PV-Überschuss

Wie PV-Überschuss für Heizung nutzen?

Wer mit seiner PV-Anlage Strom erzeugt, der produziert im Sommer oftmals einen hohen PV-Überschuss. Sicherlich kann man sich vom Netzbetreiber durch Einspeisung diesen Überschuss für ein paar Cent vergüten lassen. Alternativ kann man versuchen, diesen Überschuss sinnvoll für sich selber zu verwenden. In diesem Beitrag beschreibe ich, wie ich meinen PV-Überschuss für die Generierung von Wärme nutze (Power-to-Heat).

Wie kommt der PV-Überschuss in die Heizung?

Von der Theorie her ja ganz einfach. Ich produziere Strom. Und immer dann, wenn ich zu viel davon produziere, soll dieser Überschuss mittels eines Heizstabes in die Warmwasserversorgung eingespeist werden. Bei dieser Aufgabenstellung habe ich schnell festgestellt, dass weder der Elektroinstallateur noch der Heizungsbauer diese Installation gerne im Ganzen übernehmen möchte. Somit war ich bei der Umsetzung überwiegend auf meine eigene Recherche & Planung angewiesen.

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Heizungsanlage mit Heizstab ausrüsten.

Das war zum Glück noch der einfachste Teil des Projekts, da ich bereits bei der Planung unserer neuen Heizung gleich einen Heizstab mit in die Konfiguration der Anlage mit aufgenommen hatte. Der von Werk ausgelieferte Heizstab für unsere SolvisBen-Anlage ist allerdings sehr rudimentär von seiner Funktionalität. Außer einer manuellen Temperaturbegrenzung ist dort keinerlei weitere Regelungsmöglichkeit eingebaut. Eine Steuerung, wann der Heizstab Energie bekommt und wann nicht, muss durch ein anderes System erfolgen.

Regelung des Heizstabs durch E3/DC Hauskraftwerk

Bei der Konfiguration unseres Hauskraftwerkes von E3/DC habe ich, neben der Notstrom-Funktionalität, auch gleich die sogenannte SG-Ready Schnittstelle mit geordert. Mit diesem Modul soll die Ansteuerung des Heizstabs erfolgen. Im Hauskraftwerk kann man einen beliebigen Überschuss-Leistungswert einstellen, der bei Erreichen dann ein Relais auf der SG-Ready-Schnittstelle schaltet. Der verbaute Heizstab in der Heizung hat einen Anschlusswert von 3 kW und wird einphasig angeschlossen. Somit habe ich den Schwellwert, ab wann das Hauskraftwerk den Überschuss an den Heizstab freigeben soll, ebenfalls auf 3000 W gestellt.

UPDATE 03/2022

Ich bin mit dem Leistungswert jetzt etwas heruntergegangen, damit der Heizstab eher anfängt Strom zu verbrauchen. Der Heizstab verbraucht nicht genau 3000 W, sondern eher um die 2500 W und das scheinbar nicht die ganze Zeit, sondern die Stromaufnahme schwankt während des Heizbetriebes. Wenn man den Stromverbrauch genau messen wollte, müsste man dafür einen separaten Leistungsmesser einbauen. Sinnvoll erscheint es, mit dem Wert ein wenig zu spielen und das Schaltverhalten zu beobachten.

Wie schalte ich 3 kW Leistung?

Eine Leistung von 3 kW kann man nicht einfach über ein kleines Steuerrelais laufen lassen. Für diese Aufgabe benötigt man ein Installationsschütz, welches über ein Netzteil mit Steuerspannung versorgt wird. Das Ganze wird im Stromverteilerschrank eingebaut. Der Heizstab wird über einen eigenen Leitungsschutzschalter gesichert. Für den Anschluss des Heizstabs habe ich Kabel (H05VV-F) mit 2,5 mm² Querschnitt verwendet. Die Ansteuerung des Installationsschütz erfolgt über die „Wärmepumpen“-Kontakte auf der SG Ready-Platine. Die Anschlüsse dafür sind bezeichnet mit J2 [COM B] und [NO_B].

Schaltskizze meiner persönlichen Planung für die Ansteuerung des Heizstabes. (Zeigt nur einen Teil meiner Hausverteilung.)

Folgende Komponenten habe ich verwendet

  • Hager MBN116 Leitungsschutzschalter 16A, 1-polig LS-Schalter B-Charakteristik
  • ABB CP-D24/1.3 Netzteil 24VDC/1.3A
  • ABB ESB20-20N-01 Installationsschütz
  • PVC-Schlauchleitung H05VV-F 3×2,5mm²

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Was bringt es?

Wie bereits erwähnt, kann mit nennenswertem PV-Überschuss nur in den Sommermonaten gerechnet werden. Ein Elektro-Heizstab kann somit nicht wirtschaftlich im Winter zum Heizen eingesetzt werden. Für den Warmwasser-Verbrauch im Sommer hat es aber einen messbaren Effekt. Leider habe ich keinen extra protokollierten Sensor für den Heizstab in der SolvisBen Heizung und auch das Hauskraftwerk zeigt mir mit Bordmitteln nicht an, wann der SG-Ready-Kontakt schaltet. Ich kann daher den Betrieb vom Heizstab nur an den Temperatur- und Verbrauchskurven ableiten.

In der Grafik unten habe ich zwei Tage, einen ohne PV-Überschuss und den anderen mit PV-Überschuss, gegenübergestellt. Wie man sieht, steigt die Temperatur am Tag mit PV-Überschuss im Warmwasserkessel der Heizung an, sobald der Heizstab mit Strom versorgt wird. Gleichzeitig sieht man, dass der Gasbrenner der Heizung in dem Zeitraum nicht anläuft. Dabei zieht der Heizstab nicht durchgehend Strom, sondern wird durch seinen Temperatur-Regler begrenzt. Dadurch, dass der Gasbrenner weniger läuft, spart man zumindest ein wenig Gas.

Mag sein, dass es sich auf dem Papier nicht rechnet, aber im Anbetracht der stetig steigenden Energiepreise gibt einem das doch eine gewisse Zufriedenheit.

UPDATE 07/2022

Ich habe mittlerweile den Temperatur-Regler am Heizstab schrittweise auf das Maximum gestellt. Ursprünglich hatte ich den Regler auf 60°C eingestellt. Dabei kam es immer noch vor, dass der Gasbrenner auch im Sommer kurzzeitig angelaufen ist (siehe Screenshots oben). Seitdem ich den Heizstab auf 85°C eingestellt habe, kommt es an sonnenreichen Tagen so gut wie gar nicht mehr dazu, dass der Gasbrenner anläuft. Die maximale Temperatur, die der Heizungssensor (S1) misst, liegt bei 76°C. Das reicht aus, den Heizungs-Speicher über Nacht trotz Warmwasser-Verbrauch bis zum nächsten Morgen über 60°C zu halten. Bereits um 08:00 Uhr morgens ist der PV-Batteriespeicher schon wieder zu 100% gefüllt, sodass der PV-Überschuss in den Heizungspuffer fließen kann.

Der Gas-Brenner (Sensor A12) ist den ganzen Tag nicht gelaufen.

Disclaimer

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