Photovoltaik-Heizung
Solares Heizen mittels Photovoltaik
Heizen mit Photovoltaik
Auf den ersten Blick scheint das Heizen mit Photovoltaik eine ungewöhnliche Idee zu sein. Doch in Zeiten, in denen die Kosten für fossile Energie aus Öl oder Gas als auch Strom förmlich explodieren und die Einspeisevergütung sinkt, ist der größtmögliche Eigenverbrauch von Solarstrom eine Möglichkeit den selbst erzeugten Strom aus Photovoltaik mangels wirtschaftlicher Speichermöglichkeit auch zum Heizen sinnvoll zu nutzen. Angebot und Nachfrage haben zudem dafür gesorgt, dass auch die Preise für eine Wärmepumpe immer weiter steigen. Erfahren sie hier alles über die Funktion und die Vorteile einer Photovoltaik-Heizung.
Heizen mit Photovoltaik:
- Wie funktioniert eine Photovoltaik-Heizung?
- Vorteile durch das Heizen mit Photovoltaik
- Erklärfilm
- Heizen mit Photovoltaik – benötigte Komponenten
- Voraussetzungen für das Heizen mit Photovoltaik
- Wärmepumpe kontra Photovoltaik-Heizung
- Ist Solarthermie und Photovoltaik zusammen sinnvoll?
- Lohnt sich ein Stromspeicher?
- Erfahrungen und Kundenstimmen
- Häufige Fragen rundum eine Photovoltaik-Heizung
Wie funktioniert eine Photovoltaik-Heizung?
Solarstrom zum direkten Eigenverbrauch
Steht Sonnenenergie zur Verfügung, so wird der von Photovoltaikanlage erzeugte Strom im ersten Schritt für den Eigenverbrauch genutzt. Die Smart-Home-Steuerung weist dabei den elektrischen Verbrauchern im Haus die zur Verfügung stehende Energie zu.
Solarstrom für die Photovoltaik-Heizung
Besteht ein Stromüberschuss, so wird dieser wattgenau für das Heizen mit Photovoltaik genutzt. Die Elektroheizung nutzt hierfür einen Heizstab (Fachbegriff: Einschraubheizkörper) mit einer gesamten Leistung von 9 kWh, der aufgeteilt in je 3 Heizstäbe zu 3000 Watt einzeln angesteuert werden kann. Um auch geringe Erträge an Solarstrom, die gerade im Winter häufig vorkommen, nutzen zu können, verfügt die Photovoltaik-Heizung über einen Hochleistungsdimmer, der in der Lage ist, auch die geringste Menge an Strom noch in Wärme umzuwandeln.
Solarstrom zum Einspeisen
Ist der Bedarf des Hauses mit Strom gedeckt und der Warmwasserspeicher von der Photovoltaik-Heizung vollständig geladen, so wird der Überschuss an Solarstrom zum Einspeisen in das örtliche Stromnetz gegen eine entsprechende Einspeisevergütung weitergeleitet.
Funktionsprinzip einer Photovoltaikheizung
Vorteile durch das Heizen mit Photovoltaik
1. Vorteil geringe Anschaffungskosten
Die Preise für eine Photovoltaikanlage haben sich in den letzten Jahren mehr als halbiert. Gleichzeitig ist die Leistung von Solarmodulen auf bis zu 350 Watt Peak gestiegen. Dies macht es zwischenzeitlich möglich mit einer PV-Anlage auf dem Dach von unter 60 m² eine Leistung von bis zu 10 kWp zu erzeugen.
2. Vorteile durch geringe Kosten für Wartung und Betrieb
Beim direkten vergleichen einer Heizung mit beweglichen Komponenten wie z.B. einer Wärmepumpe fallen beim Heizen mit Photovoltaik während des gesamten Lebenszyklus so gut wie keine Kosten für Betrieb und Wartung an der PV-Anlage an.
3. Sonnenenergie und Licht auch im Winter nutzen
Im direkten Vergleich zur Solarthermie, die nur bei direkter Einstrahlung der Sonne Energie erzeugt, liefert eine Photovoltaikanlage bereits bei Licht Energie. Durch diese Eigenschaft unterscheidet sich eine thermische Solaranlage gegenüber einer PV-Anlage gravierend.
