Mit einem Heizstab das Heizwasser im Pufferspeicher erwärmen
Mit einem regelbaren Brenner ausgestattete Öl- und Gasheizungen benötigen keinen Pufferspeicher. Andere Heizsysteme arbeiten mit einem Wärmespeicher effektiver oder kommen zumindest zeitweise nicht ohne ihn aus – wenn etwa bei älteren Wärmepumpentarifen Sperrzeiten bestehen oder neue steuerbare Wärmepumpen netzorientiert gedimmt werden. Pufferspeicher halten das Heizwasser auf Temperatur. Dazu benötigen sie einen Wärmeerzeuger wie einen elektrischen Heizstab. Wir stellen die verschiedenen Möglichkeiten vor, erläutern die Funktion und machen Angaben zu den Kosten und Vorteilen solarbetriebener Heizstäbe.
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Varianten für das Heizen mit Photovoltaik-Strom
Das Heizen mit Eigenstrom ist nicht immer wirtschaftlich. Erbringt die Einspeisung ins öffentliche Netz eine attraktive Vergütung, wird sich die Investition eher nicht auszahlen. Überlegenswert ist das Vorhaben aber durchaus, wenn die PV-Anlage neu installiert wird oder als sogenannte Ü20- oder Post-EEG-Anlage bereits aus der Förderung gefallen ist. Entscheiden sollte man sich dann für ein Koppelungssystem, ob ein Teil des erzeugten Stroms in einem Batteriespeicher vorgehalten werden soll oder ob die Bevorratung in einem Pufferspeicher in Betracht kommt.
AC-gekoppeltes Warmwassersystem mit Heizkartusche
AC-gekoppelt bedeutet, dass die Fotovoltaikanlage an einen Wechselrichter angeschlossen wird. Dieser wandelt den Gleichstrom in Wechselstrom um, damit die Energie im Haushalt nutzbar wird. Soll überschüssiger Strom zur Erzeugung von Warmwasser genutzt werden, sorgt eine in das AC-gekoppelte System integrierte Heizkartusche für die Optimierung des Verbrauchs. Das heißt, die erzeugte Energie wird vorrangig für die strombetriebenen Geräte verwendet und erst nachrangig für die Erzeugung von Wärme. Nur, was dann noch übrig ist, wird ins öffentliche Stromnetz eingespeist.
- Vorteil: AC-gekoppelte oder netzgekoppelte PV-Anlagen können mit einem regelbaren Heizstab mehr Solarstrom im Haus nutzen. Wie stark Eigenverbrauchsanteil und Autarkiegrad steigen, hängt von PV-Größe, Verbrauchsprofil, Speichergröße und Regelung ab.
- Nachteil: Es entstehen zusätzliche Kosten für Heizstab, Überschussregler, Messung, Einbau und elektrische Einbindung. Wie hoch der Aufpreis ausfällt, hängt stark vom vorhandenen Speicher, der PV-Anlage und dem gewählten Regelsystem ab.
DC-gekoppelte PV-Heizanlage mit Heizstab
DC-gekoppelte Systeme sind netzautark und machen Komponenten wie Wechselrichter nebst Verteilsystem und Stromzähler überflüssig. Ein in den Pufferspeicher eingebauter Heizstab arbeitet direkt mit dem Gleichstrom der PV-Anlage. Ein DC-gekoppeltes System nutzt den Strom eines dafür vorgesehenen PV-Generators direkt für Warmwasser beziehungsweise Heizungsunterstützung. Das ist vor allem bei separaten Modulflächen sinnvoll; bei bestehenden netzgekoppelten Anlagen muss technisch geprüft werden, ob ein AC-Überschussregler passender ist.
- Vorteile: Da ein DC-gekoppeltes System neben den PV-Modulen lediglich die Gleichstromverkabelung erfordert, ergeben sich spürbare Einsparungen bei den Komponenten. Bei richtiger Auslegung ist es möglich, eine Eigenverbrauchsquote von 100 Prozent zu erreichen.
- Nachteil: Um Solarenergie für strombetriebene Geräte oder beispielsweise eine Wallbox zu nutzen, wird eine separat betriebene PV-Anlage benötigt.
