Mit Photovoltaik warmes Brauch- und Trinkwasser erzeugen
Um die Energie der Sonne für die Brauchwassererwärmung zu nutzen, wird normalerweise eine Solarthermie-Anlage installiert. Ist das Hausdach bereits mit einer ausreichend großen Photovoltaikanlage ausgestattet oder besteht die Möglichkeit, diese zu erweitern, kann das Trinkwasser auch mit selbst erzeugtem Strom erwärmt werden. Der große Vorteil in beiden Fällen: Die Heizungsanlage bleibt außerhalb der Heizperiode meistens ausgeschaltet. Wir stellen die Alternativen vor und erklären, wie das Aufheizen von Trinkwasser mit Photovoltaik funktioniert.
Solaranlage-Konfigurator:
Jetzt Ihre Solaranlage konfigurieren und unverbindliche Angebote erhalten!
Wie rechnet sich die Erzeugung von Warmwasser mit PV-Strom?
Duschen, spülen, Hände waschen – täglich läuft viel warmes Wasser aus unseren Leitungen. Die Statistik besagt: Gemessen am gesamten Energieverbrauch der privaten Haushalte in Deutschland entfielen 2024 auf die Bereitstellung von Warmwasser rund 16 Prozent. Wird das Wasser elektrisch erhitzt, macht dies rund ein Viertel des Stromverbrauchs in einem Haushalt aus. (Quelle: Umweltbundesamt) Wie schön, wenn die Sonne ihren Beitrag zur Warmwassererwärmung leistet.
Ob sich die Erzeugung von Warmwasser mit PV-Strom rechnet, hängt nicht zuletzt vom Datum der Inbetriebnahme ab. Bei älteren Anlagen mit einer attraktiven Einspeisevergütung ist von der Wärmeerzeugung mit Photovoltaik abzuraten. Anders sieht es aus bei sehr jungen Anlagen und solchen, die aufgrund ihres Alters nur noch die reduzierte Einspeisevergütung bekommen. Hier ist es sinnvoller, den eigenen Solarstrom selbst zu nutzen – für die Warmwasserbereitung allerdings nur dann, wenn ein Überschuss an Strom produziert wird.
Drei Arten der Warmwasserbereitung stehen Ihnen zur Verfügung:
- Elektrische Warmwassergeräte
- Heizstab mit Warmwasserspeicher
- Warmwasser-Wärmepumpe
Diese schauen wir uns jetzt einmal näher an:
| Boiler / Durchlauferhitzer | Heizstab im Speicher | Warmwasser-Wärmepumpe | |
| Funktionsweise | elektrisch direkt | elektrisch im Speicher | Umweltwärme + Strom |
| PV-Eignung | bedingt | sehr gut | sehr gut |
| Solaranteil typisch | gering | stark auslegungsabhängig; im Sommer oft hoch, jahresgemittelt nur per Anlagensimulation sinnvoll bezifferbar | ganzjährig nutzbar |
| Investitionsaufwand | niedrig | mittel | hoch |
| Sinnvoll vor allem bei | wenigen, weit entfernten Zapfstellen | vorhandenem Warmwasserspeicher | ganzjährig hohem Warmwasserbedarf |
Elektrische Geräte zur Warmwasserbereitung
Zwei der bekanntesten Heizmedien werden ausschließlich mit Strom betrieben: Boiler und Durchlauferhitzer. Boiler halten warmes Wasser im Speicher bereit; Durchlauferhitzer erwärmen Wasser erst bei der Entnahme. Mit einem Unterschied: Im Boiler wird Wasser erwärmt und im Temperaturbereich zwischen 35 und 85 °C warmgehalten. Der Durchlauferhitzer speichert kein warmes Wasser, sondern erhitzt immer nur das durchfließende Wasser auf die eingestellte Temperatur (meist zwischen 30 und 60 °C).
Das hat folgende Auswirkungen:
Boiler mit Speicher müssen das Wasser auf einer permanent gleichmäßigen Temperatur halten und verbrauchen daher relativ viel Energie. Um die Energieverluste etwas zu reduzieren, wird empfohlen, Kleinmengenwasserspeicher zwischendurch auszuschalten. Die Geräte heizen sehr schnell wieder hoch. Ein nur intervallmäßiges Aufheizen reicht in Klein-/Untertischspeichern allein nicht dauerhaft aus. Bei zentralen Trinkwarmwasseranlagen bzw. Großanlagen empfiehlt das DVGW-Arbeitsblatt W 551 als anerkannte Regel der Technik dauerhaft mindestens 60 °C am Speicheraustritt und 55 °C im System; die konkrete Auslegung gehört in die Hand einer Fachfirma.
