Elektrische Durchlauferhitzer gelten nach Meinung vieler als energieeffizient. Grund dafür ist, dass die Wärme erst im Moment des Wasserverbrauchs erzeugt wird und kein verlustbehafteter Wärmespeicher erforderlich ist.
Betrachtet man allerdings den damit verbundenen hohen Leistungsbedarf, so passt diese Technologie leider keineswegs mit Photovoltaikanlagen zusammen. Diese produzieren Energie tagsüber, wenn in der Regel wenig Warmwasser benötigt wird.
Selbst wenn die schwankende Erzeugung und der Warmwasserbedarf zeitlich zusammenfallen, steht meist nicht ausreichend Solarleistung zur Verfügung, um die Wärme ohne Hilfe aus dem Stromnetz zu erzeugen.
Boiler mit E-Heizelement
Es erfordert einen Speicher für die Wärme, der, ähnlich einer Batterie, die Energie der Tagesproduktion aufbewahren kann. Dazu reicht schon ein ganz einfacher Warmwasserboiler.
Wird dieser entsprechend der Solarerzeugung per regelbarem E-Heizelement erwärmt, so steht photovoltaisch erwärmtes Warmwasser auch morgens und abends zur Verfügung. Also dann, wenn es üblicherweise benötigt wird.
Verbrauchsspitzen werden vom Energieinhalt des Warmwasserspeichers abgefedert. Das Konzept bedeutet natürlich, dass Wärmeverluste über die Speicheroberfläche auftreten – wie bei jedem thermischen Speicher. Jedoch stehen diese in keiner Relation zum Netzstrombedarf, den Elektro-Durchlauferhitzer mit sich bringen.
Für ein typisches Einfamilienhaus mit Warmwasserbedarf für vier Personen, einem 400-Liter-Boiler, einem jährlichen Stromverbrauch von 4.000 Kilowattstunden und fünf Kilowatt Photovoltaik auf dem Dach stellt sich die Lösung derart dar: Der jährliche Wärmeverlust des Speichers summiert sich zwar auf etwa 600 Kilowattstunden, jedoch ist der Bezug aus dem Stromnetz um 1.500 Kilowattstunden geringer.
Aus technischer Sicht eignen sich die Durchlauferhitzer daher gut für Nebenzapfstellen, die kurzzeitig nur geringe Warmwassermengen verbrauchen. Das kann die Küche sein oder das Handwaschbecken im WC. Sie eignen sich jedoch nicht, um den Hauptbedarf im Bad bereitzustellen.
Deutlich preiswertere Lösung
Fügt man diesen Ergebnissen eine wirtschaftliche Betrachtung unter Berücksichtigung von Strompreis und Einspeisevergütung hinzu, so ergibt sich für Österreich beim geregelten Heizstab zudem eine jährliche Einsparung von 220 Euro bei den Betriebskosten im Vergleich zum Durchlauferhitzer.
Der Netzstrom in Österreich wurde mit 20 Cent je Kilowattstunde angesetzt, die Einspeisevergütung mit vier Cent.
Deutschland zum Vergleich
In Deutschland liegt der Preisvorteil pro Jahr bei circa 120 Euro. Hier wurden 25 Cent je Kilowattstunde Netzstrom veranschlagt, die Einspeisevergütung mit zwölf Cent.
Insgesamt ergibt sich somit ein klares Ergebnis zugunsten geregelter Heizstäbe, sowohl in puncto Nachhaltigkeit als auch bei wirtschaftlicher Betrachtung.
My-PV
Neuer Leistungssteller für die Wärmeversorgung
Der österreichische Anbieter My-PV hat zur Intersolar in München den neuen Leistungssteller AC-Thor 9s präsentiert. Er nutzt Sonnenstrom für Warmwasser und Raumwärme. Das neue Gerät kann die elektrische Wärmeleistung bis neun Kilowatt stufenlos regeln. Er steuert dreiphasige Heizstäbe und bis zu drei elektrische Wärmequellen. Der AC-Thor 9s kann sogar mehrere Heizkreise versorgen und unabhängig voneinander regeln.