Batteriespeicher ergänzen: sinnvoll oder eher nicht?
Aufgrund täglich wie jahreszeitlich wechselnder Sonnenstrahlung wird ein Teil der produzierten Solarenergie nicht direkt verbraucht. Mit einem zusätzlich installierten Batteriespeicher kann die temporär überschüssige Energie zwischengespeichert werden, um bei Bedarf für Haushaltsstrom und/oder zum Heizen verfügbar zu sein. Wie sinnvoll die nicht unerhebliche Investition ist, hängt von der Einschätzung unter folgendem Aspekt ab: Der Pufferspeicher der Heizanlage bildet im gewissen Sinn bereits ein Speichersystem für überschüssigen Strom. Erweist sich der Pufferspeicher als zu klein, ist es häufig wirtschaftlicher, ihn gegen einen größeren auszuwechseln. Zumal die Anschaffungskosten dafür deutlich niedriger liegen als für einen Batteriespeicher.
Daher bildet das Betreiben eines Heizstabs im Pufferspeicher die gebräuchlichste Variante für die Erzeugung warmen Heizwassers. Auf diese gehen wir im Folgenden näher ein.
Was ein Pufferspeicher ist und wie er arbeitet, erläutern wir im Beitrag Mit Photovoltaik heizen.
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Wie funktioniert ein Heizstab im Pufferspeicher?
Der Heizstab, auch Heizpatrone, ist ein technisch einfach aufgebautes elektrisches Heizelement, das in den Pufferspeicher eingeschraubt wird. Von außen zu sehen ist dann nur die Steuerungseinheit dieses auch Einschraubheizkörper genannten Bauteils. Der durchfließende Strom wird in der stabförmigen Heizwendel in Wärme umgewandelt, die wiederum an das Wasser im Pufferspeicher abgegeben wird. Bei einem Elektroboiler funktioniert das nicht anders – auch hier wird Wasser mit Strom aufgeheizt.
Was aber durchaus anders ist: Der Pufferspeicher liefert nicht nur warmes Wasser an die Heizung, er wird mit dem abgekühlten Wasser auch wieder automatisch aufgefüllt. Die Temperatur wird mit einer Temperatursonde gemessen und bei Bedarf wieder erhöht. In der Heizperiode ist dies ein perfektes System. Aber: Heizungsanlagen, die auch für das Erwärmen des Brauchwassers genutzt werden, springen außerhalb der Heizsaison viel zu oft an, was unnötig viel Energie verbraucht und ihren Verschleiß beschleunigt.
Hier tritt nun der Heizstab in Aktion: Er hält die Wassertemperatur im Pufferspeicher auf gleichem Niveau und deckt kurzzeitige Bedarfsspitzen ab. Dadurch wird das Heizungssystem nicht in Gang gesetzt, wenn keine Heizwärme, sondern nur warmes Wasser gewünscht ist. Also im gesamten Sommerhalbjahr.
Schätzenswert ist zudem ein zweiter Vorteil: Hygieneexperten warnen vor der Legionellengefahr in Pufferspeichern. Ein Heizstab kann die Trinkwasserhygiene unterstützen, wenn Speicher und Regelung dafür ausgelegt sind; entscheidend sind fachgerecht eingehaltene Temperaturen im Trinkwassersystem.
Welche Kosten verursacht ein Heizstab?
Heizstäbe werden im Pufferspeicher von herkömmlichen Heizungsanlagen wie auch von Wärmepumpen eingesetzt. Dies gilt insbesondere bei Luftwärmepumpen, deren Heizleistung bei niedrigen Außentemperaturen deutlich nachlassen. Der Einbau einer Heizpatrone im Pufferspeicher unterstützt die Wärmeerzeugung und stellt damit den Heizbetrieb sicher.
Aber: Ein Heizstab braucht zum Funktionieren Strom. Ausgehend von 6 kW Heizleistung und einer Heizdauer von 2.000 Stunden pro Jahr, ergibt sich ein ungefährer Stromverbrauch von 12.000 kWh – das entspricht etwa dem drei- bis vierfachen Jahresstromverbrauch eines 4-Personen-Haushalts. Beim heutigen Stromtarif kommen einem da leicht die Tränen.
