12. Oktober 2022

Heizstab mit PV-Anlage kombinieren Q&A Teil 1

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Elektroheizstäbe eignen sich als „Zusatzheizung“ in bestehenden Anlagen. Oder als primäre Wärmequelle, die direkt im Warmwasser- oder Pufferspeicher eingesetzt wird.  

Was ist ein Heizstab?

Es gibt unterschiedliche Bezeichnungen für Heizstäbe: Heizpatrone, Heizschwert oder Einschraubheizkörper sind drei davon. Heizstäbe erwärmen Flüssigkeiten und eignen sich hervorragend zur Energieumwandlung.

Ein Heizstab ist physikalisch gesehen ein Ohm’scher Verbraucher, also ein Gerät, das Energie bezieht und dabei zwei Eigenschaften gleichzeitig erfüllt:

  • Das Gerät verhält sich wie ein elektrischer Verbraucher: Diese können elektrische Energie in andere Energieformen oder auch andere Formen elektrischer Energie umwandeln.
  • Das Gerät verhält sich wie ein Ohm’scher Widerstand: Das Ohm’sche Gesetz besagt, dass Spannung und Stromstärke zu jedem Zeitpunkt zueinander proportional sind.

Ein Heizstab ist also ein Heizgerät, das den elektrischen Strom im Verhältnis 1:1, also mit einem 100-prozentigen Wirkungsgrad, direkt in Wärmeenergie umwandelt.

Heizstäbe lassen sich schnell und unkompliziert in bestehende Warmwasser- und Pufferspeicher integrieren. Wichtig ist, einen freien Platz am Speicher zu haben und die richtige Einbaulänge des Heizstabes zu wählen. Mit den passenden Verbindungsstücken samt Gewinde im entsprechenden Durchmesser lassen sich so gut wie alle gängigen Wärmespeicher damit ausstatten.

 

Wo und wann macht ein Heizstab Sinn?

Heizstäbe werden mit Strom betrieben und das Erwärmen mit Energie aus der Steckdose ist vergleichsweise teuer. Im Durchschnitt verbraucht eine Person in Österreich und Deutschland (die Zahlen sind sehr ähnlich) in etwa 30 bis 50 Liter Warmwasser pro Tag. Um diese Menge Wasser zu erwärmen, braucht es circa 800 kWh Wärmeenergie pro Jahr und Person. Aus wirtschaftlichen (und ökologischen) Aspekten betrachtet, ist ein Heizstab also dann wirklich sinnvoll, wenn der benötigte Strom nicht aus dem Netz, sondern von der eigenen Photovoltaikanlage kommt.

Mit Photovoltaik betriebene Heizstäbe sind eine simple Möglichkeit, den selbst erzeugten Strom vom Dach auch selbst zu nutzen, statt ihn ins Netz einzuspeisen. So wird laufend verfügbare Sonnenenergie zu Strom und dieser im Wasserspeicher wieder in thermische Energie umgewandelt. Die Installation ist sehr simpel, weil Kabel statt Rohre verlegt werden. So steigern Sie einfach und sehr schnell Ihren Autarkiegrad und sparen gleichzeitig CO2, da sie keine fossile Anlage für die Erzeugung von Warmwasser benötigen.

Die Kombination aus Photovoltaikanlage, Heizstab und Warmwasserspeicher kann das Haus – je nach Lage, Neigung der Anlage und ihrer Leistung – meist nicht ganzjährig selbstständig mit Warmwasser versorgen. Der Strom vom Dach reicht aber dafür aus, einen großen Teil des Wärmebedarfs zu decken und von April bis Oktober das reguläre Heizsystem in die Sommerpause zu schicken. Insgesamt kann die Warmwassererzeugung mit Photovoltaikanlage und Heizstab Kosten sparen – bei den steigenden Energiepreisen doch ein gewichtiges Argument! Wie viel hier der Vergleich bringt können Sie im my-PV Power-Coach austesten und durchkalkulieren.

Weitere gute Gründe für das oben genannte Dreamteam: Die Heizstäbe für den Wärmespeicher sind nahezu wartungsfrei und kostengünstig. Sie lassen sich in der Regel schnell und einfach nachrüsten, können aber auch gleich bei der Planung des Speichers berücksichtigt werden.

