Mit Photovoltaik heizen

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Mit Photovoltaik heizen: Sinn oder Unsinn?

Solarstrom, wie ihn eine Solarstrom-Anlage (Photovoltaik-Anlage, kurz: PV-Anlage) auf dem Dach erzeugt, lässt sich selbst verbrauchen (Eigenverbrauch) oder ins öffentliche Netz einspeisen. Letzteres wird für den Solarstromerzeuger immer unattraktiver, da die staatliche Einspeisevergütung wie gesetzlich vorgeschrieben stetig sinkt: derzeit Monat für Monat um 0,5 Prozent. Das spricht dafür, den Eigenverbrauchsanteil an Solarstrom zu erhöhen, um so Stromkosten zu sparen. Zu Recht taucht immer häufiger die Frage auf, ob es Sinn macht, mit Photovoltaik zu heizen – die hier beantwortet wird.

PV-Anlage neben einem Schornstein © Hermann, fotolia.com
Noch raucht der Schornstein über der Photovoltaik-Anlage. Erzeugt diese aber auch den Strom für eine Elektroheizung wäre damit Schluss. © Hermann, fotolia.com

Das Umweltbundesamt (UBA) beziffert den Anteil des Endenergieverbrauchs für Wärmezwecke in Privathaushalten auf knapp die Hälfte, wozu es anmerkt, dass der raumwärmebedingte Endenergieverbrauch stark von der Witterung abhänge und somit größeren Schwankungen unterworfen sei. Diese Angabe belegt einerseits die Bedeutung von Wärme am privaten Energieverbrauch und andererseits das Potential zum Einsparen von Energie und daraus resultierenden Energiekosten, das sich der Wärme zuschreiben lässt.

Gute Gründe für das Heizen mit Photovoltaik

Selbst produzierten Solarstrom zum Erzeugen von Raumwärme einzusetzen, das könnte eine Möglichkeit sein, Heizenergie und Heizkosten zu sparen. Dafür sprechen die folgenden Gründe:

  • Die Photovoltaik-Anlage auf dem Dach als Quelle elektrischer Energie (Strom) wird in der Anschaffung immer günstiger: Die Preise für Anlagen sinken seit Jahren stetig.
  • Damit sinken auch die Kosten von selbst erzeugtem Solarstrom. Er ist trotz der anteiligen EEG-Umlage (EEG steht hier für das Erneuerbare Energien Gesetz, das in seiner Fassung von 2014 eine anteilige Umlage für Anlagen mit mehr als 10 kWp Leistung festschrieb.) immer noch günstiger als der haushaltsübliche Strom, der von einem Netzanbieter gekauft wird.
  • Moderne elektrische Heizungen (E-Heizungen, Stromheizungen) kommen heute mit einer hohen Effizienz daher: Sie wandeln Strom mit sehr hohem Wirkungsgrad in Wärme um. Das heißt, aus der mit der Photovoltaik-Anlage erzeugten und zur Elektroheizung transportierten Solarstrommenge macht Letztere zu einem sehr hohen Prozentsatz Wärme.
  • Zugleich steigen die Stromkosten Jahr für Jahr. Die Netzparität für Photovoltaik-Strom ist längst erreicht, die Parität für Öl wird von Energie-Experten wie Volker Quaschning in wenigen Jahren erwartet.
Tipp: Die Klimabilanz eigens erzeugten Solarstroms ist demnach sehr viel besser als die herkömmlich erzeugten Stroms aus Kraftwerken. Deren Wirkungsgrad liegt laut Aussage von Greenpeace bei nur 35 bis 45 Prozent.
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Heizen mit Solarstrom – die technischen Möglichkeiten und Grenzen

In der Theorie lässt es sich mit Photovoltaik einfach heizen. Gebraucht werden

  • eine Photovoltaik-Anlage als Stromerzeuger inklusive Stromwechsler
  • und eine Elektroheizung als Stromverbraucher.
Tipp: Aus dem typischen Leistungsprofil einer Photovoltaik-Anlage resultiert, dass sie als Energiequelle für E-Heizungen nur dann Sinn macht, wenn es sich dabei beispielsweise um Flächenheizungen wie Fußboden- oder Wandheizungen handelt. Konventionelle elektrische Heizungen betreibt man mit hoher Leistung und hoher Stromstärke. 

Doch der direkte Betrieb einer Elektroheizung mit Solarstrom ist nur ein Weg, um mit Photovoltaik zu heizen. Daneben gäbe es noch die zweite Möglichkeit, die PV-Anlage an einen Pufferspeicher anzuschließen, um das darin gepufferte Brauch- und Heizwasser elektrisch vorzuheizen, wobei die Heizungssteuerung die Leistung passend drosseln würde. Nicht zuletzt wären als dritte Möglichkeit elektrische Wärmepumpen anzuführen, die mit Solarstrom betrieben und mit der konventionellen Heizung verbunden würden, um so deren Brennstoffverbrauch zu mindern.

