Mit sinkenden Preisen für Photovoltaik und Stromspeicher dürfte die Elektroheizung eine Renaissance erleben. Neben der Direktheizung mit elektrischen Widerständen bieten sich Wärmepumpen als Wärmeerzeuger an.
Die Preise aus fossil-nuklearem Strom steigen, die Kosten für Photovoltaik und Stromspeicher sinken. Deshalb gewinnt der Eigenverbrauch des Sonnenstroms im Gebäude eine marktbestimmende Stellung. Statt ihn einzuspeisen, wird der Solarstrom künftig direkt vor Ort verbraucht. Weil Strom im Durchschnitt in Deutschland zwischen 24 und 29 Eurocent je Kilowattstunde kostet, ist Photovoltaikstrom vom Dach an den Steckdosen der Privathaushalte bereits wettbewerbsfähig. Die Gestehungskosten der Solargeneratoren schwanken je nach Dachlage, Generatorgröße und verwendeten Komponenten zwischen zwölf und 15 Eurocent je Kilowattstunde. Rechnet man eine Speicherbatterie hinzu, sind Preise von 22 bis 27 Eurocent möglich.
Strom direkt zur Heizung verwenden
Im Prinzip unterscheidet man drei Arten, wie die Photovoltaik in der Wärmeerzeugung zum Einsatz kommen kann: die elektrische Direktheizung oder den Umweg über die Hydraulik des Pufferspeichers. Der dritte Weg nutzt Wärmeerzeuger, die elektrisch betrieben werden. Dazu gehören beispielsweise die Heizungswärmepumpen mit Scroll-Verdichter. Bevor wir diese drei Prinzipien näher beleuchten, sind besondere Anforderungen an den Solargenerator zu diskutieren. Am einfachsten ist die elektrische Direktheizung. Der Sonnenstrom wird direkt aus dem Wechselrichter oder aus einer Pufferbatterie in elektrische Heizkörper geleitet. Hohe Heizleistungen erfordern hohe Ströme, das passt nicht zur Photovoltaik. Elektrische Heizkörper mit einigen Kilowatt Leistung belasten die Batterien sehr stark, meist reicht das Dach nicht aus, um einen ausreichend großen Generator zu tragen. Besser geeignet sind elektrische Heizflächenregister, die mit geringeren Temperaturen (Spreizung) auskommen. Über die Fläche integriert wird jedoch eine hohe Strahlungsleistung erzeugt, ähnlich wie bei den hydraulischen Flächenheizsystemen. Elektrische Fußbodenheizungen oder Wandheizungen sind bereits in den Elektrofachmärkten erhältlich. Sie sind leicht zu installieren und wartungsfrei.
Weniger Verluste und wartungsfrei
Mit der zunehmenden Verbreitung der Photovoltaik werden elektrische Heizflächen vor allem im Neubau eine wichtige Rolle spielen. Denn neben den Kosten für Material und Installation sprechen zwei gewichtige Gründe für die elektrische Direktheizung: Sie ist nahezu wartungsfrei. Und sie lässt sich viel schneller regeln als wassergeführte Heizkreise. Mit einem Schalter wird die Wärme aus dem Strom nahezu augenblicklich erzeugt. In hydraulischen Systemen gehen allein rund 15 Prozent der Wärme beim Aufheizen des Pufferspeichers verloren, weitere Verluste entstehen in der Verrohrung der Heizkreise. Es dauert einige Minuten, bis ein wassergeführter Heizkreis anspringt und Wärme abgibt. Muss erst der Pufferspeicher auf Bereitstellungstemperatur gebracht werden, kann es sich um Stunden handeln. Obendrein verursacht die wassergeführte Heizung immer einen gewissen Wartungsaufwand. Möglicherweise wird sie in fünfzig Jahren nur noch im Altbau eine Rolle spielen. Mit den klassischen Feuerungen könnte auch die hydraulische Heizung aussterben.
