Unser Kunde Herr Nißle, ein Diplomingenieur für Maschinenbau aus Niedersachsen, stellte sich im Rahmen der Installation einer Photovoltaikanlage die Frage, inwiefern der Eigenbrauch erhöht werden könne. Die insgesamt fast 20 kWp liefernde Photovoltaikanlage sollte einen Teil des erzeugten Photovoltaikstroms durch eine Wärmekopplung mit dem Heizungssystem verwenden.

Ein klassisches Wärmepumpensystem für das gut gedämmte Haus schien ungeeignet, da es durch die hohen Kosten für das Wärmepumpensystem überdimensioniert ist. Auch das bisherige Heizungssystem kommt ausschließlich in der Heizungsperiode zum Einsatz und selbst hier war der Energiebedarf bisher mit der vorhandenen Gastherme mit 6.000 kWh pro Jahr sehr gering. So wäre eine Wärmepumpe nicht einmal mit Förderung wirtschaftlich gewesen.

Die alternative Lösung war dann schnell nach einer kurzen Recherche im Internet entschieden: Ein 9 kW Heizstab und ein AC•THOR 9s von my-PV stellen die Lösung dar – mit Gesamtkosten von ca. 1.200 € liegen diese bei einem Zehntel im Vergleich zur Wärmepumpe!

Für die Installation des AC•THOR 9s war die elektrische Anbindung durch einen eigenen Stromkreis an den Verteilerkasten nötig.

Der 9 kW Heizstab konnte gleich in einen bereits bestehenden Pufferspeicher integriert werden, da der Speicher eine Vorbereitung für einen Heizstab hatte. Die Umrüstung war dementsprechend günstig umzusetzen.

Doch warum Produkte von my-PV?

Für Herrn Nißle war entscheidend, dass die zukünftige Lösung mit Überschussstrom aus der Photovoltaikanlage umgehen kann und dass sie sich in das vorhandene Energiemanagementsystem integrieren lässt. Denn die Energieflüsse werden mit einem Raspberry Pi, auf dem das EMS von openWB installiert ist, gesteuert.

Von einer quirligen Community wurde hier ein Interface programmiert, welches den AC•THOR 9s über die TCP-Modbus Schnittstelle integrieren und steuern kann.

Bisherige Ertragsdaten und Betriebserfahrungen

Die Lösungen von my-PV haben pünktlich zur Heizperiode im Oktober 2021 den Dienst bei Herrn Nißle aufgenommen und versorgen seitdem das gesamte Haus mit Warmwasser und Raumwärme. Aufgrund der Erfahrungen der ersten viereinhalb Monate lässt sich jetzt schon ein Jahresverbrauch von ca. 3.200 kWh abschätzen. Dies wäre energetisch gesehen fast die Hälfte des Verbrauchs der Gastherme.

Der Heizstab hat aufgrund seines Funktionsprinzips annähernd die volle elektrische Leistung in Wärme umgewandelt, außerdem wird er durch my-PV völlig stufenlos geregelt. Die Gastherme (keine Brennwerttechnik) hatte hingegen einen deutlich schlechteren Wirkungsgrad, da ein nicht unerheblicher Teil in Form von Abwärme durch den Schornstein an die Umwelt verloren geht.

Mit diesen Verbrauchswerten ist das System von my-PV selbst bei komplettem Netzbezug (also ohne Photovoltaikanlage) wirtschaftlicher zu betreiben, als die vorhandene Gastherme. Denn es entfallen zudem folgende Kosten: Gasanschluss bzw. monatliche Grundgebühr, die Kosten für den Schornsteinfeger, Wartungsintervalle der Gastherme sowie die Reparatur der Gastherme.