Durchlauferhitzer heizen lediglich das durchlaufende Wasser auf, sodass keine Speicherverluste auftreten können. Der Energieverbrauch ist entsprechend niedriger. Gradgenau einstellbar hat das Wasser zudem immer die gewünschte Temperatur. Da kein Warmwasser gespeichert wird, ist das Legionellenrisiko deutlich geringer; dennoch sollten die Leitungen regelmäßig genutzt und die hygienischen Vorgaben beachtet werden.
Angeboten werden die Geräte auch unter folgenden Namen:
- Kleinspeicher: Boiler mit einem Fassungsvermögen von 5 bis 15 Litern
- Untertischgerät: Kleinspeicher, manchmal auch Durchlauferhitzer, die unter dem Waschtisch oder Spültisch montiert werden
- Untertisch-Boiler: Kleinspeicher, die unter dem Waschtisch oder Spültisch montiert werden
- Warmwasserspeicher/Warmwasserboiler: Boiler jeder Größe. Zu den Kleinspeichern gesellen sich auch große Wasserspeicher mit einem Fassungsvermögen von 200 bis 300 Litern. Sie dienen der Wasserversorgung eines ganzen Einfamilienhauses.
- Kleindurchlauferhitzer: kompakte Durchlauferhitzer für geringe Wassermengen an einzelnen Zapfstellen. Je nach Leistung arbeiten sie mit 230 V oder 400 V und müssen fachgerecht angeschlossen werden.
Damit der Eigenstrom auch für die direkt-elektrische Warmwassergewinnung ausreicht, muss die PV-Anlage schon ziemlich üppig dimensioniert sein. Alternativ kann sich ein Stromspeicher, der die produzierte Energie eine Weile vorhält, lohnen. Doch wie groß muss dieser sein? Als Richtwert gilt: Pro 1.000 kWh Jahresverbrauch sollte eine Batteriekapazität von 1 kWh einkalkuliert werden. Dies betrifft jedoch nur den „normalen“ Stromverbrauch im Haushalt. Kommen Elektroauto und/oder Systeme zur Heizungswasser- bzw. Warmwassererzeugung hinzu, besteht natürlich deutlich mehr Bedarf. Den Energiespeicher richtig zu dimensionieren, gehört zu den entscheidenden Planungsfaktoren. Pauschale Angaben helfen hier nur wenig, ein ortsansässiger Solarteur kann die individuelle Situation am besten einschätzen.
Heizstab für die Erwärmung von Trinkwasser nutzen
Konventionelle Heizungsanlagen werden im Sommer nur zur Brauchwassererwärmung benötigt. Um ihren Wirkungsgrad zu steigern/sie nicht über das ganze Jahr parallel betreiben zu müssen, können die beiden Systeme für Heizung und Trinkwasser auch entkoppelt werden. Heizwasser wird dann im Pufferspeicher, Trinkwasser im Warmwasserspeicher erwärmt.
Mit einem Heizstab das Heizwasser im Pufferspeicher erwärmen Mit einem regelbaren Brenner ausgestattete Öl- und Gasheizungen benötigen keinen Pufferspeicher. Andere… weiterlesen
Was ist ein Warmwasserspeicher und wie groß sollte er sein?
Erwärmtes Trinkwasser bzw. Brauchwasser wird gemeinhin als Warmwasser bezeichnet – in Abgrenzung zum Heizungswasser oder Heizwasser. Letzteres ist das Wasser fürs Heizungssystem, das durch die Heizungsrohre dorthin und in einem Kreislauf wieder zurückläuft. Gespeichert wird es im Pufferspeicher.
