Heizen mit Photovoltaikstrom - Chancen für das SHK-Handwerk durch eine noch junge Art der Nutzung von selbst erzeugtem PV-Strom im Haus?

Direkte Einspeisung

Bei den nun zur serienreife gebrachten PV-Heizsystemen der Firma Rennergy ist die wichtigste Komponente neben der Photovoltaikanlage das Heizsystem. Es arbeitet nach folgendem Prinzip: Mit der Energie, die eine PV-Anlage mit 6 kWp bereitstellt, wird Wasser in einem Heizregister mit einem Fassungsvermögen von 2 - 3 l in ca. 1 - 2 Minuten von 60°C auf 90°C erhitzt. Unterschieden wird dabei zwischen einem Modul für die Heizung (HZ) und einem Modul für die Trinkwassererwärmung (WZ). Das Modul HZ erhitzt Heizwasser mit einer Rücklauftemperatur von 40°C auf 70°C, bevor es über eine Pumpe wieder in den Heizkreislauf eingespeist wird. Das Modul WW erwärmt dagegen Wasser mit einer Eintrittstemperatur von 10°C auf 50°C. Auch hier speist eine Pumpe das erhitzte Wasser direkt in das Brauchwassersys­tem ein. Bei einer Temperaturdifferenz von 30K beläuft sich der Energiebedarf der Module jeweils auf 5 kW.

Rennergy bietet unterschiedliche Varianten der PV-Heizsysteme an. So gibt es jeweils ein System zur reinen Trinkwassererwärmung, zur Trinkwassererwärmung und Heizungsunterstützung sowie Heizsysteme mit erweiterten Regelfunktionen. Hinzu kommen Optionen wie Eigenstromnutzung und die Möglichkeit, überschüssigen Strom in das Netz einzuspeisen.

Für die reine Trinkwassererwärmung und Heizungsunterstützung ist es möglich, in Reihe geschaltete PV-Module ohne Wechselrichter direkt an einen speziellen Gleichstromheizstab anzuschließen. Gleichstromschütze regulieren bei dieser Variante die Anlage. Um eine Überhitzung zu vermeiden, wird die Stromzufuhr deaktiviert, sobald die eingestellte Maximaltemperatur erreicht ist. Diese kann je nach Einstellbereich zwischen 40 und 95°C liegen. Für das System zur reinen Trinkwassererwärmung und Heizungsunterstützung ist eine Genehmigung durch den Stromversoger nicht erforderlich, da es keine Energie in das öffentliche Versorgungsnetz einspeist.

Soll der selbst erzeugte Sonnenstrom vorrangig den Eigenverbrauch decken und lediglich der Energieüberschuss für die Heizung verwendet werden, lässt sich das Heizsystem mit einer Regelung ausstatten. Sie schaltet Elektroverbraucher ab und wieder zu und optimiert auf diese Weise die Eigenstromnutzung und die Einspeisung überschüssiger Energie in das Stromnetz. Die Heizstäbe sind deshalb mit bis zu drei Eingängen ausgestattet und können einen Leistungsbereich von 1 - 9 kW abdecken. Damit die ununterbrochene Ener­gieversorgung zugeschalteter Elektrogeräte sichergestellt ist, lässt sich mithilfe der Regelung die Laufzeit von Geräten, z.B. Wasch- oder Spülmaschine, mit einem Freigabezeitraum von mindestens einer Minute bis maximal sechzehn Stunden vorab definieren.

Dabei ist das Heizsystem nahezu wartungsfrei. Die Arbeiten beschränken sich auf die Routinewartung der Pumpe und – je nach Wasserqualität – auf eventuelle Maßnahmen zur Entkalkung.

Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, den hauseigenen Energieverbrauch in Kombination mit einem mit Funkkontakten versehenen Lithium-Speicher des Unternehmens Sonnenbatterie zu regeln. Hier lassen sich Verbraucher bis zu 6 kW mittels Funksteckdose je nach eingestelltem Modus automatisch oder manuell zuschalten. Die Funkkommunikation erfolgt über den eigens für die Heimautomatisierung entwickelten und inzwischen weit verbreiteten Funkstandard Z-Wave. Der Speicher ist mit einer Installationsschublade ausgerüstet, in der bereits alle Anschlüsse vorbereitet sind. Eine Verdrahtung einzelner Komponenten ist somit nicht notwendig. Der sofort betriebsbereite Speicher lässt sich daher ohne großen Aufwand in das Hausnetz einbinden.

Feinstufige Matrix

Auch das Heizsystem von Sunblu kann Strom aus Erneuerbaren Energien nutzen. Die Anlage eignet sich für private und gewerbliche Objekte gleichermaßen, lässt sich an ein spezielles Heizelement anschließen und ist zudem wartungsfrei.

Eine Regelung prüft die Leistung des selbst erzeugten Stroms und gleicht sie mit dem aktuellen Verbrauch im Gebäude ab. Ist der hauseigene Energiebedarf abgedeckt, leitet die Regelung überschüssige Energie in ein Heizelement. Dieses Heiz­element, das in Kombination mit einer 15-kWp-PV-Anlage eine maximale Abgabeleistung von 13,5 kW erzielt, lässt sich auch ohne Pufferspeicher direkt an die Heizungsanlage anschließen. Ist ein Puffer- oder Brauchwasserspeicher vorhanden, ist auch der Anschluss mit einer separaten Umwälzpumpe parallel zur Heizungsanlage möglich. Die erhöhte Rücklauftemperatur reduziert dabei die Betriebszeit der Gebäudeheizung bis hin zur Vollversorgung. Für Anlagen mit einer installierten Generatorleistung unter 15 kWp bietet der Hersteller eine sogenannte S-Version mit einer Leistung von bis zu 6,5 kW an.

