Mit PV-Überschuss warmes Wasser generieren

Das Einspeisen von Überschuss-Strom von PV-Anlagen ist wirtschaftlich nicht mehr sinnvoll. Besser ist es, möglichst viel generierte Energie selbst zu verbrauchen - zum Beispiel mit Überschussladen des E-Autos oder durch einen preiswerten Warmwasser-Heizstab.

Selbst generierter Solarstrom über die eigene Photovoltaik-Anlage lässt sich nicht nur für elektrische Verbraucher oder das E-Auto nutzen, sondern auch zur Wärmeerzeugung. Hier ist das bekannteste Beispiel die Wärmepumpe. Aber auch Lösungen wie die Warmwasser-Wärmepumpe oder Boiler mit integriertem Speicher bzw. Durchlauferhitzer sind bekannt.

Doch es gibt auch eine unkomplizierte Kopplung der PV-Anlage mit einem Heizstab, der das Brauchwasser in einem Pufferspeicher erwärmt. Für besonders große Anlagen existieren auch Duo-Lösungen, die neben dem Brauchwasser auch den Heizkreislauf vortemperieren.

Warmwassererzeugung mit einem Heizstab

Besagte unkomplizierte Lösung besteht üblicherweise aus einem ausreichend dimensionierten Brauchwasserpufferspeicher (ca. 200 Liter Fassungsvermögen reichen für einen Einfamilienhaushalt mit 3 Personen aus) und einem Heizstab. 

Dieser funktioniert ähnlich wie ein Tauchsieder und nutzt den Strom der PV-Anlage bestenfalls vollautomatisch aus.

Drei Varianten dieses Heizstabs existieren: Einfache Modelle können nur „an“ und „ausgeschaltet“ werden, bessere können in mehreren Stufen geregelt werden, um so die Leistungsaufnahme zu drosseln und modernste Lösungen sind direkt mit dem Wechselrichter gekoppelt und stufenlos einstellbar – Der Wechselrichter sendet den Überschussstrom an den Heizstab und dieser nutzt die maximal verfügbare Leistung aus, ohne aus dem Stromnetz „zusätzlich beziehen“ zu müssen.

Gekoppelt mit einem modernen Energiemanagement entsteht so eine perfekte Ausnutzung der live zur Verfügung stehenden PV-Energie und einer Maximierung des Eigenbezugs.

Technisch gesehen ist die Heizstablösung unkompliziert: Keine komplexen Rohrsysteme wie bei der Solar-Thermie, kein Wärmetauscher, kaum Wartungsaufwand, keine separaten Pumpen oder ähnliches. Und das beste: Das System lässt sich auch nachrüsten – und das sogar noch zu günstigem Preis.

Was kann ein Heizstab leisten?

Der Heizstab zur Brauchwassererwärmung kann nur dann sinnvoll arbeiten, wenn er mit der Energie arbeitet, die die Photovoltaikanlage als Überschuss produziert. Ein Zukauf vom Netzbetreiber treibt die Kosten in die falsche Richtung. 

Daher ist bei der Frage, ob sich ein Heizstab sinnvoll integrieren lässt, vor allem mit der Frage verbunden, ob die auf dem Dach installierte Leistung genügend Überschuss produzieren kann.

Ist dies gegeben, kann der Heizstab von „Spitzen abfedern“, über „Notbetrieb“ bis hin zu vollständiger Erwärmung des Brauchwassers alles abdecken. 

Ein paar technische und mathematische Dinge

Um über die Sinnhaftigkeit eines PV-Heizstabs nachzudenken, braucht es einige Informationen. Im Durchschnitt verbraucht ein in Deutschland lebender Mensch pro Jahr zwischen 30 und 48 Liter pro Tag (lt. BDEW für das Jahr 2018). Dies sind zwischen 25 und 40 Prozent des gesamten Wasserverbrauchs pro Tag (121 Liter).