Im Warmwasserspeicher wird das zum Verbrauch bestimmte Trinkwasser gespeichert. Nach der Nutzung fließt es natürlich nicht in den Speicher zurück, sondern verschwindet in der Kanalisation. Die erforderliche Speichergröße richtet sich nach der Anzahl der Personen im Haushalt und deren Verbrauchsgewohnheiten. Als grober Richtwert werden je nach System etwa 40 bis 50 Liter Volumen pro Person angesetzt. Bei Solarthermie sind oft größere Speicher sinnvoll; bei PV-Heizstab oder Warmwasser-Wärmepumpe hängt das passende Fassungsvermögen von Verbrauch, Steuerung und Nachheizung ab. Für die Warmwasserspeicherung kann ein bestehender Pufferspeicher durch einen Kombispeicher ersetzt oder um eine Station für die Trinkwasserbereitung ergänzt werden.
Trinkwasser im Frischwasserspeicher erwärmen
Die einfachste Methode, mit Photovoltaik-Strom das Wasser im Speicher zu erhitzen, ist die Verwendung eines Heizstabs. Heizstäbe, auch Heizpatronen, sind elektrische Heizelemente, die ähnlich wie ein Tauchsieder funktionieren. In einen Trinkwasserspeicher eingebaut, heizen sie das darin vorhandene Wasser elektrisch auf. Durch die nur geringen Energieverluste ist der Wirkungsgrad hoch.
Das Prinzip ist nicht anders als bei einem Heizstab für Pufferspeicher. Wichtig ist, dass eine Steuerungseinheit den Einsatz der PV-Anlage für die Warmwassererzeugung intelligent regelt, d.h. den Heizstab nur dann aktiviert, wenn ein Überschuss an Photovoltaikstrom produziert wird.
Vorteile eines Heizstabs im Vergleich zur Solarthermie-Anlage
Über PV-Anlagen gespeiste Heizstäbe arbeiten sehr effektiv. Abhängig von der Größe der Solaranlage und des Warmwasserbedarfs im Haushalt kann ein hoher Teil des Warmwasserbedarfs mit Solarstrom gedeckt werden; der Anteil hängt stark von PV-Leistung, Speichergröße, Steuerung und Verbrauch ab. In den Sommermonaten sind sogar bis zu 100 Prozent möglich. Das Gute daran: Die Heizungsanlage kann außerhalb der Heizperiode komplett ausgeschaltet werden.
Zielt man auf die solare Wassererwärmung, ist eine Solarthermie-Anlage zunächst einmal naheliegender als eine Photovoltaik-Anlage. Für die Solarthermie-Anlage spricht vor allem, dass der Energieertrag je Quadratmeter höher ist als bei einer PV-Anlage. Im weiteren Vergleich jedoch kann die Photovoltaik mehr Vorteile aufweisen:
- Die technische Ausrüstung ist weniger umfangreich. So sind z.B. kein Wärmetauscher und kein gedämmtes, vom Keller bis zum Dach zu verlegendes Rohrsystem erforderlich.
- PV-Anlagen benötigen keine Anlauftemperatur und erzeugen auch bei Bewölkung Strom.
- Niedrige Außentemperaturen bedeuten nicht zugleich eine niedrige Stromproduktion – wohl aber Einbußen beim solarthermischen Aufheizen von Wasser.
- Eine Erweiterung ist bei Fotovoltaikanlagen unkomplizierter.
- Ein elektrisch betriebener Heizstab wandelt Strom nahezu vollständig in Wärme um; bezogen auf die Sonneneinstrahlung ist Solarthermie pro Quadratmeter jedoch meist ertragreicher als PV plus Heizstab.
Warmwasser-Wärmepumpe mit PV betreiben
Warmwasser-Wärmepumpen gewinnen die Energie auf die gleiche Weise wie Heizungswasser-Wärmepumpen: Sie entziehen sie der Umgebung und wandeln die Umweltenergie mittels Kompression in Wärme um. Angetrieben werden sie mit Strom – entweder aus dem öffentlichen Netz oder von der eigenen Solaranlage.
Während klassische Wärmepumpen für die Heizungsunterstützung ausgelegt sind, erhitzen Warmwasser-Wärmepumpen ausschließlich das Trinkwasser. In der Regel hält ein 200 bis 300 Liter fassender Speicher das Wasser einige Stunden auf Temperatur. Ist das System optimal ausgelegt, liefert die Warmwasser-Wärmepumpe ganzjährig warmes Wasser. Die Leistungsaufnahme ist meist deutlich geringer als beim Heizstab; im Winter hängt der PV-Anteil jedoch stark von Wetter, Anlagengröße und Verbrauch ab, sodass häufig Netzstrom nötig bleibt.