Um den Wirkungsgrad der Wärmeerzeugung zu erhöhen, regelt das System mittels einer feinstufigen Matrix das zugehörige Heizelement. Damit lassen sich Schwankungen während der Energieerzeugung abfangen, wie beispielsweise eine hohe Energieproduktion während der Mittagszeit. Dabei erhitzt das Gerät bei einer Auslastung mit 13,5 kW einen Pufferspeicher von 600 - 800 l innerhalb einer Stunde um 15°C. Ein Display informiert über die Stromerzeugung und über den Energieverbrauch. Optional lassen sich alle Daten und Temperaturen über einen Webserver visualisieren.

Direkte Trinkwassererwärmung

Auch Refusol hat mit dem PV-Heater ein Konzept zur Trinkwassererwärmung mit Solarstrom entwickelt. Hier wird die mit der PV-Anlage erzeugte Energie mit einem elektrischen Wirkungsgrad von mehr als 99% zur Trinkwassererwärmung umgesetzt. Der von der PV-Anlage erzeugte Gleichstrom wird dazu ohne Umweg über einen Wechselrichter direkt in ein Heiz­element eingespeist und in Nutzwärme umgewandelt.

Das Heizsystem ist auf die Trinkwassererwärmung eines durchschnittlichen 2- bis 6-Personenhaushalts im Sommerhalbjahr ausgelegt. Neben dem Gerät selbst, das sich aus einem Heizelement und einer Regelung zusammensetzt, werden drei bis neun PV-Module benötigt. Drei in das Gerät integrierte MPP-Tracker erlauben ein flexibles Anbringen der PV-Module auf dem Dach, der Garage oder an der Fassade. So ist es möglich, auch die Bereiche zu nutzen, die für eine herkömmliche PV-Anlage bisher nicht wirtschaftlich waren.

Die Verschaltung der Module erfolgt auf Niedervoltebene (< 50 V). Dabei sind weder Installationsschächte für Rohre oder Pumpengruppen erforderlich, noch ist es notwendig, Rohre zu dämmen. Ist am Heizkessel ein 11/2“-Anschluss vorhanden, lässt sich das System nachrüsten.

Angepasste Wärme

Einen anderen Weg zur direkten Nutzung Erneuerbarer Energien beschreitet Ensama mit der Infrarot-Heizpaneele (IR-Paneele). Das System eignet sich sowohl für den privaten als auch für den gewerblichen Bereich. Das schließt Neubauten ebenso ein wie Bestandsbauten und Gebäude mit sehr hohen Räumen.

Die IR-Heizpaneele geben eine langwellige Infrarot-Strahlung ab, die auch als biogenetisches Infrarotlicht bezeichnet wird. Sie erwärmt damit Wände, Decken und Böden. Infrarotlicht wirkt sich nachweisbar positiv auf den menschlichen Organismus aus. Aber auch die Gebäude profitieren von den Heizpaneelen. Die Infrarotstrahlen verhindern durch die Erwärmung des Mauerwerks eine Kondensation und somit die Bildung von Schimmel, da Wände und Fußboden eine höhere Temperatur als die vorhandene Raumtemperatur erreichen.

Das IR-Heizpaneel besteht aus 4 mm starkem Sicherheitsglas, das mit einer bis zu 100 um dicken, halbleitenden Beschichtung sowie zwei in das Trägermaterial fusionierten Elektroden versehen ist. Die Infrarot-Strahlung entsteht durch stimulierte Emission. Die Halbleiter werden dazu mit einer Spannung von 230 Volt, 50 Hz, aktiviert. Ein durch den Wechselstrom erzeugtes magnetisches Feld bringt die in der Beschichtung enthaltenen Metallpartikel in Schwingung. Das Paneel erwärmt sich und beginnt eine langwellige Infrarot-Strahlung abzugeben.

Die relative Luftfeuchtigkeit bleibt dabei unverändert. Während herkömmliche Heizsysteme kalte Luft erhitzen, diese in ständiger Zirkulation halten und somit auch Staub aufwirbeln, sorgt das IR-Paneel für ein stabiles Raumklima. Dabei beträgt der Temperaturunterschied zwischen Decke und Boden maximal 2K. Über ein Modul ist es möglich, bis zu sechs Zonen innerhalb eines Raumes zu beheizen. Da sich die einzelnen Zonen separat überwachen und regeln lassen, können dort bei Bedarf auch unterschiedliche Temperaturen erzielt werden. Die entsprechenden Einstellungen erfolgen über ein Thermostat-Modul.

Fazit

Die Kombination einer PV-Anlage mit einem Heizsystem ist eine Option, um selbst erzeugten Solarstrom direkt zu nutzen. Dabei kann die Montage der vorgestellten Systeme unkompliziert und schnell – auch nachträglich – erfolgen. Eine Teilnahme an den angebotenen Schulungen empfehlen die Hersteller den Heizungstechnikern dennoch.

Autorin: Carola Tesche, freie Journalistin

www.rennergy.de
www.ensama.de
www.refusol.de