Mit der Sonne warmes Wasser erzeugen – warum das mit Solarthermie und Photovoltaik so gut funktioniert.
Unsere Tipps und Hinweise sollen dir helfen, welche Solarnutzung für deinen individuellen Bedarf an warmem Wasser sinnvoll ist:
- Gerade in den Sommermonaten, z. B. von April bis Oktober, laufen viele Heizungen nur um Warmwasser für Küche und Bad zu bereiten. Genau in dieser Zeit scheint bei uns aber auch am stärksten die Sonne. Solarenergie können wir für die Erzeugung von warmem Wasser nutzen und damit viel Geld für zugekaufte Energie sparen.
- Mit einer Photovoltaikanlage erzeugter aber nicht selbst verbrauchter Strom, wird nur sehr gering oder unbezahlt ins öffentliche Stromnetz gespeist. Anstatt diesen Strom zu verschenken, kann er für die Erzeugung vom eigenen warmen Wasser genutzt werden.
- Gespeichertes warmes Wasser ist Energie für die Zeit in der die Sonne nicht scheint, für abends und nachts. Mit Photovoltaikstrom erwärmtes und gespeichertes Wasser ist eine praktische Alternative oder eine Ergänzung zum Batterie-Stromspeicher.
Hier erklären wir dir den Ablauf und die Funktionsweisen zur Bereitung von warmem Wasser mit Solarenergie.
Inhalt:
- Wofür benötigen wir warmes Wasser im Haushalt?
- Wie wird warmes Wasser gespeichert?
- Wie kann Sonnenergie für warmes Wasser genutzt werden?
- Wie kann mit Photovoltaik warmes Wasser erzeugt werden?
- Was sind die Vorteile von Solarthermie und die Nachteile von Solarthermie?
- Was sind die Vorteile für warmes Wasser mit Photovoltaik und die Nachteile für warmes Wasser mit Photovoltaik?
1. Wofür benötigen wir warmes Wasser im Haushalt?
Üblicherweise wird für zwei Zwecke warmes Wasser im Haushalt benötigt:
- Für die Heizung (warmes Wasser zum Wärmetransport in die Heizkörper).
- Warmes Wasser als Trinkwasser (Brauchwasser in Bad und Küche).
Beide Warmwasserzwecke, für die Heizung und fürs Brauchwasser, kann die Solarkraft unterstützen.
Warmes Wasser in der Heizung
Unser Heizungswasser wird meist durch Energie aus Öl oder Gas, aus Pelletheizungen, wasserführende Kamine oder durch eine Wasser-Wärmepumpe erhitzt.
Das erwärmte Heizungswasser läuft durch die Heizungsrohre, gibt die Wärme über die Heizkörper ab und läuft kälter über das Rücklaufrohr am Heizkörper wieder zurück zur Heizung.
Ein Pufferspeicher speichert thermische Energie der Heizung, um sie besser verteilt bei Bedarf wieder abzugeben. Der Pufferspeicher ist ein Behälter dessen Inhalt meist Wasser ist und dessen gespeicherte Wärme über Spulen oder einen Wärmetauscher an das zu erwärmende Wasser abgegeben wird.
Warmes Wasser als Trinkwasser in Küche und Bad
Bei einer zentralen Warmwasserlösung, wird das warme Trinkwasser für Küche und Bad meist über die Heizung erhitzt. Ausnahmen sind dezentrale Warmwasserbereiter wie Boiler und Durchlauferhitzer.
Anders als das Heizungswasser, das als Kreislauf in der Heizung läuft und laufend wiedergenutzt wird, wird das warme Wasser in Küche und Bad verbraucht und muss frisch sein.
Die Erwärmung des frischen warmen Wassers erfolgt in der Heizung getrennt vom Heizungswasser. Dies erfolgt meist über die Abgabe der Wärme des Heizungswassers an das Trinkwasser über einen Wärmetauscher in einem Speicher.
