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Experten-Ratgeber: Techniken zum Heizen mit Photovoltaik

Wie funktioniert das Heizen mit Solarstrom? Welche Heizungen lassen sich mit PV-Strom versorgen? Was braucht man an technischen Komponenten? Lohnt sich das Heizen mit Photovoltaik?

Heizen mit Solarstrom heißt, dass das Warm- und Heizungswasser teilweise oder gar ganz mit Strom aus der eigenen Photovoltaik-Anlage erwärmt wird. So sollen Heizkosten eingespart und der Eigenverbrauch gesteigert werden. Dies steigert wiederum die Rendite der PV-Anlage. Je nach dem Anteil an grünem PV-Heizstrom variiert dann die CO2-Bilanz der eigenen Heizungsanlage.

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Das Problem: Wenn die Sonne scheint, wird nicht geheizt

Die jahreszeitliche Charakteristik der Photovoltaik-Stromerzeugung und des Wärmebedarfs in Gebäuden passen nicht gut zusammen: Im Sommer wird ein Großteil des Photovoltaik-Stroms ins Netz eingespeist und im Winter muss der Großteil des Wärmebedarfs aus dem Netz oder über andere Energieträger gedeckt werden. Der Solarertrag, den die Anlage im Sommer erwirtschaftet, ist deutlich höher als der, den sie in der Heizperiode einfährt. Der Ertragsunterschied zwischen Heiz- und Nichtheizperiode liegt bei bis zu 70 Prozent!

Aber auch der Tagesverlauf von Wärmebedarf und Stromproduktion aus Photovoltaik deckt sich nicht sehr gut: Eine Solarstrom-Anlage erzeugt mit ihren Solarmodulen genau dann Solarstrom, wenn die Sonne scheint. Also tagsüber. Warmwasser wird hingegen morgens zum Duschen gebraucht und abends wird in vielen Haushalten die Badewanne gefüllt.

Wärmeenergiebedarf und Deckung mit Photovoltaik-Strom mit Wärmepumpe für ein Einfamilienhaus mit EnEV-Standard (Grafik: "Nutzung von Strom aus erneuerbaren Energien in Wärmeanwendungen" ifeu - Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg GmbH)
Wärmeenergiebedarf und Deckung mit Photovoltaik-Strom mit Wärmepumpe für ein Einfamilienhaus mit EnEV-Standard (Grafik: "Nutzung von Strom aus erneuerbaren Energien in Wärmeanwendungen" ifeu - Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg GmbH)

Auch beim Heizen mit Photovoltaik gibt es gerade im Winter Differenzen: Morgens wird weniger geheizt, abends dafür umso mehr. Tagsüber regeln Berufstätige und nachts alle die Heizung dagegen runter. Demnach liegen Stromerzeugungszeiten und Stromverbrauchszeiten (für direkten Stromverbrauch sowie für Warmwasser sowie Wärme erzeugende elektrische Geräte) nicht immer auf einer „Wellenlänge“.

Um den Heizwärmebedarf zu einem hohen Anteil mit Photovoltaik zu decken, muss der von der Solaranlage erzeugte Solarstrom bis zum Verbrauch bzw. Wärmeanforderung zwischengespeichert werden. Das Zwischenspeichern kann direkt per Stromspeicher (Batterien, Akkus) erfolgen oder - nachdem der Strom in Heizwärme umgewandelt wurde - in einem Pufferspeicher.

Experten-Wissen: Wer sich mit dem Heizen mit Photovoltaik auseinandersetzt, darf auch den Gesetzgeber nicht außer Acht lassen. Gemäß EEWärmeG und EnEV ist es derzeit noch nicht zulässig, ein Bestandsgebäude mit herkömmlicher Wärmedämmung nur mit Strom zu beheizen, so denn dieser teilweise auch aus dem öffentlichen Netz bezogen werden muss.

