Heizstab für Photovoltaik: Clever Energiekosten sparen
Ein mit Photovoltaik betriebener Heizstab unterstützt Bauherren dabei, Energiekosten zu sparen.
Was ist ein Heizstab?
Ein Heizstab ist eine elektrische Vorrichtung, die dazu verwendet wird, Wärme zu erzeugen. Die Geräte werden u.a. für die Wassererwärmung genutzt.
Heizstäbe erwärmen Flüssigkeiten und sind deshalb ideal für die Energieumwandlung geeignet.
Das Gerät ist physikalisch gesehen ein Ohm’scher Verbraucher. Das heißt, ein Heizstab bezieht Energie und erfüllt dabei zwei Eigenschaften gleichzeitig:
- Ein Heizstab verhält sich wie ein elektrischer Verbraucher: Diese können elektrische Energie in andere Energieformen oder auch andere Formen elektrischer Energie umwandeln.
- Ein Heizstab verhält sich wie ein Ohm’scher Widerstand: Das Ohm’sche Gesetz besagt, dass Spannung und Stromstärke zu jedem Zeitpunkt zueinander proportional sind.
Der Heizstab ist also ein Heizgerät, das den elektrischen Strom im Verhältnis 1:1 direkt in Wärmeenergie umwandelt.
Der Vorteil von Heizstäben: Sie lassen sich schnell und unkompliziert in bestehende Warmwasser- und Pufferspeicher integrieren.
Dafür ist lediglich ein freier Platz am Speicher notwendig. Wichtig dabei ist, die richtige Einbaulänge des Heizstabes zu wählen. Mit den passenden Verbindungsstücken samt Gewinde im entsprechenden Durchmesser lassen sich so gut wie alle gängigen Wärmespeicher damit ausstatten bzw. nachrüsten.
Wie funktioniert ein Heizstab?
Heizstäbe bestehen in der Regel aus einem elektrischen Heizelement, das in einem isolierten Gehäuse untergebracht ist. Wenn elektrischer Strom durch das Heizelement fließt, wird es heiß und gibt Wärme ab, die dann zur Erwärmung von Flüssigkeiten verwendet werden kann.
Ein Heizstab nutzt also elektrischen Strom, um das Wasser im Wärmespeicher auf die gewünschte Temperatur zu bringen. Dafür wird der Heizstab in den Wassertank eingeschraubt und funktioniert dort wie ein Tauchsieder, erhitzt also das Wasser mithilfe von elektrischer Energie.
Welche Arten von Heizstäben gibt es?
- Die einfachste Variante eines Heizstabes besitzt eine Ein- und Ausschaltfunktion.
- Andere Varianten können die Leistung des Heizstabs stufenweise regulieren.
- Ein stufenloser Heizstab, der – je nach Photovoltaikleistung bzw. -überschuss – den Heizstab regelt
- Die komfortabelsten Lösungen bzw. mit Photovoltaik am besten einsetzbare Heizstäbe besitzen eine stufenlose Regelung. Dabei lässt sich die Leistung der Heizstäbe im Wasserspeicher an den aktuellen Photovoltaiküberschuss sekundengenau präzise anpassen – erst dadurch wird Elektrowärme photovoltaiktauglich.
Außerdem unterscheiden sich Heizstäbe in der Art, wie sie den Strom nutzen:
- DC-Heizstäbe arbeiten primär mit Gleichspannung und verarbeiten den vom Dach kommenden Solarstrom direkt. Sie können jedoch nur in der sekundären Warmwasser-Sicherstellungsfunktion auch mit Strom aus dem öffentlichen Netz betrieben werden.
- AC-Heizstäbe benötigen Wechselspannung. Der Strom vom Dach muss also zunächst mit einem Wechselrichter umgewandelt werden. Diese Lösungen sind entsprechend an die normale AC-Hausinstallation angeschlossen.
Wann ist ein Heizstab sinnvoll?
Ein Heizstab benötigt Strom. Das Erwärmen mit Energie aus der Steckdose ist jedoch vergleichsweise teuer. Wirtschaftlich und ökologisch betrachtet, ist ein Heizstab erst dann sinnvoll, wenn der benötigte Strom nicht aus dem Netz, sondern von der eigenen Photovoltaikanlage kommt.
