Heizen mit Photovoltaik – Das bringt die Kombination

Die Kombination von Photovoltaik und Heizung wird aufgrund sinkender Einspeisevergütungen und steigender Energiekosten immer attraktiver. Während Photovoltaikanlagen in den letzten Jahren deutlich günstiger geworden sind, sind die Vergütungen für die Einspeisung von Solarstrom ins öffentliche Netz gesunken. Gleichzeitig sind die Preise für fossile Brennstoffe wie Öl und Gas deutlich gestiegen.

Vor diesem Hintergrund rückt die Nutzung des selbsterzeugten Solarstroms für die Wärmeerzeugung als Alternative zur teuren Öl- oder Gasheizung zunehmend in den Fokus. Anstatt den Solarstrom gegen eine immer geringere Vergütung einzuspeisen, kann er direkt vor Ort für die Warmwasserbereitung oder das Heizen von Gebäuden eingesetzt werden.

Durch die Kombination von Photovoltaik und Heizung lassen sich also eine maximale Energieautarkie erreichen und gleichzeitig die Energiekosten senken. In diesem Beitrag erfahren Sie, wie Sie Ihr Haus klimafreundlich mit Solarstrom beheizen können.

Vorteile von PV-Heizung

Die Kombination von Photovoltaik und Heizung bietet eine Reihe von Vorteilen:

Senkung der CO2-Emissionen

Indem Sie Ihren Heizwärmebedarf mit Solarstrom aus Ihrer eigenen Photovoltaikanlage decken, können Sie einen bedeutenden Beitrag zum Klimaschutz leisten. Im Vergleich zu einer Öl- oder Gasheizung werden so erhebliche Mengen an klimaschädlichem CO2 eingespart.

Kosten für Photovoltaikanlagen sinken

Durch technologischen Fortschritt und Skaleneffekte sinken die Anschaffungskosten für Photovoltaikanlagen kontinuierlich. Gleichzeitig steigt die Effizienz, so dass mehr Solarstrom pro Quadratmeter Anlagenfläche erzeugt werden kann. Dies führt dazu, dass sich eine PV-Anlage heute in kürzerer Zeit amortisiert als noch vor einigen Jahren.

Höherer Eigenverbrauch des Solarstroms

Da die Einspeisevergütungen für überschüssigen Solarstrom sinken, steigt der finanzielle Anreiz, den selbst erzeugten Strom auch selbst zu nutzen. Durch die Kombination mit einer Wärmepumpe oder einem Elektro-Heizstab lässt sich der Eigenverbrauchsanteil des Solarstroms deutlich erhöhen.

Effizienzsteigerung bei Wärmepumpen

Auch Wärmepumpen werden technisch immer weiter verbessert. Moderne Geräte arbeiten effizienter und senken so die Stromkosten fürs Heizen weiter.

Steigende Gas- und Ölpreise

Während die Kosten für grünen Solarstrom sinken, ist bei fossilen Energieträgern wie Gas und Heizöl mit deutlichen Preissteigerungen zu rechnen. Langfristig wird Heizen mit Photovoltaik dadurch noch wirtschaftlicher.

Herausforderungen beim Heizen mit Solarstrom

Die Nutzung von selbst erzeugtem Solarstrom zur Wärmeerzeugung im Haushalt ist eine sinnvolle Maßnahme, allerdings gibt es einige Herausforderungen zu beachten.

Schwankende Stromerzeugung der Photovoltaikanlage

Die Stromerzeugung einer Photovoltaikanlage unterliegt tages- und jahreszeitlichen Schwankungen. Sie hängt vom Sonnenstand und den Wetterverhältnissen ab. An sonnigen Sommertagen liefert eine PV-Anlage wesentlich mehr Strom als im Winter.

Für das Heizen bedeutet dies, dass die Wärmeerzeugung nicht immer gleichmäßig mit Solarstrom erfolgen kann. Es kommt zu Schwankungen in der Versorgung, da nicht zu jeder Zeit ausreichend Solarstrom für die Wärmeerzeugung zur Verfügung steht.

Begrenzte Stromproduktion der Photovoltaikanlage

Eine weitere Herausforderung ist die begrenzte Kapazität der Photovoltaikanlage. In der Regel deckt eine PV-Anlage nur einen Teil des gesamten Strombedarfs eines Haushalts.

