Mit Photovoltaik heizen

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Mit Photovoltaik heizen: sinnvoll oder sinnlos?

2020 wurden 68,3 Prozent der Endenergie privater Haushalte für das Aufwärmen der Räume verbraucht. Als Energieträger spielte Erdgas dabei die größte Rolle, gefolgt von Mineralöl, Erneuerbaren und Fernwärme. Strom landete mit 1,6 Prozent nur knapp über den Kohlen. (Quelle: Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen e.V.: Anwendungsbilanzen. Energieendverbrauch Private Haushalte) Bedenkt man die Brandbreite der Energieträger für die Stromproduktion, lässt sich leicht ausrechnen, wie unbedeutend das Heizen mit Photovoltaik ist. Oder noch ist? Aktuelle Tendenzen könnten hier für ein Umdenken sorgen. Wir haben uns die drei gängigen Heiztechniken angesehen und wagen eine Einschätzung.

PV-Anlage neben einem Schornstein © Hermann, stock.adobe.com
Kein rauchender Schornstein mehr, wenn mit Photovoltaik geheizt wird © Hermann, stock.adobe.com
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Fünf gute Gründe für das Heizen mit Photovoltaik

Selbst produzierten Solarstrom zum Erzeugen von Raumwärme einsetzen: Ist das eine Möglichkeit, Heizenergie und Heizkosten zu sparen? Klar dafür sprechen die folgenden 5 Gründe:

  1. Reduzierung von Triebhausgasen: Die Nutzung erneuerbarer Energien verdrängt fossile Energien und vermeidet damit klimaschädliche Treibhausgase. Den größten Anteil daran können der Strom- und der Wärmesektor verbuchen. (Quelle: Umweltbundesamt, Daten für 2021) Wer Strom und Wärme aus regenerativer Energie erzeugt, leistet also einen besonders wertvollen Beitrag zur Energiewende.
  2. Preisrückgang bei Photovoltaikanlagen: Die Anschaffungskosten für Solarmodule und Wechselrichter sinken seit Jahren. Das macht die Investition auch ohne Förderung lohnend. Experten sind daher zuversichtlich: Ist der derzeitige Preisanstieg auf Grund von extremer Nachfrage und gleichzeitigem Materialmangel erst einmal überwunden, wird sich der positive Trend bei der Preisentwicklung fortsetzen.
  3. Preisanstieg bei Netzstrom: Haushaltsüblicher Strom, der beim Netzanbieter bezogen wird, erreicht jetzt schon schwindelnde Höhen. Und das Ende der Fahnenstange scheint noch lange nicht erreicht. Je mehr selbst erzeugter Solarstrom genutzt werden kann, desto größer ist die Ersparnis.
  4. Effizienzsteigerung bei elektrischen Heizungen: Moderne E-Heizungen weisen einen sehr hohen Wirkungsgrad auf. Das heißt, ein hoher Prozentsatz der mit der Photovoltaik-Anlage erzeugten Solarstrommenge wird in Wärme umgewandelt.
  5. Steigende Popularität der Alternativen zur E-Heizung: Heizen mit Stromunterstützung wird immer populärer. Dies beginnt bei der von der Bundesregierung favorisierten Wärmepumpe und reicht bis zum einfachen Heizstab, der das Wasser im Pufferspeicher auf Temperatur hält.
Tipp: Die Netzparität für Photovoltaik-Strom ist längst unterschritten, sogar die Netzparität für PV-Anlagen mit Speichersystem wurde schon 2016 erreicht. Erreicht ist die Netzparität dann, wenn die Kosten für die Erzeugung erneuerbarer Energie und für den Strombezug aus dem öffentlichen Netz gleich sind. Bei einer PV-Anlage zählen die Anschaffungskosten zu den genannten Erzeugungskosten. Die Fachwelt spricht hier von Gestehungskosten.
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Drei gängige Arten, mit Solarstrom zu heizen

Das Ziel, mit Photovoltaik-Strom zu heizen, kann auf dreierlei Weise erreicht werden:

1. Elektroheizung

Die bekannten Nachspeicherheizungen sind mittlerweile ausgereift und verbrauchen deutlich weniger Strom als noch vor wenigen Jahren. Ihre Methode, die Raumluft durch Abgabe warmer Luft zu erwärmen, ist jedoch bis heute weder energetisch noch wirtschaftlich sinnvoll. Wenn eine Elektroheizung wie zum Beispiel im Ferienhaus installiert werden soll, leisten Infrarotheizungen bessere Dienste. Sie erwärmen nicht die Luft, sondern den Körper.