Im Gegensatz zu solarthermischen Anlagen besitzt dieses Konzept keinen wasserführenden Kreislauf. Sie brauchen also weder Pumpen noch Rohre oder Wärmetauscher. So halten Sie die Anschaffungskosten, den Wartungsaufwand und die Betriebskosten niedrig.

Ein durch Photovoltaikstrom betriebener Heizstab, wie unsere ELWA, die AC ELWA-E, oder einer, der an einen AC•THOR angeschlossen ist ermöglicht es Ihnen, im Sommer die Heizung abzudrehen; im Winter kann er aber die Heizung nicht ersetzen. In Niedrigenergiehäusern ist ein komplettes Heizsystem jedoch schon mit Photovoltaikenergie umsetzbar. Alle Informationen dazu finden Sie hier.

 

Wie wirtschaftlich sind Photovoltaik-Heizstäbe?

Zur Wirtschaftlichkeit und zum Einsparungspotenzial der Kombination Photovoltaik, Heizstab und Warmwasserspeicher haben wir im vorhergehenden Absatz schon viel gesagt. Aber es geht noch weiter: Der Warmwasserspeicher dient im solarelektrischen Haus als „Tagspeicher“ für überschüssigen Solarstrom.

Da sich das Einspeisen des Stroms ins Netz nicht auszahlt, wird dieser primär für die eigenen Bedürfnisse genutzt. Erst erfolgt natürlich der Direktverbrauch durch die elektrischen Haushalsverbraucher, im Anschluss daran kommt es nachrangig zur Erzeugung von PV-Wärme. Die Größe der bestehenden Photovoltaikanlage beeinflusst die Möglichkeiten und den Grad der Wirtschaftlichkeit Ihrer photovoltaischen Haustechnik. Sie können sich mit unserem my-PV Power-Coach einen ersten Überblick verschaffen und berechnen, welchen Autarkiegrad Sie dank Photovoltaik und Heizstab erreichen können. 

 

Welche Arten von Heizstäben gibt es?

Die einfachste Variante eines Heizstabes besitzt lediglich eine Ein- und Ausschaltfunktion. Andere Varianten können die Leistung des Heizstabs stufenweise regulieren. Und die komfortabelsten Lösungen, beziehungsweise mit der Photovoltaik am besten einsetzbaren Heizstäbe, besitzen eine stufenlose Regelung (wie bei den my-PV-Geräten). Dabei lässt sich die Leistung der Heizstäbe im Wasserspeicher an den aktuellen Photovoltaiküberschuss sekundengenau präzise anpassen. Erst dadurch wird Elektrowärme photovoltaiktauglich, erst dadurch wird sie „PV-ready“.

Ein Heizstab für einen Wärmespeicher ist wie bereits erwähnt weitestgehend wartungsfrei, was natürlich die Betriebskosten reduziert. Der benötigte Strom wird von der eigenen Photovoltaikanlage bezogen. Wie viel Strom der Heizstab dabei genau umsetzt, hängt vom verfügbaren PV-Überschuss und der aus dem Speicher entnommenen Wärmemenge ab, sowie vom Speichervolumen und seinen thermischen Verlusten.

Gut zu wissen: Unsere AC ELWA-E ist ein von 0 – 3 kW stufenlos geregelter Heizstab für netzgekoppelte Photovoltaikanlagen. Die ELWA ist ein 2 kW Heizstab und perfekt geeignet, wenn Sie Ihren Solarstrom ausschließlich für die Erzeugung von Warmwasser nutzen möchten (Stichwort Inselanlage für Autarkieliebhaber). In Kombination mit dem AC•THOR bzw. dem AC•THOR 9s können zudem selbst Standardheizstäbe mit einer Leistung von 9 kW regelbar gemacht werden.

