Eine Photovoltaikanlage auf dem eigenen Dach versorgt den Haushalt mit kostenlosem Solarstrom. In der Kombination mit einem Heizstab können Sie den PV-Strom zudem für die Warmwasserbereitung nutzen. In diesem Artikel erklären wir die Vor- und Nachteile eines solchen Systems und gehen darüber hinaus auf die Kosten ein.
Welchen Heizstab kann ich verwenden?
Und das ist der Inhalt des Artikels:
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Vor- und Nachteile der Warmwassererzeugung mit Photovoltaik und Heizstab
Schauen wir uns zunächst die Vor- und Nachteile an:
| Vorteile PV und Heizstab | Nachteile PV und Heizstab |
|---|---|
| geringe Anschaffungskosten des Heizstabes | Pufferspeicher bringt Anschaffungskosten mit sich |
| einfache Installation | Pufferspeicher ist notwendig und erfordert einen Stellplatz |
| für die Nachrüstung geeignet | PV-Anlage muss ausreichend groß sein |
| umweltfreundlich und nachhaltig | geringere Wärmeerzeugung im Winter |
| reduziert die Energiekosten |
Ein Heizstab ist günstig in der Anschaffung und Installation. In der Regel haben Brauchwasserspeicher ab Werk bereits einen Platz, auf dem nachträglich ein Heizstab eingesetzt werden kann. Somit ist auch eine Nachrüstung in den meisten Fällen möglich.
Die Kombination von Heizstab mit einer Photovoltaikanlage hat abgesehen davon den Vorteil, dass der eigens erzeugte Solarstrom direkt für den Heizstab verwendet werden kann. So ist die Warmwassererzeugung nicht nur CO₂-frei, sondern auch sparsam.
Zudem verbraucht ein Heizstab im Betrieb keine fossilen Brennstoffe wie Öl oder Gas und ist demnach umweltfreundlich.
Laut Statistiken des Umweltbundesamtes macht die Warmwasseraufbereitung für private Haushalte im Durchschnitt rund 16 % des gesamten Energieverbrauchs aus. Bei einer elektrischen Erwärmung des Brauchwassers beträgt der Anteil etwa 12 % des gesamten Stromverbrauchs. Es lohnt sich daher, kostenlosen Solarstrom aus den PV-Modulen zu nutzen.
Wie funktioniert ein Heizstab in Verbindung mit Photovoltaik?
Ein Heizstab für die Brauchwassererhitzung nimmt elektrische Energie der PV-Anlage und wandelt sie in thermische Energie um. Das Prinzip ist vergleichbar mit dem eines elektrischen Wasserkochers oder Tauchsieders. Wie im Wasserkocher hat auch der Heizstab eine sogenannte Heizwendel. Diese erhitzt sich unter der Zuführung von Strom und überträgt die erzeugte Wärme auf das Trinkwasser.
Ein Heizstab ist ein Ohmscher Verbraucher. Das heißt, er erfüllt zwei Eigenschaften gleichzeitig. Zum einen verbraucht er elektrische Energie, zum anderen verhält er sich dabei wie ein ohmscher Widerstand, dem Spannung und Stromstärke egal sind. Das bedeutet, dass der elektrische Strom 1:1 in thermische Energie umgewandelt wird. Eine zugeführte Kilowattstunde Strom wird in 1 kWh Heizwärme umgewandelt.
Damit der Heizstab das Brauchwasser erhitzen kann, muss er in einen Warmwasserspeicher, auch Brauchwasser- oder Trinkwasserspeicher genannt, eingesetzt werden. Dabei sollte der Stab möglichst in der Mitte eingesetzt werden, um das Wasser gleichmäßig zu erwärmen. Ist er zu nah am Rand, erwärmt er statt des Wassers die Metallwand und Dämmung des Speichers.
Für einen effizienten Betrieb wird der Einsatz eines Energiemanagers empfohlen. Dieser kontrolliert laufend den Solarstromertrag und den Stromverbrauch des Haushalts. Erzeugt die PV-Anlage einen hohen Stromertrag in der Mittagszeit und vorsorgt alle Haushaltsgeräte vollständig, leitet der Energiemanager den restlichen Strom automatisch in den Heizstab.
Welche elektrischen Verbraucher zuerst versorgt werden sollen bzw. Priorität haben, können Sie selbst festlegen. Energiemanagementsysteme liefern dazu eine App, die Sie einfach auf Ihrem Smartphone oder Tablet bedienen können. Neben den Haushaltsgeräten und dem Heizstab können auch eine Wallbox zum Laden des E-Autos, ein Stromspeicher oder eine Wärmepumpe automatisch mit Solarstrom versorgt werden.
Kann ich einen Heizstab direkt an die PV-Anlage anschließen?