Heizen mit speziellen Wärmepumpen
Neben der Direktheizung ist oft der Einbau einer Wärmepumpe sinnvoll. Sie wird von Strom aus der Solaranlage, einem Windkraft oder einem ökologischen Netzversorger gespeist. Wärmepumpen werden meist an die klassische wassergeführte Heizung angeschlossen. Der Hersteller Viessmann bietet seit Anfang 2013 die Kompaktgeräte seiner Baureihe Vitocal speziell für Photovoltaik an. Mit den Split-Wärmepumpen Vitocal 200-S, 222-S und 242-S sowie den Wärmepumpen-Kompaktgeräten Vitocal 222-G, 242-G, 333-G und 343-G kann der Anteil an selbst genutztem Solarstrom am gesamten Stromverbrauch im Haus maximiert werden. Diese Wärmepumpen sind in der Lage, das Stromangebot vom Dach zu erkennen und zu nutzen. Aus den Ertragsdaten des Vortages ermittelt die Regelungstechnik Vitotronic automatisch eine voraussichtliche Ertragskurve und ein Lastprofil für den Wärmebedarf im Gebäude. Die Kompaktgeräte wurden vornehmlich für kleinere Wohngebäude entwickelt, die Steuerung gibt dafür den Einschaltzeitpunkt der Wärmepumpe vor, um überschüssigen Sonnenstrom über den Verdichter in Form von Wärme in die Heizkreise oder den Pufferspeicher zu bringen.
Komplette Systeme mit Verkabelung
Schüco hat ein Komplettsystem aus Photovoltaik und Wärmepumpe vorgestellt, das neben den Solarmodulen auch die Wechselrichter von Kaco oder SMA sowie das Montagesystem und die Verkabelung beinhaltet. Die Kunden können zwischen einer Heizungswärmepumpe und einer kleinen Warmwassermaschine wählen. Das Schüco-System versorgt zunächst die Stromversorger im Gebäude, und zwar den Haushaltsstrom. Erst danach wird die Wärmepumpe angesteuert. Das Stromnetz dient als ultimativer Strompuffer, wenn die Überschüsse vom Dach zu groß sind. Natürlich ist zu erwarten, dass die Überschüsse vor allem in den Sommermonaten anfallen, also eine Warmwasser-Wärmepumpe sinnvoller wäre als ein Heizaggregat, das in der ohnehin sonnenarmen Jahreszeit läuft. Schüco hat für den Datenaustausch zwischen Solaranlage und Wärmepumpe die Regelung ITE 5010 entwickelt, sie ist Teil des Hydraulikmoduls, das die gesamte wassergeführte Heiztechnik steuert.
Anfang 2013 hat der Systemanbieter Soleg ein Komplettpaket aufgelegt, bei dem die photovoltaisch unterstützte Heizung unabhängig vom Wechselrichter läuft. Das Paket besteht aus einer Luft-Wasser-Wärmepumpe von Mitsubishi, einem Kombispeicher mit hydraulischer Anschlussbox und einem Wärmepumpenregler, der als Heizungsregler alle Systempumpen und weitere Wärmeerzeuger ansteuern kann. Er ist in die so genannte Hydro-Box eingebaut. Wenn es zu viel Sonnenstrom gibt, startet der Verdichter der Wärmepumpe. Das Signal kommt über einen Impulszähler, der am Einspeisezähler der Photovoltaikanlage sitzt. Die frei programmierbare Regelung basiert auf einer Software, die die Impulse auswertet und in verfügbare Solarleistung umrechnet. Bei 400 oder 500 Watt schaltet sich die Wärmepumpe automatisch ein.
Eigener Zähler notwendig
Auf der sicheren Seite ist man, wenn der Antriebsstrang des Verdichters mit einem eigenen Zähler ausgerüstet ist, der auch die Hilfsströme erfasst. Für die korrekte Ermittlung der Jahresarbeitszahl ist diese Schaltung ohnehin sinnvoll, ebenso ein Wärmemengenzähler auf der Wärmenutzungsseite. Denn die Effizienz der Anlage, ausgedrückt als Jahresarbeitszahl, ergibt sich aus dem Verhältnis von thermischer Nutzwärme und der Summe aller elektrischer Antriebs- und Hilfsenergien. Wer eine staatliche Förderung für die Wärmepumpe nach den Spielregeln des Bundesamtes für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle in Anspruch nahm oder nehmen will, muss die Jahresarbeitszahl gerichtsfest nachweisen, also die beiden Zähler fachgerecht einbauen. Einfacher, aber weniger elegant, ist es, aus dem Wärmepumpentarif auszusteigen und die Wärmepumpe wie einen weiteren Verbraucher an den Haushaltsstromkreis anzuschließen. (Heiko Schwarzburger)
Den vollständigen Report lesen Sie im Dezemberheft der Fachzeitschrift photovoltaik, das am 5. Dezember 2013 erscheint.