4. Brückentechnologie Warmwasserspeicher als Solarstromspeicher
Bis der Stromüberschuss einer PV-Anlage vom Sommer in den Winter wirtschaftlich und effizient in einem Solarstromspeicher oder in Form von Wasserstoff gespeichert werden kann, wird der Strom durch das Heizen mit Photovoltaik im Warmwasserspeicher über einen einfachen Heizstab gepeichert.
5. Solarstrom ist flexibel nutzbar
Gegenüber der Solarthermie, die ausschließlich für die Erzeugung von Warmwasser geeignet ist, kann mit dem Photovoltaikstrom wahlweise das Brauchwasser erwärmt werden oder das Haus mit Solarstrom versorgt werden.
6. Mehr Autarkie – weniger Technik
Durch das Heizen mit Photovoltaik kann man den Autarkiegrad eines jeden Hauses ohne weitere, hohe Investitionskosten wie z.B. für einen Stromspeicher deutlich erhöhen.
Heizen mit Photovoltaik
Heizen mit Photovoltaik – benötigte Komponenten
Photovoltaikanlage
Die für eine Photovoltaik-Heizung erforderliche PV-Anlage sollte je nach Größe des Hauses und der Bewohneranzahl über eine Leistung von mindestens 8 kWp, besser 10 kWp verfügen. Das Dach muss dabei nicht zwangsläufig über eine Südausrichtung verfügen, ganz im Gegenteil: Mit einer Ost/Westausrichtung kann bedingt durch die längere Tagesnutzungsdauer der Autarkiegrad gesteigert werden. Für das Heizen mit Photovoltaik verfügt das ideale Dach über eine Neigung zwischen 20 und 30 Grad, wodurch der Grad an Verschattung relativ klein ausfällt. Um die Effizienz bei einer PV-Anlage mit Südausrichtung gerade im Winter zu steigern kann die Neigung des Dachs auch etwas steiler ausfallen.
Wechselrichter
Der Wechselrichter wandelt den von der Photovoltaikanlage erzeugten Gleichstrom in den für das Hausnetz nutzbaren Wechselstrom um und koordiniert das Einspeisen von einem möglichen Stromüberschuss in das öffentliche Stromnetz. Moderne Anlagen liefern zudem alle wichtigen Informationen und Parameter über die erzeugte Solarenergie, entweder über eine Weboberfläche oder über eine App auf dem Smart-Phone.
Heizstab
Bei dem Heizstab handelt es sich quasi um einen großen Widerstand, der den Solarstrom in Wärme umwandelt und diese an das Wasser im Speicher abgibt.
Warmwasserspeicher
Nachdem die Sonnenenergie in den Warmwasserspeicher, der umgangssprachlich auch als Pufferspeicher bezeichnet wird, mittels Solarstrom durch den Heizstab in Wärme umgewandelt worden und in das Wasser der Heizung abgegeben wurde, sorgt eine spezielle Schichtenladepumpe anschließend für eine schrittweise Durchladung mit Wärme vom Bereitschaftsteil (oben) bis zum Pufferteil (unten). Die Bereitstellung von Brauchwasser erfolgt bei der Photovoltaik-Heizung legionellenfrei über einen Edelstahl-Wärmetauscher.
Voraussetzungen für das Heizen mit Photovoltaik
Nicht jedes Haus ist automatisch für das Heizen mit Photovoltaik geeignet. Um ein Gebäude zu einem möglichst großen Anteil mit Solarstrom, Warmwasser und Wärme über eine Photovoltaikanlage versorgen zu können, bedarf es zwei wichtigen Voraussetzungen:
Gute Wärmedämmung
Fenster, Wände und das Dach des Gebäudes müssen über einen guten Wärmeschutz verfügen um das Heizen mit Photovoltaik überhaupt erst sinnvoll möglich zu machen.
