Heizen mit Photovoltaik

Solarstrom aktuell: Heizen mit Photovoltaik

Schnelle Informationen

Das Sonnenlicht, das täglich auf die Erde trifft, reicht aus, um den ganzen Erdball mit Strom zu versorgen. Wir haben ein neues, technologisches Zeitalter erreicht, indem wir Solarstrom auch für Heizsysteme nutzen können. 

Heizen mit Photovoltaik ist grundsätzlich möglich. Wichtig ist die präzise Berechnung der PV-Anlage und Dimensionierung des Stromspeichers. 

Elektroheizungen sollten zeitlich begrenzt und unter Beachtung der Kosten-Nutzen-Rechnung laufen. Wärmepumpen arbeiten effektiv und ersetzen klassische Öl- oder Gasheizungen. 

Der Inhalt im Überblick

1. Die Anwendung von Solarstrom wird zusehends größer
2. Ist Heizen mit Photovoltaik möglich?
3. Elektroheizungen mit Photovoltaik nutzen
4. Im Überblick: Verschiedene Heizsysteme mit Photovoltaik
5. So funktioniert das Konzept Heizen mit Photovoltaik
6. Stromspeicher richtig dimensionieren
7. Zukunftstrend Photovoltaik: Mit Wärmepumpe heizen 
8. Elektrische Heizung mit Photovoltaik für einen Raum
9. Bivalent heizen – Der Photovoltaik Heizstab
10. Fazit zum aktuellen Thema: Ist Heizen mit Photovoltaik wirtschaftlich effizient?

Die Anwendung von Solarstrom wird zusehends größer 

Wenn der Strom kostenlos vom Dach geliefert wird, liegt es nahe die Photovoltaik Technologie auch zum Heizen zu verwenden. Grundsätzlich sind Solaranlagen im ersten Schritt zur Stromversorgung und nicht auf die Wärmeproduktion ausgelegt. Im zweiten Schritt gibt es jedoch unterschiedliche Möglichkeiten, das Haus mit der Kraft der Sonnenenergie zu beheizen. In diesem Beitrag erfahren Sie, wie Heizen mit Photovoltaik funktioniert, welche PV-Komponenten notwendig sind und welche Kosten dabei entstehen. 

Sonnenenergie fasziniert. Wenn man bedenkt, dass die Energie, die täglich die Erde von der Sonne erreicht, die Menschheit ein Jahr lang mit Strom versorgen könnte, ist das beachtlich. Es kann also nicht die Rede davon sein, dass in Deutschland zu wenig Sonnenlicht ankommt. Vielmehr gilt es, die Kraft der Sonne optimal zu nutzen. Die Versorgung mit Strom ist nur ein Teil dessen, was möglich ist. Das Beheizen von Gebäuden folgt in der konsequenten Gestaltung einer nachhaltigen Lebensweise ohne fossile Rohstoffe. 

Ist Heizen mit Photovoltaik möglich?

Das Heizen mit Solarstrom ist generell möglich, wenn auch einige Faktoren beachtet werden müssen. So wird in den Wintermonaten viel Energie benötigt, gerade dann, wenn die Sonne weniger scheint. Da Sonnenenergie nicht saisonal gespeichert werden kann, müssen Bedarf und Stromverbrauch dem Gebäude angepasst werden. Mit der richtigen Dimensionierung des Stromspeichers ist bereits ein wichtiger Teil getan, denn der täglich benötigte Strom wird gespeichert und kann jederzeit abgerufen werden. Soll dieser Speicher auch die benötigte Energie zum Beheizen des Hauses liefern, muss er in der Vorbereitungsphase entsprechend geplant werden. Der Nachteil von Stromspeicher ist der hohe Anschaffungspreise: Je höher die Speicherkapazität, umso höher der Preis. Hier muss also eine Lücke geschlossen werden, damit weniger Energie zum Heizen benötigt wird. 

Niedrigstenergiehäuser (auch als Passivhaus bekannt) belegen, dass die Größenordnung des benötigten Stroms gering sind. So werden durchschnittlich 10 Watt pro Quadratmeter benötigt, bei einer Wohnfläche von 140 Quadratmeter ist eine Heizlast von 1,4 Kilowatt bzw. 1400 Watt notwendig. Somit läge der Energieverbrauch der Heizung bei rund 2100 Kilowattstunden pro Jahr für einen 2-Personen-Haushalt. Diese Menge ist durchaus realistisch, um mit Photovoltaik eine Wohnfläche dieser Größe zu beheizen. 

