Elektroheizung mittels Photovoltaikanlage: Pufferspeicher mit Heizstab als Low-Tec-Stromspeicher

Solarthermie erzeugt Warmwasser und Photovoltaik erzeugt Strom – eine Regel für die Gewinnung von Sonnenenergie, die lange Zeit galt. Mit der von uns selbst entwickelten Photovoltaik-Heizung für das Bio-Solar-Haus schlagen Bauherren gleich mehrere Fliegen mit einer Klappe.

Wer kennt das nicht: Sonnenenergie steht während der Sommermonate mehr als ausreichend zur Verfügung. Beginnt jedoch die Heizperiode, reduziert sich der Tagesertrag von Solaranlagen, ganz gleich ob es sich um Solarthermieanlagen oder Photovoltaikanlagen handelt, deutlich. Lässt sich die Sonne dann immer weniger blicken, steigt jedoch sowohl der Bedarf als auch der Verbrauch von Warmwasser und Strom. Sofern direkte Sonneneinstrahlung vorhanden ist, kann eine Solarthermieanlage die vorhandene Heizung unterstützen, jedoch keinen Beitrag für die solare Eigenverbrauch-Deckung mit Solarstrom leisten. Anders bei der Photovoltaikanlage: Sie erzeugt auch bei geringer Solarstrahlung noch Energie, die z.B. auch für eine Elektroheizung genutzt werden kann.

Das Konzept der PV-Heizung basiert auf 3 Säulen:

Priorität 1: Solarstrom für den direkten Eigenverbrauch

Der von der Photovoltaikanlage erzeugte Solarstrom wird im ersten Schritt für den Eigenverbrauch genutzt. Steht Sonnenenergie zur Verfügung, die im Haus direkt verbraucht werden kann, so weist die intelligente Steuerung den Verbrauchern die zur Verfügung stehende Energiezu - nach dem Gedanken, möglichst autark sein zu können.

Priorität 2: Emissionsfreie Solarheizung mittels Elektro-Heizstab

Sobald überschüssiger Strom zur Verfügung steht, wird dieser dafür genutzt, eine Elektroheizung mit Energie zu versorgen. Hierzu stehen zwei Heizstäbe mit einer Gesamtleistung von 8 kWh zur Verfügung, die in mehrere Heizelemente mit unterschiedlichen Leistungszahlen unterteilt sind und den Pufferspeicher mit insgesamt 1.200 Litern Volumen schichtweise durchladen. Um auch solare Erträge unter 1000 Watt, die gerade in der kalten Jahreszeit häufig vorkommen, nutzen zu können, verfügt das System über einen speziellen Dimmer, der in der Lage ist, auch diese Leistung noch zum Erwärmen der gesamten Anlage nutzen zu können.

Priorität 3: Einspeisung des Solarstroms – Schaffung eines „Puffers“

Wird weder für eine Verbrauchsstelle im Wohngebäude noch für das Erwärmen des Wasserspeichers noch des Stromspeichers elektrischer Strom benötigt, wird die überschüssige Solarenergie in das öffentliche Stromnetz nach einem entsprechenden Vergütungssatz eingespeist. Sollte zu einem bestimmten Zeitpunkt mehr Solarstrom benötigt werden als Ertrag zur Verfügung steht, wird dieser aus dem Netz zurückgeholt.

Welche Eckdaten sollte eine empfehlenswerte Photovoltaikanlage für den Betrieb einer Elektroheizung haben?

Für einen ausreichenden Tagesertrag sollte eine Photovoltaikanlage mit einer Gesamtleistung von ca. 8 bis 10 kWp (benötigte Fläche auf dem Dach ca. 50-63m²) zur Verfügung stehen. Um Mehrkosten für eine Aufständerung, die z.B. bei einem Flachdach notwendig ist zu vermeiden, sollte die Dachneigung im Bereich von ca. 30° liegen, um einen optimalen Ertrag zu erzielen – idealerweise mit Südausrichtung.

Eine Solarthermie-Anlage ist in diesem Fall nicht mehr erforderlich. Das im Vergleich zu Elektroleitungen deutlich aufwändigere Verlegen von Rohrleitungen zum Transport der Solarflüssigkeit und die Nachteile durch Stagnation, die bei thermischen Kollektoren eintreten kann, entfallen – wie auch das regelmäßige Warten der Thermie-Anlage wie z.B. die Überprüfung auf ausreichenden Frostschutz oder der Austausch von Solarpumpen innerhalb ihres Lebenszyklus.

Den Strom einer Photovoltaikanlage zum Betrieb einer Wärmepumpe nutzen?

Eine im Idealfall mit Solarstrom betriebe Wärmepumpe entzieht nach dem „umgekehrten Kühlschrankprinzip“ der Außenluft Wärme. Mittels Wärmetauscher versorgt die Anlage während des Betriebs das Haus mit Energie für die Heizung und die Bereitstellung von Warmwasser. Durch die begrenzte Maximaltemperatur, die eine Wärmepumpe in der Lage ist zu erzeugen, sind Wärmepumpen zur Zeit noch kein ideales Mittel, um Wärmeenergie in einem Solarspeicher zu puffern, wobei die Verfügbarkeit einer modulierenden Wärmepumpe, also einem Gerät, welches nur den zur Verfügung stehenden Solarstrom nutzt, dies grundsätzlich ändern könnte.

Derzeit bestehen Wärmepumpen noch aus vielen mechanischen Bauteilen wie z.B. Kompressoren, die nur über begrenzte Lebensdauer verfügen und damit die Betriebskosten für Wartung, Instandhaltung und Neuanschaffung steigen lassen können.