Elektroheizung: Wird der Strom nit fossiler Energie produziert ist es ungünstig damit zu heizen
Elektroheizung: Wird der Strom nit fossiler Energie produziert ist es ungünstig damit zu heizen

Direktheizungen wie Heizlüfter und Infrarotstrahler und Speicherheizungen wie Nachtspeicher- und Fußbodenheizungen werden direkt mit (solarem) Strom betrieben. Sie kursieren daher unter dem Oberbegriff „direktelektrische Photovoltaik-Heizungen“.

2. Wärmepumpe

Wärmepumpen sind derzeit DAS Thema, wenn es sich um strombetriebene Heizungsanlagen dreht. Die Systeme machen sich die Umgebungswärme, sei es der Luft, der Erde oder des Grundwassers, zum Heizen zunutze und haben einen hervorragenden Wirkungsgrad. Mit Ökostrom angetriebene Wärmepumpen punkten zudem mit einer besonders positiven CO2-Bilanz.

Wärmepumpe und Solarstrom: Die Umwelt freut sich
Wärmepumpe und Solarstrom: Die Umwelt freut sich

Wir stellen die einzelnen Wärmepumpentypen vor, erläutern die Funktionsweise und informieren über die Kosten und Fördermöglichkeiten von Wärmepumpen mit Solarstromantrieb.

Wärmepumpeneinheit im Heizungsraum © Martin Winzer, stock.adobe.com
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3. Heizstab

Elektrische Heizstäbe stellen die einfachste Möglichkeit dar, Heizwasser im Pufferspeicher vorzuheizen. Ihr größter Vorteil: Neben der Reduzierung der Heizkosten ermöglichen sie das komplette Abschalten der Heizungsanlage außerhalb der Heizsaison.

Der Heizstab funktioniert im Prinzip wie ein Tauchsieder
Der Heizstab funktioniert im Prinzip wie ein Tauchsieder

Im Winter übernehmen die Heizpatronen die Aufgabe einer Notheizung. Fällt das Heizungssystem aus, steht dennoch warmes Heizwasser zur Verfügung.

Heizen mit Photovoltaik hat auch seine Schattenseiten

Zum einen ist der Energiehunger groß, zum anderen der Energiespender häufig abwesend:

Wärmeerzeugung mit Strom erfordert große Energiemengen

Für die Dimensionierung stellt sich natürlich die Frage: Wie groß muss die PV-Anlage zum Heizen sein?

Kurze Antwort: So groß wie möglich. Denn große Energiemengen brauchen nun mal große Photovoltaik-Anlagen.

Lange Antwort: Verabschieden Sie sich von der Vorstellung, den gesamten Heizwärmebedarf mit Strom aus der PV-Anlage decken zu können. Es sei denn, Ihr Haus ist ein Passivhaus oder zumindest Effizienzhaus 40. Das heißt, es benötigt keine klassische, wassergeführte Gebäudeheizung bzw. nur 40 Prozent der Primär­energie eines Standardhauses. Dann kann eine Wärmepumpe zum gewünschten Ergebnis führen.

