Heizen mit Photovoltaikstrom

 
"PV-Heiz" ist ein System für die Erwärmung von Brauch-, bzw. Heizungswasser durch Photovoltaikstrom. Eine Reihe von gut durchdachten Innovationen und deren konsequente Umsetzung machen die Verwendung von Photovoltaikstrom für die Warmwasseraufbereitung so wertvoll. Das neue System ist technisch einfach nachzurüsten.
Das Hauptargument ist bekannt: "Die Sonne schreibt keine Rechnung".
 
1. Das geniale Konzept

Der Wunsch nach einer Heizungsunterstützung durch Sonnenenergie besteht bereits seit langer Zeit. Bisher wurde das ausschließlich durch die sogenannte "Solarthermie" realisiert. Bei dieser Technik erhitzt die Sonne eine Spezialflüssigkeit auf dem Dach, die im Heizungsraum abgenommen und verwendet wird. Der Nachteil daran ist: Ist der Heizkessel im Sommer einmal warm, dann findet die Sonnenengerie, die während des restlichen Tages erzeugt wird, keinen Nutzen mehr.

Ein modernes Energiekonzept setzt auf Photovoltaikstrom und ein ausgeklügeltes Strommanagement. Sobald die Sonne (kostenlos) scheint, steht Photovoltaikstrom zur Verfügung und kann in verschiedenen Bereichen je nach Bedarf eingesetzt werden. Dazu gehören der Energieverbrauch (Waschmaschine), diverse Sonderverbraucher (z.B. Sauna), Heizung/Brauchwasser, Emobile (elektrische Autos oder Bikes) oder das angeschlossene Batteriesystem. Der übrige Photovoltaikstrom wird eingespeist, bzw. per EEG verkauft.

Das Konzept von PV-Heiz ist ebenso einfach wie genial:
Wenn die Sonne scheint, entsteht Photovoltaikstrom. Mit diesem wird ein 3-Liter-Wasserspeicher innerhalb etwa einer Minute auf 60° aufgeheizt. Im Anschluss werden die 3 Liter in den Puffspeicher der Heizung, bzw. des Brauchwassers abgepumpt. In weniger als einer Stunde werden somit über 100 Liter Wasser erhitzt. In wenigen Stunden kann der Kessel komplett aufgeheizt sein. Wird die Sonne zwischenzeitlich von Wolken verdeckt, dann pausiert die Heizung des 3-Literspeichers, bis die Sonne wieder erscheint.
Das Entscheidende ist jedoch, dass Brauch- oder Heizungswasser im oberen Bereich des Kessels abgenommen werden. Genau dort, wo das warme Wasser liegt. Somit steht sehr schnell brauchbares Warmwasser zur Verfügung.
Im Gegensatz zur Solarthermie spielt es bei diesem System keine Rolle, wenn der Speicher an einem heißen Sommertag bereits zur Mittagszeit vollständig aufgeheizt ist, denn das intelligente Strommanagement kennt auch andere Anwendungsbereiche für den verfügbaren Photovoltaikstrom.
Gerade in den Übergangszeiten im Frühjahr und Herbst kann PV-Heiz effizienter arbeiten als eine Solarthermie-Anlage. Eine Solarthermie-Anlage braucht Sonneneinstrahlung und vor allem Umgebungswärme, welche in den Überganszeiten weniger zur Verfügung steht. Eine Photovoltaikanlage hingegen funktioniert wesentlich besser, wenn die Sonne scheint und die Außentemperatur niedrig ist. Eine PV-Anlage bringt daher die höchste Effizienz im Frühjahr und Herbst bei kalten Temperaturen mit Sonneneinstrahlung. Gerade in diesen Zeiten ist Warmwasser für den Heizungsbereich gefragt.
 