Ein kleinerer Heizstab von 2 bis 3 kW kann in der Regel direkt an eine Haushaltssteckdose angeschlossen werden. Heizstäbe ab 3 kW und mehr benötigen einen mehrphasigen Anschluss und eine zusätzliche Sicherung. Normalerweise reicht ein kleiner Heizstab für Einfamilienhäuser aus. Diesen können Sie selbst einsetzen und in die Steckdose stecken. Er verhält sich wie ein normaler elektrischer Verbraucher im Haushalt und wird je nach Priorität des Energiemanagers und Strombedarf automatisch mit Solarstrom versorgt.
Warmwasser mit Photovoltaik & Heizstab: Was sind die Kosten?
Kleinere Heizstäbe für die Warmwasserbereitung mit 2 bis 3 kW kosten unter 100 €. Sie benötigen 230 V und werden einfach in eine Haushaltssteckdose gesteckt. Größere Heizstäbe müssen von Profis installiert werden und kosten deshalb im Schnitt 500 bis 1.000 €.
Die genauen Kosten hängen von der Größe der Photovoltaikanlage und ihrem individuellen Strom- und Warmwasserverbrauch ab.
In unserer Tabelle können Sie sich die durchschnittlichen Kosten für ein Einfamilienhaus anschauen.
| PV-Anlage 6 kWp (inkl. Installation + Montage) | 8.000 - 10.000 € |
|---|---|
| Heizstab 2 kW | 30 - 100 € |
| Warmwasserspeicher 200 - 300 l (wenn nicht vorhanden) | 800 - 1.500 € |
Wann lohnt sich ein Heizstab mit Photovoltaik?
Damit sich die Warmwassererzeugung in Kombination mit Heizstab und Photovoltaik lohnt, sollte die PV-Anlage auf Ihren individuellen Wasser- und Stromverbrauch ausgelegt sein. Nur so können Sie langfristig Energiekosten sparen und die Anschaffungskosten amortisieren.
Schauen wir uns eine konkrete Beispielrechnung an. Folgende Faktoren sollten berücksichtigt werden:
- Höhe Ihres jährlichen Stromverbrauchs
- Höhe Ihres täglichen Warmwasserbedarfs
- PV-Anlage vorhanden?
- Brauchwasserspeicher vorhanden?
- verfügbare Dachfläche für Solarmodule
- Platz/Aufstellraum für Wasserspeicher
Beispielrechnung für ein Einfamilienhaus mit vier Personen:
Voraussetzungen:
- Brauchwasserspeicher: 200 l (bereits vorhanden)
- Stromverbrauch jährlich: 4.000 kWh
- Heizstab: 2 kW
- PV-Anlage: 9 kWp
Um 200 Liter von 10 °C auf 60 °C zu erwärmen, benötigt ein 2 kW Heizstab rund 11,6 kWh. Die Erwärmung dauert knapp sechs Stunden. Das bedeutet, der Stromverbrauch steigt von 4.000 kWh auf knapp 8.000 kWh pro Jahr.
In der Berechnung gehen wir von einem Zeitraum über 20 Jahre aus. Die PV-Anlage hat einen Eigenverbrauchsanteil des Solarstroms von 60 %, für die restlichen 40 % wird die Einspeisevergütung von 8,6 Cent ausbezahlt.
| Kostenstelle | Kosten |
|---|---|
| PV-Anlage (inklusive Montage) | 12.000 € |
| Energiemanager | 1.000 € |
| Heizstab | 100 € |
| Versicherung, Wartung, Reinigung und Reparatur 20 Jahre | 10.000 € |
| Erhalt Einspeisevergütung (Abzug von Kosten) | 4.500 x 0,4 x 0,086 x 20 = 3.096 € |
| Gesamtkosten | 26.196 € |
| Kosten pro Jahr | 1.310 € |
Zum Vergleich: Wenn Sie Ihren normalen Stromverbrauch von 4.000 kWh ohne Photovoltaikanlage nur mit Netzstrom decken, liegen die Kosten bei rund 1.500 € pro Jahr. Darin ist noch nicht einmal eine jährliche Strompreissteigerung eingerechnet. Zusätzlich müssen Sie noch die Energiekosten für die Warmwasseraufbereitung bezahlen. Bei den aktuellen Öl- und Gaspreisen geht man von zusätzlichen Kosten in Höhe von 300 € bis 400 € aus.
Die Kombination von Photovoltaik und Heizstab spart in diesem Beispiel 500-600 € an Energiekosten pro Jahr. Dennoch kommt es immer auf Ihre individuelle Situation an. Lassen Sie sich deshalb unbedingt von einem qualifizierten Fachmann für Photovoltaik beraten.
Kann ich Photovoltaik und Heizstab auch im Winter nutzen?