Heizen mit Photovoltaik – die Techniken im Überblick

Beim Heizen mit Photovoltaik dient ein Teil des Solarstroms als Antriebsenergie für folgende 4 E-Heiztechniken:

  • eine elektrische Zentral-Heizung (z. B. Wärmepumpe),
  • mehrere, raumweise installierte E-Heizungen (z. B. Nachtspeicheröfen und Infrarotheizungen),
  • zur elektrischen Unterstützung der Heizung per Heizstab (bivalente Wärmeerzeuger) oder
  • nur zum teilweisen Decken des Heizwärmebedarfs durch z. B. eine Warmwasserwärmepumpe.

Photovoltaisch Heizen mit Wärmepumpe

Die exergetisch als auch ökologisch beste Alternative mit Photovoltaik zu Heizen, stellt die Wärmepumpe dar. Sie wandelt den selbst erzeugten Strom effizient um und auch die produzierte Wärme lässt sich je nach Größe des Pufferspeichers länger und auch verlustfreier Speichern als in einer Nachtspeicherheizung.

Schematische Darstellung des Stromflusses von der Photovoltaik-Anlage auf dem Dach zur Erdwärmepumpe im Keller. (Grafik: OVUM Heiztechnik GmbH)
Schematische Darstellung des Stromflusses von der Photovoltaik-Anlage auf dem Dach zur Erdwärmepumpe im Keller. (Grafik: OVUM Heiztechnik GmbH)

Der Markt bietet bereits mehrere technische Möglichkeiten für die Kommunikation zwischen der Photovoltaik-Anlage und einer Wärmepumpenheizung. Seitens der Wärmepumpe ist das Prinzip bei den meisten Herstellern identisch. Der „SG-Ready-Eingang“ (SG = Smart Grid) dient als Schnittstelle der Wärmepumpe, damit sie auf einen Überschuss an Solarstrom reagieren kann. Die Schnittstelle kann auf verschiedene Arten angesteuert werden.

Wie das ideale Größenverhältnis von Wärmepumpe und Photovoltaikanlage aussieht, um eine möglichst große Eigenverbrauchssteigerung des Photovoltaik-Stroms durch die Wärmepumpe zu erzielen, kann man pauschal nicht beurteilen, da andere Faktoren wie etwa der Heizleistungsbedarf der Wärmepumpe und daraus resultierend der Stromverbrauch der Wärmepumpe als auch das Nutzerverhalten beim Haushaltsstrom je nach Anwendungssituation individuell beurteilt werden müssen.

Warmwasser-Wärmepumpen sind eine einfache und effiziente Möglichkeit, zumindest das Warmwasser mit Solarstrom zu heizen. Die Anbindung der eigenen Photovoltaik-Anlage zur Erhöhung des Eigenverbrauchs und vor Allem umweltfreundlichen Erhitzung des Warmwassers über die Wärmepumpe ist vielfach mit einem potentialfreien Schalteingang bereits ab Werk vorgesehen.

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Direktelektrische Photovoltaik-Heizungen

Auch die eigentlich schon längst als unhaltbar deklarierten Nachtspeicherheizungen bekommen vor dem Hintergrund einer möglichen Eigenverbrauchserhöhung eine neue Rolle, so dass sie plötzlich wieder als haltbar gelten: Sie erzeugen aus Strom Wärme. Eine Rechnung, die mit teurem Haushaltsstrom aus dem Netz nicht mehr aufgeht. Mit Photovoltaik Heizen bedeutet hingegen, dass sich auch ein Stromvielfraß wie eine Nachtspeicherheizung rechnet.

Immer beliebter: Der Strombedarf von Infrarotheizungen - meistens als Zusatzheizung - lässt sich leicht mit der eigenen Photovoltaikanlagen decken. (Grafik: Vitramo GmbH)
Immer beliebter: Der Strombedarf von Infrarotheizungen - meistens als Zusatzheizung - lässt sich leicht mit der eigenen Photovoltaikanlagen decken. (Grafik: Vitramo GmbH)

Der Eigenverbrauch lässt sich auch steigern, indem man zusätzliche Verbraucher in den Haushalt holt. Wobei es auf eine strategische Auswahl derselben ankommt: Zum Beispiel kann eine strombetriebene Infrarotheizung eine sinnvolle Anwendung zum Heizen mit Photovoltaik sein. Die Montage der Infrarotheizung ist unkompliziert und vergleichsweise günstig. Außerdem ist sie wartungsarm und dank des Eigenverbrauchs fallen die Betriebskosten gering aus.

