Kaskadenschaltung: Wärmepumpe und PV-Strom clever verbinden

Ob eine Kaskadenschaltung sinnvoll ist, lässt sich nicht pauschal beantworten. Denn durch die Installation und Miete eines zweiten Zählers entstehen höhere Kosten, die durch den günstigeren Wärmepumpenstromtarif erst einmal ausgeglichen werden müssen.

Was bedeutet „Kaskadenschaltung“ von Wärmepumpe und PV-Anlage?

Unter einer Kaskadenschaltung versteht man ein Messkonzept für Haushalte, die eine Wärmepumpe und eine Photovoltaikanlage betreiben und für die Wärmepumpe einen separaten Stromliefervertrag abschließen möchten, jedoch gleichzeitig nicht auf die Nutzung von PV-Strom für die Wärmepumpe verzichten möchten. Die genaue Bezeichnung für das Konzept kann je nach Netzbetreiber etwas variieren – entscheidend ist das Prinzip: Zwei Stromzähler werden hintereinandergeschaltet und dazwischen findet eine Entnahme statt (i.d.R. für die Wärmepumpe).

Der Begriff „Kaskade“ stammt ursprünglich aus der Gartenkunst und bezeichnete treppenartige Wasserfälle. Heute versteht man aber darunter allgemein eine stufenförmige Abfolge oder Anordnung, in der Elektrotechnik eben auch in Reihe geschaltete Zähler in einem Stromkreis. So lässt sich genauer erfassen, wie viel Strom der Haushalt verbraucht, wie viel Strom die Wärmepumpe benötigt und wie viel Solarstrom vom Dach selbst genutzt oder ins Netz eingespeist wird.

Der große Vorteil: Die Wärmepumpe kann selbst erzeugten PV-Strom nutzen, wann immer dieser direkt verfügbar ist oder aus einem passend eingebundenen Batteriespeicher kommt. Gleichzeitig bleibt es möglich, den zusätzlichen Netzstrom für die Wärmepumpe über einen separaten (und günstigeren!) Wärmepumpentarif abzurechnen. Denn Haushaltsstrom und Wärmepumpenstrom werden häufig unterschiedlich bepreist.

Mehr Eigenverbrauch, getrennte Abrechnung des Wärmepumpenstroms

Genau das ist mit einfachen Messkonzepten nur eingeschränkt möglich. Läuft alles über einen gemeinsamen Haushaltszähler, kann die Wärmepumpe zwar PV-Strom nutzen – ein separater Wärmepumpentarif ist dann aber meist nicht sauber abrechenbar. Bekommt die Wärmepumpe dagegen einen eigenen Zähler für die getrennte Messung, ist sie je nach Schaltaufbau messtechnisch vom Haushaltsverbrauch getrennt. Dann kann der Solarstrom aus der PV-Anlage der Wärmepumpe nicht zugeordnet werden.

Die Kaskadenschaltung verbindet also zwei Ziele: mehr Eigenverbrauch des selbst erzeugten Solarstroms und eine getrennte Abrechnung des Wärmepumpenstroms. Sie ist damit vor allem für Haushalte interessant, die ihre Heizkosten senken und ihre PV-Anlage besser in das Energiesystem des Hauses einbinden möchten.

Sprechen Sie am besten frühzeitig vor der Installation mit Ihrem Elektrofachbetrieb, dem örtlichen Netzbetreiber und dem zuständigen Messstellenbetreiber. Denn nicht jedes Messkonzept lässt sich überall gleich umsetzen. In der Vergangenheit konnten manche Messstellenbetreiber Kaskadenschaltungen nicht abbilden; auch heute ist die Kombination mit einem intelligenten Messsystem nicht überall ohne weiteres möglich. Außerdem sollte geprüft werden, ob der gewünschte Stromanbieter einen separaten Wärmepumpentarif für dieses Messkonzept anbietet.

Schaltplan: So arbeiten PV-Anlage, Wärmepumpe und Zähler zusammen

Im Schaltaufbau einer Kaskadenschaltung sitzen zwei Zähler (Z1 und Z2) hintereinander. Z1 erfasst am Netzanschlusspunkt den gesamten Strombezug aus dem öffentlichen Netz und die Einspeisung der PV-Anlage. Z2 misst dahinter den Haushaltsstrombezug. Die PV-Anlage mit oder ohne Batteriespeicher ist hinter Z2 angeschlossen. Aus den Messwerten lässt sich ableiten, welcher Stromanteil auf die Wärmepumpe entfällt; es handelt sich um eine sogenannte Differenzmessung. Ein klassischer Zweitarifzähler für Hoch- und Niedertarif ersetzt diese Anordnung nicht, weil er Haushaltsstrom und Wärmepumpenstrom nicht getrennt nach Verbrauchspfaden erfasst.

