PV-System und Heizstab – Aufbauarten

29. April 2022

ÜBERSICHT Aufbauarten PV-Anlagen mit Heizstab

Nachdem man öfter nach den möglichen Aufbauarten für Heizstäbe gefragt hat, die man mit PV-Systemen kombinieren kann – hier ein Video und das Ganze auch als Text dazu:

Info: Dabei handelt es sich um meine eigene Meinung und dient als erste Hilfestellung – Fachpersonal kann eigene Ansichten und Wege haben.

Übersicht der Aufbauarten

  • Direkt: Gleichstrom Heizstab
  • Indirekt: Heizstab mit Strommessgerät
  • Indirekt: Überschussstrom per Wechselrichter
  • Indirekt: Überschussstrom per Strom-Management-System
Aufbauarten als Überblick

Direkt: Gleichstrom Heizstab

Das einfachste System ist der direkte Weg vom Dach in den Warmwasserspeicher. Hier hat man einen Gleichstrom Heizstab, der direkt mit einer Photovoltaikanlage verbunden ist. Dabei muss die Anlage möglichst genau an die Anforderungen des Heizstabs ausgelegt werden, was maximalen Strom, Spannung, und somit Leistung angeht. Beispiel ELWA: max. 10 Ampere, 1 Strang mit 100-360 Volt und 2000 Watt.

Vorteile bei dem System sind sicherlich die Einfachheit des Gesamtsystems – immerhin braucht es bis auf die PV Anlage und den Heizstab eigentlich nichts – Sicherheitssysteme dazwischen ausgenommen – also Überspannungsschutz und Trennschalter als Beispiel.

Vorteile:

  • Günstigstes System (gesehen ab 2.500 € mit Paneele & Montageteile, ohne Installation)
  • Sehr einfach aufgebaut
  • Nachrüstbar
  • Schichtspeicher mit zwei Heizstäbe möglich (je nach Hersteller)
  • Zwei Pufferspeicher per Schichtspeicherfunktion laden

Nachteile:

  • Unflexibel – System schaltet ab bei Wunschtemperatur
  • Kein Überschussstrom nutzbar

Somit ist das vor allem ein System wenn man günstig Warmwasser erzeugen möchte, oder die Heizung unterstützen. Da man im Winter aber sowieso weniger Ertrag hat, empfiehlt sich natürlich eine ganzjährige Warmwassererzeugung – aus Erfahrung kann man fast 9 Monate im Jahr damit Warmwasser bereiten.

Beispielertrag von Gleichstrom Heizstab ELWA an vier Standorten in Europa

Verbraucht man also sowieso jeden Tag einiges an Warmwasser, dann braucht man auch nicht auf den Überschussstrom achten. Man deckt damit also eine Grundlast von im Schnitt 4-6 kWh am Tag.

Indirekt – Überschlussstrom mit Strommessgerät

Für die Nutzung von Überschlussstrom braucht man eine PV Anlage die groß genug ist, damit auch Überschlussstrom entsteht. Ein Heizstab sollte schon mit 1000 bis 3000 Watt betrieben werden, damit man was davon hat. Ein Paneel am Balkon als Beispiel, wird das nicht erreichen können.

Das System selbst besteht aus einem Heizstab und einem Strommessgerät. Der Heizstab ist dabei direkt an eine Steckdose angeschlossen, das Strommessgerät befindet sich im Stromkasten, gleich nach dem Strommesser des Energieanbieters.

Liefert die PV Anlage nun mehr Strom als vom Haushalt genutzt, kommuniziert das Strommessgerät mit dem Heizstab und sagt ihm auch, wieviel er verwenden darf. Manche Systeme sind hier stufenlos, manche machen 500 Watt Schritte wie der Heizstab geschaltet wird.

Das hat klar den Vorteil, dass man einerseits den aktuellen Strombedarf im Haushalt abdeckt, andererseits aber auch den Überschlussstrom nicht billig ins Netz einspeist, sondern so gut wie möglich selbst nutzen kann und Warmwasser damit macht.