Da Photovoltaik in erster Linie den notwendigen Strom liefert, werden viele Verbraucher an herkömmliche, elektrische Heizungen denken. Dazu gehören Radiatoren, sehr unökonomische Heizlüfter oder moderne Konvektoren oder Infrarotheizungen. Alle diese Heizungsarten benötigen einzig und allein Strom. Nun wäre es einfach gedacht: Oh, wir haben Photovoltaik! Jetzt können wir den Konvektor anschalten. Theoretisch ist das möglich, doch ist es auch sinnvoll und vor allem bezahlbar? 

Elektroheizungen mit Photovoltaik nutzen 

In einem Haus von ca. 100 Quadratmeter wären ca. 12000 kWh Strom pro Jahr notwendig, um die Räume zu beheizen. Bei einer Photovoltaikanlage von 10 kWp würde der gesamte Strom allein für die elektrische Heizung aufzubringen sein. Damit das Haus jedoch auch mit Strom versorgt ist, müsste Strom hinzugekauft werden. Bei dem durchschnittlichen Strompreis von rund 44 Cent pro kWh (Stand März 2023) kämen noch einmal rund 3800 € an Stromkosten hinzu. Eine deutlich zu hohe Summe, um mit Strom und Raumwärme versorgt zu sein.

Keine sinnvolle Lösung, denn Photovoltaik bietet mehr. Wichtig ist, sich an dieser Stelle von alten Mustern zu trennen, um neue Lösungen zu finden. Es spricht sicherlich nichts dagegen, das Badezimmer mit einer Infrarotheizung aufzuwärmen, um den Tag bei angenehmer Raumtemperatur zu starten. Gleiches gilt für moderne Konvektoren, die einerseits schnell den Raum aufwärmen aber für ihren hohen Stromverbrauch bekannt sind. Zeitlich begrenzt sind solche Heizungen möglich, dauerhaft nicht. 

Im Überblick: Verschiedene Heizsysteme mit Photovoltaik

Die Lösung kommt von unterschiedlichen Faktoren, die den Bedarf nach Wärme im Haus erfüllen. Zum einen spielt eine gute Wärmedämmung für jede Heizungsart die zentrale Rolle. So verliert ein schlecht oder gar nicht gedämmtes Dach ca. 30 Prozent der Wärme in den Wintermonaten und sorgt für eine schnelle Abkühlung in den Räumen. Die Heizkraft in diesem Falle wäre zum großen Teil verschwendet, das gilt vom Kaminholzofen bis zur elektrischen Heizung. Die zweite Option ist eine Wärmepumpe, die einen beachtlichen Vorteil gegenüber anderen elektrischen Heizungsarten hat: Sie benötigt nur für den Antrieb elektrischen Strom, erzeugt wird die Wärme durch Umgebungswärme. Damit verbraucht sie weniger Energie als elektrische Raumheizungen wie Radiatoren. Zur Auswahl stehen Erdwärmepumpen, Luftwärmepumpen oder Wasserwärmepumpen, die je nach regionalen Gegebenheiten und den Möglichkeiten im Haus zum Einsatz kommen. 

Eine weitere Option wäre die Solarthermie, die in der Regel das bestehende Heizungssystem unterstützt und somit anteilig am Wärmeaufbau beteiligt wäre. Dennoch zählt sie zweifelsfrei zu den Möglichkeiten, ein Gebäude mit Photovoltaik zu beheizen. Genau genommen übernimmt die Solarthermie die Funktion der Heißwasseraufbereitung. In Gebäuden mit klassischen Heizkörpern kann sie jedoch auch zur Erwärmung der Räume beitragen. In diesem Falle ist das wasserführende Heizsystem vorteilhaft, denn ein solch, bereits bestehendes System lässt sich mit der Solarthermie mit wenig Aufwand installieren. 

