1. Welche Herausforderungen ergeben sich beim Heizen mit Photovoltaik im Winter?

Ja, es gibt Herausforderungen beim Heizen mit Photovoltaik im Winter, aber es gibt auch Lösungen.

1. Die erste Herausforderung ist natürlich die geringere Sonneneinstrahlung im Winter. Weniger Sonne bedeutet weniger Solarstrom.
2. Die zweite Herausforderung ist, dass wir im Winter tendenziell mehr Energie zum Heizen brauchen, genau zu dem Zeitpunkt, an dem wir weniger Sonnenenergie haben.
3. Eine dritte Herausforderung könnte die Ausrichtung und Neigung der Photovoltaikmodule sein, die nicht immer optimal für den winterlichen Sonnenstand sind.

Aber keine Sorge, all das bedeutet nicht, dass Sie die Idee gleich wieder verwerfen sollten. Wir werden im Verlauf dieses Artikels auf all diese Punkte eingehen und Lösungsstrategien aufzeigen. 

2. Heizen mit Photovoltaik: Vor- und Nachteile

Die Idee, die kostenlose und saubere Energie der Sonne zu nutzen, um unser Zuhause warm zu halten, klingt verlockend. Aber wie bei allem im Leben, gibt es Licht und Schatten. Lassen Sie uns diese näher betrachten.

2.1. Was sind die Vorteile beim Heizen mit Photovoltaik?

Mit dem Betrieb einer Photovoltaikanlage leisten Sie nicht nur einen wertvollen Beitrag zur Reduzierung von Treibhausgasen, sondern profitieren auch von einem stetigen Preisrückgang bei der Anschaffung solcher Anlagen. Dieser Trend macht die Investition in Solartechnik immer attraktiver - trotz der momentanen Preissteigerungen aufgrund hoher Nachfrage und Materialknappheit.

Gleichzeitig steigen die Kosten für herkömmlichen Netzstrom stetig an. Hier bietet eine Photovoltaikanlage eine echte Alternative und Chance zur Kosteneinsparung. Je mehr Solarstrom Sie selbst produzieren und nutzen können, desto größer ist Ihre finanzielle Ersparnis.

Aber auch in Sachen Heiztechnologie gibt es positive Nachrichten. Die Effizienz von elektrischen Heizungen hat sich enorm verbessert. Sie wandeln einen hohen Prozentsatz des mit Photovoltaik erzeugten Solarstroms in Wärme um.

Gleichzeitig steigt die Beliebtheit von Alternativen zur Elektroheizung, wie Wärmepumpen oder Heizstäbe.

2.2. Wo liegen die Nachteile?

Wie schon angesprochen, gibt es im Winter weniger Sonnenstunden, was zu weniger Solarstrom führt. Für den kompletten Heizwärmebedarf eines Einfamilienhauses reicht der erzeugte Solarstrom in der Regel nicht aus.

Der Betrieb einer Wärmepumpe mit Solarstrom kann dennoch sinnvoll sein, da diese 1 kWh Solarstrom in 3,5 bis 4,5 kWh Heizwärme umwandelt.

Zudem sind die Anfangsinvestitionen für eine Photovoltaikanlage nicht unerheblich, obwohl sich diese mittel- bis langfristig amortisieren. Nicht jede bestehende Heizmethode lässt sich zudem problemlos mit einer Photovoltaikanlage koppeln. Je nach Ausgangslage könnten Anpassungen an Ihrer Anlage notwendig sein.

2.3. Wie verhält sich der Solarertrag im Winter - Daten und Fakten?

Um diesen Punkt zu illustrieren, werfen wir einen Blick auf die durchschnittliche Sonneneinstrahlung in Deutschland. 

Die "angenommener monatlicher Wärmebedarf eines Einfamilienhauses"-Spalte ist nur ein Schätzwert basierend auf einem Durchschnittswert von 15.000 kWh pro Jahr für ein Einfamilienhaus in Deutschland. Tatsächliche Werte können je nach Hausgröße, Isolation, Heizgewohnheiten und Wetterbedingungen stark variieren.

