Photovoltaik mit Heizstab: So erzeugen Sie Warmwasser mit Solarstrom
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Stefano Fonseca ist Ingenieur für Energie und Umwelt mit über sechs Jahren Erfahrung in der technischen Gebäudeausrüstung (TGA). Er kombiniert technisches Fachwissen mit einer Leidenschaft für verständliche Kommunikation. Seit mehr als fünf Jahren schreibt er als freiberuflicher Redakteur über erneuerbare Energien und nachhaltiges Wohnen, insbesondere über Photovoltaik und Wärmepumpen.
Solarstrom für Warmwasser nutzen – geht das überhaupt ohne Wärmepumpe? Wer eine Photovoltaikanlage besitzt, kann mit einem einfachen Heizstab überschüssige Energie direkt in warmes Wasser umwandeln. In diesem Artikel erfahren Sie, wie das System funktioniert, was es kostet und wann es sich lohnt.
Was ist ein PV-Heizstab, und wie funktioniert er?
Ein PV-Heizstab ist ein elektrisches Heizelement, das Solarstrom aus einer Photovoltaikanlage zur Warmwasserbereitung nutzt. Der Heizstab sitzt direkt im Warmwasserspeicher oder Pufferspeicher und wird über eine Steuerung oder einen Energiemanager aktiviert, sobald überschüssiger PV-Strom verfügbar ist. So können Sie den Eigenverbrauch der PV-Anlage erhöhen.
Systemaufbau: So wird der Heizstab in die PV-Anlage integriert
Ein PV-Heizstab kann auf unterschiedliche Weise in eine Photovoltaikanlage integriert werden. Entscheidend ist, dass der überschüssige Solarstrom gezielt zur Warmwasserbereitung eingesetzt wird.
DC-System
Die einfachste, aber technisch anspruchsvollste Lösung ist der Direktanschluss an den PV-Generator (DC-System). Dabei wird der Heizstab direkt mit dem Gleichstrom der Solarmodule betrieben – ein Wechselrichter ist nicht erforderlich. Diese Variante spart Kosten und Umwandlungsverluste, setzt aber voraus, dass der Heizstab exakt zur Spannung der Solarmodule passt. In der Regel werden dafür spezielle DC-Heizstäbe mit einer Nennspannung von etwa 120 bis 350 Volt eingesetzt. Die Module speisen den Strom direkt in den Heizstab ein, der das Wasser direkt im Speicher erhitzt. Sicherheitskomponenten wie DC-Trennschalter und Überspannungsschutz sind dabei zwingend erforderlich, ebenso eine sorgfältige Auslegung.
AC-System
Eine weit verbreitete Alternative ist der Anschluss über das Wechselstromnetz. Hier wird der Solarstrom zunächst über einen Wechselrichter ins Hausnetz eingespeist. Der Heizstab wird dann, wie jedes andere elektrische Gerät, mit 230-Volt betrieben. Diese Lösung lässt sich einfach in bestehende PV-Anlagen integrieren und erlaubt die Nutzung von Netzstrom, wenn der PV-Ertrag nicht ausreicht. Der Heizstab wird in den Speicher eingebaut und über ein Relais oder eine Zeitschaltuhr geschaltet – die Regelung erfolgt oft manuell oder mit einfacher Technik.
Energiemanager
Die effizienteste und komfortabelste Lösung ist die Integration über einen Energiemanager oder eine smarte Heizstabsteuerung. In diesem Fall überwacht ein intelligentes System den Stromfluss im Haushalt und erkennt, wann die PV-Anlage mehr Strom produziert, als gerade verbraucht wird. Sobald ein Überschuss erkannt wird, aktiviert das System den Heizstab. So wird vermieden, dass Strom unnötig ins Netz eingespeist wird, und der Eigenverbrauch steigt deutlich. Diese Variante setzt neben einem passenden Heizstab und Speicher auch einen Energiemanager oder ein Smart-Home-System voraus, das mit dem Wechselrichter kommuniziert.