Heizen mit einem Photovoltaik-Heizstab

Das bivalente Heizen mit Photovoltaik funktioniert über einen Heizstab, der das Brauchwasser oder das Brauch- und Heizungswasser erwärmt. Im Sommer kann dann der Heizkessel komplett ausgeschaltet bleiben.

Solare Deckungsgrade bei der Warmwassererzeugung liegen in Abhängigkeit von der Haushaltsgröße bzw. dessen Warmwasserbedarf und nach Abzug des zugleich im Haushalt verbrauchten Solarstroms oft bei 80 Prozent.

Als Richtwert gilt hier: 1 Person hat 500 kWh/a Warmwasserbedarf oder 1.700 kWh/a Strombedarf

Mit einem Heizstab unterstützte Heizsystemen zur Brauchwasser- und Heizungsunterstützung können häufig einen noch größeren Anteil an Solarstromerträgen wärmetechnisch nutzen.

Die ÖkoFEN Pellematic Smart PV ist eine Holzhybridheizung, die mit Photovoltaik-Strom per Heizstab den Pufferspeicher beheizt. (Foto: ÖkoFEN, Mickhausen)
Die ÖkoFEN Pellematic Smart PV ist eine Holzhybridheizung, die mit Photovoltaik-Strom per Heizstab den Pufferspeicher beheizt. (Foto: ÖkoFEN, Mickhausen)

Auf dem deutschen Markt gibt es daher bereits diverse Anbieter, die Lösungen zur Wärmeerzeugung mittels eines Photovoltaik-Heizstabes anbieten. Zu beachten ist, dass die Leistungsaufnahme des Heizstabes regelbar ist, um die Leistungsaufnahme an den aktuellen Solarstrom-Überschuss anzupassen. Dies wird notwendig, da der Solarstrom-Überschuss häufig niedriger ist als die Heizstableistung von etwa 2 bis 5 kW.

Ist der Heizstab nicht regelbar, muss er in Zeiten eines nicht ausreichenden Photovoltaik-Stromüberschusses ausgeschaltet bleiben oder die Stromlücke durch Netzstrombezug ausgeglichen werden, was wiederum dem Sinn des Heizens mit Photovoltaik-Heizstab entgegensteht.

Warum ist das Heizen mit Photovoltaik wirtschaftlich lukrativ?

Anfänglich wurden PV-Anlagen ausschließlich genutzt, um Solarstrom zu erzeugen, diesen ins öffentliche Netz einzuspeisen und dafür eine Einspeisevergütung zu vedienen. Doch mittlerweile sinkt die Einspeisevergütung stetig. Und dank gesunkener Preise für Solarmodule gewinnt die Photovoltaik-Anlage als Eigenverbrauchssystem an Bedeutung.

Da für fossile Energieträger auch weiterhin mit stetig steigenden Bezugskosten zu rechnen ist und die Gestehungskosten für PV-Strom zugleich fallen, stellt insbesondere das elektrische Heizen mit Photovoltaik eine der finanziell interessantesten Möglichkeit dar, um Heizkosten zu sparen.

Die Nutzung von PV-Strom in Wärmepumpen ist einerseits mit zusätzlichen Investitionskosten, andererseits aber auch mit einem rund dreimal so hohen Wärmeertrag pro Kilowattstunde Stromeinsatz verbunden. Daher ist die Substitution des preisgünstigeren Wärmepumpenstroms durch Photovoltaik-Strom in jedem Fall ein wirtschaftlicher Vorteil. Die Wärmegestehungskosten des direktelektrischen Photovoltaik-Heizens mittels Heizstab ist sogar günstiger als die Kosten des Zuheizens mit solarthermischen Anlagen.

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"Techniken zum Heizen mit Photovoltaik" wurde am 08.11.2018 das letzte Mal aktualisiert.