So funktioniert das Konzept Heizen mit Photovoltaik

Durch Solarmodule der Photovoltaikanlage wird Sonnenenergie aufgenommen, der dadurch entstehende Wechselstrom wird mittels Wechselrichter in Gleichstrom umgewandelt und steht zum sofortigen Verbrauch im Haus zur Verfügung. Kommen elektrische Heizungen wie Konvektoren zum Einsatz, nutzen diese den erzeugten Strom um Räume zu beheizen. Bei handelsüblichen Heizungen ist der Strombedarf jedoch zu hoch, um das ganze Haus über die langen Wintermonate zu beheizen. Notwendig sind effektive Heizsysteme, die Solarstrom nutzen und über Eigenschaften verfügen, ein Ein- oder Mehr-Familienhaus effektiv zu beheizen. 

Weitaus effizienter sind deshalb Wärmepumpen, die elektrischen Strom nur als Antriebsquelle zur Wärmeerzeugung nutzen und breitflächig angewandt werden können. Dazu ist es jedoch notwendig, dass der Stromspeicher die passende Speicherkapazität hat, um das Haus mit Strom und mit Wärme zu versorgen.

Stromspeicher richtig dimensionieren

Gehen wir von einem durchschnittlichen Stromverbrauch von ca. 4000 kWh pro Jahr aus, kommen weitere 40 Prozent dieses Verbrauchs durch die Nutzung einer Wärmepumpe hinzu. Auch wenn sich die Anschaffungskosten des Stromspeichers dadurch erhöhen, können die üblichen Heizkosten dem Preis entgegengesetzt werden. Zumal sich normale Heizkosten durch Gas, Heizöl oder Pellets jährlich wiederholen, der Kauf eines Stromspeichers für die Wärmepumpe im Vergleich jedoch einmalig ist. 

Es steht außer Frage, dass bei der Planung einer Photovoltaikanlage die Dimension dieses Speichers finanziell machbar sein muss. Aus diesem Grund sollten sich Hauseigentümer vor dem Kauf einer Photovoltaikanlage oder vor dem Austausch einer Heizung mit einem Energieberater zusammensetzen, um eine Kosten-Nutzen-Rechnung aufzustellen. 

Hinweis: Viele Stromspeicher haben eine Nutzungsdauer von 25 Jahren und bieten in dieser Laufzeit mehrere Tausend Ladezyklen. Speicher und Wärmepumpe in Kombination zeigen die hohe Effektivität erneuerbarer Energien moderner Ein- oder Mehrfamilienhäuser. 

Zukunftstrend Photovoltaik: Mit Wärmepumpe heizen

In diesem Abschnitt gehen wir detaillierter auf die Nutzung der Wärmepumpe ein. Als modernes Heizsystem arbeitet sehr effizient und gilt als optimale Lösung für das Einfamilienhaus. 

Wärmepumpen gehören zu den modernsten Heizsystemen. Denn im Vergleich zu klassischen Heizmethoden unterscheiden sie sich deutlich in einem Punkt: Um Räume zu erwärmen, benötigen sie keinerlei Rohstoffe. Weder Kohle, noch Gas, Öl oder Holzbrennstoffe sind notwendig, um das Haus zu beheizen. Damit fällt ein weiterer Punkt ins Auge: Es werden keine Verbrauchskosten verursacht, die mittlerweile enorme Kosten verursachen. Denn selbst umweltfreundliche Holzpellets sind im Preis um bis das Dreifache angestiegen.

Wärmepumpen beziehen die Umgebungsenergie aus dem Erdreich, aus der Luft oder aus dem Grundwasser. Mithilfe einer speziellen Technologie wird diese Energie verdichtet und verdampft, wird auf angenehme Raumtemperatur gebracht und direkt in das Haus geleitet. Um diesen Prozess in Gang zu bringen, wird etwa ein Drittel an elektrischer Energie benötigt, die über die Solarmodule, zum Wechselrichter und in den Stromspeicher gelangt. Von der Zentrale der PV-Anlage, dem Energiemanager, wird der jeweils benötigte Strom abgerufen und zur Verfügung gestellt. 

Neben den uns zur Verfügung stehenden Heizmethoden ist die Wärmepumpe die am nachhaltigsten und langfristig gesehen die günstigste. Dies zeigt sich spätestens ab dem Amortisationszeitpunkt der Wärmepumpe und Photovoltaikanlage, da anschließend bis auf die Wartungskosten keine finanziellen Aufwendungen anfallen. Dort, wo andere Heizsysteme nach wie vor Kosten für Brennmaterialien verbrauchen, läuft die Wärmepumpe gänzlich ohne Kosten, da sie ihre Energie von der Photovoltaikanlage bekommt. 

