Heizen mit Strom und Photovoltaik

Mit Photovoltaik heizen | Bildquelle: Vitramo GmbH

Inhalt

• Photovoltaik & Elektroheizung: mit Photovoltaik heizen?
• Elektrisch heizen mit Photovoltaik
• Heizen mit Photovoltaik: Förderung
• Heizen mit Photovoltaik und Wärmepumpe
• Warmwasser mit Strom aus Photovoltaik
• Heizen im Winter mit Photovoltaik
• FAQ Heizung & Photovoltaik

Das Wunschszenario: Photovoltaik auf dem Dach, das Haus mit einer Elektroheizung ausgestattet und den erzeugten Strom vom Tag oder aus den Sommermonaten zum Heizen im Winter oder am Abend nutzen. Als Elektroheizung kommen hierbei Infrarotheizungen zum Einsatz. Diese erwärmen nicht die Raumluft, sondern via Wärmestrahlung die Gebäudehülle und können aus diesem Grund durchgehend (auch am Tag) betrieben werden. Denn die Gebäudehülle fungiert im Gegensatz zur Raumluft als Wärmespeicher. Aber ist eine solche Photovoltaik-Heizung realistisch? Unter Berücksichtigung verschiedener Einschränkungen ist es grundsätzlich möglich, autark mit Photovoltaik zu heizen. Zunächst aber sieht diese Überlegung eher unwahrscheinlich aus. Der Grund sind saisonale und tägliche Schwankungen in der sonnenbetriebenen Stromerzeugung:

• Zum einen erzeugt eine Photovoltaikanlage im Winter, beziehungsweise in der Heizperiode zwischen Oktober und April, wenn vorrangig mit einer Elektroheizung geheizt werden würde, nur rund 30 Prozent ihres Jahresertrages.

• Zum anderen erzeugt die Photovoltaikanlage am Tag Strom, wenn meist niemand zu Hause ist. Geheizt wird mit der Elektroheizung hingegen überwiegend in den Abendstunden. Ergo ist ein zusätzlicher Stromspeicher notwendig, um den erzeugten Solarstrom vom Tag am Abend nutzen zu können. Mithilfe eines Solarspeichers ist das punktgenaue Nutzen des mit der eigenen PV-Anlage generierten Stroms bei Bedarf möglich. Die erhältlichen Batteriespeicher entwickeln sich stetig weiter und werden immer effizienter. Die Idee, eine Heizung mit Photovoltaik erfolgreich zu betreiben, ist eng an die Einbindung eines Stromspeichers geknüpft. Gut daran: Für PV-Speicher gibt es vielfältige Programme zur Stromspeicherförderung, um die Anschaffungskosten zu senken.

Die erste Überlegung, wenn man an Heizen mit Strom und Photovoltaik denkt, könnte sein, das ganze Haus mit dem eigenen Solarstrom und einer Elektroheizung zu beheizen. Im Folgenden betrachten wir, wie Sie die Heizung mit Photovoltaik kombinieren und wie sich die Idee "Photovoltaik für Heizung" dann rechnet.

Für eine Elektroheizung in einem 4-Personen-Haushalt kann von benötigten 120 kWh pro Quadratmeter im Jahr ausgegangen werden. Beträgt die Wohnfläche 100 qm, so fallen 12.000 kWh pro Jahr an. Multipliziert mit dem aktuellen (März 2022) Strompreis von 0,37 Euro/kWh ergeben sich jährliche Kosten von beachtlichen 4.400 Euro.

• Zum Vergleich: Der durchschnittliche Stromverbrauch einer 4-köpfigen Familie beträgt im Jahr etwa 4.000 kWh. Das ist lediglich ein Drittel des Verbrauchs einer Elektroheizung.

Erhält die Stromheizung mit Photovoltaik Unterstützung, so könnte das Rechenbeispiel wie folgt aussehen:

Eine PV-Anlage mit 10 kWp erzeugt rund 10.000 kWh Strom im Jahr. Davon kann ohne Speicher etwa ein Drittel, also rund 3.300 kWh Strom selbst genutzt werden, der Rest wird eingespeist.

12.000 kWh - 3.300 kWh = 8.700 kWh

8.700 kWh müssen noch zugekauft werden.