Die Spalte "Prozentualer Anteil des Solarertrags am Wärmebedarf" zeigt, wie viel des monatlichen Wärmebedarfs theoretisch durch den Solarertrag einer 10 kWp Anlage gedeckt werden könnte. Hier ist zu beachten, dass nicht der gesamte Solarstrom direkt zur Deckung des Wärmebedarfs genutzt wird, da ein Teil für den allgemeinen Stromverbrauch des Haushalts benötigt wird.

Wie man deutlich erkennt sieht es in den Monaten November bis Februar schlecht aus, was die Nutzung der Sonne als Heizung angeht. Tatsächlich kann man aber durch Optimierungen mehr aus dem wenigen Solarstrom herausholen, als man zuerst denkt. Dazu gleich mehr.

Hier finden Sie die aktuellen Globalstrahlungsdaten von Deutschland (Seite des deutschen Wetterdienstes).

3. Praxis: Wie kann die Photovoltaik zur Heizung beitragen?

Mit den richtigen Kombinationen kann Photovoltaik ein wirksamer Weg sein, um Ihr Zuhause zu heizen bzw. die Heizung zu unterstützen. Die produzierte elektrische Energie kann dazu genutzt werden, Heizsysteme zu betreiben, die sonst Strom aus dem Netz benötigen würden. Und genau das kann zu einer erheblichen Kosteneinsparung führen und ist ein ausgezeichneter Schritt auf dem Weg zu einer umweltfreundlicheren Heizlösung.

Welche Heizmethoden lassen sich effektiv mit Photovoltaik kombinieren?

Es gibt mehrere Heizmethoden, die mit theoretisch Photovoltaikanlagen kombiniert werden können. Hier erst einmal eine Übersicht:

Die Kosten in der Tabelle, beziehen sich auf die Kosten einer umfassenden Heizungslösung für ein gesamtes Einfamilienhaus. Ein Heizlüfter oder eine kleine Infrarotheizung wäre natürlich deutlich günstiger in der Anschaffung, jedoch ist ihre Leistung nicht ausreichend, um ein ganzes Haus effizient zu heizen. Es ist wichtig, das gesamte Bild zu betrachten und alle Aspekte zu berücksichtigen, wenn Sie entscheiden, welches System für Ihre speziellen Bedürfnisse am besten geeignet ist.

1. Photovoltaik + Elektroheizung: Trotz niedrigerer Anschaffungskosten ist die Wirtschaftlichkeit aufgrund der hohen Betriebskosten und des niedrigeren Wirkungsgrads der Elektroheizung insgesamt niedrig.
2. Photovoltaik + Wärmepumpe: Diese Kombination hat höhere Anschaffungskosten, bietet jedoch eine höhere Wirtschaftlichkeit und Effizienz, da Wärmepumpen die Fähigkeit haben, 1 kWh Strom in 3,5 bis 4,5 kWh Heizwärme zu verwandeln.
3. Photovoltaik + Heizstab: Die Kosten und Effizienz liegen irgendwo in der Mitte. Ein Heizstab in Verbindung mit einem Pufferspeicher kann den PV-Strom nutzen, um Wasser zu erhitzen, das dann zur Raumheizung genutzt werden kann. Es ist jedoch weniger effizient als eine Wärmepumpe.

3.1. Elektroheizung: Keine sinnvolle Variante.

Eine Elektroheizung wandelt elektrische Energie direkt in Wärme um. Die Wärme wird dann durch Konvektion an den Raum abgegeben. Diese Methode ist wegen ihrer Einfachheit und der Möglichkeit, sie direkt mit einer Photovoltaikanlage zu koppeln, sehr beliebt. Der Wirkungsgrad einer Elektroheizung liegt nahe bei 100%, was bedeutet, dass fast alle von Ihrer Photovoltaikanlage erzeugte Energie zur Erzeugung von Wärme genutzt wird, da aber im Winter wenig Energie zur Verfügung steht, ist die Elektroheizung also keine sinnvolle Lösung als Heizung. Obwohl Elektroheizungen oft einen hohen Wirkungsgrad haben (fast 100% der eingesetzten Energie wird in Wärme umgewandelt), sind sie in der Regel weniger effizient bei der Nutzung der Energie, um ein Haus zu heizen, insbesondere in Vergleich zu Systemen wie Wärmepumpen, die Wärme aus der Umwelt extrahieren. Bei der Beurteilung der Wirtschaftlichkeit müssen wir sowohl die Anschaffungs- als auch die Betriebskosten berücksichtigen.

