Allein 2024 werden es über 44.000 Photovoltaikanlagen mit einer Leistung unter 30 Kilowatt (kW) sein, die aus der EEG-Förderung ausscheiden. Betreiber haben im Grunde vier Optionen zur weiteren Betriebsweise zur Auswahl. Die ersten Optionen wären Volleinspeisung, Direktvermarktung und Repowering. Die vierte Option sieht den Fokus auf Eigenverbrauch vor. Je höher der Eigenverbrauch, desto ökonomischer ist eine Ü20-PV-Anlage im Betrieb, die nach mehr über 20 Jahren aus der EEG-Vergütung fällt. Auch technisch ist es sinnvoll, die Ökoenergie im höchstmöglichen Maß noch unmittelbar am Ort ihrer Erzeugung zu nutzen. So entlastet man auch die Netze, und die Unabhängigkeit von externen Versorgern steigt.
Unmittelbar und ohne Zusatzinvestition kann mehr Solarstrom durch die Anpassung des eigenen Benutzerverhaltens genutzt werden. Ohne eine technischen Automatisierung kann dies jedoch nur auf bewussten Handlungsentscheidungen basieren, zum Beispiel mittags den Wäschetrockner einzuschalten. Dabei ist das Verbesserungspotenzial im Normalfall aber eher überschaubar. Technische Lösungen zur Verbesserung des Eigenverbrauchs sind die Installation eines stationären Batteriespeichers, einer Wärmepumpe, der Umstieg auf Elektromobilität, oder – im Idealfall – eine Kombination dieser Varianten. Nur sind die entsprechenden Investitionen vergleichsweise hoch. Was also ist eine günstige Alternative, die zu einer hohen Eigenverbrauchsquote führt?
Eine Variante der Sektorkopplung
Die Antwort auf diese Frage ist eine weitere, eine sechste Option. Sie ist gemeinhin unter dem englischen Ausdruck Power-to-Heat bekannt, was eine Variante der Sektorkopplung darstellt. Andere Bezeichnungen lauten solarelektrische Wärmeerzeugung oder schlicht Photovoltaikwärme, kurz PV-Wärme. Worum geht es dabei?
Nach der Umstellung der Anlage steht der Solarstrom natürlich vorrangig den normalen Haushaltsverbrauchern zur Verfügung. In einem Einfamilienhaus mit einer Acht-kW-PV-Anlage kann aber nur etwa ein Fünftel der PV-Erträge unmittelbar durch die Geräte und die Beleuchtung genutzt werden. Der Rest des Solarstroms würde ohne technische Eigenverbrauchslösungen in das Stromnetz rückgespeist, weil Bedarf im Haus und Solarstromproduktion zeitlich divergieren. Es steht somit ein immenses Überschusspotenzial für andere Anwendungen zur Verfügung. Die Installation eines Batteriespeichers verbessert diese Situation zwar deutlich auf fast 50 Prozent, man hat dabei aber einen sehr wesentlichen Investitionsschritt vorzunehmen und die Speicherkapazitäten in Batterien sind an einem sonnigen Frühlingstag oft schon im Laufe des späten Vormittags ausgeschöpft. Alternativ – oder ergänzend – zu einem Batteriespeicher bietet sich die Möglichkeit an, mit dem PV-Überschuss die Warmwasserbereitung per stufenlos geregeltem Heizstab vorzunehmen oder die Warmwasserbereitung zumindest zu unterstützen. Die Speicherkapazitäten für Wärme sind in der Regel ohnedies bereits vorhanden, denn Warmwasserboiler oder sogar Heizungspufferspeicher sind nun mal notwendig, um den Komfortbedarf in einem Wohngebäude zu gewährleisten. Technisch braucht es dann nur noch eine vergleichsweise günstige Lösung, um diese Kapazitäten nutzbar zu machen. Bei einem PV-Heizstab wird die Wärmeabgabeleistung schnell und präzise moduliert und dadurch permanent der jeweiligen Überschusssituation angepasst. Darüber hinaus kann in Wärmespeicher deutlich mehr Energie untergebracht werden als in eine Batterie, denn typische stationäre Batterien in Einfamilienhäusern weisen eine Kapazität von fünf bis zehn Kilowattstunden (kWh) auf. Erwärmt man hingegen den Inhalt eines 300-Liter-Warmwasserboilers um 45 Grad Celsius, so können dabei über 15 kWh untergebracht werden. Damit einher geht eine weitaus stärkere Steigerung der Eigenverbrauchsquote des Solarstroms. Anstelle von 20 Prozent beträgt diese nun fast 70 Prozent.
Bild: volker-quaschning.de
Dabei ist es aber so, dass die Photovoltaikwärmeanwendung keineswegs mit stationären Batteriespeichern konkurrieren muss. Heutzutage gibt es in beiden Segmenten Hersteller, die sich der Systemoffenheit verschrieben haben. Wenn also die Komponenten aufeinander abgestimmt sind, so ist auch die Kombination beider Speicherformen möglich und eine Steigerung des Eigenverbrauchs auf sogar 80 Prozent umsetzbar. Vorrang bei der Speicherbeladung hat dabei aber stets die Batterie, denn ist der überschüssige Solarstrom erst mal zur Wärmeerzeugung verwendet worden, bekommt man aus einem Boiler keinen Strom mehr zurück. Die Physik lässt sich leider nicht umkehren und elektrische Energie ist physikalisch und wirtschaftlich betrachtet die höherwertige Energieform.
PV-Wärme sollte nicht mit Batteriesystemen konkurrieren. Zwar können derartige Geräte immer eine günstigere Alternative zu stationären Heimspeichern sein, trotzdem gibt es nun Hersteller in beiden Bereichen, deren Produkte sich kombinieren lassen.
Power-to-Heat ist die Zukunft
Das Revival der Elektroheizung hat die Fachwelt schon vor fast einem Jahrzehnt erkannt. Bereits im Juni 2015 veröffentlichte das Magazin Wirtschaftswoche eine entsprechende Prognose von Wissenschaftlern des Fraunhofer Instituts: „Power-to-Heat ist die Zukunft im Wärmemarkt“ Denn wenn Strom künftig nicht verstärkt in Wärme umgewandelt werde, könne die Energiewende sogar scheitern.
So wie Großkraftwerke vor Jahrzenten in der Nacht überflüssigen Strom produziert haben, ist es nun die Sonne, die bei gutem Wetter mehr als nötig liefert. In unseren Häusern bietet das nun die Möglichkeit, aus dem Warmwasserboiler, den Heizungspuffern und sogar den Bauteilmassen Tagspeicher zu machen. Die dazu nötigen Wärmeerzeuger gibt es praktisch schon ewig, mittlerweile ist auch ihre stufenlose Leistungsregelung hoch entwickelt und dank erschwinglicher Preise für jedermann leistbar.
Erst eine präzise, stufenlose Leistungsregelung macht einen elektrischen Wärmeerzeuger zu einem zeitgemäßen, photovoltaiktauglichen Wärmeerzeuger. Erst dadurch wird dieser PV-ready.
Foto: my-pv