2. Wie wird warmes Wasser gespeichert?
Bei der zentralen Lösung, bei der die Heizung Heizungswärme und warmes Wasser bereitet, wird Wärme in einem Speicher gespeichert. Damit steht es auch bei größerem Bedarf z. B. für die Dusche und die Badewanne schnell und ausreichend zur Verfügung.
Für das Speichern von warmem Wasser werden entweder zwei getrennte Speicher, ein Pufferspeicher für das Heizungswasser und ein zweiter Speicher für das warme Trinkwasser verwendet. Oder ein Kombi-Pufferspeicher, der als Warmwasser-Pufferspeicher sowohl die Wärme für die Heizkörper als auch das das warme Brauchwasser in Küche und Bad bedient.
Wichtig: es gibt Heizungsthermen (meist Gasthermen), die nur der Beheizung dienen und bei denen das Heizungswasser direkt bei aktuellem Bedarf erhitzt und in die Heizungsrohre abgegeben wird. Diese haben keinen Pufferspeicher und keinen Warmwasserspeicher. Bei einer Heizung mit Speicher kann Solarenergie genutzt werden.
3. Wie kann Sonnenergie für warmes Wasser genutzt werden?
- Mit Solarthermie. Du nutzt direkt die Wärme der Sonne.
- Mit Photovoltaik. Anstatt überschüssigen Solarstrom ins Netz einzuspeisen, nutzt du ihn für die Erzeugung deines Warmwassers.
Solarthermie für warmes Wasser
Eine Solarthermieanlage nutzt die Wärme der Sonne, um Wasser zu erwärmen. Wenn die durch die Sonne erwärmte Solarflüssigkeit in der Solaranlage warm genug ist, kann diese über einen Warmwasserspeicher das Trinkwasser in einem Brauchwasserwärmespeicher für Bad und Küche erwärmen.
Ausreichend warme Flüssigkeit der Solarthermie kann auch durch den Pufferspeicher der Heizung geleitet werden und damit das Heizungswasser erwärmen. Damit wird die Heizleistung der Heizung unterstützt. Die Heizungsunterstützung durch Solarthermie ist aber wenig effizient. Auch, da genau dann, wenn die Heizung viel Energie benötigt (im Winter), wenig Sonneneinstrahlung herrscht.
Photovoltaik für warmes Wasser
Mit Photovoltaik kann indirekt warmes Wasser erzeugt werden. Obwohl eine Photovoltaikanlage im Gegensatz zur Solarthermie keine Flüssigkeit erwärmt, liefert sie Strom, mit dem Wasser erwärmt werden kann.
4. Wie kann mit Photovoltaik warmes Wasser erzeugt werden
Warmes Wasser mit einer Wärmepumpe
Elektrische Wärmepumpen nutzen Strom, um aus der Umgebungsluft, dem Grundwasser oder der Erde Wärme zu gewinnen. Mit einer Wärmepumpe kann über einen Wärmetauscher auch die Warmwasserbereitung betrieben werden.
Photovoltaikstrom zum Betrieb einer Wärmepumpe zu nutzen, ist eine der effizientesten Lösungen der erneuerbaren Energien. Herausfordernd sind jedoch die hohen Anschaffungskosten einer Heizungs-Wärmepumpe plus einer ausreichenden Photovoltaikanlage, eine ausreichend große Dachfläche für die Photovoltaikmodule, eine passende Heizkörpertechnik und eine gute Gebäudedämmung.
Besonderheit Warmwasser-Wärmepumpe
Neben einer kombinierten Heizungs-Wärmepumpe, sind auch Warmwasser-Wärmepumpen verfügbar, die aussschließlich warmes Wasser produzieren.
Diese Brauchwasserwärmepumpe kann in Kombination z. B. mit einer bestehenden Gasheizung interessant sein. Die Warmwasser-Wärmepumpe nutzt die Umgebungsluft im Haus, z. B. die Abwärme einer konventionellen Heizung und Abwasserabwärme. Auch eine gegenseitige Unterstützung der Warmwasserproduktion in Verbindung mit einer Solarthermieanlage ist sehr effizient. In Kombination mit einer Photovoltaikanlage liefert diese den erforderlichen Strom für die Warmwasserwärmepumpe.