Die Umwandlung elektrischer Energie in Wärme in einer Elektroheizung erfolgt zwar mit 100 % Wirkungsgrad, d. h. hierbei geht keine Energie verloren. Jedoch ist die Herstellung elektrischer Energie (Stromerzeugung) z. B. in Wärmekraftwerken meist mit großen Energieverlusten verbunden, so dass der Gesamtwirkungsgrad (Systemwirkungsgrad) sehr niedrig ist. Quelle: https://www.energie-lexikon.info/elektroheizung.html 

Was ist mit der Nutzung von normalen Heizlüftern? Heizlüfter können in der Anschaffung sehr günstig sein, aber sie verbrauchen viel Strom und sind daher teuer im Betrieb. Daher sind sie in der Regel am besten für gelegentliche Nutzung oder für das gezielte Beheizen kleiner Räume geeignet.

Das Problem ist die geringe Energiemenge aus der Photovoltaikanlage. Wir brauchen einen Weg, diese Energie sozusagen zu vervielfachen. Das ist bei der Elektroheizung nicht gegeben.

3.2. Wärmepumpen als sinnvolle Heizlösung

Wärmepumpen sind dagegen eine besonders effiziente Methode zur Heizung Ihres Hauses. Sie nutzen elektrische Energie, um Wärme aus der Umwelt (Luft, Erde oder Wasser) zu extrahieren und diese Wärme dann zur Erwärmung Ihres Hauses zu nutzen.

Wärmepumpen haben oft eine Effizienz von über 300%, was bedeutet, dass sie für jede Einheit elektrischer Energie, die sie verbrauchen, drei Einheiten Wärmeenergie liefern.

Sie können sehr gut mit einer Photovoltaikanlage kombiniert werden, besonders wenn Sie einen Batteriespeicher haben, um die Energie für die Nacht zu speichern. Nochmal als einfache Erklärung:

Stellen Sie sich eine Wärmepumpe wie einen umgekehrten Kühlschrank vor. Ein Kühlschrank nimmt Wärme aus seinem Inneren auf und gibt sie nach außen ab, um das Innere kühl zu halten. Eine Wärmepumpe macht genau das Gegenteil - sie nimmt Wärme aus der Umgebung (Luft, Boden oder Grundwasser) auf und gibt sie im Inneren des Hauses ab. 

Jetzt kommt der spannende Teil: Für jede Einheit Strom, die die Wärmepumpe verbraucht, kann sie 3 bis 5 Einheiten Wärmeenergie erzeugen. Dieser Wert wird Jahresarbeitszahl genannt. Das liegt daran, dass sie hauptsächlich vorhandene Wärmeenergie aus der Umwelt nutzt und nur einen kleinen Teil Strom benötigt, um diese Energie ins Haus zu transportieren. So wird die Energieeffizienz enorm gesteigert.

Die Jahresarbeitszahl bezeichnet das Verhältnis zwischen erzeugter Heizungsenergie und eingesetztem Strom an. Oder anders ausgedrückt: Sie bezeichnet den Wirkungsgrad der Wärmepumpe. Sie ist also ein Praxiswert, wohingegen die Leistungszahl ein theoretischer Wert ist. Quelle: https://ihre-waermepumpe.de/grundlagen-und-technik/waermepumpe-was-ist-das-funktion.html 

Eine Elektroheizung hingegen, unabhängig davon, ob es sich um eine Infrarotheizung, einen Heizlüfter oder eine Nachtspeicherheizung handelt, verwandelt den Strom, den sie verbraucht, direkt in Wärme. Für jede Einheit Strom, die Sie hineinstecken, bekommen Sie also nur eine Einheit Wärme heraus.

In Kombination mit einer Photovoltaik-Anlage ergibt die Wärmepumpe daher besonders viel Sinn. Sie nutzen den von der Photovoltaik-Anlage erzeugten Strom, um die Wärmepumpe anzutreiben. Da die Wärmepumpe aus jeder Einheit Strom, die sie verbraucht, mehrere Einheiten Wärmeenergie erzeugt, können Sie so Ihre Heizkosten drastisch senken und zugleich einen wichtigen Beitrag zum Klimaschutz leisten. Denn die Energie, die Sie verwenden, stammt größtenteils aus erneuerbaren Quellen – der Sonne und der Umgebungswärme. 