8.700 kWh * 0,37 € = 3.219 €

Es müssen für den bezogenen Strom noch 3.219 Euro bezahlt werden.

Aus der Einspeisung des Reststroms ist ebenfalls ein Ertrag vorhanden: (10.000 kWh-3.300kWh) * 0,065 € = 435,50 Euro

3.219 € - 435,50 € = 2.783,50 €

Ziehen Sie die Einspeisevergütung in Höhe von 435,50 Euro (6,5 Cent pro Kilowattstunde) von den verbleibenden Stromkosten für die Elektroheizung ab, so bleiben Stromkosten in Höhe von 2.783,50 Euro im Jahr, wenn Sie das ganze Haus mit einer Elektroheizung heizen und dabei Photovoltaik mit der Heizung kombinieren.

• Zum Vergleich: Heizen Sie die 100 qm bei mittleren Kosten mit Erdgas, so zahlen Sie 11,60 pro Quadratmeter, also 1.160 Euro an Gaskosten pro Jahr. Hinzu kommen rund 83 Euro CO2-Abgabe, also insgesamt 1.243 Euro an Heizkosten im Jahr.

Es zeigt sich: Das Heizen des ganzen Hauses mit Photovoltaik allein rechnet sich nicht. Doch wie sieht es mit den Stromkosten aus, wenn Sie zusätzlich zur PV-Anlage einen Stromspeicher verwenden, der den Eigenverbrauch auf rund 60 Prozent erhöht?

Nun können Sie etwa 6.600 kWh des selbst erzeugten Solarstroms für Ihre Elektroheizung nutzen.

12.000 kWh - 6.600 = 5.400 kWh

5.400 kWh müssen noch zugekauft werden.

5.400 kWh * 0,37 € = 1.998 €

Mit einem Eigenverbrauch von 60 Prozent des eigenen Solarstroms fallen an Kosten für den zugekauften Strom noch 1.998 Euro an.

Aus der Einspeisung des Reststroms in Höhe von 3.400 kWh erhalten Sie noch 3.400 kWh * 0,065 € = 221 Euro.

1.998 € - 221 € = 1.777 Euro.

Für Ihre Heizung mit Photovoltaik und Speicher und Elektroheizung zahlen Sie jährlich noch 1.777 Euro an Stromkosten. Das ist noch immer mehr, als Sie für die Beheizung desselben Hauses mit Gasheizung inklusive CO2-Steuer zahlen würden. Hinzu kommen die Investitionskosten für die PV-Anlage und den Speicher: ca. 14.500 Euro für die PV-Anlage mit 10 kWp und einem Speicher von 10 kWh für rund 13.500 Euro müssen Sie zunächst knapp 30.000 Euro (abzüglich evtl. Förderung) investieren - und sparen noch nicht einmal an den jährlichen Heizkosten.

Eine Option für eine effiziente Photovoltaik-Elektroheizung im ganzen Haus wäre eventuell vorstellbar, wenn es sich um ein sehr gut gedämmtes Gebäude mit einem äußerst geringen Heizenergiebedarf handelt. Kommt hier eine groß dimensionierte PV-Anlage hinzu, so könnte sich der zugekaufte Strom auf ein Minimum reduzieren.

Wenn Sie Ihre Heizung mit Photovoltaik kombinieren und dabei sparen möchten, ist es sinnvoll, eine bereits vorhandene Elektroheizung mit dem Strom aus der eigenen Photovoltaikanlage zu betreiben. Kombinieren Sie die Stromheizung mit Photovoltaik, können Sie die laufenden Kosten deutlich senken.

Wie die vorherige Rechnung zeigte, lohnt es sich nicht, das ganze Haus mit einer Photovoltaik-Heizung erwärmen zu wollen. Im Folgenden zeigen wir daher die Option auf, einzelne Zimmer mithilfe klimafreundlicher Photovoltaik und einer Elektroheizung zu beheizen. In unserem Beispiel geht es um ein Badezimmer, das jeden Tag für zwei Stunden mithilfe einer Elektroheizung beheizt wird.