Gegenüber einer Wärmepumpe zur integrierten Beheizung benötigt eine Brauchwasserwärmepumpe weniger Strom und ist erheblich günstiger in der Anschaffung, benötigt keine ergänzende Technologie und ist erheblich einfacher zu installieren. Auch sind sie mit allen Heizungsarten kompatibel.
Die Warmwasserwärmepumpe wird auch Brauchwasserwärmepumpe oder Trinkwasserwärmepumpe genannt.
Elektrischer Heizstab im Wasserspeicher
Ein elektrischer Heizstab ist eine relativ einfache und kostengünstige Methode zur Erwärmung von Warmwasser in Speichern. Der Heisztab besteht aus einem Heizelement, das elektrische Energie in Wärme umwandelt und das Wasser im Speicher erwärmt. Das Prinzip gleicht einem Tauchsieder. Der Heizstab wird in das Innere des Speichers gesteckt und kann durch einen Thermostat gesteuert werden, um die gewünschte Temperatur aufrechtzuerhalten.
Elektrische Heizstäbe sind einfach zu installieren und zu bedienen. Viele Wasserspeicher der Heizung besitzen bereits einen Anschluss für Heizstäbe. Der Heizstab wird dabei in den Wasserspeicher eingesteckt oder eingeschraubt. Du kannst je nach Bedarf einen Heizstab im Warmwasserspeicher des Trinkwassers oder im Pufferspeicher der Heizung verwenden oder in einem Kombispeicher. Um sie nicht übers ganze Jahr parallel zu betreiben, ist es sinnvoll den Heizungsspeicher und den Trinkwasserspeicher zu trennen. Heizwasser wird dann im Pufferspeicher, Trinkwasser im Warmwasserspeicher erwärmt. Den Strom für den Heizstab kannst du vorher in einem Batteriespeicher deiner Solaranlage speichern. Du findest einen Mini-Solaranlagen Batteriespeicher für Balkonkraftwerke hier.
Auf was ist bei der Auswahl des Heizstabs für Warmwasser zu achten?
- a) auf den passenden Flansch oder das passende Gewinde
- b) auf die Eintauchlänge des Heistabs,
- c) auf die Leistung des Heizstabs, damit er zum Warmwasserspeicher passt.
- d) auf ungeregelten oder geregelten Heizstab.
Der ungeregelte Heizstab benötigt ausreichend Strom, um sich auf Volllast einzuschalten, er kann nur an oder aus sein. Wenn der Strom aus der Photovoltaikanlage nicht reicht, bleibt er ausgeschaltet. Dafür ist er günstiger.
Der geregelte Heizstab läuft auch in Wattstufen von z. B. 200 Watt, 400 Watt oder 800 Watt oder sogar stufenlos mit allen verfügbaren Watt bis zur Volllast. So lässt sich der verfügbare Photovoltaikstrom am besten nutzen.
Wieviel Watt sollte ein Heizstab für mein warmes Wasser haben?
Die Leistungsgröße des Heizstabes ist abhängig von der Leistung deiner Photovoltaikanlage und dem Warmwasserspeicher. Heizstäbe bis 3 kW können in eine normale Steckdose gesteckt werden und benötigen zum Anschluss keinen Elektriker.
Heizpatrone im Heizkörper
Noch selten sind elektrische Heizpatronen, die direkt im Heizkörper stecken. Meist werden damit Handtuchheizkörper im Bad erwärmt. Der Vorteil ist, dass auch in Zeiten, in denen die Hauptheizung ausgeschaltet ist, der Handtuchheizkörper warm ist. Die Heizpatrone kann individuell geregelt werden und einfach an eine Steckdose angeschlossen werden. Der Strom kann von der Photovoltaikanlage kommen, auch von einem Balkonkraftwerk.
Elektrischer Warmwasserspeicher (Boiler)
Diese Speicherbehälter heizen eine bestimmte Menge Wasser auf und halten es warm, bis es benötigt wird. Sie benötigen neben dem Anschluss an das Wassernetz einen Stromanschluss. Sehr gebräulich sind z. B. Untertischgeräte zur Warmwasserbereitung direkt an der Spüle.
