in jedem Fall wirtschaftlich sinnvoll. Ohne Batterie erreichen Sie mit WP + PV + SG-Ready typischerweise 40–55% Eigenverbrauch. Mit einer Batterie von 5–10 kWh steigt dieser Wert auf 60–80%.

Die Wirtschaftlichkeit hängt vom Delta zwischen Einspeisetarif und Bezugstarif ab. Bei einem Bezugstarif einem marktüblichen Rückspeisetarif (Tagesaktuelle Tarife siehe EVU) und einem Einspeisetarif einem marktüblichen Rückspeisetarif (Tagesaktuelle Tarife siehe EVU) lohnt sich ein Batteriespeicher in der Schweiz aktuell ab etwa 8–10 Jahren Nutzungsdauer. Da Batterien mittlerweile 15+ Jahre halten, ist die Investition in den meisten Fällen rentabel.

Saisonale Herausforderung und Lösungen

Die grösste Herausforderung bei der Kombination WP + PV ist die saisonale Diskrepanz: Im Winter braucht die Wärmepumpe am meisten Strom, aber die PV-Anlage produziert am wenigsten. Im Dezember und Januar liefert eine typische Schweizer PV-Anlage nur 20–30% ihres Jahreshöchstwertes.

Lösungsansätze umfassen die Überdimensionierung der PV-Anlage (Faktor 1.5x statt 1.0x), eine Ost-West-Ausrichtung der PV-Module für breitere Tagesabdeckung, Fassaden-PV an Südwänden mit deutlich besserer Winterproduktion, den thermischen Speicher (Pufferspeicher) für tageszeitliche Verschiebung, den Batteriespeicher für mehrstündige Verschiebung sowie die Nutzung des Niedertarifs (NT) für den verbleibenden Netzbezug im Winter.

Simulation und Planungssoftware für die Anlagenauslegung

Für die präzise Dimensionierung eines kombinierten Wärmepumpe-Solar-Systems stehen in der Schweiz verschiedene Planungstools zur Verfügung. Die Software Polysun, entwickelt von der SPF Hochschule Rapperswil, gilt als Branchenstandard und simuliert das Zusammenspiel von Wärmepumpe, PV-Anlage, Batteriespeicher und Warmwassersystem über ein ganzes Jahr in Stündlicher Auflösung. Die Simulationsergebnisse berücksichtigen lokale Klimadaten von MeteoSchweiz, Dachneigung, Ausrichtung und Verschattung. Für die überschlägige Planung bietet sich der kostenlose Solarrechner von EnergieSchweiz an, der Empfehlungen zur PV-Anlagengrösse in Abhängigkeit vom Wärmepumpentyp und dem Gebäudestandard gibt. Eine professionelle Simulation kostet beim Fachplaner CHF 1’500 bis CHF 3’000, liefert aber belastbare Ergebnisse für die Investitionsentscheidung und ist Voraussetzung für die Förderung in mehreren Kantonen.

Praxisbeispiel: Dimensionierung für ein Einfamilienhaus im Kanton Bern

Ein konkretes Beispiel illustriert die Dimensionierung: Ein Einfamilienhaus Baujahr 1995 im Kanton Bern mit 160 Quadratmetern Wohnfläche, nach einer Teildämmung auf Energiebedarf 80 kWh pro Quadratmeter und Jahr. Der Heizwärmebedarf beträgt 12’800 kWh, der Warmwasserbedarf 3’500 kWh. Eine Luft-Wasser-Wärmepumpe mit 8 kW Heizleistung und einer Jahresarbeitszahl von 3,3 benötigt rund 4’940 kWh Strom pro Jahr. Mit dem allgemeinen Haushaltsstrom von 4’500 kWh ergibt sich ein Gesamtbedarf von 9’440 kWh. Eine PV-Anlage mit 12 kWp auf dem Südwestdach produziert am Standort Bern rund 12’600 kWh pro Jahr. Mit einem 10-kWh-Batteriespeicher erreicht das System einen Eigenverbrauchsanteil von 55 bis 65 Prozent und einen Autarkiegrad von 65 bis 75 Prozent. Die Gesamtinvestition liegt bei CHF 55’000 bis CHF 68’000, abzüglich Förderung von CHF 8’000 bis CHF 14’000 durch den Kanton Bern und Pronovo-Einmalvergütung.