Drei verschiedene Varianten von PV-Heiz haben unterschiedliche Aufgabenbereiche. Der wesentliche Unterschied ist schnell erklärt:
 
Eco:
Das System beinhaltet im Wesentlichen nur den Speicher mit Heizwendel und die entsprechende Pumpvorrichtung. Die Stromversorgung kommt direkt von den angeschlossenen PV-Modulen, so dass die Aufheizung direkt mit Gleichstrom erfolgt. Es sind keine Wechselrichter vorgesehen. Es wird keine überschüssige Energie in das Netz eingespeist. Es ist keine Genehmigung/Anmeldung beim Netzbetreiber notwendig. Die Anlage arbeitet autark.
 
Prestige:
Der 3-Liter-Speicher und die entsprechende Pumpvorrichtung stimmen im Wesentlichen mit denen des Eco-Systems überein. Der Heizwendel wird mit normalem Wechselstrom betrieben. Dazu ist ein Wechselrichter notwendig. Die angeschlossenen PV-Module produzieren Gleichstrom, der Wechselrichter wandelt diesen in Wechselstrom. Die überschüssige Energie kann jedoch anderweitig verwendet werden (Eigenverbrauch oder Einspeisung).
Was dem Prestige-System gänzlich fehlt, ist eine Steuerung, die bestimmt, wann und wie lange geheizt werden soll. Das System hat entsprechende Eingänge, die von einer passenden Steuerung angesprochen werden müssen.
Typischerweise übernehmen diese Steuerung Datenlogger, die genau feststellen, wann PV-Energie zur Verfügung steht.
 
Premium:
Das Premium-Speichersystem entspricht im dem Prestige-System, beinhaltet jedoch eine komplette Steuerungsplatine, die sich um das Strommanagement kümmert. Diese prüft anhand der Temperatur im Heizkessel, ob die PV-Anlage überschüssigen Strom liefern kann und mit welcher Priorität geheizt werden soll. Konkret befinden sich im 3-Liter-Speicher nicht nur ein Heizwendel, sondern mindestens 3 verschieden große Heizwendel mit verschiedenen Heizleistungen. Durch die geschickte Ansteuerung der verschiedenen Heizwendel können so verschiedene Heizleistungen generiert werden. Das Strommanagement berechnet dabei, wie Strom am sinnvollsten verwendet werden kann: für das Heizsystem oder doch besser für das Aufladen eines Elektroautos.
2. Solarthermie ⇔ PV-Heizsystem
 
Was macht PV-Heiz so attraktiv gegenüber Solarthermie?
Abb.1
Abbildung 1 (s. o.) stellt den typischen Temperaturverlauf in Deutschland dar. Monate wie April/Mai oder September/Oktober sind eher kalt und bieten nur niedrige Umgebungstemperaturen für eine Wasseraufbereitung mit Solarthermie.
 
 
Abb.2
Abbildung 2 zeigt die proportionale Sonneneinstrahlung in Deutschland, wie sie für eine Stromproduktion mit PV-Anlagen notwendig ist. Diese Kurve ist wesentlich ausgeglichener als in Abbildung 1.
Durch den Umstand, dass eine PV-Anlage auch bei kalten Temperaturen noch wirtschaftlicher arbeitet, kann es sogar sein, dass in einem April mehr Strom produziert wird (elektrische Arbeit in kWh) als im folgenden August.
So hat beispielsweise der April im Jahr 2010 im PLZ-Bereich 87XXX den Ertrag von 152 kWh/kWp erzielt, den kein anderer Monat in den darauffolgenden Jahren mehr erreicht hat (s.Tabelle Abb.3).
 
VergrößernAbb.3
Für Zoom bitte Tabelle anklicken.
 
Wie eingangs erwähnt, kann eine Solarthermie-Anlage nicht mehr als einen Puffer erwärmen. Hat sie dieses Ziel für einen Sommertag erreicht, erfüllt sie für den Rest des Tages keine Funktion mehr.
 
Anders ist dies bei einem auf Photovoltaik basierenden Heizsystem. Es ist im Sommer nicht immer notwendig, den Puffer komplett zu erwärmen. Möglicherweise entscheidet sich der Kunde, bzw. das integrierte Strommanagement stattdessen für eine andere Verwendung des PV-Stroms, wie beispielsweise die Aufladung der Hausbatterie, die Versorgung des Elektroautos oder die Erwärmung der eigenen Sauna. Oder für das Elektroauto/ die Sauna des Nachbarn. Oder für den Geldbeutel des Hausbesitzers (EEG).
 