Ist das Wasser aufgewärmt, wird auch wieder in das Netz eingespeist. Somit steigert man die Effizienz und den eigenen Mehrwert des PV Systems merklich.

Vorteile:

  • Günstiges System (ab 1000 € ohne PV-System, ohne Installation)
  • Einfach aufgebaut
  • Nachrüstbar
  • Vom aktuellen PV-System unabhängig
  • Überschussstrom nutzen und dann wieder Einspeisen

Nachteile:

  • Es muss Überschussstrom erzeugt werden
  • Abhängig vom erzeugten Überschuss
  • Mehr Anschaffungskosten als Gleichstrom Heizstab
  • Montage Messgerät im Stromkasten notwendig
  • Datenleitung vom Messgerät zum Heizstab notwendig

Der geringe Mehraufwand dürfte sich aber finanziell schnell ausgleichen, weil das gesamte PV System damit gleich besser ausgenutzt wird. Spricht man verbraucht den gewonnenen Strom erstmal im Haus und macht aus dem Rest Warmwasser.

Wieviel man damit erzeugt hängt natürlich von der PV Anlage, dem Stromverbrauch im Haus und somit vom erzeugen Überschussstrom ab, kann sich aber schon bei Anlagen ab 2,5 kWp auszahlen, weil über Tags in Haushalten oft wenig Strom verwendet wird, aber die Sonne da am kräftigsten scheint. Man Puffert also die Energie.

Indirekt – Überschlussstrom aus dem Wechselrichter

Heute gibt es bereits einige Wechselrichter mit entsprechenden Strommessgeräten, die Überschlussstrom erkennen und managen können. Mache bieten sogar direkt auch Heizstäbe an, die mit dem System zusammenarbeiten und man somit den Überschlussstrom effektiv nutzen kann.

Dabei wird meist ein digitales Signal geschaltet, das man eben dazu verwenden kann, Verbraucher bei genügen Überschlussstrom zu aktivieren. Dabei ist es bei allgemeinen Systemen egal was man schaltet – man könnte auch andere größere Verbraucher damit aktivieren. Sei es die Poolpumpe oder das Ladegerät des Elektroauto. Viele Systeme schalten einfach eine „Smart Home“ Steckdose, die gibt es oft schon mit Funk und WLAN. Hier allerdings aufpassen, dass man auch starke Verbraucher schalten kann – also bei einer Phase auch 16A bzw. 3680 Watt. Andere Systeme gehen über ein Bus System, wie Modbus.

Vorteile:

  • Bei Neuinstallation sowieso notwendig
  • Viele weitere Möglichkeiten – Akku/Notstromversorgung
  • Überschuss nutzen
  • Fertige Systeme mit Heizstab aus einer Hand verfügbar
  • Meist Auswertungen und Apps verfügbar
  • Für Bastler

Nachteile:

  • Teuer im Vergleich
  • Komplex in Installation (Fachpersonal!)
  • Komplex auch in Bedienung
  • Viele Teile, schlägt womöglich auf Wartung und Reparatur
  • Datenleitungen zu Schaltstellen (Steckdosen) notwendig, manche gehen auch über Funk/WLAN

Nach oben gibt es wie oft kaum Grenzen, mit solch einem System ist man eben auch sehr flexibel.

Persönlich würde ich auch absehen Systeme zu planen die zuerst einen Akku aufladen und den Strom aus dem Akku, dann wiederum für den Heizstab verwenden. Das führt zu einer unnötigen Belastung des selben – man nutzt ihn also schneller ab. Aktuell haben die Akkus zuhause meist um die 5-15 kWh und der Heizstab würde je nach Haushalt auch um die 5-10 benötigen. Da hat man dann kaum noch Strom für das Hausnetz, vor allem wenn man auch noch auf Notstromversorgung mit 20 % Restmenge zählt.

Man kann den Akku gerne priorisieren um ihn zuerst aufzuladen, das Warmwasser aber nur aus weiteren Überschlussstrom erzeugen. Man könnte auf dem Weg noch mehr Strom selbst verwenden, doch der Akku altert entsprechend schneller. Besser mehr Überschuss erzeugen und den Strom managen.