Weil er mit Wechselrichtern, Batteriesystemen und Smart-Home-Steuerungen kommuniziert, weiß der intelligente Leistungssteller stets genau, wie viel überschüssiger Solarstrom zur Verfügung steht. Bei energetisch optimierten Gebäuden ersetzt das Gerät die wassergeführte Haustechnik und bezieht fehlende Energie aus dem Netz.
Alternativ lässt sich der Solarstrommanager auch in konventionelle Pufferspeicher mit Heizwasser integrieren. So können Wohnhäuser mit größeren Solarstromanlagen zum Beispiel ihren Eigenverbrauch weiter erhöhen, indem sie mehr Wärme speichern.
Außerdem lässt sich der neue Leistungssteller hervorragend in der Landwirtschaft, in Hotels und in Gewerbebetrieben einsetzen, wo zum Beispiel leistungsstarke Photovoltaikanlagen auf einen hohen Wärmebedarf für die Reinigung, die Produktion oder den Wellnessbereich treffen. AC-Thor 9s ist seit Juli 2019 verfügbar.
Solarstrom für Wärmenetz
Pilotprojekt zur dezentralen Sektorkopplung in Wien
Ein Dutzend Drei-Kilowatt-Einschraubheizkörper und moderne AC-Thor-Leistungssteller des Herstellers My-PV unterstützen seit Frühjahr 2019 die Fernwärmeversorgung eines Wohnanlagenneubaus in Wien. Ein Energiemanagementsystem sorgt dafür, dass der gesamte Solarstrom der 47-Kilowatt-Anlage auf dem Gebäude zur stufenlosen Warmwasserbereitung über einen 800-Liter-Wärmespeicher für die hauseigene Warmwasserstation genutzt wird.
Es ist das erste Mal, dass eine rein auf Solarstrom fußende dezentrale Warmwassererzeugung ein Fernwärmenetz in dieser Größenordnung unterstützt. Das gemeinsam mit dem Unternehmen Kelag Energie und Wärme GmbH umgesetzte Projekt dürfte Schule machen. Es bedeutet einen großen Erfolg für die Sektorkopplung, da der sinkende Preis für Solarmodule inzwischen weitere Power-to-Heat-Anwendungen wirtschaftlich macht.
Gegenüber der bereits zur Fernwärmeversorgung eingesetzten Solarthermie besticht die solarelektrische Wärmetechnik durch weitaus einfachere Installation und Bedienung sowie einen erheblich geringeren Materialverbrauch. Im Vergleich zu einer solarthermischen Anlage spart ein Photovoltaiksystem beispielsweise 90 Prozent an Kupfer ein.
Der Einsatz von Wärmepumpen zur Unterstützung von Fernwärmenetzen ist nicht immer möglich, da sie die hohen Temperaturen in den Netzen nicht erreichen und in Kombination mit Solarstrom nicht stufenlos skalierbar sind. Auch ungeregelte Heizstäbe scheitern im Vergleich zu den Einschraubheizkörpern und dem Leistungssteller AC-Thor an der fehlenden linearen Leistungssteuerung, die für eine optimale Energienutzung im Fernwärmenetz notwendig ist.
Dank der exakten Leistungsregelung mehrerer kleinerer Wärmeerzeuger ist es nun möglich, mit den Überschüssen dezentraler Photovoltaiksysteme auch in größerem Maßstab Wärme zu erzeugen. So wird in dem Wiener Neubau die gesamte Solarenergie vor Ort als Strom und Wärme genutzt. Die Wärmenutzung des Solarstroms kommt letztlich dem öffentlichen Netz zugute, das die solarelektrischen Überschüsse nicht aufnehmen muss.
Der Autor
Reinhard Hofstätter M.Sc.
war von 2010 bis 2016 im Austria Solar Innovation Center mit Forschungen in der Solarthermie betraut. Zudem war er als Lehrbeauftragter an der FH Oberösterreich im Studiengang Öko-Energietechnik tätig. Seit Juli 2016 leitet er den internationalen Vertrieb der Firma My-PV aus Neuzeug.
Durchlauferhitzer brauchen unter Umständen kurzzeitig hohe elektrische Leistungen. Das überfordert meistens die Photovoltaikanlagen. Deshalb sind thermische Zwischenpuffer für das Brauchwasser sinnvoll.