​​Die am Markt angebotenen Geräte unterscheiden sich aber nicht nur in ihrer Leistung, sondern auch in der Art, wie sie den Strom nutzen. Sogenannte DC-Heizstäbe arbeiten primär mit Gleichspannung und verarbeiten den vom Dach kommenden Solarstrom direkt. Sie können jedoch nur in der sekundären Warmwasser-Sicherstellungsfunktion auch mit Strom aus dem öffentlichen Netz betrieben werden. AC-Heizstäbe brauchen hingegen Wechselspannung. Der Strom vom Dach muss erst mit einem Wechselrichter umgewandelt werden. Diese Lösungen sind entsprechend an die normale AC-Hausinstallation angeschlossen.

In der Regel sind jedoch die meisten Photovoltaikanlagen mit solchen Wechselrichtern ausgestattet, da andere Stromverbraucher im Haus ebenfalls Wechselspannung benötigen. Ein AC-Heizstab kann bei Bedarf auch mit Strom aus dem Netz betrieben werden. Die Leistung eines Heizstabes zeigt, ob der Anschluss einphasig (230 Volt) oder dreiphasig (3x230 Volt) erfolgen muss.

 

Wie arbeitet ein Heizstab?

Ein Heizstab nutzt elektrischen Strom, um das Wasser im Wärmespeicher auf die gewünschte Temperatur zu bringen, indem er in den Wassertank eingeschraubt wird. Dort funktioniert er im Prinzip wie ein einfacher Tauchsieder. Das Heizgerät besteht aus einem isolierten elektrischen Leiter, der den Strom in Wärme umwandelt.

Um einen AC-Photovoltaikheizstab einsetzen zu können, ist ein smartes Energiemanagement notwendig. Das heißt, es geht darum, alle Verbraucher im Haus zu bedienen und die Zulieferung des Photovoltaikstroms zu priorisieren. An erster Stelle stehen die aktiven Verbraucher im Haushalt. Der Rest des Sonnenstroms kann dann (falls vorhanden) an einen Stromspeicher und/oder an den Heizstab gehen. Die Netzeinspeisung ist immer die letzte Form der Anwendung.

Für ein effektives Energiemanagement muss man beachten, dass auch der Wärmebedarf selbst schwankt. Wenn das Wasser im Speicher die gewünschte Temperatur erreicht hat, darf der Photovoltaikheizstab nicht mehr heizen und kann daher keinen Solarstrom mehr verwerten. Wenn jedoch irgendwo im Haushalt warmes Wasser genutzt wird, fließt kaltes Wasser in den Wasserspeicher nach und der Heizstab darf seine Arbeit wieder aufnehmen.

 

Was kostet ein Photovoltaik-Heizstab?

Heizstab ist nicht gleich Heizstab: Und so liegt die Preisspanne der am Markt erhältlichen Geräte von wenigen 100 bis zu mehr als 1000 Euro. Die Preise richten sich an den unterschiedlichen Parametern aus, die wir bereits in diesem Beitrag aufgelistet haben. Für die Kombination mit einer Photovoltaikanlage ist ein stufenlos regelbarer Heizstab notwendig – das sind beispielsweise unsere ELWA und AC ELWA-E .  

Für welche Variante Sie sich auch immer entscheiden, ökologisch und ökonomisch betrachtet ist ein Photovoltaik-Heizstab immer eine sehr gute Entscheidung. Die Investitionskosten sind vergleichsweise gering und die möglichen Einsparungen durch einen zunehmenden Eigenverbrauch durchaus beachtlich.

Vorteile eines Photovoltaikheizstabes für die Warmwasserbereitung

 

Zusammenfassend können folgende Vorteile für einen mit Photovoltaikstrom betriebenen Heizstab festgehalten werden:

  • Sie steigern den Eigenverbrauch Ihrer Photovoltaikanlage
  • Sie decken Ihren Wärmebedarf in den Sommermonaten
  • Sie reduzieren die Betriebskosten und senken obendrein auch Ihren CO2-Ausstoß
  • Sie haben einen geringen Wartungsaufwand
  • Die Installation und Nachrüstung sind einfach und unkompliziert
  • Sie haben geringe Anschaffungskosten
  • Sie stellen ein nachhaltige Zukunftsinvestition in Ihre Haustechnik dar.
  • Sie nutzen erneuerbare Energie zur Wärmeerzeugung und steigern somit Ihre persönliche Unabhängigkeit

 

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