Indirekt – Überschlussstrom aus Management Systemen

Mittlerweile gibt es einige Strom-Management-Systeme von etlichen Firmen am Markt.

Was so ein System macht: Auch nichts anderes als Strom messen, schauen wieviel Überschuss man hat, und dann eingestellte Routinen abfahren. So kann man Überschussstrom steuern.

Als Beispiel:

Hat man 500 Watt Überschuss, dann schaltet man ein Infrarotpanel mit 500 Watt ein. Hat man 1000 Watt Überschuss, dann aktiviert man den Strom-Warmwasserboiler. 1500 Watt Überschuss aktiviert beides usw. Also im Grunde ist es ähnlich wie wenn man das mit einem Wechselrichter macht der diese Funktion hat, doch sind die Geräte auch im Nachhinein einbaubar.

Vorteil ist also dass man unabhängig vom aktuellen System das eigene PV System um einiges smarter machen kann. Also egal welcher Wechselrichter – oder auch viele Mikowechselrichter – Hauptsache man produziert Überschlussstrom. Somit kann man auch alte Systeme mit einem Schlag viel besser ausnutzen und statt Strom einzuspeisen, ihn selbst besser effizienter verwenden. Vergleichbar also mit dem Heizstab mit Strommessgerät, nur mit mehr Möglichkeiten.

Vorteile:

  • Unabhängig von PV-Anlage
  • Überschuss nutzen
  • Mehr Möglichkeiten Überschuss zu nutzen
  • Fertige Systeme mit Heizstab aus einer Hand verfügbar
  • Meist Auswertungen und Apps verfügbar
  • Für Bastler

Nachteile:

  • Teuer im Vergleich
  • Komplex in Installation (Fachpersonal!)
  • Komplex auch in Bedienung
  • Viele Teile, schlägt womöglich auf Wartung und Reparatur
  • Datenleitungen zu Schaltstellen (Steckdosen) notwendig, manche gehen auch über Funk/WLAN

Somit kann man alte PV Anlagen plötzlich clever machen – wenn das Rundherum auch dazu passt. Ein Pufferspeicher und ein Heizstab können aber schon reichen. Es bietet sich aber natürlich an auch weitere Geräte einzubinden und nach Stromüberschuss zu schalten. Hier eben Poolpumpen, Autoladestationen, Wärmepumpen, oder auch Lüftungsanlagen usw. mitbedenken.

Allgemeines zum Thema

Wichtig ist im ersten Schritt immer:

Die Planung

  • Was habe ich bereits?
  • Was brauche ich?
  • Was möchte ich?
  • Und was darf es kosten?

Damit kann man selbst Grenzen abstecken und sich Ziele setzen. Wenn man nur so billig wie möglich Warmwasser erzeugen möchte, dann braucht man wohl auch keinen Wechselrichter mit 1000 Funktionen, oder Management Systeme. Ist man Bastler und möchte viele Möglichkeiten, dann ist das aber womöglich genau das Richtige.

Für vorhandene Systeme ist sicherlich die Variante mit Strommessgerät anzuraten, ganz neue Systeme greifen wohl zur Wechselrichter Variante. Hat man viel Wärmebedarf das ganze Jahr hindurch, dann reicht auch der Gleichstromheizstab in der günstigsten Variante. Vor allem in Haushalten mit vielen Personen oder Mehrparteienhäuser bieten sich hier an.

Sicherheit geht vor. Gesundheitlich und Finanziell.

Immer auf lange Garantiezeiten achten und bitte keine Billigkomponenten anschaffen. Die meisten Geräte führen Strom und müssen lange durchhalten, damit sie sich auszahlen. Unsicher gebaute Anlagen und Billigkomponenten gefährden Menschenleben.

Damit auch auf Fachpersonal zählen – es gibt aber genug begleitende Arbeiten die man erledigen kann, um die Kosten etwas zu drücken. Also mit dem Fachpersonal abstimmen, dann kann man oft schon Löcher vorbohren, Geräte montieren und Material beschaffen.