Betreiber von PV-Anlagen sind hier besser dran: Spezielle Photovoltaik-Heizstäbe helfen, den Eigenverbrauch zu optimieren und damit Heizkosten zu senken. Wichtig ist, beim Kauf eines Heizstabes auf die Regelbarkeit der Leistungsaufnahme zu achten. Denn nur, wenn die Leistungsaufnahme des Solar-Heizstabes (produktabhängig, z.B. 0-2 kW, 0-3,5 kW oder bis 0-9 kW) den aktuellen Solarstromüberschuss nicht überschreitet, kann er in Betrieb bleiben. Ansonsten entsteht eine Stromlücke, die durch den Bezug von Netzstrom ausgeglichen werden muss.
Die gute Nachricht: Heizstäbe sind aufgrund ihrer einfachen Bauweise erschwinglich. Einfache Heizstäbe ohne PV-Überschussregelung liegen je nach Leistung und Anbieter meist im unteren dreistelligen Bereich; ein geprüfter 6-kW-Heizstab von Solarbayer kostet beispielsweise 235 Euro inkl. MwSt. zzgl. Versand. Für rund 700-800 Euro bekommt man je nach Anbieter einen Solar-Heizstab, dem ein über Funk verbundener Energiezähler die zu verbrauchende Leistung vorgibt. Als Beispiel sei hier das ATON Power-to-Heat Set genannt.
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Vor- und Nachteile von solarbetriebenen Heizstäben
Zusammengefasst ergeben sich bei einem solarbetriebenen Heizstab folgende
- Vorteile: Die Anschaffung ist vergleichsweise günstig und einfach zu installieren. Schwankungen in der Wärmeversorgung werden ausgeglichen, Bedarfsspitzen abgedeckt und das Heizungssystem geschont. Wenn der Heizkessel ausfällt, kann der Heizstab als Notheizung anspringen. Der größte Vorteil ist aber sicherlich die Reduzierung der Heizkosten.
- Nachteile: Die meiste Wärme wird im Winter benötigt, also gerade dann, wenn die geringsten Erträge zu verzeichnen sind. Der Pufferspeicher ist eine zusätzliche Investition, die sich nur lohnt, wenn die vorhandene PV-Anlage ausreichend groß dimensioniert ist. Außerdem sind die Tanks voluminös und erfordern einiges an Stellplatz.
Wann lohnt sich der Einbau eines Heizstabs?
Ein Heizstab ist technisch unkompliziert und vergleichsweise günstig – wirtschaftlich rechnet er sich aber nur dann, wenn das Gesamtsystem dazu passt. Die folgende Übersicht hilft bei der Einordnung: Je mehr Punkte zutreffen, desto wahrscheinlicher ist ein sinnvoller Einsatz. Bei der Detailplanung lohnt sich der Blick in unsere Fachbetriebssuche, da die Auslegung von Heizstab, Regler und Pufferspeicher individuell auf die bestehende oder geplante PV-Anlage abgestimmt werden muss.
Fazit
Eine PV-Anlage für die Heizung arbeitet nur wirtschaftlich, wenn die Einspeisevergütung ohnehin niedrig ist und sich eine Erhöhung des Eigenverbrauchs lohnt. Daher ist das Heizen mit selbst erzeugtem Solarstrom vor allem dann sinnvoll, wenn die Einspeisevergütung niedrig ist, regelmäßig PV-Überschuss anfällt und das Speicher- sowie Warmwassersystem dazu passt.
Die beliebteste Lösung sind Heizstäbe, die einfach in den Pufferspeicher eingeschraubt werden. Sie ersetzen zwar nie die „große“ Heizungsanlage, eignen sich aber sehr gut als Zusatzheizung oder im Notfall, wenn das Heizungssystem mal wieder ausfällt. Wird die Warmwasserversorgung ebenfalls über den Heizkessel gesteuert, kann dieser in den sonnenreichen Sommermonaten häufig ausgeschaltet bleiben. Nicht vergessen werden sollte auch der Hygiene-Aspekt: Bei Anlagen mit Trinkwassererwärmung müssen die erforderlichen Temperaturen fachgerecht eingehalten werden; ein Heizstab kann dabei je nach System unterstützen.
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