Mit Photovoltaik betriebene Heizstäbe sind eine einfache Möglichkeit, den selbst erzeugten Strom vom Dach auch selbst zu nutzen, statt ihn ins Netz einzuspeisen.
Die Kombination aus Heizstab, Photovoltaikanlage und Warmwasserspeicher kann das Haus – je nach Lage, Neigung der Anlage und ihrer Leistung – zwar in der Regel nicht ganzjährig selbstständig mit Warmwasser versorgen. Doch der Strom vom Dach reicht aus, um einen großen Teil des Wärmebedarfs zu decken und das reguläre Heizsystem von März bis Oktober in die Sommerpause zu schicken.
Und es gibt noch weitere Vorteile für die Kombination Photovoltaik mit Heizstab.
Vorteile Kombination Heizstab Photovoltaik
Ein großer Pluspunkt einer Kombination aus Heizstab, Photovoltaikanlage und Warmwasserspeicher: Insgesamt spart die Warmwassererzeugung mit Photovoltaik und Heizstab Kosten.
Die Heizstäbe für den Wärmespeicher sind nahezu wartungsfrei und kostengünstig. Sie lassen sich in der Regel schnell und einfach nachrüsten, können aber auch gleich bei der Planung des Speichers berücksichtigt werden.
Ein weiterer Vorteil: Im Gegensatz zu Solarthermie und Solaranlagen besitzt dieses Konzept keinen wasserführenden Kreislauf – das heißt, es sind weder Pumpen noch Rohre oder Wärmetauscher erforderlich. Dadurch werden sowohl die Anschaffungskosten, als auch Wartungsaufwand und Betriebskosten niedrig gehalten.
Vorteile Heizstab Photovoltaik im Überblick:
Die Vorteile eines mit Photovoltaikstrom betriebenen Heizstabs für die Warmwasserbereitung:
- steigert den Eigenverbrauch der eigenen Photovoltaikanlage
- deckt den Wärmebedarf in den Sommermonaten
- reduziert die Betriebskosten und senkt zusätzlich den CO2-Ausstoß
- geringer Wartungsaufwand
- einfache Installation und Nachrüstung
- relativ geringe Anschaffungskosten
- nachhaltige Zukunftsinvestition in die eigene Haustechnik
- Nutzung von erneuerbaren Energien zur Wärmeerzeugung
Welcher Heizstab für Photovoltaik?
Mit der Photovoltaik am besten einsetzbare Heizstäbe besitzen eine stufenlose Regelung. Dabei lässt sich die Leistung der Heizstäbe im Wasserspeicher an den aktuellen Photovoltaiküberschuss sekundengenau präzise anpassen. Erst dadurch wird Elektrowärme photovoltaiktauglich.
- AC ELWA 2 von my-PV ist ein von 0 bis 3,5 kW stufenlos geregelter Heizstab für netzgekoppelte Photovoltaikanlagen.
- ELWA ist ein 2 kW Heizstab und ideal, wenn Sie Ihren Solarstrom ausschließlich für die Erzeugung von Warmwasser nutzen möchten. Ohne Wechselrichter, ohne Anmeldung beim Netzbetreiber, off-grid.
- In Kombination mit dem AC•THOR bzw. dem AC•THOR 9s können zudem selbst Standardheizstäbe mit einer Leistung von 3 bzw. 9 kW regelbar gemacht werden.
In der Regel sind die meisten Photovoltaikanlagen mit Wechselrichtern ausgestattet, da andere Stromverbraucher im Haus ebenfalls Wechselspannung benötigen. Ein AC-Heizstab kann bei Bedarf auch mit Strom aus dem Netz betrieben werden.
Wie viel Photovoltaik für Heizstab?
Wie viel kW Ihr Heizstab tatsächlich benötigt, hängt davon ab, wie groß die Photovoltaikanlage und der Wasserspeicher sind. Eine Faustregel lautet, den Heizstab so klein wie möglich, aber so groß wie nötig zu dimensionieren.
Was kostet ein Heizstab für Photovoltaik?
Für die Kombination mit einer Photovoltaikanlage ist ein stufenlos regelbarer Heizstab notwendig. Dabei gibt es unterschiedliche Ausführungen. Entsprechend unterschiedlich fallen die Kosten aus.