Hinweis: Häuser nach Passivhaus-Standard haben einen Heizwärmebedarf von maximal 15 kWh und eine Primärenergiekennzahl für Restheizung, Warmwasserbereitung, Lüftung und Haushaltsstrom von maximal 95 kWh pro Quadratmeter und Jahr. Der Restwärmebedarf kann dank kontrollierter Wohnraumlüftung durch eine E-Heizung gedeckt werden. Noch weiter gehen Nullenergiehäuser und Plusenergiehäuser. Bei ersteren wird genauso viel Energie gewonnen wie verbraucht, bei letzteren erreicht die Energiebilanz sogar einen positiven Wert.
Komplettes Hausdach mit Photovoltaik-Anlage bestückt © manfredxy, stock.adobe.com
Wer seine PV-Anlage auch zum Heizen nutzen möchte sollte am besten das komplette Hausdach mit Photovoltaikmodulen bestückt © manfredxy, stock.adobe.com

In allen anderen Fällen gilt:

Eine Elektroheizung ausschließlich direkt mit PV-Strom zu speisen, ist im Grunde unmöglich. Um einen Dauerbetrieb zu gewährleisten, müsste die Solaranlage 5- bis 10-mal so groß wie für die reine Stromversorgung sein. Mal abgesehen von der riesigen Montagefläche, wäre dies absolut unrentabel.

Mit einer Wärmepumpe oder einem Heizstab im Pufferspeicher bietet sich schon ein besseres Bild:

Bei Wärmepumpen geht man pauschal von ca. 7.500 bis 10.000 kWh jährlichem Stromverbrauch aus (Erd- bzw. Luftwärmepumpen, Grundwasser-Wärmepumpen dazwischen). Sind die klimatischen Bedingungen optimal, könnte ein Zubau von 8 bis 10 kWp ausreichen. Ist eine bestehende Anlage bereits reichlich dimensioniert, reduziert sich dieser Wert entsprechend. Je nach Verbrauchsgewohnheit und -anspruch könnten jedoch auch deutlich mehr Solarmodule notwendig sein.

Ein herkömmlicher Heizstab hat eine Leistung von 5 kW. Ausgehend von einer 2.000-stündigen Heizdauer und einer Heizleistung von 6 kW ergäbe sich ein Stromverbrauch von 600 kWh pro Jahr: Wird dann noch bedacht, dass Heizstäbe in der Regel nur im Notbetrieb arbeiten, rechnet sich die Investition durchaus.

Stromerzeugung und Stromverbrauch finden meist zeitversetzt statt

Eine zweite Hürde fürs Heizen mit Photovoltaik ist die zeitliche Diskrepanz zwischen Angebot und Nachfrage, also zwischen Solarstromerzeugung und Heizwärmebedarf. Und zwar in zweierlei Hinsicht:

Mit Solarstrom heizen macht nicht immer Sinn
Mit Solarstrom heizen macht nicht immer Sinn
  1. Eine Photovoltaik-Anlage erzeugt während der Heizsaison weniger Solarstrom als während der sonnenintensiveren Sommermonate. Das Ertragsverhältnis von Sommerhalbjahr zu Winterhalbjahr beträgt etwa zwei Drittel zu ein Drittel. Es steht im Winter, wo die Raumwärme benötigt wird, also nur halb so viel Solarstrom zur Verfügung wie im Sommer. Und genau das ist ungünstig, wenn der Solarstrom zum Heizen eingesetzt werden soll.
  2. Über eine kürzere Zeitspanne betrachtet, ergibt sich ein ähnliches Bild: Solarstrom kommt tagsüber vom Dach – wenn es hell ist und im besten Fall die Sonne scheint. Zu dieser Zeit sind jedoch die meisten Bewohner außer Haus und gehen ihren Beschäftigungen nach. Heizwärme ist seitens der Verbraucher vor allem morgens und abends gefragt, wenn es im Winter immer noch oder schon wieder dunkel ist. Also wenn die Solaranlage Pause macht.
Solarstromspeicher: Vorteile und Nutzen
Solarstromspeicher: Energievorrat statt Direktverbrauch

Stromspeicher als clevere Lösung?

Grundsätzlich gilt: Vormittags bis nachmittags kann der Eigenstrom gut direkt verbraucht werden. Anders ist es abends bis frühmorgens. Ein Stromspeicher ermöglicht es, den tagsüber produzierten Solarstrom bis dahin vorrätig zu halten. Ist keine Solarbatterie vorhanden, muss die zusätzliche Energie aus dem öffentlichen Stromnetz bezogen werden.