Um aber herauszufinden, welche Kostenersparnis mit einer Elektroheizung mit Photovoltaik für einzelne Zimmer möglich ist, müssen wir zunächst wissen, was der Betrieb einer strombetriebenen Heizung für diesen Raum allein kostet. Hierfür gilt die Faustformel:

• Direktheizung:

kW (Heizung) x tägliche Betriebsstunden = Energieverbrauch pro Tag

• Speicherheizung:

kW (Heizung) x tägliche Betriebsstunden = Energieverbrauch pro Tag/2

• Energieverbrauch pro Tag x Strompreis/kWh = Betriebskosten für einen Tag

• Betriebskosten für einen Tag x 365 (bzw. Betriebstage im Jahr) = jährliche Betriebskosten

Achtung: Dieses Szenario ist darauf ausgelegt, dass die Elektroheizung jeden einzelnen Tag 24 Stunden voll betrieben wird. Man kann das Ergebnis auch durch zwei teilen, um eine realistischere Zahl zu erhalten.

• Die Elektroheizung im Badezimmer ist allerdings nur wenige Stunden pro Tag im Betrieb. Wir gehen von zwei Stunden an 350 Heiztagen im Jahr aus.

Beispielrechnung: Die elektrische Fußbodenheizung benötigt 100 kWh/qm. Das zu beheizende Badezimmer hat 8 qm. Es werden also 800 W beziehungsweise 0,8 kW für den Raum benötigt.

Strompreis: 0,37 Euro

Heizkosten pro Stunde: 0,37 € * 0,8 kWh = 0,30 €/Stunde

Heizkosten pro Jahr: 350 Heiztage x 2 h Betrieb x 0,30 €/Stunde = 210 Euro pro Jahr.

(0,8 kWh x 2h) x 350 Heiztage = 560 kWh/Jahr

Da die PV-Anlage aus o. g. Beispiel einen Jahresertrag von 10.000 kWh hat, ist es ohne Probleme möglich, das Badezimmer von 8 qm mit der elektrischen Fußbodenheizung allein mit Photovoltaik zu beheizen. Dies gilt auch, obwohl es sich um ein vereinfachtes Beispiel handelt – zumal der Anschaffungspreis einer Elektroheizung gegenüber jedem anderen Heizungssystem verschwindend gering ist.

Für eine Photovoltaik-Heizung existiert keine direkte Förderung. Allerdings gibt es über die KfW sowohl für eine Heizung als auch für Photovoltaik Förderung. Diese stehen dann jedoch in keinem direkten Bezug zueinander, da eine Elektroheizung nicht förderfähig ist. Hintergrund ist, dass bei der herkömmlichen Stromerzeugung auch CO2 emittiert wird.

Das bedeutet also, im Rahmen der Sanierung eines Altbaus zu einem Energieeffizienzhaus kann sowohl eine klimafreundliche Heizung als auch eine Photovoltaikanlage mit Zuschüssen vom Staat gefördert werden. Eine Förderung für eine Solaranlage allein ist lediglich für Solarthermie möglich, da diese als Heizungssystem zählt.

Das klimafreundliche Heizungssystem Wärmepumpe benötigt für den Betrieb Strom. Eine Heizung aus Wärmepumpe mit Photovoltaik ist daher sinnvoll. Vor allem in einer cleveren Kombination mit einem Haus auf hohem Dämmstandard und passend dimensionierter PV-Anlage sowie einem Stromspeicher ist das Heizen mit Photovoltaik und Wärmepumpe eine gangbare Idee. Denn mithilfe des Batteriespeichers kann der Strom auch dann genutzt werden, wenn die Sonne gerade nicht scheint – die Wärmepumpe aber zum Heizen gefragt ist. Diese regenerative Heizung und Photovoltaik passen gut zusammen.

Wie funktioniert Photovoltaik für Warmwasser? Warmwasser mit Photovoltaik zu erzeugen, ist eine grundsätzlich gute Idee. Es gibt zwei grundlegende Optionen, Warmwasser mit Strom aus Photovoltaik herzustellen. Zum einen den mit Photovoltaik betriebenen Heizstab im Warmwasser-Pufferspeicher und zum anderen Photovoltaik mit einer Brauchwasserwärmepumpe für das Warmwasser. Erstere Option ist denkbar als Ergänzung zu einer vorhandenen Heizungsanlage und letztere zur Unterstützung einer möglicherweise geplanten Brauchwasserwärmepumpe.