Alle drei Varianten erfordern grundlegende Komponenten wie eine PV-Anlage, einen Warmwasser- oder Pufferspeicher und einen geeigneten Heizstab. Die Unterschiede liegen in der Regelung, im Installationsaufwand und in der Flexibilität des Systems. Besonders bei bestehenden Anlagen ist die Nachrüstung mit Energiemanager die praktikabelste Lösung.
Was kostet ein PV-Heizstab?
Ein PV-Heizstab kostet insgesamt etwa 1.000 bis 1.500 Euro. Der Heizstab selbst liegt je nach Ausführung zwischen 200 und 600 Euro. Für eine smarte Steuerung oder einen Energiemanager fallen zusätzlich 300 bis 700 Euro an. Die Installation durch einen Fachbetrieb kostet meist 300 bis 500 Euro. Die genauen Kosten hängen vom vorhandenen Speicher, der PV-Anlage und der gewünschten Regelung ab.
Wann lohnt sich ein Heizstab mit Photovoltaik?
Ein Heizstab mit Photovoltaik lohnt sich, wenn regelmäßig überschüssiger Solarstrom zur Verfügung steht und dieser kostengünstig zur Warmwasserbereitung genutzt werden kann. Besonders sinnvoll ist der Einsatz bei bestehenden PV-Anlagen mit großem Warmwasserbedarf, etwa in Haushalten mit vier oder mehr Personen oder wenn ein Pufferspeicher vorhanden ist.
Der folgende Kostenvergleich zeigt, wie sich die Warmwasserbereitung mit Solarstrom gegenüber einer klassischen Gas-Brennwertheizung schlägt. Grundlage ist ein typisches Einfamilienhaus mit 4 Personen und einem jährlichen Warmwasserbedarf von rund 73.000 Litern.
Wer seinen PV-Überschuss sinnvoll nutzt, kann die Energiekosten für Warmwasser deutlich senken. In diesem Beispiel ca. 200 Euro im Jahr. Die Investition lohnt sich nach etwa 7 Jahren. Entscheidend ist, dass die PV-Anlage in den sonnenreichen Monaten mehr Strom produziert, als im Haushalt verbraucht wird – nur dann kann der Heizstab wirtschaftlich betrieben werden
Wie viel Photovoltaik braucht ein Heizstab?
Für die Warmwasserbereitung über Heizstab in einem ein Einfamilienhaus ist eine PV-Leistung von etwa 1,5 bis 3 kWp ausreichend. Pro Person im Haushalt sollten mindestens 0,4 bis 0,8 kWp Photovoltaikleistung eingeplant werden, damit genug Strom für die Warmwasserbereitung zur Verfügung steht.
Wie lange braucht ein Heizstab zur Warmwasserbereitung?
Ein Heizstab benötigt je nach Leistung und Wassermenge zwischen 1,5 und 3 Stunden, damit er Warmwasser erzeugt. Für 150 Liter Wasser von 10 °C auf 50 °C braucht ein 3-kW-Heizstab etwa 2,5 Stunden. Die genaue Dauer hängt vom Volumen, der Temperaturdifferenz und der Heizleistung ab.
Kann ich einen Heizstab nachrüsten?
Ein Heizstab lässt sich in den meisten Fällen problemlos nachrüsten. Voraussetzung ist ein vorhandener Warmwasserspeicher oder Pufferspeicher mit passender Einschrauböffnung. Auch die elektrische Anbindung an die Photovoltaikanlage oder das Hausnetz muss technisch möglich sein. Besonders einfach ist die Nachrüstung bei modernen Speichern mit Reserveanschluss.
Kann man den Heizstab direkt an die PV-Anlage anschließen?
Ein Heizstab kann direkt an die PV-Anlage angeschlossen werden, wenn ein passender DC-Heizstab verwendet wird. Dieser wird ohne Wechselrichter direkt mit dem Gleichstrom der PV-Module betrieben. Voraussetzung ist, dass Spannung und Leistung der Module zur Heizpatrone passen und geeignete Schutzmaßnahmen wie DC-Trennschalter vorhanden sind.