Mit Solarstrom heizen macht nicht immer Sinn
Mit Solarstrom heizen macht nicht immer Sinn

Große Energiemengen brauchen große Photovoltaik-Anlagen

Die Praxis sieht so aus: Für die gewünschte Raumwärme ist eine nicht unerhebliche Menge an Strom nötig, um diese zu erzeugen. Pi mal Daumen brauche man zum Heizen mit Strom etwa fünf bis zehn Mal so viele Kilowattstunden Strom wie zur Stromversorgung, schreibt Cornelia Daniel in ihrem Kommentar auf dem Portal Sonnenenergie, dem nach eigenen Angaben offiziellen Fachorgan der Deutschen Gesellschaft für Sonnenenergie e.V.

Rechnen wir das Ganze doch mal durch! Eine für Einfamilienhäuser typische Photovoltaik-Anlage mit 5 kWP – bestehend aus 20 Modulen á 250 WP bringt unter der Voraussetzung, dass ein kWp Photovoltaik etwa 1.000 kWh Solarstrom jährlich erzeugt, 5.000 kWh Strom. Damit ließe sich der Bedarf eines normalen 4-Personen-Haushaltes, der bei etwa 4.000 kWh Strom liegt, decken. Zum Heizen blieben noch 1.000 kWh. Reicht das zum Heizen des Haushaltes? Cornelia Daniel geht von Wärmebedarfszahlen zwischen 20.000 kWh (Baujahre bis 2002) und 12.000 kWh (KfW-Effizienzhaus Plus 70) aus.

Die 1.000 kWh an Solarstrom, die nach der Stromversorgung noch fürs Heizen blieben, würden demnach nur ein Zwanzigstel bis ein Zwölftel des Wärmebedarfs des Haushalts solar deckeln (solarer Deckungsgrad). Wozu Cornelie Daniel auch noch anmerkt, dass Energiebedarf und Erzeugung alles andere als synchron verlaufen würden und die hier genannten Anteile illusorisch seien. Einer jährlichen Bilanz stünden komplett andere wöchentliche, tägliche und stündliche Zahlen gegenüber.

Doch selbst wenn man dies außer Acht ließe, zeigt das Rechenbeispiel, wie viel oder besser: wie wenig eine solche Photovoltaik-Anlage zum Heizen beizutragen vermag.

Tipp: Das soll nicht heißen, dass kleine PV-Anlagen zur Eigenproduktion von Strom unsinnig sind. Keineswegs! Doch zur Erzeugung von Strom und Wärme für Brauchwasser (Trinkwasser) plus Heizung braucht es mehr: mehr Photovoltaik, also mehr Module und damit größere Anlagen. Nur zur Erklärung dessen: Eine Anlage, die 20 kWp Spitzenleistung bringen soll, „besetzt“ mehr als 100 Quadratmeter Dachfläche! Und wenn die lokalen Bedingungen, darunter Ausrichtung des Daches gen Sonne, Dachneigung und Verschattung suboptimal sind, ist sogar noch mehr Photovoltaik-Fläche nötig.
Solarspeicher © Markus Dehlzeit, fotolia.com
Stromspeicher machen das Heizen mit Photovoltaik sinnvoll, denn mit der zeitversetzten Abgabe des gespeicherten Stroms an die Verbraucher im Haushalt lässt sich die stromerzeugungsbedingte Zeitverschiebung zwischen Nachfrage und Angebot regulieren. © Markus Dehlzeit, fotolia.com

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Speicher überbrücken zeitliche Lücke zwischen Solarstromerzeugung und Wärmeverbrauch

Eine weitere Hürde fürs Heizen mit Photovoltaik ist die eben schon kurz angesprochene zeitliche Diskrepanz zwischen Solarstromerzeugung (Angebot) und Wärmeverbrauch (Nachfrage): Dazu muss man bedenken, dass eine Photovoltaik-Anlage in unseren Breiten während der Heizsaison (Oktober bis April) weniger Solarstrom erzeugt, als während der sonnenintensiveren Sommermonate. Das Ertragsverhältnis von Sommer vs. Winter lässt sich mit 70 vs. 30 Prozent ausdrücken. Es steht im Sommer also, wo kaum Raumwärme benötigt wird, mehr als doppelt so viel Solarstrom zur Verfügung wie im Winter! Und genau das ist das Problem, wenn der Solarstrom zum Heizen zum Einsatz kommen soll.

Nutzung von Solarstrom: Setzen Sie Prioritäten
Nutzung von Solarstrom: Setzen Sie Prioritäten

Auch über eine kürzere Zeitspanne betrachtet, wird das angesprochene zeitliche Missverhältnis deutlich: Solarstrom kommt tagsüber vom Dach, wenn die Sonne scheint. Doch die meisten Verbraucher sind von morgens bis nachmittags / abends außer Haus: zum Lernen, Studieren oder Arbeiten. Heizwärme ist seitens dieser Verbraucher vor allem morgens und abends gefragt, wenn es im Winter noch oder schon dunkel ist und kein Solarstrom mehr vom Dach kommt.