Preislich liegen PV-Heiz und Solarthermie in etwa gleich auf. Während die Anschaffungskosten bei Solarthermie etwas niedriger sind, punktet PV-Heiz deutlich mit den geringeren Montagekosten.
 
Die wesentlichen Vorteile von PV-Heiz im Überblick:
- bessere Nutzung der Sonnenenergie
- bessere Verwendungsmöglichkeit der erzeugten Energie
- einfachere und sichere Montage
- keinen Rohrleitungen - kein Wärmeverlust
- keine Rohrdämmung auf dem Dach notwendig
- keine Solarflüssigkeit notwendig
- keine Überhitzung der Kollektoren
- kleineres Puffervolumen ausreichend
- jederzeit wieder einschaltbar
- effizientere Heizleistung bei geringerer Außentemperatur
- PV-Module reagieren auch auf Tageslicht
- längere Lebensdauer
3. PV-Heiz "Eco"

Was ist PV-Heiz ECO line?

- die beste Alternative zur thermischen Solaranlage.
- die einfachste Nachrüstung für jede Heizungs- und Brauchwasseranlage.
- bis zu 100% Wirkungsgrad bei der Umwandlung von Strom in Wärme.
- direkte Wärmeerzeugung aus Sonneneinstrahlung.
- Stromproduktion der PV-Anlage kann für den Eigenbedarf genutzt werden.
- mehr Unabhängigkeit von Öl-, Gas- und Stromlieferanten.

Was sind die Vorteile von PV-Heiz ECO line?

- preisgünstige und leistungsstarke Alternative zur Solarthermie.
- einfache, saubere und schnelle Montage.
- keine Leistungsverluste.
- keine aufwendigen Rohrleitungen.
- kein Wechselrichter nötig.
- keine EVU-Anmeldung.
- lange Lebensdauer - bis zu 25 Jahre.
- hohe Betriebssicherheit.
- geringer Wartungsaufwand.
 
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Wie funktioniert PV-Heiz ECO line?

Der durch die Photovoltaik erzeugte Gleichstrom wird direkt (ohne Wechselrichter) mittels Elektroheizstab in warmes Wasser umgewandelt. Über einen Thermostat wird der Wasserinhalt (ca. 3 Liter) auf eine einstellbare Temperatur (z.B. 50°C bis 95°C) erhitzt. Das erwärmte Wasser wird von einer Hocheffizienzpumpe zum Verbraucher geleitet oder zum Beladen eines Puffer- oder Brauchwasserspeichers verwendet.

Die wichtigsten Komponenten

Die hochwertigen Photovoltaik-Module, das elektrische Heizelement sowie die Gesamtsteuerung sind für die Heizungs- oder Warmwassererzeugung verantwortlich. Mit dem Strom der Photovoltaikanlage wird das Heizelement erhitzt und damit das Wasser im Heizungssystem erwärmt. Die erzeugte Wärme steht mit frei wählbarer Temperatur zur Verwendung bereit.

Ihr Nutzen

- Eigenstrom nutzen - unabhängig von steigenden Energiekosten!
- Als Beitrag zur Umwelt - ressourcenschonende Speicherung von Wärme!
 

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4. PV-Heiz "Prestige"

Was ist PV-Heiz PRESTIGE?

- vorrangige Nutzung des PV-Stroms für den Eigenbedarf.
- zusätzliche Nutzung des PV-Stroms für Warmwasser und Heizung.
- beste Alternative zur thermischen Solaranlage.
- bis zu 100% Wirkungsgrad bei der Umwandlung von Strom in Wärme.
- direkte Wärme- und Stromerzeugung aus Sonneneinstrahlung.
- mehr Unabhängigkeit von Öl-, Gas- und Stromlieferanten.

Was sind die Vorteile von PV-Heiz PRESTIGE?

