Heizen mit Photovoltaik – welche Möglichkeiten gibt es?

Heizen mit Solarstrom kann den Eigenverbrauchsanteil und damit die Wirtschaftlichkeit einer PV-Anlage deutlich steigern. Welche Technologien gibt es auf dem Markt, und unter welchen Voraussetzungen machen sie Sinn? Ein Überblick:

Grundproblematik: Wie wird geheizt, wenn die Sonne nicht scheint?

Die jahreszeitlichen Schwankungen der PV-Stromausbeute einerseits und des Bedarfs an Heizwärme andererseits verlaufen leider alles andere als synchron: Im Winter, bei sehr hohem Wärmebedarf, ist der Solarstromertrag um bis zu 70% geringer als im Sommer. Hinzu kommen die tageszeitlichen Schwankungen, zum Beispiel beim Warmwasserverbrauch: Heiß geduscht wird z.B. vor allem morgens, oft noch vor Sonnenaufgang. Deshalb ist für jede Art des Heizens mit Solarstrom entweder ein Heizwasser-Speicher (Pufferspeicher) und/oder ein Batteriespeicher erforderlich oder zumindest sinnvoll, damit auf den Zukauf von Netzstrom möglichst verzichtet werden kann. Trotz dieser Herausforderungen lohnt es sich, den eigenen Strom vom Dach zum Heizen und zur Warmwassererzeugung zu nutzen. Hierfür gibt es unterschiedliche Möglichkeiten.

Erste Wahl für Neubauten: die Wärmepumpe

Eine Wärmepumpe benötigt elektrische Energie, um vorhandene Außenwärme (der Luft, der Erde oder des Grundwassers) auf eine höhere Temperatur zu „pumpen“. Auf diese Weise wird Wasser erhitzt, das einem Pufferspeicher zufließt, der wiederum das Wasser des Heiz- und Trinkwasserkreislaufs erwärmt. Ist der Pufferspeicher ausreichend dimensioniert, kann die Wärmepumpe in der Nacht teilweise oder ganz pausieren. Hin und wieder muss sie das sogar, denn lokale Stromnetzbetreiber können die Netzstromversorgung von Wärmepumpen mit nächtlichen Sperrstunden belegen, um drohende Netzüberlastungen zu verhindern.

Wird für ein neues Wohngebäude von vornherein eine PV-Anlage geplant, ist eine Wärmepumpe das kongeniale Heizsystem. Zum einen, weil die Technologie bereits sehr ausgereift ist und sich in vielen Fällen auch im alleinigen Netzstrombetrieb rechnet. Zum anderen, weil sie im Solarstrombetrieb als die klimafreundlichste Art des Heizens gilt. Im Betrieb mit kostenfreiem Strom vom Dach gehen die CO₂-Emissionen gegen Null.

Auch bei der energetischen Sanierung von Bestandsbauten kann die Nachrüstung einer Wärmepumpe attraktiv sein; besonders wenn das Gebäude bereits über eine Fußbodenheizung und eine PV-Anlage verfügt.

Wieviel Solarstrom dann im Einzelfall für den Betrieb einer Wärmepumpe genutzt werden kann, hängt von mehreren Faktoren ab:

Leistung der PV-Anlage
Wärmebedarf
Gebäudedämmung
PV-Anbindung der Wärmepumpe
Größe des Pufferspeichers
Vorhandensein eines Stromspeichers

Optional für Bestandsgebäude: Wärmepumpe in einem Hybridsystem

Für ausreichend isolierte Gebäude mit einer Fußbodenheizung genügt in der Regel eine Wärmepumpe als einziges Heizsystem. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, bereits vorhandene Gas- oder Ölheizungen durch eine Wärmepumpe zu ergänzen. Bei solchen „hybriden Heizsystemen“ versorgen unterschiedliche Heizquellen einen gemeinsamen Pufferspeicher. Alternativ können auch zwei separate Kreisläufe, einer für Heizwasser und einer für Trinkwasser, mit jeweils einer eigenen Heizungstechnologie betrieben werden (bivalentes Heizen).

Noch eine Hybrid-Option: ergänzender Photovoltaik-Heizstab

Für Bestandsgebäude, die über eine PV-Anlage und eine konventionelle Heizung verfügen, kann auch das Nachrüsten eines elektrischen Heizstabs im Pufferspeicher interessant sein. Im Prinzip handelt es sich dabei um einen etwas größer dimensionierten Tauchsieder, der mit klimafreundlichem Solarstrom die Wärmeerzeugung des Öl-, Gas- oder Pellet-Brenners ergänzt. Die Energieeffizienz eines Heizstabs ist zwar deutlich geringer als die einer Wärmepumpe – während eine Wärmepumpe unter Idealbedingungen aus 1.000 Watt Strom bis zu 7.000 Watt Wärme erzeugen kann, gewinnt ein Heizstab aus 1.000 Watt Strom nur 1.000 Watt Wärme – aber: Die Anschaffungs- und Installationskosten eines elektrischen Heizstabs sind deutlich geringer als die einer Wärmepumpe, und der selbst erzeugte Betriebsstrom kostet gar nichts. Die Nachrüstung eines Heizstabs kann daher trotz geringerer Energieverwertung finanziell attraktiv sein.

Eine weitere Möglichkeit: direktelektrisches Heizen

Als direktelektrische Heizungen bezeichnet man Systeme, die elektrischen Strom direkt zur Erwärmung des Heizkörpers nutzen. Das können z.B. elektrische Radiatoren, Heizlüfter, Infrarotheizungen, Klimaanlagen mit Heizfunktion oder auch elektrische Fußbodenheizungen sein. Sogar die gute alte Nachtspeicherheizung ist, wenn solarstrombetrieben, plötzlich wieder eine Option. Wobei das Speicherprinzip dann umgekehrt werden muss; d.h. die Wärme wird tagsüber erzeugt und für die Nacht gespeichert. Genau genommen wird sie dadurch zur „Tagspeicherheizung“.

Alle direktelektrischen Heizungsarten haben den Nachteil, dass ihr Wirkungsgrad eher gering ist. Ein Vorteil ist, dass sie sich mit sehr geringem Aufwand installieren lassen; oft genügt es, das Gerät einfach aufzustellen oder an die Wand zu schrauben. Daher eigenen sich direktelektrische Heizungen z.B. zum Nachrüsten von Räumen, in denen keine Heizungsrohre verlegt sind. Oder auch insgesamt zum ergänzenden Heizen, ohne dass ein Eingriff in das bestehende System notwendig ist. Auch für Ferienhäuser, die im Winter wenig genutzt werden, kann eine direktelektrische Heizung in Kombination mit einer kleinen PV-Anlage interessant sein.

Fazit

Photovoltaische Wärmeerzeugung erhöht den Eigenverbrauchsanteil einer PV-Anlage. Solarstrombetriebene Wärmepumpen sind die energieeffizienteste und klimafreundlichste Heiztechnologie. Elektrische Heizstäbe in hybriden Systemen können eine kostengünstige Alternative sein. Direktelektrische Heizungen können ebenfalls eine Option sein; vor allem wenn der Installationsaufwand gering gehalten werden soll. Um auch nachts mit Solarstrom heizen zu können, ist ein thermischer Speicher und/oder ein Batteriespeicher notwendig – bei jeder Heizungsart.

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