Heizung und Kühlung mit Solarenergie

Nicht nur elektrische Haushaltsgeräte und E-Autos können per Solarstrom betrieben werden, auch für Kühlung und Heizung eines Hauses lässt sich Photovoltaik nutzen. Wie das gelingt, verrät dieser Überblick über die verschiedenen Technologien.

Mit Solarstrom heizen und den Eigenverbrauch steigern

Noch lukrativer, als selbst erzeugten Solarstrom ins öffentliche Netz einzuspeisen, ist es, möglichst viel vom eigenen Strom aus der Photovoltaikanlage selbst zu verbrauchen. Wenn man seine Heizung mit Solarstrom betreibt bzw. unterstützt, lässt sich der Eigenverbrauchsanteil auf sinnvolle Weise erhöhen und bei anderen Heiztechnologien Geld einsparen. 

Für das Heizen mittels Photovoltaik (PV) sprechen die gesunkenen Anschaffungskosten für Solarstromanlagen. Gleichzeitig werden Solarmodule immer leistungsfähiger. Handelsübliche Solarmodule erreichen heute einen Wirkungsgrad von 15–22 %.

Zentralheizung, Heizungsunterstützung oder Warmwasserbereitung?

Je nachdem, wie groß die Modulfläche einer PV-Anlage ist und wie viel Sonnenstrom selbst verbraucht werden soll, kann die Solarenergie entweder für den gesamten Betrieb der Zentralheizung oder lediglich für die Heizungsunterstützung genutzt werden.

Bei der Heizungsunterstützung mithilfe der Photovoltaikanlage wird nur ein Teil der benötigten Heizwärme per Solarstrom erzeugt. Wie hoch der Deckungsanteil ist, hängt von der eingesetzten Technik und der Dämmung des Hauses ab.

Abgesehen vom Heizungsbetrieb lässt sich übrigens mit Solarstrom auch das Brauchwasser erwärmen.

Um das Heizungs- und ggf. zusätzlich das Brauchwasser ganz oder teilweise mit Strom aus der Photovoltaikanlage zu erwärmen, bedarf es eines separaten Wärmeerzeugers. Hausbesitzern, die mit Solarstrom heizen möchten, stehen drei Möglichkeiten offen:

1. die Kombination der Solaranlage mit einer Wärmepumpe
2. der direkte Betrieb einer Elektroheizung
3. der Betrieb eines Heizstabs in Verbindung mit einem Pufferspeicher

Im Prinzip ist es neben diesen drei Möglichkeiten auch noch möglich, eine Brennstoffzellenheizung mit einer Photovoltaikanlage zu kombinieren. Brennstoffzellen erzeugen Wärme und Strom, indem Wasserstoff und Sauerstoff miteinander reagieren. Der Wasserstoff für diese „kalte Verbrennung“ wird derzeit jedoch meist noch aus Erdgas gewonnen. Technisch lässt er sich aber auch über Elektrolyse aus Wasser herstellen. Für diesen Vorgang wird Strom benötigt. Kommt die elektrische Energie aus der PV-Anlage, kann eine Brennstoffzelle auch komplett regenerativ betrieben werden. Die Brennstoffzellentechnik ist allerdings noch sehr teuer und deckt derzeit höchstens den Grundbedarf an Wärme eines Haushalts. Deshalb kommt sie in Privathaushalten bislang noch selten zum Einsatz.

Egal für welche Variante man sich entscheidet, die Solaranlage muss groß genug dimensioniert sein: Zum Heizen wird nämlich etwa fünf- bis zehnmal so viel Strom benötigt wie zur Stromversorgung der üblichen Elektrogeräte im Haus.

Kombination einer Solaranlage mit einer Wärmepumpe

Eine sehr effiziente Möglichkeit, mit Solarstrom zu heizen, ist die Kombination einer Photovoltaikanlage mit einer Wärmepumpe.

Wärmepumpen nutzen die Energie der Umwelt, um daraus Heizwärme zu gewinnen. Ein Teil der Antriebsenergie kann von der PV-Anlage geliefert werden. Damit werden die Stromkosten des Haushalts niedriger und die Wirtschaftlichkeit der Wärmepumpe wird gesteigert – schließlich ist der selbst erzeugte Sonnenstrom günstiger als Strom aus dem Netz.

Das Prinzip ist einfach: Produziert die Photovoltaikanlage einen Überschuss an Strom, wird er der Wärmepumpe zur Verfügung gestellt, die damit Wärme erzeugt. Die Wärme wird in einem Warmwasser-, Puffer- oder Kombispeicher bevorratet. Je nach Bedarf lässt sich das heiße Wasser für die Heizung oder als Warmwasser abrufen.

Empfehlenswert ist zudem die Einbindung eines Stromspeichers, der die Wärmepumpe auch dann mit elektrischer Energie versorgt, wenn die Sonne nicht scheint.

