Alle Heizungen (Wärmerzeuger) – egal ob Kessel, Therme oder Wärmepumpe – müssen in der Auslegung auf die zu erbringende maximale Leistung ausgelegt werden. Im Betrieb wird diese Leistung aber nur ganz selten in voller Höhe benötigt. Deshalb muss die Heizungssteuerung immer auch einen Betrieb mit geringerer Last ermöglichen. Dafür gibt es bei Wärmepumpen eine einfache und eine ausgeklügelte Lösung: Takten oder Modulieren mit Invertern.
Kompressoren mit Inverter Antrieben werden seit 40 Jahren serienmäßig in japanischer Wärmepumpen zur Klimatisierung eingesetzt. Das Inverter-Prinzip beruht darauf, dass die Arbeitsleistung des Wärmepumpen-Kompressors durch einen Frequenzumrichter (englisch Inverter) gesteuert wird. Diese Betriebsweise wird auch Modulation bzw. die entsprechenden Wärmepumpen modulierende Wärmepumpen genannt. Herkömmliche Wärmepumpen ohne frequenzgeregelte Umrichter schalten sich bei Wärmebedarf ein und laufen unter Volllast. Ist die Solltemperatur erreicht, schalten sie ab. Eine Wärmepumpe mit Umrichter passt ihre Leistung stufenlos dem Bedarf an. Dadurch arbeiten modulierend geregelte Wärmepumpen immer am optimalen Betriebspunkt. Durch die verbesserte Effizienz im Teillastbereich wird der Stromverbrauch bei gleicher Wärmeproduktion kleiner.
Der Frequenzumrichter erzeugt aus dem Gleichstrom einer PV-Anlage oder dem Wechselstrom aus dem Netz eine der Last angepasste Wechselspannung. Dazu wird der Wechselstrom aus dem Stromnetz zunächst mit Hilfe eines Gleichrichters in Gleichstrom gewandelt. Der nachgeschaltete Wechselrichter wandelt den Strom wieder in Wechselstrom unterschiedlicher Frequenzen. Je nach Wechselstromfrequenz dreht sich der Kompressormotor schneller oder langsamer und verändert (moduliert) so die Kompressorleistung. Frequenz und Amplitude der erzeugten Spannung folgen der benötigten Last der Wärmepumpe. Inverter- Wärmepumpen modulieren somit die Leistung stetig ohne Notwendigkeit einer Taktung (Start-Stopp-Betrieb).
Häufiges Takten beansprucht die mechanischen Bauteile einer Wärmepumpe stärker weil bei Abschaltung die Schmierung zusammen bricht und der Öldruck in den Lagern neu aufgebaut werden muss. Dies kann die Lebensdauer der Wärmepumpe drastisch verkürzen und verführt zu einer Unterdimensionierung der Anlage. Das Stromnetz wird durch abrupte Änderungen der Leistungsaufnahme gestört was unnötige Netzregelungen nach sich zieht. Modulierende Wärmepumpen sind daher besonders in Bestandsgebäuden vorteilhaft da wegen des insgesamt höheren Wärmebedarfs auch größere Schwankungen des aktuellen Bedarfs auftreten. Bei unterdimensionierten Anlagen wird über längere Zeit der Heizstab zugeschaltet und die teure Elektrizität wird ohne die Verstärkungswirkung der Wärmepumpe sinnlos verbrannt.
Speziell für die Kombination mit einer Photovoltaikanlage bietet die variable Drehzahl weitere Vorteile, denn mit reduzierter Drehzahl sinkt auch die elektrische Leistungsaufnahme. Generell kann die modulierende WP besser an das Energieangebot der PV angepasst werden. Tagsüber kann z.B. die Heizungs als Speicher benutzt werden indem sie mit höherer Temperatur geladen wird. Läuft die Wärmepumpe dann Nachts muss weniger teurer Strom vom Energieversorger zurückgekauft werden. Eine Inverter-Wärmepumpe ggf. mit höherer Auslegungsleistung vermeidet die Nutzung des Heizstabs und verbraucht damit nur ein Minimum an Netzstzrom und ein Maximum an Eigenstrom.