Invertertechnik regelt Wärmepumpen effizient und präzise

Moderne Wärmepumpen passen ihre Heizleistung laufend an den tatsächlichen Wärmebedarf an. Möglich wird das durch eine elektronische Steuerung des Verdichters.

Wo ältere Kompressoren häufig nur zwischen Ein- und Ausschalten wechselten, lässt sich ihre Drehzahl heute stufenlos innerhalb des vorgesehenen Betriebsbereichs verändern. Dadurch arbeitet die Wärmepumpe auch bei wechselnden Außentemperaturen und geringerem Heizbedarf bedarfsgerecht. Eine zentrale Rolle übernimmt dabei der Inverter. Er regelt den elektrischen Antrieb des Kompressors und überwacht zugleich wichtige Parameter. Diehl entwickelt solche Leistungselektronik für unterschiedliche Wärmepumpenklassen und greift dabei auf rund 30 Jahre Erfahrung mit Invertertechnologie zurück.

Diehl Inverter steuern die Drehzahl des Kompressors

Der Verdichter ist eine der wichtigsten Komponenten einer Wärmepumpe. Er verdichtet das Kältemittel und ermöglicht damit die Wärmeübertragung auf das benötigte Temperaturniveau. Wie viel Leistung die Anlage bereitstellt, hängt unter anderem von seiner Drehzahl ab. Bei älteren Systemen arbeitete der Kompressor häufig nach dem Ein-Aus-Prinzip. Sobald Wärme benötigt wurde, lief er mit einer festen Drehzahl. Bei erreichen der gewünschten Temperatur, schaltete er ab. Ein Inverter ermöglicht dagegen einen modulierenden Betrieb. Die Drehzahl wird erhöht oder reduziert, je nachdem, welche Leistung die Wärmepumpe benötigt. Das verringert häufige Start- und Stoppvorgänge und ermöglicht einen gleichmäßigeren Betrieb. Neben der Energieeffizienz spielt dies auch für die mechanische Belastung und die Lebensdauer des Verdichters eine Rolle. Diehl bietet dafür verschiedene Ausführungen des Inverters an. Sie unterscheiden sich unter anderem hinsichtlich ihrer Leistungsklasse und des elektrischen Anschlusses. Je nach Wärmepumpe kommen einphasige oder dreiphasige Systeme zum Einsatz.

Leistungselektronik überwacht Drehmoment und Netzspannung

Die Aufgabe eines Inverters geht über die reine Drehzahlregelung hinaus. Die Elektronik verarbeitet unterschiedliche Betriebsinformationen und passt die elektrische Ansteuerung des Verdichters entsprechend an. Dazu gehören insbesondere die Drehzahl, das benötigte Drehmoment sowie die elektrischen Bedingungen auf der Netzseite. Gleichzeitig überwacht die Elektronik die anliegende Spannung und die Netzfrequenz. Treten kritische Abweichungen auf, muss das System entsprechend reagieren und den Antrieb gegebenenfalls abschalten. Diese Schutzfunktionen sind wichtig, um Schäden an elektrischen Komponenten zu vermeiden und einen sicheren Betrieb der Wärmepumpe zu gewährleisten. Die Steuerung arbeitet dabei mit einer Kombination aus Leistungselektronik und Software. Erst das Zusammenspiel ermöglicht eine präzise Regelung des Antriebs unter wechselnden Betriebsbedingungen.

Kommunikation mit der Wärmepumpensteuerung über Bussystem

Der Inverter übernimmt innerhalb der Wärmepumpe eine klar definierte Aufgabe. Die übergeordnete Regelung des gesamten Heizsystems verbleibt beim jeweiligen Wärmepumpenhersteller. Die Kommunikation zwischen beiden Komponenten erfolgt über ein Bussystem. Darüber erhält der Inverter beispielsweise die Vorgabe, mit welcher Drehzahl der Kompressor betrieben werden soll. Die Leistungselektronik prüft und verarbeitet diese Anforderung und steuert den Verdichter entsprechend an. Für Hersteller bietet diese Aufgabenteilung Vorteile. Sie entwickeln ihre eigene Systemregelung und integrieren die Antriebselektronik als spezialisierte Komponente in das Gesamtsystem. Diehl liefert seine Inverter deshalb vor allem an Wärmepumpenhersteller, die daraus gemeinsam mit Kompressoren, Wärmeübertragern und weiteren Bauteilen vollständige Anlagen entwickeln. Das Unternehmen bringt dabei Erfahrungen aus der Haushaltsgeräteindustrie ein. Die dort über Jahrzehnte entwickelte Kompetenz bei elektrischen Antrieben, Leistungselektronik und einschlägigen Gerätenormen wurde auf die Anforderungen moderner Wärmepumpen übertragen.

