SG Ready-Wärmepumpe: So funktioniert die Smart-Grid-Ready-Schnittstelle

Um Wärmepumpen im Smart Grid netzdienlich betreiben zu können und im Zusammenspiel der Komponenten PV-Anlage und Wärmepumpe eine möglichst hohe Effizienz zu erreichen, ist eine Schnittstelle erforderlich, mit der die einzelnen Komponenten barrierefrei miteinander kommunizieren können.

Die allermeisten Unternehmen haben sich dazu auf einen gemeinsamen technischen Kommunikations-Standard für netzdienliche Wärmepumpen verständigt und dazu ein in Deutschland, Österreich und der Schweiz gültiges Siegel eingeführt: Das "Smart-Grid-Ready-Siegel" bzw. "SG Ready Smart Heat Pumps".

Das SG Ready-Label hilft, Wärmepumpen zu identifizieren, die über eine definierte Schnittstelle zwecks Lastmanagement zur Netzdienlichkeit angesprochen werden können. Diese Schnittstelle kann beispielsweise von Netzbetreibern zur Steuerung der Wärmepumpe verwendet werden.

Ebenso kann die Schnittstelle beispielsweise für die Steuerung zum Ziel eines möglichst hohen Eigenverbrauchs in Kombination mit einer Photovoltaikanlage verwendet werden.

Das "SG Ready"-Label bezieht sich auf die Baureihe der Wärmepumpe inklusive der zu deren Steuerung eingesetzten Regelungstechnik, sowie Schnittstellen-kompatible Systemkomponenten. Zur erfolgreichen Beantragung des Labels müssen Baureihe und Regelungstechnik sowie Schnittstellen-kompatible Systemkomponenten die in den Regularien dargelegten Voraussetzungen erfüllen.

Das Label wird für Deutschland, Österreich und die Schweiz vergeben und besitzt darüber hinaus keine Gültigkeit.

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Wärmepumpen, die Smart-Grid-Ready sind, müssen über einen Regler verfügen, der vier Betriebszustände abdeckt:

Betriebszustand 1 (1 Schaltzustand, bei Klemmenlösung: 1:0): Dieser Betriebszustand ist abwärtskompatibel zur häufig zu festen Uhrzeiten geschalteten EVU-Sperre und umfasst maximal 2 Stunden "harte" Sperrzeit.

Betriebszustand 2 (1 Schaltzustand, bei Klemmenlösungen: 0:0): In dieser Schaltung läuft die Wärmepumpe im energieeffizienten Normalbetrieb mit anteiliger Wärmespeicher-Füllung für die maximal zweistündige EVU-Sperre.

Betriebszustand 3 (1 Schaltzustand, bei Klemmenlösung 0:1): In diesem Betriebszustand läuft die Wärmepumpe innerhalb des Reglers im verstärkten Betrieb für Raumheizung und Warmwasserbereitung. Es handelt sich dabei nicht um einen definitiven Anlaufbefehl, sondern um eine Einschaltempfehlung entsprechend der heutigen Anhebung.

Betriebszustand 4 (1 Schaltzustand, bei Klemmenlösung 1:1): Hierbei handelt es sich um einen definitiven Anlaufbefehl, insofern dieser im Rahmen der Regeleinstellungen möglich ist. Für diesen Betriebszustand müssen für verschiedene Tarif- und Nutzungsmodelle verschiedene Regelungsmodelle am Regler einstellbar sein:

• Variante 1: Die Wärmepumpe (Verdichter) wird aktiv eingeschaltet.
• Variante 2: Die Wärmepumpe (Verdichter und elektrische Zusatzheizungen) wird aktiv eingeschaltet, optional: höhere Temperatur in den Wärmespeichern

Optional kann die Raumtemperatur als Führungsgröße für die Regelung der Systemtemperaturen (Vor- bzw. Rücklauftemperatur) herangezogen werden. Eine Sperrung der Wärmepumpe durch einen Raumthermostaten in Abhängigkeit von der Raumtemperatur ist nicht ausreichend.

Ein Hersteller kann für alle Systemkomponenten das SG Ready-Label beantragen, die folgende Voraussetzungen erfüllen:

• Sie müssen über eine Logik zur Ansteuerung von Wärmepumpen verfügen, die zwei oder mehrere der oben genannten Betriebszustände für Wärmepumpen nutzt.
• Es müssen Unterlagen für die Modelle bzw. Baureihen vorhanden sein, die beschreiben, wie die Systemkomponenten einzustellen sind, um SG Ready fähige Wärmepumpen anzusteuern. Diese sind den Antragsunterlagen mit beizufügen.

Die Regelfunktionen sind so einstellbar, dass sie die folgenden Mindestanforderungen erfüllen:

1. Sobald das Signal für die Sperre der Wärmepumpe (Betriebszustand 1) über den digitalen Eingang gesetzt wird, bleibt das Signal für mindestens 10 Minuten aktiv. Nach dem Abfall des Signals darf dieses frühestens nach 10 Minuten wieder aktiviert werden.
2. Eine vollständige Sperre der Wärmepumpe (Betriebszustand 1) darf maximal 2 Stunden anliegen.
3. Eine vollständige Sperre der Wärmepumpe (Betriebszustand 1) darf maximal 3 Mal pro Tag geschaltet werden.
4. Sobald das Signal für Anlaufempfehlung / Anlaufbefehl der Wärmepumpe (Betriebszustand 3/4) über den digitalen Eingang gesetzt wird, bleibt das Signal für mindestens 10 Minuten aktiv. Nach dem Abfall des Signals darf dieses frühestens nach 10 Minuten wieder aktiviert werden.