Elektrische Durchlauferhitzer
Elektrische Durchlauferhitzer erhitzen das Wasser mit elektrischer Energie direkt beim Durchfluss und benötigen keinen Warmwasserspeicher. Durchlauferhitzer sind für eine Photovoltaikanlage und besonders für ein Balkonkraftwerk keine empfehlenswerte Möglichkeit, mit Strom warmes Wasser zu erzeugen. Sie benötigen sofort eine sehr hohe Strommenge, die haushaltsübliche Photovoltaikanlagen und insbesondere Balkonkraftwerke nicht zuverlässig liefern.
Tipps:
Grundsätzlich empfehlenswert ist ein Energiemanagementsystem. Dieses System steuert den Strom, der aus der Photovoltaikanlage kommt zu den richtigen Verbrauchern. Und steuert auch, wenn kein Solarstrom verfügbar ist, z. B. Speicher und schaltet Verbraucher wie einen Heizstab ein oder aus.
Du kannst deine oder eine weitere Photovoltaikanlage als Inselanlage nur für die Warmwasserbereitung betreiben, ohne Kontakt zum öffentlichen Netz. Damit kannst du genehmigungsfrei mit deinem erzeugten Strom und einem stufenlos geregelten Heizstab dein warmes Wasser bereiten. Mehr Infos zum Thema Anmeldung einer Mini-Photovoltaikanlage, auch Balkonkraftwerk genannt, haben wir hier zusammengestellt. Einen Wechselrichter sparst du dabei auch, denn der Gleichstrom der Photovoltaikmodule kann vom Heizstab direkt verarbeitet werden.
5. Was sind die Vorteile von Solarthermie und die Nachteile von Solarthermie?
- Solarthermie wandelt Sonnenenergie direkt in Wärme um, ist gut geeignet für die Warmwasserbereitung in Haushalten.
- Der Energieertrag je Fläche ist höher als bei Photovoltaik.
- An sonnenreichen Tagen ist der Warmwasserbedarf für mehrere Tage bereits in wenigen Stunden gedeckt. Darüber hinaus verfügbare Energie kann nicht verwendet werden.
- Energie kann im Gegensatz zu Photovoltaik nur für Warmwasser und nicht für anderen Nutzen oder Einspeisung verwendet werden.
- Solarthermie ist zwischenzeitlich teurer in der Anschaffung als Photovoltaik.
6. Was sind die Vorteile für warmes Wasser mit Photovoltaik und die Nachteile für warmes Wasser mit Photovoltaik?
- Eine Photovoltaikanlage ist technisch einfacher zu installieren als Solarthermie. Kein Verlegen von Rohren mit Flüssigkeit vom Dach durch das Haus notwendig.
- Vielseitig einsetzbar für die Stromversorgung von Haushalten, einschließlich Beleuchtung, Haushaltsgeräten und auch warmem Wasser.
- Benötigt weniger Platz im Vergleich zu Solarthermie im Haus aber mehr Platz z. B. auf dem Dach.
- Gegenüber Solarthermie höherer bürokratischer Aufwand durch die Anmeldung von Anlagen (entfällt bei Inselanlagen ohne Kontakt zum öffentlichen Netz und bei Balkonkraftwerken).
Fazit
Ob Solarthermie oder Photovoltaik, bei der Neuanschaffung für die Warmwasserbereitung sollten beide Energiequellen detailliert berücksichtigt werden. Denn klar ist, mit beiden Solaranlagen sparst du langfristig Geld beim teuren Einkauf von Strom oder z. B. Gas und machst dich unabhängig.
Prüfe, ob für deinen Haushalt auch eine kleine Lösung interessant sein kann. Z. B. ein Brauchwasserwärmepumpe oder ein Heizstab und ein Balkonkraftwerk.
Eine Auswahl an kleinen Photovoltaik-Solaranlagen (Balkonkraftwerke) und alles Zubehör findest du bei McSonne hier.