3.3. Heizstab und Nutzung eines Pufferspeichers

Eine andere Möglichkeit ist die Verwendung eines Heizstabs in Kombination mit einem Pufferspeicher. Der Heizstab wird in den Pufferspeicher eingeführt und wandelt den von Ihrer Photovoltaikanlage erzeugten Strom in Wärme um, die im Pufferspeicher gespeichert wird. Diese Wärme kann dann bei Bedarf genutzt werden, zum Beispiel zum Heizen des Hauses oder zur Warmwasserbereitung. Diese ist im Vergleich zur Wärmepumpe wieder wenig effizient, bietet aber dennoch eine günstige Möglichkeit zur Nutzung der von Ihrer Photovoltaikanlage erzeugten Energie, speziell dann, wenn der PV-Speicher voll geladen ist und weiter Solarstrom erzeugt wird. 

Ein Heizstab ist im Grunde wie ein großes Tauchsieder. Sie kennen diese kleinen Geräte vielleicht vom Camping oder aus dem Hotelzimmer, die man in ein Wasserglas taucht, um das Wasser für einen Tee oder eine schnelle Tasse Suppe zu erhitzen. Ein Heizstab in Verbindung mit Ihrer Photovoltaik-Anlage (PV-Anlage) funktioniert genau so, nur in größerem Maßstab.  Die PV-Anlage auf Ihrem Dach erzeugt Strom, sobald die Sonne scheint. Diesen Strom können Sie für alles Mögliche im Haus verwenden, zum Beispiel für den Betrieb von Elektrogeräten, das Laden von Elektroautos oder auch zum Heizen.

Ein Heizstab bietet hier eine einfache und kosteneffiziente Möglichkeit, Solarstrom zur Erzeugung von Warmwasser zu nutzen. Der Heizstab wird in einen Wasserspeicher, zum Beispiel einen Pufferspeicher für Brauch- oder Trinkwasser, eingesetzt und mit der PV-Anlage verbunden. Wenn die Sonne scheint und genug Strom erzeugt wird, schaltet sich der Heizstab ein und erwärmt das Wasser im Speicher.

Wie wird ein Heizstab installiert?

Die Installation eines Heizstabes ist relativ einfach, vor allem, wenn der Wasserspeicher bereits für die Nutzung eines Heizstabes vorbereitet ist. In diesem Fall gibt es am Boden des Speichers eine Öffnung, in die der Heizstab einfach eingeschraubt oder eingesetzt wird. Dabei sollten Sie allerdings auf die richtige Anschlussart (Gewinde oder Flansch) und die passende Eintauchlänge achten. Es ist auch wichtig, eine geeignete Leistungsstufe des Heizstabes zu wählen, die zum Pufferspeicher passt.

Was kostet ein Heizstab?

Ein Heizstab ist im Vergleich zu vielen anderen Heizsystemen relativ günstig. Je nach Modell und Leistungsstärke liegen die Kosten zwischen 500 und 1.000 Euro. Hinzu kommen eventuell noch Kosten für die Installation und eine PV-Anlage, wenn Sie noch keine haben. Aber wenn Sie bereits eine PV-Anlage besitzen, kann sich die Anschaffung eines Heizstabes schnell amortisieren, denn Sie können einen Teil Ihres Warmwasserbedarfs mit kostenloser Sonnenenergie decken.

Wann lohnt sich ein Heizstab?

Besonders im Sommer, wenn viel Sonnenstrom zur Verfügung steht, kann der Heizstab seine Stärken voll ausspielen. Sie können dann einen Großteil oder sogar den gesamten Warmwasserbedarf Ihres Haushalts mit Solarstrom decken. Im Winter ist der Beitrag des Heizstabes zur Warmwasserbereitung in der Regel geringer und bietet wenig Nutzen, da weniger Solarstrom zur Verfügung steht. 

3.4. Was ist der Unterschied zwischen Pufferspeicher und Brauchwasserspeicher?

Ein Pufferspeicher und ein Brauchwasserspeicher sind beides Typen von Speichersystemen, die in Heizungsanlagen verwendet werden. Sie haben jedoch unterschiedliche Funktionen und werden auf unterschiedliche Weise genutzt.

