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Machen Power to Heat systeme Sinn für Haushalte?

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Reines "Power to Heat" entspricht nicht der "reinen Lehre", wonach die hochwertige Energieform "Elektrizität" nicht (generell) in die niederwertige Form "Wärme" umgesetzt werden sollte - aber für Haushalte kann es nicht nur ein preisgünstiger Einstieg in die PV, sondern auch als solches schon wirtschaftlich sinnvoll sein, insbesondere wenn zur Heizungsanlage bereits ein ausreichend dimensionierter Pufferspeicher gehört.

Im Vergleich zur Solarwärme ist der Anschluss (durch Kabel anstelle Verrohrung) deutlich einfacher, außerdem hat die PV im Vergleich zur Solarwärme bei niedrigen Außentemperaturen und diffuser Einstrahlung (also bei typischem "Winterwetter") einen besseren Wirkungsgrad.

Im Vergleich zur netzgekoppelten PV mit Speicherung der "Überschüsse" (wie auch immer die definiert werden sollten) entfällt sowohl der Wechselrichter als auch (in DE) die zeitaufwändige und häufig genug leidvolle Auseinandersetzung mit allem was mit dem EEG (derzeit eher ein PV-Begrenzungsgesetz) zu tun hat.

Im Vergleich zur PV mit Wärmepumpe entfällt (nun ja, offensichtlich) die Wärmepumpe. Ob diese im konkreten Fall wirtschaftlich sinnvoll ist, ist eine Rechenaufgabe (die sich im Übrigen nach einem Jahr Probebetrieb ohne Wärmepumpe auf konkrete Ertragsdaten stützen kann).

Answer 1

Hallo anonym,

das kommt darauf an, welche Alternativen Sie zum Heizen und für das Warmwasser und insbesondere welche Gestehungskosten (oder Herstellkosten) pro kwh Sie für diese Alternativen haben.

Bei den Gestehungskosten sollten aber dringend neben dem Materialpreis (Brennstoffpreis) pro kwh die Fertigungskosten pro kwh (d.h. alle Kosten, die in Zusammenhang mit dem Betreiben der Alternativen Aufbereitung entstehen) einbezogen werden.

Der direkt erzeugte und verbrauchte Strom aus der eigenen Photovoltaikanlage (also ohne Batterie) hat heute (je nach Größe der Anlage, Investitionskosten, Breitengrad) in Deutschland Gestehungskosten von ca. 0,12 € pro kwh.

Je nachdem welche Heizung oder Warmwasseraufbereitung Sie damit betreiben (Wärmepumpe, Infrarotheizung, Elektro-Stab) kommen dann noch die Kosten dieser Gerätschaften pro kwh hinzu.

Rückfragen gerne.

Gruß, König

Answer 2

Grundsätzlich: Power-to-Heat Systeme sind sinnvoll für die Energiewende, wenn es sich konkret um die Speicherung von überschüssigem PV-Strom in Wärmespeichern handelt.

Die Solarstromproduktion in  Deutschland hat einen Ausbaustand erreicht, bei dem an Schönwettertagen am Vormittag die Produktionsleistung schneller zunimmt, als der Verbrauch vor der der Verbrauchsspitze in den Mittagsstunden zunimmt. Das erfordert ein schnelles Abregeln anderer Stromproduktionskapazitäten kombiniert mit einem Kappen der PV-Erzeugungsleistung. Am Nachmittag läuft dasselbe Spiel am fallenden Ast. Das stresst die Stromversorger und hat u. a. zu den bekannten Änderungen am EEG geführt.

Also muss über Speicherung nachgedacht werden. Stromspeicher sind teuer und haben als Batteriespeicher nur eine begrenzte Zyklenfestigkeit. Ich habe mal bei einem konkreten Angebot die Investkosten durch die Zahl der zugesagten Ladezyklen und die nutzbare Kapazität des Batteriespeichers geteilt und kam auf einen kWh-Preis von über 20 Ct / kWh alleine für die Speicherung.

Da ist es deutlich naheliegender, den Solarstromüberschuss in den Mittagsstunden in einen Heizwasserpufferspeicher zu laden. Ein 1000 Liter Pufferspeicher hat bei schichtender Entladung eine Speicherkapazität von 70 kWh (thermisch) und nahezu unbegrenzte Lebensdauer. Bei 100 vollen Ladezyklen pro Jahr, 25 Jahren rechnerischer Lebensdauer und 2000 Euro Investkosten (anrechenbarer Anteil der Installationskosten einer entsprechenden Gesamtanlage) kostet die Speicherung einer kWh rund einen Cent.

Es ergibt sich auch ein Vorteil für das Stromnetz, wenn der Pufferspeicher über eine Wärmepumpe nachgeheizt wird: der Stromverbrauch für die Wärmeerzeugung in der Nacht reduziert sich deutlich. Dementsprechend niedriger ist dann auch das Grundniveau der Stromerzeugung in der Nacht, d. h. die Tagesverbrauchspitze hat wieder mehr Platz für PV-Strom.

Falls aber der Pufferspeicher über einen Kessel nachgeheizt wird, sinkt durch die Power-to-Heat Nutzung dessen Brennstoffverbrauch. Dieser gesparte Brennstoff steht dann für die Stromerzeugung in gut regelbaren KWK-Anlagen zur Verfügung, was die notwendige Ergänzung zur PV-Strromerzeugung ist.

Diesen Effekt haben übrigens auch klassische Solarthermieanlagen, die ebenso Solar-to-Heat Anlagen darstellen, und die schon immer mit einem passend dimensionierten Warmwasserspeicher gebaut werden.

Answer 3

Hallo Anonym,

Ihre Frage ist nicht pauschal zu beantworten. Dazu gibt es viel zu unterschiedliche Systeme, die als "Power-to Heat"-Systeme angeboten werden. Der weitaus größte Teil davon sind reine elektrische Heizstäbe, deren Einsatz zumindest in den meisten Fällen fraglich ist.

Aber selbst diese Aussage ist mit Vorsicht zu treffen, da es auch installierte PV-Systeme gibt, die lediglich die Energie für einen elektrischen Heizstab verwenden, die ansonsten wegen einer vorgegebenen 60% oder 70%-Abregelung verloren gehen würden. Dort macht es absolut Sinn einen vielleicht sogar bereits vorhendenen Heizstab einzusetzen. In den meisten Anwendungsfällen ist es jedoch viel wirtschaftlicher die über PV gewonnene hochwertige Energie zu veredeln, indem über ein Wärmepumpensystem ( entweder für Heizung oder auch nur Brauchwasserbereitung ) aus einer kWh erneuerbar erzeugter Energie bis zu 4 kWh Wärme zu erzeugt werden.

Answer 4

Power-to-heat-Systeme sind dann sinnvoll, wenn damit Überschüsse genutzt werden, die ansonsten nicht verpufften. Bei Wohngebäuden ist üblicherweise die Dachfläche begrenzt und oft auch teilweise verschattet. Da solarthermische Anlagen einen größeren Wirkungsgrad haben als PV-Anlagen und deutlich weniger sensibel auf Teilverschattungen reagieren, sind sie PV-Anlagen für die Bereitstellung von Wärme vorzuziehen.

Bei einer umfassenden Abwägung ist jedoch auch zu beachten, wie der Bedarf an Strom und Wärme sich im Tages- und Jahresverlauf genau verhält, welche Dach- und Fassadenflächen für solarthermische und PV-Anlagen genau zur Verfügung stehen, und welche sonstigen Strom- und Wärmequellen noch zum Einsatz kommen.