Im Winter ist die Sonneneinstrahlung wesentlich geringer als in den Sommermonaten. Dementsprechend ist auch der PV-Ertrag deutlich niedriger. Der Solarstrom reicht nicht aus, um den Heizstab komplett mit Solarstrom zu versorgen. Hier müssen Sie auf Strom aus dem Netz zurückgreifen.
Eine günstigere Alternative ist die Nutzung einer Stromcloud. Die Cloud ist ein Guthabenkonto für Ihren Solarstrom. Im Sommer, wenn ein hoher Überschuss an Strom erzeugt wird, kann dieser in der Stromcloud gespeichert werden. Das „Stromguthaben“ können Sie später im Winter abrufen, um Ihren Heizstab zu betreiben.
Kann ich einen Heizstab nachrüsten, wenn ich schon eine PV-Anlage habe?
Sie können Ihr PV-System problemlos um einen Heizstab erweitern. Bedenken Sie jedoch, dass für den Heizstab auch ein Trinkwasserspeicher und ein Energiemanager nötig ist. Da der Anschluss des Stabes einfach in der Steckdose erfolgt, können Sie die Nachrüstung problemlos selbst erledigen.
Außerdem muss die Leistung Ihrer PV-Anlage groß genug sein, um den Heizstab zusätzlich mit Strom versorgen zu können. Ist sie zu klein, muss teurer Netzstrom benutzt werden. In diesem Fall übersteigen die Stromkosten schnell die Kosten eines Öl- oder Gassystems.
Eine Nachrüstung ist auch für ältere PV-Anlagen interessant, die auf Stromeinspeisung ausgelegt waren. Da die Einspeisevergütung nur für 20 Jahre ausgezahlt wird, die Anlagen aber häufig 30 bis 40 Jahre halten, kann sich eine Nachrüstung durchaus lohnen.
Welchen Heizstab kann ich verwenden?
Je nach Brauchwasserspeicher sollte der Heizstab auch die richtige Größe haben. Das heißt, er muss in das Anschlussloch passen. Er darf auch nicht zu lang oder zu kurz sein, sondern genau die Mitte des Speichers erhitzen. Man unterscheidet darüber hinaus zwischen zwei Regelungsarten:
- Ungeregelt: Ungeregelte Heizstäbe kennen nur zwei Zustände: an oder aus. Produziert die Solaranlage ausreichend Strom und es besteht ein Bedarf, läuft der Heizstab. Eine Temperatur kann dabei nicht eingestellt werden. Wird nicht genügend Strom erzeugt, muss teurer Netzstrom verwendet werden. Die Leistung lässt sich aber an die Jahreszeiten anpassen. So kann der Heizstab im Sommer bei einem Stromertrag ab 1.000 Watt anspringen und im Winter kann die Schwelle auf 200 W reduziert werden.
- Geregelt: Bei geregelten Heizstäben gibt es stufenlose und nicht stufenlose Varianten. Ein in Stufen geregelter Heizstab springt in Schritten zur jeweiligen verfügbaren Strommenge an. Ist er zum Beispiel in 500 W Schritten geregelt, würde er nicht bei einer Leistung von 450 W anspringen und bei einer verfügbaren Strommenge von 900 W würde er trotzdem nur mit 500 W Leistung arbeiten, da die nächste Stufe erst bei 1.000 W ist. Ein stufenloser Heizstab dagegen arbeitet mit der Strommenge, die ihm zur Verfügung steht. Das bedeutet, er springt auch dann an, wenn der Strom geringer als seine Gesamtleistung ist. Hier ist die Kombination mit einem Energiemanager besonders sinnvoll, um möglichst viel Solarstrom selbst zu nutzen und den Verbrauch zu optimieren.
Wie viel kW sollte der Heizstab haben?
Kleinere Heizstäbe mit 2 bis 3 kW reichen aus, um einen Wasserspeicher von 200 bis 300 Liter zu betreiben. Ist ein größerer Wasserbedarf vorhanden, muss ein Modell mit höherer Leistung gewählt werden. Diese laufen jedoch nur mit 400 Volt und benötigen daher eine fachgerechte Installation von einem Elektriker.
Fazit
Die Verwendung eines Heizstabes zur Warmwassererzeugung lohnt sich nur in der Kombination mit einer Photovoltaikanlage. Will man den Heizstab mit Strom aus dem Netz betreiben, übersteigen die Stromkosten die Kosten anderer Heizträger deutlich. In Kombination mit einer PV-Anlage ist der Heizstab jedoch eine sinnvolle Kombination. Erstens Sie sparen Energiekosten, zweitens Strom und Warmwasser werden günstig und umweltfreundlich aufbereitet und drittens Sie nutzen ihren eigenen Solarstrom.