Für das Heizen bedeutet das, dass nie der gesamte Wärmeenergiebedarf allein durch die eigene Solarstromerzeugung gedeckt werden kann. Der Solarstromanteil für die Wärmeerzeugung ist durch die Kapazität der Photovoltaikanlage begrenzt.

Um den Anteil an Solarwärme zu erhöhen, sind ergänzende Maßnahmen wie Stromspeicher oder optimiertes Lastmanagement erforderlich. Auch kann eine Erweiterung der PV-Anlage die solare Deckung steigern. Den gesamten Wärmeenergiebedarf mit Solarstrom abzudecken, ist in den meisten Fällen jedoch nicht realisierbar.

Erhöhung des Solarstromanteils

Um den Anteil des selbst erzeugten Solarstroms für die Heizung zu erhöhen, gibt es zwei wesentliche Möglichkeiten:

Vollbelegung des Daches mit Photovoltaik

In einem Einfamilienhaus lässt sich der Solarstromertrag deutlich steigern, wenn das gesamte verfügbare Dach mit Photovoltaik-Modulen bestückt wird. Moderne Hocheffizienz-Module ermöglichen heute sehr hohe Erträge pro Quadratmeter. Wurde früher oft nur ein Teil des Dachs oder die Fläche mit optimaler Ausrichtung genutzt, empfiehlt sich heute die volle Ausnutzung aller geeigneten Dachflächen.

Dadurch kann die Produktion des Solarstroms für die Wärmeversorgung im Haus maximiert werden. Allerdings ist zu beachten, dass auch an sonnenarmen Wintertagen ausreichend Strom für die Wärmepumpe produziert werden muss. Eine Überdimensionierung der Anlage ist daher nicht immer sinnvoll.

Installation eines Stromspeichers

Mit einem Batteriespeicher lässt sich Solarstrom tagsüber speichern und in den Abend- und Nachtstunden für die Wärmepumpe nutzen. Moderne Speichersysteme mit Lithium-Ionen-Akkus ermöglichen eine große Kapazität bei vergleichsweise kompakten Abmessungen.

Allerdings ist die Installation eines Stromspeichers mit deutlichen Mehrkosten verbunden. Berechnungen zeigen, dass sich die Investition oft erst nach 10-15 Jahren amortisiert. Trotzdem ist ein Batteriespeicher die optimale Ergänzung zur Photovoltaik-Anlage, um den Solarstromanteil fürs Heizen zu maximieren.

Möglichkeiten zum Heizen mit Solarstrom

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, wie Sie Ihr Haus mit Solarstrom vom eigenen Dach heizen können.

Elektroheizung

Die einfachste Variante ist die Nutzung einer Elektroheizung. Hierbei wird der Solarstrom direkt in Wärme umgewandelt. Moderne Elektroheizungen wie Infrarot-Heizpaneele arbeiten effizient und können per App gesteuert werden.

Allerdings reicht in einem durchschnittlichen Einfamilienhaus die Solarenergie nicht aus, um den gesamten Wärmebedarf zu decken. Eine Elektroheizung macht daher meist nur als Zusatzheizung Sinn. Sie sollten besser auf eine Kombination mit anderen Heizsystemen setzen.

Wärmepumpe

Effizienter ist der Betrieb einer Wärmepumpe, die durch Photovoltaik versorgt wird. Mit Hilfe der Umweltwärme aus Luft, Wasser oder Erdreich kann eine Wärmepumpe wesentlich mehr Heizwärme erzeugen als eine Elektroheizung.

Moderne Luft-Wasser-Wärmepumpen erreichen Jahresarbeitszahlen von über 4. Das bedeutet, aus 1 kWh Strom können über 4 kWh Heizwärme produziert werden. Die Anschaffung ist zwar mit höheren Kosten verbunden, doch dieser Aufwand rechnet sich langfristig durch niedrige Betriebskosten.

Pufferspeicher

Um den Solarstrom bestmöglich für die Wärmeerzeugung zu nutzen, empfiehlt sich die Installation eines Pufferspeichers. In diesem Wärmespeicher kann überschüssige Solarenergie gesammelt und bei Bedarf wieder abgerufen werden.

So kann die Wärmepumpe selbst dann effizient mit PV-Strom betrieben werden, wenn gerade keine Sonneneinstrahlung vorhanden ist. Ein Pufferspeicher ermöglicht es, den Eigenverbrauch des Solarstroms deutlich zu steigern.