Softwarebasierte Regelung ohne künstliche Intelligenz

Obwohl moderne Inverter zahlreiche Betriebsdaten verarbeiten, setzt Diehl bei der vorgestellten Elektronik nach eigenen Angaben keine künstliche Intelligenz ein. Die Regelung basiert auf festgelegten Steuerungs- und Schutzfunktionen, die unmittelbar in der Elektronik ausgeführt werden. Der Hersteller begründet diese Entscheidung unter anderem mit Sicherheitsanforderungen. Insbesondere eine mögliche externe Einflussnahme auf die Wärmepumpe wird kritisch betrachtet. Cloudbasierte KI-Anwendungen könnten zusätzliche Kommunikationswege schaffen, die entsprechend abgesichert werden müssten. Bei der vorgestellten Lösung konzentriert sich die Elektronik deshalb auf die lokale Antriebsregelung und die Kommunikation mit der übergeordneten Gerätesteuerung. Damit bleibt die Verantwortung für die Betriebsstrategie beim Wärmepumpenhersteller, während der Inverter die sichere Umsetzung der vorgegebenen Leistung übernimmt.

Inverter für Wärmepumpen mit Propan R290

Eine wichtige technische Entwicklung betrifft den zunehmenden Einsatz natürlicher Kältemittel. Besonders Propan mit der Bezeichnung R290 gewinnt bei Wärmepumpen an Bedeutung. Da Propan brennbar ist, müssen elektrische Komponenten und ihre Schaltvorgänge die entsprechenden Sicherheitsanforderungen erfüllen. Diehl hat seine Technik deshalb auch für den Einsatz in Wärmepumpen mit R290 ausgelegt. Dazu gehören nach Herstellerangaben funkenfreie Relais sowie die Integration der erforderlichen Sicherheitsfunktionen. Für Wärmepumpenhersteller bedeutet dies, dass die Leistungselektronik bereits auf wesentliche Anforderungen dieser Kältemitteltechnologie abgestimmt ist. Die Anpassung an neue Kältemittel und deren Sicherheitsvorschriften gehört damit zu den zentralen Entwicklungsaufgaben der kommenden Jahre.

Industrialisierung und Kostendruck im Wärmepumpenmarkt

Neben der technischen Weiterentwicklung verändert sich auch die Produktion von Wärmepumpen. Während die Branche vor etwa zehn Jahren noch stärker von kleineren Stückzahlen und manufakturähnlichen Fertigungsstrukturen geprägt war, hat sich inzwischen eine industrielle Serienproduktion etabliert. Nach Einschätzung von Diehl stand in den vergangenen fünf Jahren vor allem die Industrialisierung im Vordergrund. Hersteller und Zulieferer mussten ihre Prozesse auf größere Produktionsmengen ausrichten. Inzwischen gewinnt die Kostenfrage an Bedeutung. Insbesondere der Wettbewerb mit asiatischen Herstellern erhöht den Druck, Wärmepumpen und ihre Komponenten preislich attraktiver anzubieten. Für Zulieferer bedeutet dies, Leistungselektronik nicht nur technisch weiterzuentwickeln, sondern auch wirtschaftlicher herzustellen. Die Verbindung aus effizienter Verdichterregelung, integrierten Sicherheitsfunktionen und wettbewerbsfähigen Produktionskosten wird damit zu einem entscheidenden Faktor. Gerade bei Wärmepumpen mit natürlichen Kältemitteln muss die Elektronik sowohl die technischen Anforderungen als auch die wirtschaftlichen Erwartungen der Hersteller erfüllen.