Vereinfacht sieht der Aufbau so aus:

Position des Energiefluss-Sensors beachten

Der Energieflussrichtungs-Sensor, oft kurz EnFluRi genannt, erfasst, in welche Richtung Strom fließt – also ob gerade Strom aus dem Netz bezogen oder PV-Strom eingespeist wird. Diese Information braucht das Energiemanagementsystem bzw. das Batteriemanagementsystem, um PV-Anlage, Speicher und Verbraucher richtig zu steuern.

Bei modernen PV-Anlagen ist der Batteriespeicher häufig direkt in das System integriert, zum Beispiel über einen Hybrid-Wechselrichter. Für die Kaskadenschaltung ist deshalb weniger die Frage entscheidend, ob ein Speicher vorhanden ist, sondern wo der Energieflussrichtungs-Sensor sitzt.

In einer Kaskadenschaltung gehört der Energieflussrichtungs-Sensor in der Regel netzseitig vor den ersten Zähler Z1, also in den sogenannten Vorzählerbereich. Das ist technisch anspruchsvoller als bei einfachen Messkonzepten, weil dort besondere Vorgaben gelten. Viele Hersteller bieten dafür passende Einbausätze an. Wichtig ist dabei: Die Versorgungsspannung des Sensors muss aus dem gemessenen Bereich kommen, während der Sensor die drei Leiterströme im nicht gemessenen Bereich erfasst.

Für Eigentümer*innen bedeutet das: Die Position des Energiefluss-Sensors müssen Sie nicht selbst festlegen. Das übernimmt der Elektrofachbetrieb anhand des Messkonzepts, der Vorgaben des Netzbetreibers und der eingesetzten Komponenten. Trotzdem lohnt es sich, diesen Punkt früh anzusprechen – gerade, wenn PV-Anlage, Batteriespeicher und Wärmepumpe gemeinsam geplant werden. Denn nicht alle Installationsbetriebe haben gleich viel Erfahrung mit Kaskadenschaltungen und Sensoren im Vorzählerbereich.

Vorteile und Nachteile der Kaskadenschaltung im Überblick

Finanziell gesehen kann sich die Kaskadenschaltung lohnen, wenn die Wärmepumpe trotz PV-Anlage noch regelmäßig Strom aus dem Netz beziehen muss – was auch dem Normalfall entspricht. Denn genau für diesen Netzstrom kann ein günstiger Wärmepumpentarif genutzt werden. Gleichzeitig entstehen zusätzliche Kosten, etwa für den zweiten Zähler, den Messstellenbetrieb und gegebenenfalls den Umbau des Zählerschranks.

Bei der Kaskadenschaltung werden die Zähler für Wärmepumpe und PV-Anlage im Schaltplan hintereinander angeordnet.

Fazit: Wann lohnt sich eine Kaskadenschaltung?

Eine Kaskadenschaltung ist heute nicht mehr automatisch die naheliegendste Lösung, wenn Wärmepumpe und PV-Anlage kombiniert werden. Für reduzierte Netzentgelte nach § 14a EnWG reicht häufig ein einfacheres Messkonzept: In Modul 1 erhalten Betreiber*innen steuerbarer Verbrauchseinrichtungen eine pauschale Entlastung – ohne separaten Wärmepumpenzähler. Wer zusätzlich zeitvariable Netzentgelte nutzen möchte, kann Modul 1 mit Modul 3 kombinieren; dafür ist ein intelligentes Messsystem erforderlich.

Sinnvoll ist die Kaskadenschaltung weiterhin vor allem dann, wenn ein separater Wärmepumpentarif genutzt werden soll und die Wärmepumpe regelmäßig Strom aus dem Netz bezieht. Denn nur für diesen Netzstrom greift der Preisvorteil des Wärmepumpentarifs. Je mehr die PV-Anlage direkt abdeckt, desto geringer wird der Netzstrombedarf – das ist energetisch gut, kann aber den finanziellen Vorteil des separaten Tarifs verringern.

Interessant ist die Kaskadenschaltung daher häufig bei Gebäuden mit höherem Wärmebedarf, etwa in größeren Einfamilienhäusern, teilsanierten Bestandsgebäuden oder Haushalten mit hohem Warmwasserverbrauch. Auch eine eher kleine PV-Anlage kann ein Argument sein: Sie senkt den Strombezug aus dem Netz, deckt den Bedarf der Wärmepumpe im Winter aber nur zu einem sehr geringen Anteil oder gar nicht. Der verbleibende Netzstrom lässt sich dann über den günstigeren Wärmepumpentarif abrechnen.

Weniger notwendig ist die Kaskadenschaltung, wenn die Wärmepumpe nur wenig Netzstrom benötigt oder wenn das Smart Meter, ein Energiemanagementsystem oder variable Tarife bereits einen großen Teil der Optimierung übernehmen. Dann können Wärmepumpe und PV-Anlage über einen gemeinsamen Zähler laufen: Die Wärmepumpe nutzt weiterhin Solarstrom vom Dach, nur ihr Netzstromverbrauch wird nicht separat über einen klassischen Wärmepumpentarif abgerechnet.