Elektroheizung

Die einfachste Möglichkeit, Solarstrom zum Heizen zu nutzen, ist der Betrieb einer Elektroheizung.

Funktionsweise

Bei einer Elektroheizung wird elektrischer Strom in Wärme umgewandelt. Durch den elektrischen Widerstand im Heizelement entsteht Wärme, die an die Umgebung abgegeben wird. Elektroheizungen können entweder direkt in den Räumen installiert werden oder als Zentralheizung das Gebäude beheizen.

Vor- und Nachteile

Vorteile:

• Einfache und kostengünstige Installation
• Hoher Wirkungsgrad bei der Umwandlung von Strom in Wärme
• Gut regelbar und steuerbar

Nachteile:

• Hoher Strombedarf
• Nur in Verbindung mit PV-Anlage sinnvoll
• Teurer Betrieb, da PV-Strom nicht durchgehend verfügbar ist

Kosten

Die Anschaffung einer Elektroheizung ist mit 500-2000 Euro vergleichsweise günstig. Allerdings sind die Betriebskosten recht hoch. Da Solarstrom nur einen Teil des Bedarfs deckt, muss zusätzlich teurer Netzstrom zugekauft werden. Die Stromkosten für eine Elektroheizung liegen etwa 2-3 Mal höher als bei einer Gas- oder Ölheizung. Elektroheizungen rechnen sich daher meist nur in sehr gut gedämmten Neubauten oder als Zusatzheizung.

Wärmepumpe

Eine Wärmepumpe nutzt elektrische Energie, um Umweltwärme auf ein höheres Temperaturniveau zu heben und so Heizwärme zu erzeugen.

Funktionsweise

Die Wärmepumpe funktioniert nach dem Prinzip eines Kühlschranks, nur in umgekehrter Weise. Ein Kältemittelkreislauf entzieht der Umwelt Wärme und gibt diese an den Heizkreislauf ab. Je nach Wärmequelle unterscheidet man:

• Luft-Wärmepumpe: Entzieht der Umgebungsluft Wärme. Am einfachsten einzubauen, aber nicht sehr effizient bei niedrigen Temperaturen.

• Erdreich-Wärmepumpe: Entzieht dem Erdreich in Tiefen von 1-2 Metern Wärme. Effizient, aber aufwendiger zu installieren.

• Wasser-Wärmepumpe: Nutzt Grundwasser oder Oberflächenwasser als Wärmequelle. Hoher Installationsaufwand.

• Abwasser-Wärmepumpe: Nutzt die Wärme des Abwassers.

Vor- und Nachteile

Vorteile

• Hoher Nutzungsgrad, da 1 kWh Strom bis zu 5 kWh Heizwärme erzeugt
• Geringe Betriebskosten
• Klimafreundlich, da meist mit Solarstrom betrieben

Nachteile

• Hohe Anschaffungskosten
• Installationsaufwand bei Erdreich- und Wasser-Wärmepumpen
• Geräuschentwicklung

Eine Wärmepumpe in Kombination mit einer Photovoltaikanlage ist eine sehr effiziente und klimafreundliche Möglichkeit, das eigene Haus mit Solarstrom zu heizen.

Pufferspeicher

Ein Pufferspeicher ermöglicht die Zwischenspeicherung von Wärmeenergie, um diese bei Bedarf abzugeben. Der Speicher wird direkt mit der Solarstromanlage verbunden. In sonnenreichen Zeiten kann so überschüssige Wärme gespeichert werden, die dann bei Flaute oder in der Nacht genutzt werden kann.

Funktionsweise

Der Pufferspeicher ist ein Isoliertank, der mit Heizwasser gefüllt ist. Über eine elektrische Heizung wird das Wasser mithilfe von Solarstrom auf bis zu 95°C erhitzt. Sensoren überwachen dabei die Temperatur im Tank. Ist der obere Temperaturbereich erreicht, wird die Heizung abgeschaltet. Das heiße Wasser steht nun zur Verfügung, um bei Bedarf Gebäude und Warmwasser zu beheizen. Die Wärme kann entweder direkt oder über einen Wärmetauscher zum Heizsystem übertragen werden.