Solarstrom: Tagsüber produzieren, abends und nachts verbrauchen
Solarstrom: Tagsüber produzieren, abends und nachts verbrauchen

Damit ist der Stromspeicher die gängige Komponente, um das Ziel „Steigerung des Eigenverbrauchs“ zu erreichen. Generell geht man von einer Erhöhung des Eigenverbrauchsanteils um 30 bis 40 Prozent aus: von ca. 30 Prozent ohne Stromspeicher auf 60-70 Prozent mit Speicherbatterie.

Und so läuft das Ganze ab: Die Speichersteuerung ermittelt zunächst, ob der erzeugte PV-Strom direkt im Haushalt benötigt wird, beispielsweise für den Betrieb eines Dauerstromverbrauchers wie der Kühlschrank oder ein elektrisches Heizgerät. Wird aktuell mehr Strom erzeugt als verbraucht, wandert der Überschuss in den Solarstromspeicher und, wenn dieser voll ist, ins öffentliche Stromnetz. Sinkt die Solarstromerzeugung unter den Bedarf ab, bedienen sich die Stromverbraucher aus dem Stromspeicher. Ist dieser leer, wird das Stromnetz angezapft.

Ein einfaches Prinzip also – nur für das Heizen eine ziemlich teure Lösung. Daher eignet es sich allenfalls, um kurzfristig kleine Zusatzheizgeräte zu speisen. Für den Dauerheizbetrieb rechnen sich Pufferspeicher eher.

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Was ist ein Pufferspeicher?

Pufferspeicher sind große, gut isolierte Behälter für Heizungswasser. Dieses wird durch einen Wärmeerzeuger wie eine Gastherme oder Wärmepumpe  erhitzt und bei Bedarf für das Heizen zur Verfügung gestellt.  Das in der Heizungsanlage abgekühlte Wasser strömt über den Rücklauf in den Pufferspeicher zurück, um dort erneut erhitzt werden zu können. Hohe Pufferspeichertypen sind durch die Temperaturschichtung effizienter: Da kaltes Wasser schwerer ist als warmes, bleibt es im unteren Bereich. Die Heizwasserentnahme erfolgt immer aus dem am weitesten oben liegenden Pufferspeicherbereich.

Hinweis: Den Pufferspeicher bitte nicht mit dem Warmwasserspeicher, dem Speicher für Brauchwasser, verwechseln. Sollen Warmwasser und Heizwasser zur Verfügung stehen, werden entweder zwei Tanks oder ein Kombispeicher benötigt. Hybridspeicher arbeiten mit einem Stromspeicher zusammen. Dabei belädt die Photovoltaikanlage zuerst den Batteriespeicher und erst danach heizt sie mit einer elektrischen Heizpatrone den Wärmespeicher auf.

Für die Erwärmung des Wassers wird natürlich Energie benötigt. Diese liefert entweder

Pufferspeicher erlauben also die Einbindung regenerativer Energiequellen in die Heizung und sorgen damit für einen umweltschonenden Betrieb der Wärmeerzeuger. Allerdings weisen sie auch recht hohe Wärmeverluste auf und brauchen beim Aufstellen viel Platz.

Fazit

Das Heizen mit Photovoltaik ist grundsätzlich machbar. Ob es sich rechnet, hängt allerdings von sehr vielen Faktoren ab. Ein eindeutiges „Ja“ oder „Nein“ kann daher als Antwort auf die Frage nach der Wirtschaftlichkeit nicht gegeben werden.

Ganz anders stellt es sich vom ökologischen Standpunkt aus dar. Die Energiewende braucht Engagierte, die nicht nur die Finanzen im Blick haben. Im Zuge dessen ist das Heizen mit Fotovoltaik eine äußerst sinnvolle Idee. Weg von den fossilen Brennstoffen, hin zu den Erneuerbaren, dies ist ein Beitrag, den jeder leisten kann – auch beim Heizen. Deshalb hier die Antwort: Mit Photovoltaik heizen lohnt sich auf jeden Fall!

Erdkollektor Wärmepumpe © arahan, stock.adobe.com
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