Power-to-Heat-Lösungen mittels Heizstab gibt es seit Jahren. Üblicherweise bestehen sie aus einer Steuereinheit und dem Heizstab. Die Information, ob und wie viel Überschuss im Moment vorhanden ist, liefern Energiezähler oder Power Meter. Der Heizstab wiederum wird über – meist externe – Leistungssteller geschaltet.
Experten von der Technischen Alternative (TA) RT im österreichischen Amaliendorf haben verschiedene Marktübersichten analysiert. Sie kamen zu dem Schluss, dass es im Wesentlichen zwei Kriterien für die angebotenen Systeme gibt.
Die Ziele der Nutzer
Welche Leistung hat der Heizstab und wie wird er geregelt? Manche Heizstäbe sind stufenlos regelbar, andere in Stufen zu 200 Watt, manchmal auch zu 1.000 Watt, meist irgendwo dazwischen. Aber worin bestehen die Unterschiede?
Üblicherweise will man in den sonnigeren Monaten die Heizung schonen und im Optimalfall über mehrere Monate gar nicht einschalten. Stattdessen soll der Heizstab aktiviert werden, sobald am Messpunkt ein gewisser Stromüberschuss festgestellt wird.
Liefert die Photovoltaikanlage eine Zeit lang zu wenig Energie, will man entweder den Heizstab mit Netzstrom betreiben oder – falls günstiger – doch die Heizung zur Warmwasserbereitung nutzen.
Nachteile der Stufenregelung
Je nachdem, was und wie man im jeweiligen Produkt konfigurieren kann, schaltet sich der Heizstab ab einer gewissen Überschussmenge ein.
Hier hat man beispielsweise bei den in 500-Watt-Stufen regelbaren Heizstäben bereits den ersten Nachteil: Entweder wird alles unter 500 Watt oder zwischen den einzelnen Stufen ungenutzt eingespeist. Oder man nimmt von vornherein eine gewisse Menge an Netzbezug in Kauf.
Noch schwieriger ist der zeitlich korrekte Verbrauch. Wenn ein Power-Meter den Überschuss an den zentralen Regler und dieser die zu verbrauchende Leistung einem Leistungssteller übermitteln muss, um den Heizstab zu regeln, lässt sich eine gewisse Ungenauigkeit schlichtweg nicht vermeiden.
Jedes Watt der Sonne nutzen
Das macht an wolkenlosen Tagen nicht viel aus. Doch gerade bei leicht bewölktem Himmel mit schwankendem Ertrag möchte man natürlich jedes Watt aus Sonnenkraft nutzen, um die Temperaturen im Warmwasserspeicher zu halten. Eine schnelle Kommunikation zwischen Energiezähler, Regler, Leistungssteller und Heizstab ist in diesem Fall entscheidend.
Der Heizstab verbraucht (zum Teil oder auch zur Gänze) jene Leistung, die bereits eingespeist wurde. Aufgrund der nächsten Wolke am Himmel steht sie gar nicht mehr zur Verfügung. Ein gewisses Überschwingen ist oftmals die Folge. Für einen (wenn auch nicht zeitlich) exakteren Verbrauch sorgen stufenlos regelbare Heizstäbe.
Stufenlos regeln durch Phasenanschnitt
In der Regel wird hier, weil technisch einfacher und auch günstiger, auf Phasenanschnitt als Steuerungsart gesetzt. Phasenanschnitt ist eine weit verbreitete Methode der Leistungsregelung von ohmschen Verbrauchern und bei kleineren Leistungen relativ problemlos. E-Heizstäbe haben in der Regel eine Leistung von drei Kilowatt aufwärts, bei der durch den Phasenanschnitt allerdings eine nennenswerte Phasenverschiebung verursacht wird.
Nur bis 200 Watt erlaubt
Die genormten Anschlussregeln für Niederspannungsnetze in Deutschland (VDE-AR-N 4100 und VDE-AR-N 4105) und Österreich (TOR D1 2004) sowie die darauf aufbauenden Technischen Anschlussbedingungen der EVUs (TAB 2007 und TAEV 2016) erlauben die Phasenanschnittsteuerung für Geräte zur Warmwassererzeugung nur bis 200 Watt Leistung.
Abgesehen davon verursacht das zeitversetzte Durchschalten des Stroms zuerst die Einspeisung und danach den Netzbezug. Je kleiner also der Photovoltaiküberschuss ist, desto größer sind Einspeisung und Bezug im Vergleich zum tatsächlichen Eigenverbrauch.
Die zukünftigen Smart Meter erkennen sowohl Bezug als auch Einspeisung sehr genau, was den Kunden in der Regel mehr Geld kostet, als die Einspeisung bringt.
Steuerung ohne Phasenanschnitt
Die Technische Alternative hat hierfür eine interessante Lösung entwickelt. Einerseits werden die notwendigen Hardwarekomponenten auf den Energiezähler und den stufenlos regelbaren Drei-Kilowatt-Heizstab reduziert. Der Energiezähler ermittelt über die angeschlossenen Klappsensoren den Überschuss und gibt diesen über Funk direkt an den Heizstab weiter. Andererseits schaltet die ausgefeilte Elektronik im Heizstab diesen wiederum mit 20.000 Impulsen pro Sekunde ein und aus. Das Resultat ist ein sinusförmiger, verzögerungsfreier und exakter Verbrauch der verfügbaren Überschussleistung.
Zähler ist frei programmierbar
Abgesehen von den technischen Vorteilen hat der Photovoltaik-Heizstab Aton den Vorteil, dass der Energiezähler frei programmierbar ist. Das ermöglicht wiederum die Anpassung der Werkseinstellungen, um beispielsweise zusätzliche Heizstäbe einzubinden.
Über zusätzliche Leistungssteller, Erweiterungsmodule oder Regler lassen sich weitere Verbraucher ansteuern – von der Wärmepumpe über Infrarotpaneele bis zur E-Ladestation ist vieles möglich.
Askoma
Überschussstrom mit 18 Kilowatt für Warmwasser
Die Firma Askoma aus der Schweiz bietet die Heizeinsätze Asko Wall als Einschraubheizkörper, Flanschheizkörper und als Wandhydraulikeinheit. Für stufenlose Regelung wurde der Asko Heat Ohmpilot mit ein bis neun Kilowatt entwickelt. Neu wurde mit Fronius der Flanschheizkörper mit zum Beispiel 240 Millimeter Durchmesser entwickelt, der mit einem Fronius Ohmpilot betrieben werden kann und stufenlos 18 Kilowatt Überschussstrom in Wärme umwandelt. Askoma bietet zudem stufenlose Heizeinsätze auch für Solaredge, Solarinvert, Prozeda, Varista, Smartfox und viele weitere Anbieter.
Der E-Heizstab als Verbraucher wird zeitverzögert eingeschaltet.
Überschussleistung (rot) der Photovoltaik und benötigte Leistung des Heizstabs (gestrichelt).
Leistungsaufnahme des E-Heizstabs mittels Phasenanschnitt. Sie entspricht der solaren Überschussleistung.
Netzbezug (rot) plus Eigenverbrauch (grün) entspricht ebenfalls der solaren Überschussleistung (blau).
