Warum Heizen mit Strom zunehmend attraktiv für PV-Anlagenbesitzer wird

Nach 20 Jahren ist jetzt Schluss mit der Einspeisevergütung für Strom aus PV-Anlagen, die Rahmenbedingungen rund um die Nutzung des PV-Stroms haben sich damit erheblich verändert. Es ist für Besitzer einer Photovoltaik-Anlage also lohnenswert, sich rechtzeitig mit den zukünftigen Einsatzoptionen der selbst erzeugten elektrischen Energie auseinanderzusetzen.

Mit dem "100.000-Dächer-Programm" der Bundesregierung startete vor fast 20 Jahren langsam der PV-Boom in Deutschland. Die Installation einer PV-Anlage auf dem eigenen Dach wurde mit Krediten der KfW attraktiv. Dazu kamen Einspeisevergütungen von deutlich über 50 Cent pro Kilowattstunde, die die Abgabe des Stroms ins öffentliche Netz sehr rentabel machten.

Doch die hohe Einspeisevergütung war und ist nicht unbegrenzt – nach 20 Jahren ist Schluss. Für alle Anlagen, die vor 2000 installiert wurden, gilt das Jahr 2000 als Startzeitpunkt für den Erhalt der Einspeisevergütung. Folglich läuft die Förderung für die ersten PV-Anlagen in knapp zwei Jahren, also 2020, aus. Der Strom kann dann wei­terhin eingespeist werden, allerdings zu wesentlich schlechteren Konditionen.

Mittlerweile gibt es aber zahlreiche Alternativen zum Verkauf der PV-Energie an den Netzbetreiber. Eine davon ist das Heizen mit Strom.

Stromheizung (wieder) en vogue

Vor einem baldigen Auslaufen der hohen Einspeisevergütung steht auch Mario ­Murillo aus dem baden-württembergischen Balingen. Seine 9,8-kWp-PV-Anlage speist zuverlässig in das öffentliche Netz ein, wofür er eine entsprechende Vergütung erhält. Da diese aber endlich ist, hat sich Murillo frühzeitig Gedanken gemacht, wie er nach Ablauf der 20 Jahre seinen PV-Strom einsetzen wird. Er entschied sich für ein strombetriebenes Heizsystem – eine Tecalor-Haustechnikzentrale auf Basis ­einer Luft/Wasser-­Wärmepumpe in Kombination mit einer Flächenheizung.

Aktuell macht er sich dafür ein Auslaufmodell zunutze – den sogenannten Niederstromtarif. Die Antriebsenergie für seine Wärmepumpe bezieht Murillo mit Niedertarifstrom, besser bekannt unter "Nachtstromtarif" oder "Wärmepumpentarif". Ihren Ursprung haben diese besonderen Tarife aus der Zeit, als Nachtspeicheröfen noch gängig waren. Diese nahmen in den Schwachlastphasen Strom ab und speicherten diesen in Form von Wärme. Die Nachtspeicherheizungen sind größtenteils verschwunden, da sie die elektrische Energie nur ineffektiv (sprich: 1:1) in Wärme umwandeln. Geblieben sind die Tarife – allerdings meist mit einer begrenzten Laufzeit und nur bei wenigen Stromanbietern.

Antriebsenergie vom Dach

Wer seinen PV-Strom, wie Mario Murillo, zum Betrieb einer Wärmepumpe nutzen will, muss natürlich den Faktor "Sonne" mit einbeziehen. Diese Kraft steht nicht jederzeit in vollem Umfang zur Verfügung. Deswegen dient die Wärmepumpe bzw. die Warmwasserheizung als "Energiespeicher", der dann geladen wird, wenn ausreichend Sonnenstrom vorhanden ist und kein anderer Verbraucher diesen benötigt.

Um eine reibungslose und effiziente Versorgung der Wärmepumpe mit Sonnenenergie zu gewährleisten, gibt es Energie-Management-Systeme, wie zum Beispiel den "Solar-Log" von Solare Datensysteme GmbH. Das System erfasst die produzierte PV-Leistung und den aktuellen Verbrauch im jeweiligen Gebäude. Es ermittelt aus diesen Werten, ob ein Energieüberschuss – also die Einspeisung ins Netz – vorhanden ist und wenn ja, wie hoch dieser ist.

Liegt ein Überschuss vor, kann die Wärmepumpe automatisch vom Energiemanager aktiviert werden. Das Zuschalten der elektrischen Wärmepumpe ist dabei an bestimmte Parameter gekoppelt, wie ein voreingestellter Schwellwert, eine Tageszeit oder Mindestlaufzeit. Diese Parameter lassen sich individuell an die verwendete Wärmepumpe und das Komfortbedürfnis des Eigen­tümers anpassen.

