Heizen mit Solarstrom: Elektrisch, oder wie?

Elektrisch heizen mit Solarstrom

Möchten Hausbesitzer mit dem Strom von  Solardachziegeln  oder einer Photovoltaikanlagen ihre  Heizung elektrisch betreiben, denken sie oft an Speicher- oder Strahlungsheizsysteme. Diese wandeln elektrische Energie ohne nennenswerte Verluste in thermische um. Möglich ist das durch leitende Materialien, die sich unter Spannung erwärmen. Das geht jedoch mit hohem Stromverbrauch einher. Soll die Photovoltaik-Heizung ein großes Haus mit einem hohen Energiebedarf versorgen, sind sehr große Modulflächen und Speicher nötig. Eine Photovoltaikanlage mit 20 Kilowatt Spitzenleistung benötigt mehr als 100 Quadratmeter Dachfläche. Das Heizen mit Photovoltaik ist dabei nur anteilig oder in sehr effizienten Gebäuden denkbar.

Mit Photovoltaik heizen: Auf den Stromspeicher kommt es an

Interessieren sich Hausbesitzer für das Heizen mit Solarstrom, benötigen sie vor allem im Winter viel Energie, wenn die Sonne eher weniger scheint. Schließen lässt sich die Lücke mit groß dimensionierten Stromspeichern. Diese müssen einen Großteil der Sommerwärme aufnehmen und bis in den Winter bevorraten. Alles in allem dürfte sich das Heizen mit Photovoltaik auf diese Weise heute kaum lohnen. Zumindest dann, wenn ein Haus allein auf diese Weise mit thermischer Energie versorgt wird. Der Grund dafür sind die hohen Kosten für die Photovoltaikmodule und den besonders großen Stromspeicher.

In Niedrigstenergiegebäuden mit Photovoltaik heizen

Anders sieht es im Bereich der Niedrigstenergiegebäude aus. Ein Passivhaus verbraucht beispielsweise maximal 10 Watt pro Quadratmeter. Bei 140 Quadratmeter Wohnfläche ergibt das eine Heizlast von 1.400 Watt oder 1,4 Kilowatt. Der Heizenergieverbrauch liegt damit bei 2.100 Kilowattstunden pro Jahr und etwa im Bereich des Haushaltsstromverbrauchs eines sparsamen 2-Personen-Haushalts. In diesen Größenordnungen ist das Heizen mit Photovoltaik und Elektrostrahlungsheizung bereits denkbar.  

Wärmepumpen mit Photovoltaikstrom betreiben

Eine interessante Alternative ist das Heizen mit Solarstrom und Wärmepumpe. Denn die effizienten Wärmeerzeuger zapfen Luft, Erde oder Wasser an, um ein Gebäude mit Wärme zu versorgen. Möglich ist das durch einen komplexen Prozess, bei dem ein Kältemittel zunächst verdampft, verdichtet und dann entspannt wird. Dabei ist die Funktionsweise der Wärmepumpe gar nicht so kompliziert, wie man im ersten Moment glauben mag. Wichtig zu wissen ist, dass mit dem technischen Prozess nur ein Drittel der Heizenergie elektrisch sein muss, wodurch die Solaranlage deutlich kleiner ausfallen kann, wenn Sie mit Photovoltaik heizen möchten.

Stromspeicher zum Heizen mit Solarstrom

Auch eine Wärmepumpe muss thermische Energie vor allem im Winter bereitstellen. Das heißt, dass auch hier Stromspeicher nötig sind. Je nach Größe der Photovoltaikmodule müssen diese den Strom jedoch nur vom Tage bis in die Nacht bevorraten und können daher deutlich kleiner ausfallen. Eine individuelle Beratung und Planung durch einen erfahrenen Installateur gibt Aufschluss darüber, wie große die jeweiligen Komponenten sein sollten.

Voraussetzung sind energieeffiziente Gebäude

Möchten Sie mit der Sonne heizen und eine Wärmepumpe mit Solarstrom betreiben, sollte das zu versorgende Haus möglichst energieeffizient gebaut oder saniert sein. Denn dann benötigt die Wärmepumpe weniger Strom, die Photovoltaikanlage kann kleiner ausfallen und die Kosten sinken. Das wirkt sich wiederum positiv auf die Wirtschaftlichkeit aus und sorgt für kurze Amortisationszeiten.

Überschuss: Effizienz im Eigenverbrauch erhöhen

Noch effizienter wird die Kombination einer Wärmepumpe mit der Photovoltaik für den Eigenverbrauch durch Einsatz eines Wärmespeichers. Denn dann kann die Wärmepumpe bedenkenlos Überschuss erzeugen lassen, auch ohne Bedarf im Haus. Den Stromüberschuss lagert sie in einen Wärmespeicher ein. Je größer dieser, desto mehr Energie lässt sich bevorraten. Der Eigenverbrauch des selbst erzeugten Photovoltaikstroms steigt damit also. Steigende Strompreise und sinkende Vergütungssätze für alle, die Solarstrom einspeisen, sorgen dafür, dass sich dies lohnt.

Brennstoffzellen heizen mit Solarstrom

Eine dritte Möglichkeit zum Heizen mit Solarstrom bietet die Brennstoffzelle. Dabei reagieren Wasserstoff und Sauerstoff unter kontrollierten Bedingungen miteinander, wobei Strom und Wärme entstehen. Den Wasserstoff gewinnen herkömmliche Geräte dabei zum Beispiel aus Erdgas. Im Beitrag „Funktionsweise der Brennstoffzelle“ erklären wir, wie das im Detail funktioniert.

Elektrolyseur produziert Wasserstoff

Der für die sogenannte kalte Verbrennung benötigte Wasserstoff lässt sich jedoch auch mit einer Photovoltaikanlage herstellen. Dabei nutzt ein sogenannter Elektrolyseur die Energie des Solarstroms, um Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten. Während der Sauerstoff einfach an die Umwelt abgegeben wird, lässt sich der Wasserstoff für die Brennstoffzelle in Tanks bevorraten.

Langzeitspeicher sind realisierbar

Anders als bei einem  Batteriespeicher  können Wasserstoffspeicher Energie zum Heizen mit Solarstrom auch über längere Zeiträume ohne große Verluste bevorraten. Während die Photovoltaikanlage dabei den ganzen Sommer über Wasserstoff produziert, wandelt die Brennstoffzelle diesen im Winter in Strom und Heizwärme.

Moderne Technik mit hohen Kosten

Auch wenn das Heizen mit Photovoltaik und Brennstoffzelle bereits in verschiedenen Leuchtturmprojekten, wie dem energieautarken Mehrfamilienhaus im schweizerischen Brütten, zum Einsatz kam, ist die Technik heute noch recht teuer. So kostet allein die Brennstoffzelle zum Heizen mit Solarstrom mehr als 20.000 Euro. Hinzu kommen Solarmodule, Elektrolyseur und Wasserstoffspeicher. Dennoch kann man diese Beispiele als  Alternativen zum klassischen Heizen  mit fossilen Energieträgern bezeichnen.