- vorrangige Eigenstromnutzung wird nach Bedarf optimal geregelt.
- preisgünstige und leistungsstarke Alternative zur Solarthermie.
- einfache, saubere und schnelle Montage.
- keine Leistungsverluste.
- keine aufwendigen Rohrleitungen.
- lange Lebensdauer - bis zu 25 Jahre.
- hohe Betriebssicherheit.
- geringer Wartungsaufwand.
 
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Wie funktioniert PV-Heiz PRESTIGE?

Der durch die Photovoltaik erzeugte Gleichstrom wird über den Wechselrichter in netzüblichen Drehstrom 230/400V umgewandelt. Die Wärmeproduktion erfolgt mittels Elektroheizstab mit bis zu sechs Leistungsstufen von 1 bis 6 kW oder 9 kW. Hierdurch kann die Heizungsanlage erheblich durch die Photovoltaikanlage unterstützt werden. Ein Daten-Management (bauseits vorhanden) erfasst die Einspeiseleistungen um die bestmögliche Eigenstromnutzung zu erzielen.

Die wichtigsten Komponenten

Die hochwertigen PV-Module, das elektrische Heizelement sowie die Gesamtsteuerung sind für die Heizungs-, Warmwasser- und Stromerzeugung verantwortlich. Mit dem Eigenstrom wird das Heizelement erhitzt und damit das Wasser im Heizungssystem erwärmt. Die erzeugte Wärme steht mit frei wählbaren Temperaturen zur Verwendung bereit. Überschüssiger PV-Strom wird ins Netz eingespeist.

Ihr Nutzen

- Eigenstrom nutzen - unabhängig von steigenden Energiekosten!
- Als Beitrag zur Umwelt - ressourcenschonende Speicherung von Wärme!
 
 

 

5. PV-Heiz "Premium"

Was ist PV-Heiz PREMIUM?

- vorrangige Nutzung des PV-Stroms für den Eigenbedarf.
- zusätzliche Nutzung des PV-Stroms für Warmwasser und Heizung.
- beste Alternative zur thermischen Solaranlage.
- bis zu 100% Wirkungsgrad bei der Umwandlung von Strom in Wärme.
- direkte Wärme- und Stromerzeugung aus Sonneneinstrahlung.

Was sind die Vorteile von PV-Heiz PREMIUM?

- vorrangige Eigenstromnutzung wird nach Bedarf optimal geregelt.
- preisgünstige und leistungsstarke Alternative zur Solarthermie.
- einfache, saubere und schnelle Montage.
- keine Leistungsverluste.
- keine aufwendigen Rohrleitungen.
- lange Lebensdauer - bis zu 25 Jahre.
- hohe Betriebssicherheit.
- geringer Wartungsaufwand.
 
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Wie funktioniert PV-Heiz PREMIUM?

Der durch die Photovoltaik erzeugte Gleichstrom wird über den Wechselrichter in netzüblichen Drehstrom 230/400 V umgewandelt. Die Wärmeproduktion erfolgt über einen kaskadierbaren Elektroheizstab mit sechs Leistungsstufen von 1 bis 6 kW oder 9 kW. Hierdurch kann die Heizungsanlage erheblich durch die Photovoltaikanlage unterstützt werden. Das integrierte "Power Control System" erfasst die Einspeiseleistung sowie den Energiebedarf und schaltet die Leistungsstufen dementsprechend, um die bestmögliche Eigenstromnutzung zu erzielen.

Die wichtigsten Komponenten

Die hochwertigen PV-Module, das elektrische Heizelement sowie die Gesamtsteuerung sind für die Heizungs-, Warmwasser- und Stromerzeugung verantwortlich. Mit dem Eigenstrom wird das Heizelement erhitzt und damit das Wasser im Heizungssystem erwärmt. Die erzeugte Wärme steht mit frei wählbaren Temperaturen zur Verwendung bereit. Überschüssiger PV-Strom wird ins Netz eingespeist.

Ihr Nutzen

- Eigenstrom nutzen - unabhängig von steigenden Energiekosten!
- Als Beitrag zur Umwelt - ressourcenschonende Speicherung von Wärme!
 
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