So oder so sind die Investitionskosten in einen Heizstab vergleichsweise gering, die potenziellen Einsparungen beachtlich.
Beispiel: Heizstab mit Photovoltaikstrom
Ein ungedämmter Altbau mit 130 m² war die Ausgangslage, die Frau Linke aus einer kleinen Gemeinde im ländlichen Raum von Südthüringen in Deutschland hatte. Mit dem Einfamilienhaus mit Baujahr 1929 blieben für die Heizung nicht viele Varianten offen, so wurde es eine Hybridheizung.
Neben einer Ölheizung wurde auf eine Wärmepumpe zurückgegriffen. Mit dem erforderlichen Heizwärmebedarf für die zwei Etagen des vorhandenen Altbaus wäre eine elektrische – oder besser eine solarelektrische – Raumheizung auch nicht möglich gewesen. Aber die Kraft der Sonne kann in dem Haus trotzdem genutzt werden. Der 500 Liter fassende Pufferspeicher bietet genügend Speichervolumen, um die Sonnenenergie im Speicher zu bunkern bzw. die Primärheizung zu unterstützen.
Durch Recherchen im Internet des Lebensgefährten, Herr Oßwald, und die gefundenen Informationen auf der Website von my-PV war die Lösung klar: Kostengünstig, effizient und einfach nachzurüsten sollte sie sein, das Mittel der Wahl war also klar, die ELWA.
Die Gleichstromlösung von my-PV, die direkt an die Photovoltaikmodule angeschlossen werden kann, nutzt die 2,24 kWp PV-Anlage, um direkt den in den Modulen gewonnenen Photovoltaikstrom stufenlos geregelt an den Heizstab weiterzugeben.
Die Herausforderung liegt im Dach
Die Herausforderung an diesem Projekt war die ungünstige Dachausrichtung des Wohnhauses sowie der Nebengebäude, die keine andere Montageart zugelassen hätten als die gewählte: Mittels Schräg-Aufständerung an der Hauswand ist auch im Winter, durch die nahezu vertikale Ausrichtung, nennenswerter Ertrag vorhanden, der von der ELWA direkt in Wärme im Pufferspeicher umgewandelt wird.
So werden Wärmepumpe und Ölheizung entlastet und zu weniger und kürzeren Schaltzyklen „gezwungen“, wodurch die Betriebsdauer beider Primärheizungen verkürzt und die Lebensdauer verlängert werden kann.
Die Umsetzung im Detail
Für die Umsetzung des Projekts war die kostengünstige, effiziente Anordnung der Photovoltaikpaneele maßgeblich, die flankierend zur Wärmepumpe mit minimalem Montageaufwand und kürzesten Kabelwegen platziert werden sollten. Dabei auch mit einem minimalen Aufwand zur Nachrüstung den maximalen Output zu erreichen, um Betriebskosten für das ungedämmte Einfamilienhaus zu minimieren und die Primärheizung zu entlasten.
Die ELWA sitzt im 500-Liter-Pufferspeicher der Wärmepumpe, also im Heizkreis. Dieser ist permanent hydraulisch mit dem Kombispeicher der Ölheizung verbunden. Das benötigte Warmwasser wird also im Kombispeicher der Ölheizung erhitzt, obwohl diese im Sommer nicht läuft. Im Sommer läuft ausschließlich die Wärmepumpe, jetzt aber wirksam unterstützt durch die ELWA. Bei erforderlichem Heizbedarf in der Übergangszeit und im Winter „stößt“ die Ölheizung automatisch hinzu.
Und was sagt der Kunde zur Lösung mit der ELWA?
„Die beabsichtigte Unterstützung der vorhandenen Wärmepumpe durch die ELWA funktioniert vor allem an sonnenreichen Tagen sehr gut, wir sind damit zufrieden. Problem eigentlich nur: Die Sonne scheint nicht immer – an der ELWA liegt das aber nicht! Durch den Einsatz der ELWA haben sich seitdem sowohl Anzahl als auch Dauer der Einschaltzyklen der Wärmepumpe deutlich verringert!“, resümiert Herr Oßwald, Schirmherr des Referenzprojektes in Südthüringen.
Dieser Beitrag entstand in Kooperation mit my-PV GmbH.
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