Elektrische Heizung mit Photovoltaik für einen Raum 

Wenn wir statt dem ganzen Haus nur von einem Raum ausgehen, der elektrisch mit Photovoltaik beheizt werden soll, sieht die Rechnung schon anders aus. Tatsächlich gibt es solche Konstellationen und jeder Hauseigentümer tut gut daran, seine individuelle Wohnsituation detailliert anzuschauen, um sinnvolle Lösungen zu finden. 

Eine Kombination von Photovoltaik und einer elektrischen Heizung kann durchaus eine gute Lösung sein. Solange die regulären Stromkosten mit einer Elektroheizung gesenkt werden können – der entscheidende Punkt. Eine solche Konstellation kommt zuweilen in Gebäuden vor, die mit einem Kaminofen beheizt werden, der in der Regel im Wohnzimmer steht. Um den Schlafbereich auf angenehme Temperaturen zu bringen, wäre eine Elektroheizung mit Photovoltaik betrieben, denkbar. In der Regel kann die Tagestemperatur niedriger eingestellt werden, z.B. 18 °C, während sie in den Abendstunden bei ca. 19 – 20° C liegen könnte. 

Elektrische Heizungen verbrauchen in der Regel 800 bis 2000 Watt. Im Vorfeld sollte berechnet werden, ob die Größe der PV-Anlage und Dimensionierung des Stromspeichers ausreichen, um den Wärmebedarf in einem Raum zu erfüllen. Muss stattdessen Strom hinzugekauft werden, weil die Heizung zu viel Strom verbraucht, ist dies keine effektive Lösung. Im Zweifelsfalle kann es ebenso sinnvoll sein, Maßnahmen zur verbesserten Dämmung zu ergreifen, um einen eventuellen Wärmeverlust zu verringern. 

Ebenso möglich ist das Beheizen des Badezimmers für zwei bis drei Stunden täglich. Hier könnte ein Badheizkörper mit Handtuchwärmer die Alternative einer elektrischen Heizung sein. Mit einer Wärmeleistung zwischen 400 – 800 Watt wird eine solche elektrische Heizung nur wenige Stunden benötigt und kann daher über die PV-Anlage laufen. 

Bivalent heizen – Der Photovoltaik Heizstab 

Eine der neuesten Technologien für den Einsatz von Photovoltaik ist das sogenannte bivalente Heizen. Dieses System arbeitet mit einem Heizstab, der Brauch- bzw. Heizungswasser mit einem Heizstab erwärmt und das erwärmte Wasser zum Heizkörper transportiert. Die dafür benötigte Energie kommt von der PV-Anlage und verursacht somit keine zusätzlichen Kosten zum Erwärmen der Räume. Der Vorteil: Der Heizkessel bleibt während der warmen Sommermonate ausgeschaltet. Die Leistung der Geräte ist individuell regelbar und wird an die jeweiligen Bedürfnisse angepasst.

Fazit zum aktuellen Thema: Ist Heizen mit Photovoltaik wirtschaftlich effizient?

Die Photovoltaiktechnologie hat die Kinderstube längst verlassen. Während noch vor wenigen Jahren nur an den Bedarf von Haushaltsstrom gedacht wurde, geht die Entwicklung mit neuesten Geräten weiter. Photovoltaik übernimmt langsam auch den Bereich der Heizung für das Haus: Wärmepumpen, Solarthermie und bivalente Heizungen zeigen deutlich, dass die breite Anwendung von Photovoltaik richtungsweisend ist, gleichzeitig gut strukturierte Energiekonzepte verlangen um eine hohe Wirtschaftlichkeit zu erreichen. Mit sinkender Einspeisevergütung und steigenden Verbrauchskosten sollten Eigenheimbesitzer alle Möglichkeiten ausschöpfen, Solarenergie auch für das Heizsystem anzuwenden. 

Bei der Ausarbeitung des Heizsystems muss die Reduzierung der Heizkosten immer im Mittelpunkt stehen. Als Eigenheimbesitzer sollten Sie sich deshalb mit einem Solarteur bzw. einer professionellen Solaranlagenfirma zusammensetzen, um eine langfristige Kosten-Nutzung aufzustellen.