Als buchstäblicher Lückenfüller kann ein Speicher (Batterie) dienen: sowohl bei Inselanlagen als auch bei netzgekoppelten. Er speichert die erzeugte Energie und hält sie vorrätig, bis sie benötigt wird. Damit trägt der Speicher dazu bei, den Anteil des Eigenverbrauchs zu steigern, der bei Kleinanlagen auf Einfamilienhäusern mit vier, fünf kWp typischerweise zwischen 20 und 30 Prozent liegt – ein Eigenverbrauchsanteil von 100 Prozent ist mit einem Stromspeicher durchaus erreichbar.

Tipp: Praktisch lassen sich heute nur Wohnhäuser ausschließlich mit Photovoltaik und Elektroheizung ohne Stromspeicher heizen, die nach Passivhaus-Standard neu errichtet beziehungsweise auf diesen Standard hin saniert worden sind. Diese Häuser haben einen Heizwärmebedarf zwischen 25 bis 30 kWh pro Quadratmeter (m2 und Jahr. Dank kontrollierter Wohnraumlüftung kann eine E-Heizung den Restwärmebedarf des Hauses decken.

Wie kann ein Stromspeicher helfen? Rein energetisch gesehen, ließe sich der Solarstrom

  • als solcher in einem Stromspeicher
  • oder bereits umgewandelt zu Wärme in einem Wärmespeicher speichern,

um den Tages- oder Sommerertrag für den Abend / die Nacht / den Morgen oder den Winter zu speichern.

Solarstromspeicher: Vorteile und Nutzen
Solarstromspeicher: Vorteile und Nutzen

Die Solarstromspeicherung im Stromspeicher liefe so ab: Die Speicher-Steuerung würde zunächst ermitteln, ob der erzeugte PV-Strom direkt im Haushalt benötigt würde, beispielsweise für den Betrieb von Dauerstromverbrauchern wie einem Kühlschrank. Würde aktuell mehr Strom erzeugt als verbraucht, würde der derzeit überschüssige Strom den Solarstromspeicher aufladen, bis dieser voll wäre. Weiterer überschüssiger Solarstrom ließe sich gegebenenfalls ins öffentliche Stromnetz einspeisen.

In einem entsprechend gedämmten Wärmespeicher wäre Wasser das Speichermedium: Ein darin befindlicher elektrischer Heizstab ließe sich mit Solarstrom betreiben und würde das gepufferte Wasser erwärmen.

Das bedeutet, dass ein Solarstromspeicher so ausgelegt werden müsste, dass der damit zu versorgende Haushalt bestenfalls von abends bis morgens Strom aus dem Speicher beziehen könnte. Wäre der Speicher

  • eher leer
  • oder käme es im Haushalt zwischendrin zu einer außergewöhnlichen Spitzenlast

müsste der Bedarf zusätzlich mit Netzstrom gedeckt werden.

So weit, so gut. Wäre da nicht die Tatsache, dass Solarstromspeicher zurzeit noch sehr viel kosten. Die Rede ist hier – in Abhängigkeit von der Leistung der Speicher – von 6.000 bis 15.000 Euro für einen Speicher, der in ein typisches Einfamilienhaus passt. Die gute Nachricht ist, dass Marktforscher erwarten, darunter die des World Economic Forums, dass die Stromspeicherpreise wie die PV-Anlagen-Preise sinken werden.

Die Preise für Solarstromspeicher sind deutlich gesunken
Die Preise für Solarstromspeicher sind deutlich gesunken

Das Umweltprogramm der Vereinten Nationen (UNEP) berichtet, dass in den Jahren 2010 bis 2015 die durchschnittlichen Preise von Stromspeichern von 1.000 auf 350 Dollar pro Kilowattstunde Kapazität gefallen seien. Spannend: Den zu erwartenden Preisrückgang bei Stromspeichern machen die Analysten auch am Wachstum des Marktes für E-Autos fest, weil im Zuge dessen die Batterieproduktion ausgeweitet und wegen der Skalierungseffekte preiswerter werde. Von Kostensenkungen infolge technologischer Fortschritte ganz zu schweigen.

Fazit: Heizen mit Photovoltaik

Grundsätzlich ist das Heizen mit Photovoltaik machbar. Sinn macht es aber nur, wenn es sich auch rechnet. Noch geht die Rechnung wegen der hohen PV-Modul-Preise und der noch höheren Speicherpreise nicht auf – doch Preisrückgänge und damit Wirtschaftlichkeit sind hier in Bälde zu erwarten.

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