Solaranteil erhöhen

Mit einem Pufferspeicher lässt sich der Solaranteil deutlich erhöhen. An sonnigen Tagen wird mehr Wärme produziert als direkt benötigt wird. Diese überschüssige Energie kann im Tank zwischengespeichert werden. Auch wenn mal mehrere bewölkte Tage folgen, steht so weiterhin solar erzeugte Wärme zur Verfügung. Der Pufferspeicher ermöglicht damit eine Entkopplung von Wärmeerzeugung und -verbrauch.

Warmwasserspeicherung

Neben der Raumheizung kann mit einem Pufferspeicher auch Warmwasser bereitgestellt werden. Durch die hohen Temperaturen im Tank eignet sich das Wasser ideal zur Erwärmung des Brauchwassers. Ein integrierter Freshwater-Module sorgt dafür, dass immer ausreichend warmes Wasser zum Duschen, Baden oder Spülen zur Verfügung steht.

Fazit: Heizen mit Photovoltaik lohnt sich ökologisch und finanziell

Das Heizen mit Solarstrom aus der eigenen Photovoltaik-Anlage ist in den meisten Fällen ökologisch und finanziell sinnvoll.

Der Betrieb einer reinen Elektroheizung ohne zusätzliche Wärmespeicher ist in einem durchschnittlichen Einfamilienhaus meist nicht wirtschaftlich. Zwar lassen sich die Betriebskosten gegenüber einer Gas- oder Ölheizung reduzieren, allerdings sind die Anschaffungskosten für die benötigten Heizkörper und die Photovoltaik-Anlage hoch.

Die mit Abstand effektivste Lösung für das Heizen mit Solarstrom ist die Kombination aus einer Photovoltaik-Anlage, einem Stromspeicher und einer effizienten Wärmepumpe. Der Speicher puffert die schwankende Stromerzeugung aus und die Wärmepumpe nutzt den Solarstrom, um selbst bei niedrigen Temperaturen effizient Wärme zu erzeugen.

Diese Kombination ermöglicht eine solare Deckung des Heizwärmebedarfs von 30-50%, senkt die Abhängigkeit von fossilen Energieträgern und trägt zum Klimaschutz bei. Trotz der höheren Investitionskosten rechnet sich diese Lösung langfristig und macht das eigene Haus zukunftsfähig.

Komplett mit PV heizen? – In der Regel nicht möglich

Das Heizen eines durchschnittlichen Einfamilienhauses komplett mit Solarstrom ist in der Regel nicht möglich. Photovoltaikanlagen können zwar einen großen Teil des Heizwärmebedarfs decken, 100% lassen sich aber nur mit sehr groß dimensionierten Anlagen erreichen.

Die Gründe dafür sind:

• Photovoltaikmodule erzeugen Strom, aber keine Wärme. Daher muss der Solarstrom erst in Wärme umgewandelt werden.

• Die Stromproduktion schwankt mit der Sonneneinstrahlung. An trüben Wintertagen wird deutlich weniger Solarstrom erzeugt.

• Heizung und Warmwasser verbrauchen den meisten Energiebedarf eines Hauses. Um dies komplett aus Solarstrom zu decken braucht es sehr große PV-Anlagen.

• Der Wirkungsgrad beim Umwandlung von Solarstrom in Wärme ist begrenzt. Ein Teil der Energie geht verloren.

Mit einer üblichen Anlagengröße von 5-10 kWp können ca. 30-60% des Heizwärmebedarfs gedeckt werden. Für eine Komplettversorgung sind Anlagen ab 15 kWp und mehr nötig.

Trotzdem empfiehlt sich die Kombination aus Photovoltaik und Wärmepumpe oder Elektroheizung in jedem Fall. Je mehr Solarenergie genutzt wird, desto besser ist die Ökobilanz.

Fördermöglichkeiten

Beim Heizen mit Photovoltaik gibt es interessante Fördermöglichkeiten, die die Anschaffungs- und Installationskosten erheblich senken können.

Die KfW bietet im Rahmen der Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) attraktive Zuschüsse und Kredite für die Installation von Photovoltaikanlagen und Wärmepumpen. Gefördert werden sowohl die Erstinstallation als auch die optimierte Einbindung in ein bestehendes Heizsystem.

Für die Installation einer PV-Anlage gibt es einen Zuschuss von bis zu 25 %. Der Einbau einer Wärmepumpe wird mit bis zu 50 % der Investitionskosten gefördert. Werden PV und Wärmepumpe zusammen installiert, ist eine Förderquote von bis zu 55 % möglich.