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Ursprünglich wurde diese Kommunikations-Schnittstelle für Wärmepumpen dazu entwickelt, um eine Möglichkeit zu schaffen, Wärmepumpen von außen zu steuern. Das könnte zum Beispiel durch einen Zusammenschluss von virtuellen Kraftwerken erfolgen, wobei die Wärmepumpen gekoppelt als "Stromsenke" zum lokalen Lastausgleich beitragen. Auch aus diesem Grund wurden Wärmepumpen mit dieser Schnittstelle als förderfähig eingestuft.

Heute kommt der Schnittstelle eine immer stärkere Bedeutung zur Kommunikation mit dem Smart Home zu. Hat z. B. ein Hausbesitzer das Ziel, möglichst viel selbst produzierten Solarstrom im eigenen Haushalt zu verbrauchen, kann die Wärmepumpe über die SG-Ready-Schnittstelle mit dem Wechselrichter, dem Batteriespeicher und dem Elektroauto im Haus kommunizieren.

Der Wechsel von der Netzeinspeisung hin zum Eigenverbrauch ist daher technisch einfach zu realisieren. In der Regel kann der Wechselrichter über den PV-Kontakt die Wärmepumpe ansteuern.

Wärmepumpen, die das SG-Ready-Label tragen, werden bereits ab Werk mit einem potentialfreien Schalteingang und einer intelligenten Regelungstechnik ausgestattet. Über diese Schnittstelle kann die Wärmepumpe mit dem Wechselrichter des Batteriespeichers Informationen austauschen.

Demnach ist es den Herstellern von Batteriespeichern und Wärmepumpen überlassen, den Datenaustausch zwischen einzelnen Systemen zu ermöglichen. In diesem Fall kann die gesamte Heiztechnik smart über ein zentrales Energiemanagementsystem gesteuert werden. Dieses sorgt im Haushalt dafür, bevorzugt Strom aus der eigenen Photovoltaik-Anlage zu verbrauchen bzw. Energieüberschüsse zu speichern.

Die Wärmepumpe wird dann durch den Wechselrichter der PV-Anlage angesteuert. An einem sonnigen Tag im Winter wird dann der Zähler für Fremdstrom abgeschaltet und das Haus mit eigenem Solarstrom versorgt. Misst der Wechselrichter, dass ausreichend Energie für die Wärmepumpe vorhanden ist, erhält die Wärmepumpen-Regelung über die SG Ready-Schnittstelle das Signal und beginnt mit maximaler Leistung zu heizen und führt die Warmwasserbereitung bis zur maximalen Vorlauftemperatur durch.

Wäre die Wärmepumpe nicht SG Ready würde sie das Warmwasser immer auf die gleiche eingestellte Temperatur erwärmen. Fällt die Temperatur unter den eingestellten Wert, setzt die Wärmepumpe ein und erwärmt das Wasser. Passiert dies genau um 17.00 Uhr, wenn die Sonne weg ist, so muss das Nachwärmen mit Fremdstrom eingekauft werden. Wird aber das Wasser dank des Wechselrichters bis 17.00 Uhr bis zur maximalen Vorlauftemperatur erhitzt, so kann man auch über Nacht noch vom Eigenstrom profitieren.

Geht man von einem durchschnittlichen Strompreis für Haushaltskunden von 32 Cent pro Kilowattstunde aus und stellt diesem einen Strompreis von rund 10 Cent für den selbst erzeugten Solarstrom gegenüber, ergibt sich bei der Wärmeerzeugung mit einer Wärmepumpe eine Einsparung von ca. 22 Cent pro Kilowattstunde. Um diesen Effekt rund um die Uhr nutzen zu können und eine hohe solare Deckung für die Wärmepumpe zu erreichen, kann eine Solarbatterie die Kombination aus PV-Anlage und Wärmepumpe ergänzen.

Überschüssiger Strom aus der PV-Anlage wird im Batteriespeicher zwischengespeichert, bis er benötigt wird – beispielsweise am Abend, wenn der Energieverbrauch im Haushalt steigt. Mit diesem "Puffer" für selbst erzeugten Strom im eigenen Haus erhöht sich der Eigenverbrauchsanteil, auch wenn die Sonne gerade nicht scheint.

Erfahrungswerte zeigen, dass eine Photovoltaikanlage bis zu 35 Prozent des eigenen Strombedarfs deckt, während ein Stromspeicher die Eigenverbrauchsquote auf bis zu 70 Prozent erhöht. Je nach Auslegung und Konfiguration des Systems kann die Autarkie auch noch höher ausfallen.

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Seit dem 1. Januar 2023 ist eine Wärmepumpenförderung daran gebunden, ob sie netzdienlich aktiviert und betrieben werden können. Ob dies der Fall ist, lässt sich vermutlich am einfachsten über den SG Ready-Standard feststellen.

Wärmepumpen, die eine BAFA-Förderung bekommen sollen, müssen daher ab dem 1. Januar 2025 an ein zertifiziertes Smart-Meter-Gateway angeschlossen werden können, damit sie über Schnittstellen verfügen, über die sie automatisiert netzdienlich aktiviert und betrieben werden können (z. B. anhand der Standards "SG Ready" oder "VHP Ready").

Da die Förderung für Wärmepumpen derzeit zwischen 25 und 40 % der Anschaffungskosten liegt, lohnt es sich für Hausbesitzer*innen in mehrfacher Hinsicht, auf eine Wärmepumpe mit SG Ready-Schnittstelle zu achten.

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