Wärmepumpenbetrieb über ein Energie-Management-System

Um die Wärmepumpe mit dem "Solar-Log" zu koppeln und ansteuern zu können, gibt es zwei Wege. Die erste Option, welche oftmals für ältere Wärmepumpenmodelle infrage kommt, ist die Kopplung über das EVU-Sperrsignal. Dieses Signal kann durch den "Solar-Log" generiert werden. Je nach PV-Überschuss und ­eingestelltem Schwellwert gibt das Gerät dann die Wärmepumpe frei oder sperrt sie.

Die zweite Option ist eine mehrstufige Ansteuerung über sogenannte "SG Ready"-Eingänge: Über eine spezielle "Smart-Energy"-Steuerlogik generiert der "Solar-Log" ein Bitmuster, um verschiedene Betriebs­zustände der Wärmepumpe anzusteuern.

Hierbei sind grundsätzlich vier Stufen möglich: Es gibt keine Energie, es steht Energie für den Normalbetrieb zur Verfügung oder es gibt mehr Energie für einen forcierten Betrieb der Wärmepumpe. Im forcierten Betrieb sind wiederum zwei Stufen vorge­sehen: In der ersten Stufe wird die Temperatur im Speicher erhöht. In der zweiten kann die Temperatur in weiteren Speichern erhöht werden. Speicher können hier zum Beispiel ein Brauchwarmwasser-/Pufferspeicher sein, aber auch die Gebäudehülle an sich speichert Wärme für eine gewisse Zeit und kann als Speicher dienen.

Aufgrund dieser intelligenten Ansteuerung wird ein individueller und an die Bedürfnisse des Betreibers angepasster Betrieb der Wärmepumpe mit Solarstrom möglich.

PV-Strom und Elektro-Heizstab

Für einen anderen Weg hat sich ­Patricia Willi aus dem baden-württembergischen Zimmern entschieden. Im Gegensatz zu Mario Murillo profitiert sie nicht mehr von einer hohen Einspeisevergütung, da sie ihre Photovoltaik-Anlage erst 2016 installierte. Somit lohnt es sich wirtschaftlich für sie heute schon, so viel PV-Strom wie möglich selbst zu verbrauchen.

In puncto Heizen setzt Willi auf eine Fröling-Stückholzheizung. Ergänzt wird der Holzkessel durch einen Pufferspeicher und zwei Einschraub-Heizstäbe, die mit Strom aus der 9,25-kWp-PV-Anlage betrieben werden. Die Heizstäbe (hier: E.G.O.-"Smart Heater") sind direkt in den Puffer- bzw. Kombispeicher eingebaut. Bei Bedarf beziehen die Heizstäbe Strom von der PV-Anlage und erwärmen das Wasser im Pufferspeicher.

Der große Vorteil dieser Lösung für Patricia Willi: "Ich habe auch ohne Betrieb der Stückholzheizung warmes Wasser, wenn ich nach Hause komme. Zudem spare ich mir die Kosten und die Arbeit für das Holz im Sommer komplett. In dieser Jahreszeit reichen die Heizstäbe vollkommen aus zur Warmwassererzeugung."

Der energieeffiziente Betrieb eines Heizstabes kann, wie der einer Wärmepumpe, mit einem Energie-Management-System erfolgen. Das System sorgt dafür, dass Stromüberschuss aus der PV-Anlage in Form von Wärme gespeichert wird. Der Einschraub-Heizkörper bzw. -Heizstab kann mit dem Energie-Manager "Solar-Log" auf Protokollebene gekoppelt werden.

Dadurch ist eine sogenannte Überschusssteuerung möglich. Diese greift, sobald die PV-Anlage mehr Energie erzeugt als eingespeist werden soll. In diesem Fall gibt das Gerät die berechneten Überschusswerte zyklisch an den "Smart Heater" ab. Dabei liegt die Entscheidung, wie die Energie eingesetzt wird, beim Einschraub-Heizkörper. In der Praxis bedeutet das: Hat der Pufferspeicher seine maximale Temperatur bereits erreicht, schaltet sich der "Smart Heater" auch bei einem Energieüberschuss nicht ein.

Wärmepumpe und/oder Heizstab?

Eine weitere Option ist die Kombination aus Luftwärmepumpe und Heizstab. Dabei dient der Heizstab als (Notfall-)Ergänzung zur Wärmepumpe. Diese "Heizungsunterstützung" kommt beispielsweise dann zum Einsatz, wenn sehr kalte Außenlufttemperaturen herrschen oder wenn eine thermische Desinfektion des gespeicherten Brauchwarmwassers ansteht.

Welches System oder welche Systemkombination am besten geeignet ist, um die PV-Energie zum Heizen einzusetzen, hängt von diversen Faktoren und Fragen ab, u.a.: Ist bereits eine Flächenheizung installiert? Gibt es einen Kombispeicher? Ist eine Zusatzheizung (z.B. Pelletofen) vorhanden? Oder: Wie steht es um die energetische Qualität der Gebäudehülle? Erst wenn solche Fragen geklärt sind, kann vorausschauend geplant und gehandelt werden.