Ein Pufferspeicher ist ein Wärmespeicher, der dazu dient, die von einer Heizanlage erzeugte Wärme zu speichern und bei Bedarf bereitzustellen. Er ist mit Wasser gefüllt, das von der Heizanlage aufgeheizt wird. Das heiße Wasser im Pufferspeicher kann dann zum Heizen des Gebäudes genutzt werden. Ein Pufferspeicher wird oft in Kombination mit Heizsystemen verwendet, die nicht kontinuierlich Wärme erzeugen können oder deren Wärmeerzeugung nicht genau dem Wärmebedarf entspricht, wie z.B. bei Solarthermie- oder Pellet-Heizsystemen.

Ein Brauchwasserspeicher, oft auch Warmwasserspeicher genannt, dient hingegen speziell zur Bereitstellung von warmem Wasser für den Haushaltsgebrauch, also für Duschen, Baden, Kochen und Spülen. Das Wasser in einem Brauchwasserspeicher wird ebenfalls von der Heizanlage aufgeheizt und dann bei Bedarf zur Verfügung gestellt.

Im Grunde genommen handelt es sich bei einem Brauchwasserspeicher also um eine spezielle Art von Pufferspeicher, der speziell auf die Bedürfnisse der Warmwasserversorgung in einem Haushalt zugeschnitten ist. Beide Speichertypen tragen dazu bei, die Effizienz einer Heizungsanlage zu verbessern und den Energieverbrauch zu optimieren.

4. Steigerung der Solarerträge im Winter

Auch wenn die Wintertage kürzer sind und die Sonne nicht so hoch am Himmel steht, gibt es durchaus Möglichkeiten, die Solarerträge in dieser Zeit zu erhöhen. Zunächst möchten wir aber ein häufig genanntes Mittel zur Verbesserung der Winterleistung von Solaranlagen besprechen, das leider nicht ganz so gut funktioniert, wie man vielleicht denken könnte.

4.1. Warum ist ein PV-Speicher nicht die Lösung für das Winterproblem?

Es scheint auf den ersten Blick logisch: Wenn wir den überschüssigen Solarstrom im Sommer speichern könnten, könnten wir diesen im Winter verwenden, oder? Leider sind aktuelle Solarspeicher dafür nicht geeignet.

Ein Grund dafür ist, dass die Speicherkapazität von Solarspeichern in der Regel auf den täglichen Bedarf abgestimmt ist. Das bedeutet, sie sind so dimensioniert, dass sie den überschüssigen Solarstrom eines Tages speichern und diesen dann in der Nacht zur Verfügung stellen können. Für die Speicherung von Energie über mehrere Monate, wie es für die Überbrückung des Winters nötig wäre, sind sie aber nicht ausgelegt.

Ein weiterer Grund ist, dass die Speicherung von Energie immer mit Verlusten verbunden ist. Je länger die Energie gespeichert wird, desto größer werden diese Verluste. Das bedeutet, dass ein Teil der im Sommer gespeicherten Energie bis zum Winter verloren gehen würde.

4.2. Welche anderen Strategien zur Ertragssteigerung gibt es?

Es gibt allerdings durchaus andere Strategien, mit denen Sie die Solarerträge im Winter erhöhen können. Hier sind zwei davon:

1. Spezielle Module: Einige Solarzellenhersteller bieten spezielle Module an, die besonders gut für niedrigere Lichtverhältnisse geeignet sind. Diese Module können auch bei diffusem Licht, wie es im Winter häufig vorkommt, noch einen guten Wirkungsgrad erzielen.

2. Größere Anlagendimensionierung: Eine weitere Möglichkeit besteht darin, Ihre Solaranlage größer zu dimensionieren. Das bedeutet, dass Sie mehr Solarmodule installieren, als Sie im Sommer eigentlich benötigen würden. Auf diese Weise können Sie auch im Winter, wenn die Module weniger Strom produzieren, noch genügend Energie erzeugen.

3. Aufstellwinkel der Module: Sind die Module in einem steileren Winkel aufgestellt, so kann das ein paar Prozent mehr Leistung erzeugen, wenn die Sonne tiefer am Horizont steht, was ja im Winter der Fall ist. Gleichzeitig ist der Ertrag im Sommer natürlich etwas geringer. Ihr Solarteur kann den Unterschied für Sie berechnen und mögliche Optimierungen aufzeigen.

