Elektroheizsysteme zur PV-Überschussverwertung & Eigenverbrauchsoptimierung

Heizenergie benötigt den Großteil an Energie für ein Gebäude (Anteil ca. 2/3). Aus diesem Grund eignen sich speziell Elektroheizsysteme zur effizienten Verwertung von PV-Überschüssen.
 
Die Gründe für eine Eigenverbrauchsoptimierung werden im Artikel „PV-Überschussverwertung und Eigenverbrauchsoptimierung“ erläutert.
 
Folgende Systeme werden nachstehend näher betrachtet:

• Infrarot-Heizpaneele
• Heizmatte Dualpower (Estrichheizung/Teilspeicherheizung)
• „Intelligenter“ PV-Heizstab 

 
Infrarotheizungen
Infrarot-Heizpaneele sind eine sehr einfache und auch unkompliziert nachzurüstende Möglichkeit, um PV-Überschüsse zu verwerten und den Eigenverbrauch zu optimieren.
 
Bei der Infrarotheizung handelt es sich um ein effizientes Heizsystem, welches raumweise geregelt wird. Dabei werden die sogenannten Infrarot-Paneele von den Raumtemperaturreglern ein- bzw. ausgeschalten. In den Paneelen sind ohmsche Widerstände verbaut, welche bei Bestromung die Front des Paneels von innen heraus aufheizen. Die spezielle Oberflächenbeschichtung mit hoher Emissivität lässt die Paneele, ähnlich einem Kachelofen, die Wärmewellen in den Raum hineinstrahlen.
 
Alles Wissenswerte rund um Infrarot-Heizpaneele finden Sie in unserer Expertenecke.
 
Wie funktioniert die Überschussverwertung?
Bei Auftreten eines bestimmten Überschusses meldet der Energiemanager ein Signal, welches von der Smart Home-Regelung aufgenommen und an einen Raumtemperaturregler weitergegeben wird. Der Temperaturregler erhöht die Solltemperatur in dem Raum auf einen vorher definierten Wert, die Paneele dieses Raumes schalten durch. Die Paneele bleiben so lange durchgeschalten, bis die erhöhte Raumtemperatur erreicht wird oder kein Überschuss mehr vorhanden ist (z.B. bei einer Wolke).
 
Speicherpotential
Infrarotwärmewellen haben die Eigenschaft, dass sie vorrangig die Oberflächen von Körpern, Gegenständen, Wände, Decken, Böden erwärmen und nur nachrangig zeitversetzt dies wiederrum an die Luft abgegeben wird.
Jeden Raum, in dem Infrarotpaneele montiert sind, kann man somit als Speicher nutzen. Die Räume können auf einen definierten Wert über die Standardtemperatur geheizt werden und brauchen in der Abkühlphase keine weitere Energie aus dem Netz zu beziehen.
 
Pro & Contra:

• Überheizung je Raum definierbar
• keine Verluste, da die Wärme direkt in den Raum abgegeben wird
• die Infrarotheizung kann gleichzeitig auch als effizientes Hauptheizsystem eingesetzt werden 

 

• Einteilung, welcher Raum bei welcher Überschussstufe wieviel überheizt wird, muss individuell durchdacht werden.
• weniger Speicherpotential und kleinere Zeitverschiebung der Wärmeabgabe als beispielsweise bei den Dualpower Estrichheizmatten 

 

Dualpower Estrichheizmatten
Dualpower Heizmatten sind eine effektive und effiziente Form, mit der man größere Mengen PV-Überschuss im Haus, genauer gesagt im Estrich, speichern kann.
 
Es handelt sich dabei um Heizmatten, die mit zwei Heizkreisen á 40 W/m² ausgestattet sind, um den Überschuss besser nutzen zu können. Die ersten 40 W werden zur Grundbeheizung des Gebäudes eingesetzt. Die zweiten 40 W werden bei Überschuss zugeschalten. Die Trägheit des Estrichs begünstigt, dass die darin abgegebene Energie zeitversetzt und langsam über mehrere Stunden an den Raum bzw. an die Raumluft abgegeben wird.
 
Alles Wissenswerte rund um die Dimensionierung und Verlegung der Dualpower Heizmatte finden Sie in unserem Technikhandbuch.
 