Neben der KfW sollte man auch regionale Förderprogramme prüfen. Viele Bundesländer und Kommunen haben eigene Fördertöpfe speziell für erneuerbare Energien und Energieeffizienz eingerichtet. Über die lokale Energieberatung lassen sich passende Programme finden.

Mit den richtigen Fördermitteln lassen sich die Kosten für die Kombination aus Photovoltaik und Wärmepumpe erheblich reduzieren. Die Amortisationszeit sinkt dadurch deutlich.

Lohnt sich eine Nachrüstung meiner PV-Anlage fürs Heizen?

Viele Hausbesitzer überlegen, ob sie ihre bestehende Solaranlage nachträglich erweitern können, um mehr Strom fürs Heizen nutzen zu können. Grundsätzlich ist eine solche Nachrüstung möglich, ob sie sich lohnt, hängt jedoch vom Einzelfall ab:

• Bei älteren Anlagen, die ihre Einspeisevergütung bald verlieren, kann eine Erweiterung sinnvoll sein. Allerdings sollten die alten Module noch gut in Schuss sein.
• Bei Anlagen, die bereits voll auf Eigenverbrauch ausgelegt sind, bringt eine Erweiterung meist nur wenig.
• Entscheidend ist die Größe der aktuellen Anlage: Je kleiner sie ist, desto eher lohnt sich eine Nachrüstung.

Wichtig ist in jedem Fall, einen Fachmann hinzuzuziehen, der die aktuelle Anlage überprüft und eine fundierte Empfehlung für eine mögliche Erweiterung gibt. Er kann berechnen, ob sich die Investition rechnet oder ob andere Lösungen wie ein Batteriespeicher sinnvoller wären.

Einfach auf Verdacht mehr Module installieren ist nicht empfehlenswert. Eine individuelle Prüfung und professionelle Beratung sollten einer Nachrüstung daher immer vorausgehen.

Schlussfolgerung

Obwohl die solare Deckung des gesamten Heizwärmebedarfs in der Regel nicht möglich ist, lohnt sich das Heizen mit Photovoltaik in den meisten Fällen sowohl ökologisch als auch finanziell.

Die Kombination einer Photovoltaikanlage mit einem Stromspeicher und einer effizienten Wärmepumpe ist dabei die idealste Lösung, um einen möglichst hohen Solarstromanteil für die Wärmeerzeugung zu erreichen. Mit diesem System lassen sich je nach Größe der Photovoltaikanlage und des Speichers 50-70% des Heizwärmebedarfs klimafreundlich mit Solarenergie decken.

Hausbesitzer mit bestehender PV-Anlage sollten daher prüfen, ob eine Nachrüstung mit Speicher und Wärmepumpe möglich ist. Oft rechnet sich diese Investition schon nach wenigen Jahren durch die Einsparung bei den Heizkosten. Zudem gibt es Fördermittel, die den Einbau von Wärmepumpen und Stromspeichern attraktiv machen.

Mit dem Heizen durch Photovoltaik leistet man somit einen wertvollen Beitrag zum Klimaschutz, senkt langfristig die Energiekosten und erhöht die Unabhängigkeit von fossilen Energieträgern.

Quellen

Verweise auf verwendete Quellen:

• Statistiken zu CO2-Emissionen und Klimawandel von wissenschaftlichen Instituten wie dem Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung

• Daten zu Preisentwicklung und Wirtschaftlichkeit von Photovoltaik und Wärmepumpen von Beratungsunternehmen wie Agora Energiewende

• Analysen zur Energiewende und zum Wärmemarkt vom Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft

• Fachartikel zu technischen Systemen wie Photovoltaik, Wärmepumpen und Heizungssystemen aus einschlägigen Magazinen wie Photovoltaik, Erneuerbare Energien oder Hau!magazin

• Tipps zur optimalen Auslegung und Fördermöglichkeiten von Beratungsunternehmen wie co2online sowie von Förderbanken wie der KfW

• Erfahrungsberichte und Praxisbeispiele von Anlagenbetreibern und Energiegenossenschaften

Die Quellen dienen als wissenschaftliche, technische und praktische Grundlage für die im Text gemachten Aussagen und Empfehlungen. Alle Inhalte sind dabei eigenen Recherchen und fachlicher Einschätzung auf Basis dieses breiten Quellenmaterials entsprungen.