Niedertemperatur-Heizsystem
Um auch beim Heizen selbst möglichst viel Energie zu sparen ist ein Heizsystem, welches auf Niedertemperatur basiert, erforderlich. Dazu zählen alle Flächenheizungen an Wand, Decke oder Fußboden. Heizkörper sind aufgrund der erforderlichen Vorlauftemperatur für das Beheizen mit Photovoltaikstrom nicht geeignet.
Vorteile einer Photovoltaik-Heizung im Überblick:
Geringste Technik
Geringste Kosten für Betrieb und Wartung
Erneuerbare Energien ökologisch und nachhaltig nutzen
Autarkiegrad deutlich steigern
Wärmepumpe kontra Photovoltaik-Heizung
Die Auswirkungen von Inflation, gestörten Lieferketten und Fachkräftemangel lassen die Kosten für eine Wärmepumpe, trotz der doch recht einfachen Technik nach dem Kühlschrank-Prinzip, förmlich explodieren. Doch nicht nur die hohen Kosten für eine Wärmepumpe von ca. 20.000 Euro geben Anlass zum Nachdenken: Der Lebenszyklus von Wärmepumpen über ca. 12 Jahren und die Kosten für Wartung sollten ebenso berücksichtigt werden wie Betriebskosten selbst, denn auch eine Wärmepumpe benötigt zum Heizen Energie.
Um die erforderliche Wärme weitestgehend ohne externen Strom erzeugen zu können, ist so oder so eine Photovoltaikanlage auf dem Dach erforderlich. Warum dann nicht gleich die Vorteile einer Photovoltaik-Heizung nutzen?
Ist Solarthermie und Photovoltaik zusammen sinnvoll?
Solarthermie ist im Bestand eine gute Wahl, können damit die Kosten für die Bereitstellung von Warmwasser alleine durch Sonnenenergie doch erheblich reduziert werden. Vorausgesetzt das eigene Haus verfügt über eine hohe Wärmedämmung, so ist es sinnvoller voll auf Photovoltaik zu setzen.
Bei einer Kombination mit PV würde eine zusätzliche Solaranlage die zur Verfügung stehende Fläche auf dem Dach reduzieren und zum anderen kann mit Strom sowohl Warmwasser erzeugt werden als auch Haushaltsgeräte mit kostenloser Energie versorgt werden. Auch was den Aufwand für Wartung betrifft ist Photovoltaik deutlich günstiger als Solarthermie. Pumpen, Solarflüssigkeit und die Leitungen bei einer thermischen Solaranlage sind deutlich anfälliger als Stromkabel.
Lohnt sich ein Stromspeicher?
Die Vorteile von einem Stromspeicher liegen auf den ersten Blick klar auf der Hand: Besser den Solarstrom speichern als einspeisen. Sicher, mit einem Solarstromspeicher kann der Eigenverbrauch und damit der Autarkiegrad gesteigert werden. Doch in der Realität sieht es dann doch etwas anders aus:
Fachleute und Verbraucherzentralen raten von einem Stromspeicher ab
Sowohl die meisten Fachleute als auch viele Verbraucherzentralen raten Privathaushalten vor der Installation eines Stromspeichers ab. Die Gründe, warum sich eine solche Anlage nicht wirklich lohnt sind vielschichtig:
Mit derzeit fast 2000 Euro pro kWh sind Batteriespeicher nicht gerade günstig. Dann wäre da noch das Thema Lebensdauer, die mit 10 bis 15 Jahren nicht besonders hoch ist und zu guter Letzt die Frage nach der späteren Entsorgung. Was allerdings am meisten gegen einen Stromspeicher spricht ist der Nutzen in der Praxis, denn wenn Sonnenenergie ausreichend zur Verfügung steht ist der Speicher in der Regel immer vollgefüllt. Beginnt der Winter, so wird die Menge an erzeugten Solarstrom direkt verbraucht. Es bleibt schlichtweg nichts mehr zum Speichern im Stromspeicher übrig. Zu der Speicherkapazität von Batteriespeichern, die üblicherweise zwischen 5 und 10 kWh liegt, sollten Hausbesitzer wissen, dass damit die Grundversorgung mit Solarstrom nur für einen relativ kurzen Zeitraum sichergestellt ist.