Vor allem, wenn bereits eine Heizungsanlage vorhanden ist, die mit einem Warmwasserspeicher arbeitet, ist es sinnvoll, einen PV-betriebenen Heizstab einzusetzen. Das kann zum Beispiel bei einer vorhandenen Gasbrennwertheizung der Fall sein. Viele Warmwasserspeicher sind ab Werk bereits darauf ausgelegt, dass ein Heizstab nachgerüstet werden kann. Heizen mit Gas und Photovoltaik etwa lässt sich mithilfe eines Heizstabs gut umsetzen.

Der Heizstab ist ein klassisches Beispiel, wie elektrische Energie in Wärme umgewandelt wird. Daher ist es naheliegend, mit Photovoltaik und einem Heizstab Warmwasser zu erzeugen. Kommt ein Heizstab in einem Pufferspeicher zum Einsatz, so erwärmt er das dortige vorhandene Wasser und die Wärme wird vorgehalten. Kommt der mit Solarstrom betriebene Heizstab unterstützend zur eigentlichen Heizungsanlage zum Einsatz, so spart dies Energie und bares Geld. Denn die möglicherweise fossil betriebene Heizung muss nicht ständig anspringen, um das warme Wasser auf Temperatur zu bringen: Das übernimmt der Heizstab mithilfe der kostenlosen Kraft der Sonne. Somit wird auch die Lebensdauer der Heizungsanlage erhöht. Insbesondere im Sommer, wenn die erforderliche Heizlast sinkt, übernimmt der Heizstab im Idealfall die komplette Leistung der Heizung.

Die laufenden Kosten für einen Heizstab lassen sich mit der Formel:

• Elektrische Leistung x Betriebszeit x Strompreis = Heizkosten

kalkulieren.

Dazu eine Beispielrechnung:

4 kW x 1h x 0,34 € = 1,36 €

Das Heizen mit dem Heizstab kostet also bei dem Strompreis Stand März 2022 1,36 € pro Stunde. Kommt der Heizstab die ganze Heizperiode von 185 Tagen im Jahr über je zwei Stunden zum Einsatz, so entstehen jährliche Kosten von (1,36 € x 2h) x 185 d = 503,20 €.

Da stellt sich als nächstes die Frage, inwiefern sich diese Kosten für das Heizen mit Heizstab mit Photovoltaik abdecken lassen. Angenommen, Sie haben eine Photovoltaikanlage mit 4 kWp, die im Jahr etwa 4.000 kWh erzeugt. Davon können Sie ohne Speicher etwa 30 Prozent, also etwa 1.200 kWh, verbrauchen. Ihr Heizstab erfordert pro Jahr 2.960 kWh.

Ziehen Sie von den 1.480 kWh, die der Heizstab im Jahr benötigt, die 1.200 kWh ab, die Ihre Photovoltaikanlage für die Heizung generieren kann: 1.480 kWh - 1.200 kWh = 280 kWh. Nun müssen Sie dank Photovoltaik für den Betrieb des Heizstabs nur noch 280 kWh Strom hinzukaufen, also 280 kWh x 0,34 € = 95,20 €. Wenn Sie mit Photovoltaik heizen, sparen Sie also 408 Euro im Jahr.

Ziehen Sie hiervon noch die Stromgestehungskosten von etwa 8 Cent pro Kilowattstunde ab, also 1.200 kWh x 0,08 € = 96 €, so bleibt Ihnen dennoch eine Ersparnis von 312 Euro.

So könnte der Heizstab eine gute Möglichkeit sein, um den Eigenverbrauch einer PV-Anlage bestmöglich auszuschöpfen.

Eine Warmwasserwärmepumpe oder auch Brauchwasserwärmepumpe ist dazu da, warmes Wasser für einen Haushalt bereitzustellen. Das Gute: Je nach Jahresarbeitszahl (JAZ) vervielfacht eine Wärmepumpe die eingetragene elektrische Energie. Im Fall der Warmwasser-Wärmepumpe liegt die JAZ bei 3,5. Das heißt, sie macht aus 1 kWh letztlich 3,5 kWh.