Wie funktioniert die Überschussverwertung?
Der Ablauf bei Überschuss ist ähnlich wie bei der vorgenannten Infrarotheizung:
Der Energiemanager meldet bei einem bestimmten Überschuss ein Signal, welches von der Smart Home-Regelung aufgenommen und an einen Raumregler weitergegeben wird. Der Raumtemperaturregler erhöht die Solltemperatur im Raum auf einen definierten Wert, die Matten dieses Raumes schalten durch. Gleichzeitig wird auch der zweite Kreis der Matten parallel zugeschalten. Dadurch kann in kurzer Zeit noch mehr Energie in den Estrich abgegeben werden. Die Matten bleiben so lange durchgeschalten, bis die erhöhte Temperatur erreicht wird oder kein Überschuss mehr vorhanden ist (z.B. bei einer Wolke).
Ein Fußbodenfühler überwacht außerdem parallel dazu die max. zulässige Bodentemperatur und schaltet den Regler ggf. ab.
 
Speicherpotential
Aufgrund der Dicke des Estrichs und der damit verbundenen Masse und Speicherfähigkeit ergibt sich ein sehr gutes Speicherpotential.

Beispiel:
Ein 7 cm dicker Estrich wiegt pro Quadratmeter etwa 150 kg. Darin lässt sich bei +5 Kelvin (C°) Erwärmung eine Energiemenge von 0,23 kWh/m² speichern. Hochgerechnet auf ein 120 m² großes Haus sind das in etwa 28 kWh. Die im Estrich gespeicherte Wärmemenge wird dann in Folge über Nacht an den Raum abgegeben.
 
Pro & Contra:

• kann auch als Hauptheizungssystem verwendet werden – in erster Linie für Niedrigstenergiehäuser
• hohe Speicherwirksamkeit aufgrund der hohen Speichermasse des Estrichs
• zeitversetzte Abgabe in den Raum – daher kaum Überwärmung der Raumluft
• kleine Abstufungen über die einzelnen Räume und die jeweils zwei Kreise möglich
• wartungsfrei 

 

• sollte bereits vor der Bauphase geplant und beim Gebäudebau verlegt werden – nur bedingt nachrüstbar 

 

„Intelligente“ PV-Heizstäbe
Dies sind Heizstäbe zur Warmwasser- und Heizwasseraufbereitung, die vorrangig zur Verwertung von Überschussenergie konstruiert und im Pufferspeicher der Warmwasser- / Heizungsanlage eingebaut werden.
Es handelt sich dabei um konventionelle Heizstäbe, denen eine entsprechende Steuerung und Regelung vorgeschalten oder integriert wird. Diese empfängt vom smarten Zähler und Energiemanager/Wechselrichter die Überschussinformationen und steuert den Heizstab entsprechend.
 
Wie funktioniert die Überschussverwertung?
Hersteller der Heizstäbe setzen auf zwei unterschiedliche Konzepte:
 

• stufenlose Leistungsabgabe

Das kann man sich vereinfacht wie eine Art Dimmer vorstellen, der von der Regelung automatisiert, je nach anstehender Überschussmenge, größer oder kleiner gedreht wird.
 

• gestufte Leistungsabgabe

Diese werden direkt durch Beschaltungskombinationen der Widerstände in den Heizelementen erreicht. So sind 3 oder 7 Stufen als gängige Abstufung für die Gesamtleistung des Heizstabes möglich. Bei Überschreiten eines definierten Überschusses wird auf die nächste Stufe geschalten. Wird eine Überschussstufe unterschritten, wird wieder eine Stufe zurückgeschalten.
 
Speicherpotential
Die Speicherkapazität ist abhängig von der Größe des Pufferspeichers und der Temperaturdifferenz, die darin gefahren werden kann.

Beispiel:
1.000 Liter Pufferspeicher von 45°C auf 65°C aufheizen = ca. 23 kWh an Überschussenergie die man darin unterbringen kann.

 
Pro & Contra:

• bei bestehenden Warmwassersystemen meist einfach nachzurüsten, sofern ein Puffer vorhanden ist
• auch im Sommer, wenn kein Heizbetrieb erfolgt, kann der Überschuss zur Warmwasserbereitstellung genutzt werden
• schont die Hauptheizung
• wartungsfrei 

 

• Verluste im Speicher und den Rohrleitungssystemen
• je nach Position (Höhe) auf der der Heizstab eingebaut werden kann, ist hauptsächlich nur das darüberliegende Wasser aufheizbar.
• entsprechend große Puffer notwendig
• als Hauptheizsystem meist ungeeignet 
• Im Gegensatz zur Dual-Power-Heizmatte kann der Estrich nur begrenzt als Speichermedium genutzt werden, da die Vorlauftemperatur der wassergeführten Fußbodenheizung meist durch eine bestehende, witterungsgeführte Regelung vorgegeben ist.

 
  Autor: Roman Kräuter