Brennstoffzelle mit Wasserstoff - Stromspeicher der Zukunft
Für die Zukunft müssen Lösungen gefunden werden, die nachhaltig und kostengünstig die im Sommer zur Verfügung stehende Energie speichern und diese im Winter wieder „abrufbar“ machen. Eine reversible Brennstoffzelle, die sowohl Strom als auch Wasserstoff je nach Bedarf erzeugen kann, hat derzeit die größte Chance zum „Gamechanger“ zu werden. An der Entwicklung wird mit Hochtouren gearbeitet. Bis dahin wird die Photovoltaik-Heizung eine kostengünstige Brückentechnologie bleiben.
Was kunden, die bereits mit Photovoltaik heizen, berichten:
Bio-Solar-Haus mit PV-Heizung der Familie Stein
„...im letzten Jahr hatten wir Stromseitig praktisch keinerlei Kosten, der Verbrauchsstrom (inkl. PV-Heizung) wurde komplett gedeckt, so dass nur die Kosten für das Holz im Winter zum Heizen anfielen. Wir würden uns auf jeden Fall wieder für eine PV-Heizung entscheiden. Vor allem auch weil sie schon bei geringer Sonnenstrahlung einen Ertrag bringt, also auch im Winter.”
Michael Stein, Besitzer eines Bio-Solar-Hauses
Bio-Solar-Haus mit PV-Heizung der Familie Kurz
„ ... ich bin mit der PV-Heizung sehr zufrieden. Mit der installierten Leistung von 9,6 kWp kann ich soviel Strom ausliefern, dass ich davon ca. 5-6 Raummeter Holz kaufen kann. Mit meiner Sonnenbatterie von 4 kW bin ich somit zu 90% autark. Durch eine Erweiterung auf 8 kW und Einbindung in die Sonnencommunity kann ich im nächsten Jahr noch zusätzlich ein E-Auto betreiben.”
Josef Kurz, Besitzer eines Bio-Solar-Hauses
Bio-Solar-Haus mit PV-Heizung der Familie Bischoff
„ ... die Photovoltaik-Anlage deckt ab Ende März bis Anfang Oktober den Heiz- und Strombedarf des Gebäudes komplett. Bei unserer Größe der PV lohnt sich sicher auch noch ein Speicher für die Nachtstunden (oder für ein Elektro-Auto). Die PV-Heizung ist auf jeden Fall eine echte Alternative zur Solarthermie, da man Strom flexibler nutzen kann als heißes Wasser.”
Michael Bischoff, Besitzer eines Bio-Solar-Hauses
Häufige Fragen rundum eine Photovoltaik-Heizung
Eine Photovoltaik-Anlage, die für das Heizen mit Photovoltaik geeignet ist, kostet bei einer Leistung von 10 kWp ca. 13000 bis 14000 Euro.
Die Abdeckung des gesamten Heizbedarfs eines Hauses über eine Photovoltaikanlage ist in Deutschland nicht möglich, jedoch kann je nach Hausstandard ein Großteil der Energie für eine Elektroheizung von einer PV-Anlage bereitgestellt werden.
Entgegen der Einspeisung von überschüssigen Solarstrom in das öffentliche Netz kann der Strom auch zur Warmwassererzeugung sowie zur Heizungsunterstützung genutzt werden.
Die Erwärmung von Warmwasser mit Photovoltaik funktioniert sehr einfach: Es ist hierfür lediglich eine Steuerung mit Dimmer sowie ein Hygienespeicher erforderlich.
Die Kosten für einen drucklosen Hygienespeicher mit 1200 Litern, einem 9 kW Heizstab, einem PV-Heizungs-Dimmer und der erforderlichen Steuerung liegen bei ca. 9000 – 10000 Euro.
Durch die hohen Preissteigerungen bei Öl und Gas sowie der geringen Einspeisevergütung für Solarstrom wird die Attraktivität für das Heizen Photovoltaik-Strom zu nutzen immer größer.