Die verbrauchte Energie, die es benötigt, eine bestimmte Menge an Wasser um einen bestimmten Grad an Temperatur zu erhöhen, lässt sich mathematisch berechnen: 

Spezifische Wärmekapazität x Wassermenge x Temperaturdifferenz

Wasser hat eine spezifische Masse von 1 kg pro Liter (Wassermenge) damit ergibt sich das „Gewicht“ des Wassers im Speicher, die Spezifische Wärmekapazität von Wasser beträgt 1,16. Die Temperaturdifferenz in einem Praxisbeispiel wäre 40, da wir symbolhaft 10 Grad kaltes Wasser auf 50 Grad aufheizen wollen.

Daraus ergibt sich folgende Rechnung:

1,16 * 200 KG * 40 = 9280 Wh = 9,28 KW/h

Das heißt, dass die PV-Anlage im Jahr rund 3394 Kilowattstunden Leistung an Überschuss produzieren muss. Anlagen mit mehr 8 – 10 KW Peak sollten in den Monaten von März bis Oktober immer genügend Leistung zur Verfügung stellen können. Hier muss eine individuelle Berechnung stattfinden.

Zurück zur Rechnung: Wir benötigen also „rund“ 9,3 KW/h um das Wasser auf die gewünschte „Vorlauftemperatur“ zu bringen.  

Leistet der Heizstab nun 3 KW und werden diese 3000 Watt Überschuss von der PV-Anlage generiert, hat man in etwas mehr als drei Stunden das Wasser erwärmt. Im Anschluss wird für die „Haltetemperatur“ deutlich weniger Energie benötigt. 

In Zeiten, in denen geringere Leistungen durch die PV-Anlage generiert werden, wird der Heizstab der intelligenten Lösung gedrosselt. Stünden dann nur noch 1500 Watt zur Verfügung, würde das „einmalige erwärmen“ rund 6 Stunden dauern. 

Heizstab für PV Anlage: Macht das Sinn?

Absolut! Eine Photovoltaik-Anlage produziert gerade in der Zeit von Frühling bis Herbst hohe Überschüsse. Dies ist die Zeit, in der die Heizungsanlage üblicherweise nicht mehr – oder nur noch auf „Sparflamme“ läuft. Mit einem PV-Heizstab können Sie somit die Heizung vollständig abschalten und hohe Summen an Gas sparen.

Rund 40 Prozent Ersparnis sind realistisch. 

Da es sich bei den intelligenten Lösungen um eine „Reststromverwertung“ handelt, lohnt sich die Installation insbesondere bei „Post-EEG“-Anlagen mit geringen Einspeisevergütungen oder Neuanlagen. In den Monaten, in denen nicht genügend Energie zur Verfügung steht, wird konventionell z.B. mit Gas oder Öl geheizt.

Welche Kosten entstehen?

Diese Frage lässt sich nicht pauschal beantworten. Die Preise für die Installation variieren. Bei den Heizstäben hingegen kann man eingrenzen, dass einfache, ungeregelte Lösungen bereits für rund 100 Euro bis 300 Euro erhältlich sind. Geregelte, effiziente Systeme kosten zwischen 750 und 1200 Euro zuzüglich Installation und Pufferspeicher, der im Durchschnitt wieder mit rund 650 Euro zu Buche schlagen kann. Die Kosten sollten sich also für die „High-End“-Lösung im Bereich unter 2000 Euro zzgl. Installation bewegen. Die Amortisierungszeit beträgt dann im Durchschnitt 3-5 Jahre.

Fazit

Ob sich die Installation eines Heizstabs zur Brauchwasser- oder/und Heizwasservorwärmung lohnt, muss im individuellen Fall berechnet werden. 

Es handelt sich auf jeden Fall um eine preiswerte Lösung, die den Nutzungsgrad der eigenen PV-Anlage massiv erhöht. Realistisch ist, dass in den Monaten April bis Oktober das Warmwasser ausschließlich durch den Heizstab erwärmt werden kann und kein Gasbezug nötig ist.

In Zeiten von explodierenden Gaspreisen wird die Wirtschaftlichkeit der PV-Anlage massiv erhöht.

Eine Alternative zum Heizstab kann jedoch auch eine Warmwasser-Wärmepumpe sein, die jedoch mit höheren Kosten verbunden ist und die Amortisierungszeit damit auch deutlich verlängert.

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