Nicht jede Warmwasser-Wärmepumpe eignet sich für den Betrieb mit Photovoltaik. Die Kennzeichnung mit einem „Smart Grid ready“-Label (kurz „SG ready“) des Bundesverbands Wärmepumpe gibt jedoch Sicherheit. Smart Grid steht für die Einbindung in ein intelligentes Stromnetz. SG-fähige Warmwasserwärmepumpen verfügen über einen Regler, der die Solltemperatur des Warmwassers automatisch steuert. Und: Er signalisiert, wenn günstiger Strom bereitsteht. Das kann ein Nachttarif des Stromlieferanten oder die eigene Solaranlage sein.
Clevere Idee für Poolbesitzer: Hybrid-Module
Hybridmodule produzieren sowohl Strom als auch Warmwasser. Sie nutzen nicht nur die Lichtenergie, sondern ebenso die Wärmeenergie der Sonne. Dazu zirkuliert auf der Rückseite der Hybrid-Module eine Kühlflüssigkeit, die über ein Rohrsystem die gewonnene Wärme zum Trinkwasserspeicher transportiert. Es gibt sogar einen positiven Nebeneffekt: Weil die Wärmeenergie aus den Solarmodulen abgeführt wird, sinkt die Temperatur im Inneren und der Wirkungsgrad der Solarzellen erhöht sich.
Die Technik ist allerdings kostenintensiv, was hybride Module vergleichsweise teuer macht. Daher lohnt sich ihre Installation nur dort, wo gerade im Sommer viel warmes Wasser benötigt wird. Liefert die Sonne besonders große Strommengen, interessiert das beispielsweise Hausbesitzer mit einer Poolanlage. Für sie kommen Hybridmodule durchaus in Betracht.
Welche Lösung passt zu welchem Haushalt?
Ob direkter elektrischer Betrieb, Heizstab im Warmwasserspeicher oder Warmwasser-Wärmepumpe – die wirtschaftlich sinnvolle Lösung hängt vor allem von zwei Fragen ab: Lohnt sich der Eigenverbrauch des PV-Stroms überhaupt schon mehr als die Einspeisung? Und wie hoch ist der Warmwasserbedarf im Haushalt? Die folgende Entscheidungshilfe zeigt die typischen Wege.
Eine individuelle Einschätzung – passende PV-Größe, Speichervolumen, Steuerungslogik – liefert am verlässlichsten ein ortsansässiger Solarteur. Er kann auch beurteilen, ob eine Kombination mehrerer Komponenten (etwa Wärmepumpe mit ergänzendem Heizstab für Spitzenzeiten) für Ihren Haushalt sinnvoll ist.
Fazit
Mit einer Photovoltaikanlage lässt sich auf jeden Fall die Eigenverbrauchsquote erhöhen – und damit Stromkosten einsparen. Auf der Haben-Seite steht ebenfalls ganz klar die Reduzierung des CO₂‑Ausstoßes durch den Verzicht auf fossile Energieträger. Die Warmwasserversorgung kann sowohl mit einem Heizstab als auch mit einer Warmwasser-Wärmepumpe ganzjährig sichergestellt werden. Das schont die Heizungsanlage, weil sie im Sommer komplett ausgeschaltet bleiben kann.
Ob sich ein System auch finanziell lohnt, hängt ganz vom Warmwasserverbrauch der Hausbewohner ab. Denn dieser bestimmt natürlich die Größe der zu installierenden PV-Anlage und des Wasserspeichers. Dass Duschen – und mehr noch Baden – dabei der bestimmende Faktor ist, liegt auf der Hand.
Eine Badewanne fasst 150 bis 180 Liter Wasser. Der Wasserverbrauch beim Duschen hängt vom Wasserdurchfluss und der Duschdauer ab. Wir Deutschen verbrauchen bei einem durchschnittlichen 6-Minuten-Duschgang ca. 44 Liter Trinkwasser. (Quelle: Statista)
Mit Photovoltaik heizen, kühlen und Warmwasser erzeugen Private Haushalte verbrauchen rund 82 % ihrer Endenergie für Raumwärme und Warmwasser (Stand:… weiterlesen