Solarstrombetrieb einer Elektroheizung

Beim Stichwort „Elektroheizung“ denkt manch einer womöglich direkt an Nachtspeicherheizungen, die aufgrund ihres hohen Stromverbrauchs in die Kritik geraten sind. Moderne Anlagen sind längst keine Stromfresser mehr: Sie wandeln die elektrische Energie mit einem hohen Wirkungsgrad in thermische Energie um. Zu den Elektroheizungen zählen neben Nachtspeicherheizungen auch elektrische Heizkörper, Infrarot- und Natursteinheizungen sowie elektrisch betriebene Flächenheizsysteme.

Elektrisch betriebene Heizungen sind nicht nur günstiger als konventionelle Heizsysteme, sondern lassen sich auch leichter montieren. Sie kommen ganz ohne zusätzliche Rohrleitungen, Pumpen oder Schornstein aus und eignen sich damit auch gut für die Sanierung von Gebäuden. Außerdem sind Elektroheizungen vergleichsweise wartungsarm.

Voraussetzung für den effizienten Betrieb einer solchen Heizung mit einer Photovoltaikanlage ist eine gute Wärmedämmung des Gebäudes. Da der Strom nur tagsüber produziert wird, ist zudem ein Stromspeicher sinnvoll. Darin lässt sich die Solarenergie so lange vorhalten, bis sie von den Hausbewohnern abgerufen wird.

Elektroheizungen sind eine gute Lösung, wenn es darum geht, einzelne Räume bedarfsgerecht zu heizen. Ohne größere Umbaumaßnahmen lassen sich so das Dachgeschoss, der Hobbyraum im Keller oder die Werkstatt in der Garage schnell auf angenehme Temperaturen bringen. Als Zentralheizung sind sie weniger gut geeignet. Im Gegensatz zur Nutzung einer Solarthermie-Anlage mit Solarkollektoren wären nämlich für eine vollwertige Solarstromheizung eine riesige Modulfläche und ein besonders großer Stromspeicher nötig. Das rechnet sich in den meisten Fällen nicht.

Pufferspeicher und Heizstab

Eine dritte Möglichkeit des Heizens mit Solarstrom besteht in einem durch die PV-Anlage betriebenen Heizstab, der in einen Pufferspeicher eingeschraubt bzw. eingesteckt wird. Er hilft, das Brauch- und Heizungswasser zu erwärmen. Das funktioniert im Grunde wie bei einem Tauchsieder.

Im Sommer kann die Solarenergie dafür ausreichen, den Warmwasserbedarf zu decken. Doch gerade in den Wintermonaten, wenn besonders viel Wärme benötigt wird, sinkt der Ertrag einer Photovoltaikanlage. An kalten Tagen ist ein zusätzlicher Wärmeerzeuger dafür notwendig, das Haus auf wohlige Temperaturen aufzuheizen. Gute Partner für einen solchen bivalenten Betrieb sind Scheitholz- und Pelletheizungen.

Der Einsatz von Heizstäben erfolgt weitestgehend wartungsfrei. Wie viel Strom sie aufnehmen, hängt von ihrer Regelung ab. Es gibt einfache Heizstäbe, die lediglich eine Ein-/Aus-Funktion besitzen, darüber hinaus Modelle, die sich stufenweise schalten lassen, sowie stufenlos regelbare Geräte. Damit die Leistung eines Heizstabs sich gut an den Stromüberschuss aus der PV-Anlage anpassen lässt, sollte sich der Heizstab regeln lassen.  

Mit der Sonne kühlen: Solar-Klimaanlage

Lange Zeit galten Klimaanlagen als wahre Stromfresser und damit als besonders umweltschädlich. Gerade in den heißen Sommern der vergangenen Jahre lief die Kühlung in vielen Haushalten monatelang auf Hochtouren. Dabei kommen leicht einige Hundert Euro an Stromkosten zusammen. Demgegenüber lässt sich ein Haus kostengünstig und umweltfreundlich mit Solarenergie kühlen.

Wie bei der Kühlung über eine Solarthermie-Anlage passen auch bei der Kühlung per Photovoltaikanlage Energieverbrauch und Energieerzeugung perfekt zueinander: An heißen, sonnigen Sommertagen, wenn der Kühlbedarf besonders hoch ist, produziert die Photovoltaikanlage besonders viel Energie. In einem Smart Home lässt sich die Klimaanlage dank optimalem Energiemanagement besonders effizient nutzen. 

Fazit: Klimafreundliches Heizen und Kühlen ist möglich

Selbst wenn Solarstrom nicht dafür ausreicht, ein Haus völlig autark zu beheizen, so leistet die Einbindung der Photovoltaikanlage in die Heizungsanlage doch einen wichtigen Beitrag zum Klimaschutz. Der Verbrauch von fossilen Energieträgern lässt sich dadurch nämlich wirkungsvoll absenken. In der warmen Jahreszeit, wenn lediglich Brauchwasser zu erwärmen ist, kann eine konventionelle Heizungsanlage in vielen Fällen sogar komplett abgeschaltet bleiben.

Ebenso ist es möglich, Solarstrom zum Kühlen zu nutzen, indem die Photovoltaikanlage mit einer Klimaanlage gekoppelt wird. Mit einer Solar-Klimaanlage kann auf sehr sinnvolle Weise der Eigenverbrauchsanteil am Solarstrom gesteigert werden.