Mithilfe einer intelligenten Steuerung ist es dabei möglich, dass die Warmwasser-Wärmepumpe allein mit Photovoltaik betrieben wird. Es ist einstellbar, dass die Brauchwasserwärmepumpe nur dann anspringt, wenn die Photovoltaikanlage Strom liefert. So kann sie allein mit Photovoltaik betrieben werden – sodass kein teurer Strom aus dem Netz hinzugekauft werden muss.

• Wie funktioniert eine Brauchwasserwärmepumpe? Die Brauchwasserwärmepumpe ist einzig auf das Erzeugen von Warmwasser, nicht aber auf das Heizen von Räumen ausgelegt. Vornehmlich arbeitet die Warmwasserwärmepumpe mit warmer Innenluft oder Abluft. Die erzeugte Wärmeenergie wird mithilfe eines Kompressors vom Wärmetauscher auf den Warmwasserspeicher übertragen, sodass das enthaltene Brauchwasser erwärmt wird. Die intelligente Photovoltaik-Steuerung erkennt, ob Heizbedarf für den Warmwasserspeicher besteht. Ist dies der Fall, wird die Brauchwasserwärmepumpe aktiviert, um die gewünschte Wassertemperatur im Speicher wieder herzustellen – mithilfe von regenerativer Solarenergie. Auf diese Weise kann Photovoltaik mit einem Strom-Überschuss Warmwasser erzeugen.

Bei einer JAZ von 3,6 benötigt eine Warmwasser-Wärmepumpe etwa 670 kWh pro Jahr (bei einem Warmwasserverbrauch von 40 Litern 45 Grad warmen Wassers pro Tag). 670 kWh kosten rund 228 Euro an Strom pro Jahr. In diesem Szenario kann Photovoltaik gut für die Heizung genutzt werden:

Das Heizen mit Photovoltaik und Wärmepumpe ist – wenn es um die Erzeugung von Warmwasser geht – also bereits mit einer kleinen PV-Anlage möglich. Das folgende Rechenbeispiel zeigt es:

• Ihre PV-Anlage mit 3 kWp erzeugt pro Jahr etwa 3.000 kWh. Ohne Speicher können Sie davon ein Drittel, also 1.000 kWh, selbst nutzen. Unterstützt von intelligenter Technik sind damit die 670 kWh, die die Wärmepumpe benötigt, bestens abgedeckt. Sie können sogar die übrigen 330 kWh an selbst erzeugtem Strom für weitere Geräte nutzen.

Eine naheliegende Frage in Bezug auf Photovoltaik und Heizung lautet: Kann man mit Photovoltaik heizen, wenn Winter und wenig Sonne ist? Ja, auch im Winter erzeugt eine Photovoltaikanlage Strom. Natürlich ist es weniger als im Sommer, da es einfach weniger Sonnenstunden gibt. Dennoch ist die sogenannte Globalstrahlung vorhanden – also einer Kombination aus direktem und diffusem Licht.

So waren laut dem Deutschen Wetterdienst DWD waren im Januar 2022 in Süddeutschland durchschnittlich etwa 41 bis 45 kWh/qm an Strahlungsintensität messbar und in Norddeutschland etwa 16 bis 20 kWh pro qm. Hat Ihre PV-Anlage eine Fläche von 50 qm, so haben Sie in Süddeutschland im Januar 2022 etwa 40 kWh x 50 qm = 2.000 kWh Solarstrom ernten können. Davon können Sie ein Drittel selbst nutzen, also etwa 667 kWh. Das würde beinahe für den Betrieb der oben genannten Warmwasser-Wärmepumpenheizung ausreichen. Liegt auf der Photovoltaik-Fläche Schnee, so ist natürlich für diesen Moment ein nur sehr geringer Ertrag möglich, da die Globalstrahlung die Module nicht oder nur schlecht erreicht. Daher gibt das DWD monatliche Durchschnittswerte an.

Wenn Sie ein Passivhaus haben oder planen bzw. Ihr Eigenheim auf diesen Standard saniert haben oder die Möglichkeit in Erwägung ziehen, helfen wir Ihnen, mit ein paar Angaben die passende Photovoltaik-Heizung zu finden.