Diese Strategien können dazu beitragen, die Solarerträge im Winter zu steigern. Welche für Sie am besten geeignet ist, hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie z.B. der verfügbaren Dachfläche und Ihrem Budget. Ein Experte für Photovoltaik kann Sie dazu umfassend beraten.

5. Photovoltaik und Solarthermie: Eine sinnvolle Kombination für die Heizung?

Solarthermie kann eine durchaus interessante Ergänzung zur Photovoltaik sein. Warum? Solarthermie wandelt Sonnenenergie direkt in Wärme um. Diese kann zur Beheizung oder zur Erwärmung von Brauchwasser genutzt werden. Photovoltaik hingegen wandelt Sonnenenergie in elektrische Energie um.

Die Kombination aus Photovoltaik und Solarthermie kann dazu beitragen, dass Sie Ihren Energiebedarf noch besser aus eigenen Quellen decken können. Zum Beispiel kann die Photovoltaikanlage im Sommer den Strom für den Betrieb von Klimaanlagen liefern, während die Solarthermieanlage das Warmwasser für die Dusche bereitstellt. Im Winter kann die Solarthermie zur Heizungsunterstützung genutzt werden, während die Photovoltaikanlage den Strom für Beleuchtung und Elektrogeräte liefert.

5.1. Wie funktioniert die Kombination von Photovoltaik und Solarthermie in der Praxis?

In der Praxis sieht die Kombination von Photovoltaik und Solarthermie so aus, dass Sie zwei Arten von Solarpanelen auf Ihrem Dach installieren: Photovoltaikmodule, die Sonnenlicht in Strom umwandeln, und Solarthermiemodule, die Sonnenlicht in Wärme umwandeln. Die Solarthermiemodule sind dabei in der Regel an einen Wärmespeicher angeschlossen, in dem das erwärmte Wasser gespeichert wird.

Wenn Sie beispielsweise morgens duschen möchten, wird das Wasser aus dem Speicher gezogen, der von den Solarthermiemodulen erwärmt wurde. Gleichzeitig produzieren die Photovoltaikmodule Strom, den Sie für Ihren Toaster, Ihren Wasserkocher oder andere Elektrogeräte nutzen können.

Wichtig: Sie benötigen ausreichend Platz auf Ihrem Dach für beide Arten von Modulen. Auch die Installation und Wartung sind etwas aufwändiger als bei einer reinen Photovoltaik- oder Solarthermieanlage. Deshalb ist es wichtig, sich vorab gut zu informieren und eine sorgfältige Kosten-Nutzen-Analyse durchzuführen.

6. Zusammenfassung und Ausblick: Die Zukunft der Photovoltaik-Heizung

Wir haben uns ausführlich mit dem Thema Photovoltaik und Heizen auseinandergesetzt. Es ist ein spannendes Feld mit viel Potenzial für die Zukunft. Die wichtigsten Punkte, die Sie im Gedächtnis behalten sollten, sind:

1. Eine Photovoltaikanlage kann dazu beitragen, Ihren Stromverbrauch zu reduzieren und Ihre Energiekosten zu senken.
2. Das Heizen mit Solarstrom ist eine nachhaltige Alternative, die zur Energiewende beiträgt.
3. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, Photovoltaik und Heizung zu kombinieren, wobei die effizienteste eine Wärmepumpe ist.
4. Eine gründliche Kosten-Nutzen-Analyse ist essentiell, um die Wirtschaftlichkeit zu gewährleisten.

In der nahen Zukunft wird die Photovoltaik-Technologie voraussichtlich noch effizienter und kostengünstiger werden. Wir erwarten auch, dass innovative Lösungen zur Speicherung von Solarstrom weiterentwickelt werden. Ebenso werden Photovoltaik-Heizsysteme weiter optimiert, um noch effizienter und praktikabler zu werden. Außerdem kann man davon ausgehen, dass staatliche Förderprogramme und gesetzliche Regelungen weiter auf die Unterstützung erneuerbarer Energien ausgerichtet werden, was hervorragende Perspektiven für alle bietet, die sich für das Heizen mit Photovoltaik interessieren.