Kundenmeinung

Da der Energiebedarf für Warmwasser und Raumwärme in den Wintermonaten nicht unerheblich ist, macht die Nutzung des Batteriespeichers von BYD in dieser Zeit für den Kunden keinen Sinn. Aus diesem Grund wurde die folgende Priorität für den Überschuss aus der Photovoltaikanlage eingestellt:

Zuerst angeschlossene Elektrofahrzeuge (2 Elektroautos im Haushalt vorhanden), dann das Heizsystem von my-PV und erst dann der Batteriespeicher.

Mit dieser Einstellung ersetzt das System von my-PV im Winterbetrieb den Batteriespeicher von BYD als Energiespeicher! Da die Speicherkapazität des Pufferspeichers sehr groß ist, kommt der Batteriespeicher nicht mehr zum Zuge und geht nach einigen Tagen in einen Ruhezustand. Der Kunde hat den SOC auf einen batterieschonenden Wert von 50 % eingestellt. Vorteile der Konstellation: In der Heizperiode wird der Batteriespeicher geschont und damit die Zyklenanzahl pro Jahr reduziert, womit eine längere Lebensdauer erreicht werden kann. Der Pufferspeicher fundiert in dieser Zeit als Energiespeicher, er hat eine deutlich größere Speicherkapazität als der Batteriespeicher

Für die interessierten Techniker noch etwas ausführlicher

Eine noch genauere Erklärung des Systems: Der Pufferspeicher hat ein Tank-in-Tank-System. Das bedeutet, dass der Trinkwasserspeicher (160 l) im oberen Bereich des Pufferspeichers integriert ist. Der Heizstab liegt in der Höhe ungefähr mittig vom Pufferspeicher und damit direkt unter der Trinkwasserblase. Der Heizkreis für die Zentralheizung geht über die Rücklaufleitung an den Pufferspeicher und anschließend über die Gastherme wieder zum Vorlauf. Für das erste Betriebsjahr mit dem Heizstab verbleibt die Gastherme noch als Backup, es wird nur die eingebaute Umwälzpumpe für den Heizkreis genutzt.

Dafür wurden folgende Einstellungen beim AC•THOR 9s gewählt:

• Betriebsart Heizmodus M1

• Warmwassersicherstellung: 50 °C, 08:00 bis 10:00 und 16:00 bis 21:00 Uhr, 6 kW.

Somit kann in dem Zeitraum von 10:00 bis 16:00 Uhr durch PV-Überschuss gespeist werden. In dem Warmwassersicherstellungszeitraum verbleiben 3 kW für PV-Überschuss

Legionellenprogramm: 65 °C alle 14 Tage, 9 kW

Der Netzbezug teilt sich so wie folgt auf:

• Für die Warmwassersicherstellung wird vormittags zu 100 % vom Netz Strom bezogen.

• Bei der Warmwassersicherstellung abends ist es abhängig vom Solarertrag, wie viel vom Netz bezogen werden muss. An einem sonnigen Wintertag erreicht der Pufferspeicher im oberen Bereich bis zu 75 °C – so wird kein Netzstrom am Abend benötigt.

Erste Deckungsgrade

Der solare Ertragsanteil betrug in den Monaten Oktober 2021 bis Mitte Februar 2022 ca. 15 %. Zu bemerken ist, dass das Wetter in diesem Winter im Norden Deutschlands außergewöhnlich schlecht war mit wenig Sonne. Bis zu 20 % an solarem Anteil in der Heizperiode wären laut Herrn Nißle aber möglich bei dieser Anlagenauslegung.

Hier noch einige statistische Auswertungen zum Energiebedarf für Warmwasser und Heizung pro Tag:   

-10° bis 0° | 30 – 35 kWh
0° bis 5° | 25 – 30 kWh
5° bis 10° | 20 – 25 kWh
10° bis 15°  | 10 – 20 kWh
über 15° | unter 10 kWh

Verbrauchswerte nach Monaten für Warmwasser und Heizung:

Oktober 2021 | 172 kWh   
November 2021 | 534 kWh
Dezember 2021 | 836 kWh
Januar 2022 | 800 kWh
Februar 2022 | 360 kWh (bis 16.02.22)