Infowelt Energie
Nachhaltigen Strom für Wärme nutzen
Photovoltaik- und Windkraftanlagen sind die Säulen der Energiewende, doch leider gibt es Schwankungen bei der verfügbaren Wind- und Sonnenenergie. Power-to-Heat ist eine umweltfreundliche Möglichkeit, um das Stromangebot aus erneuerbaren Energien optimal zu nutzen.
Das bedeutet Power-to-Heat
Unter Power-to-Heat (auch „PtH“ oder „P2H“) versteht man die Umwandlung von Strom in Wärme bzw. die Wärmeerzeugung mit Hilfe von elektrischer Energie. Das Wirkungsprinzip ist insbesondere für kommunale Wärmeversorgungssysteme unter Einsatz von erneuerbaren Energien hoch interessant, da es eine temporäre Speicherung und spätere Verwertung überschüssiger Leistungskapazitäten ermöglicht – etwa Strom aus Windkraftanlagen, der ohne „Power-to-Heat“ verlorenginge. Aber auch für Einfamilienhäuser ist Power-to-Heat eine gute Lösung, um Stromüberschüsse aus der eigenen Photovoltaikanlage zu nutzen.
So funktionieren Power-to-Heat-Anlagen
Großformatige Power-to-Heat-Anlagen funktionieren so ähnlich wie Durchlauferhitzer oder Wasserkocher. Das Herzstück einer PtH-Anlage ist ein Elektrodenheizkessel, je nach Anlagengröße in Form eines mittleren Behälters oder großen Tanks. In diesem Heizkessel wird Wasser mit Hilfe von Elektroden und Wechselspannung erhitzt, so dass der verwendete Strom direkt und nahezu verlustfrei in Wärme umgewandelt wird. Das erwärmte Wasser gelangt entweder ins Gebäudeversorgungssystem zum Heizen, ins angeschlossene Fernwärmenetz oder verbleibt im Kessel bzw. im Fernwärmespeicher.
Power-to-Heat für die Wärmepumpe
Alternativ lassen sich Power-to-Heat-Technologien auch als Antriebsenergie für andere Wärmequellen nutzen, zum Beispiel für den Betrieb einer Wärmepumpe. Der Einsatz von Power-to-Heat für Wärmepumpen gilt als hoch effizient, da sich aus der eingesetzten Strommenge drei bis vier Mal so viel Nutzwärme erzeugen lässt.
Power-to-Heat als Schlüsseltechnologie in der Wärmewende
Die simple Funktionsweise und der hohe Wirkungsgrad von Power-to-Heat-Lösungen helfen, in der Wärmewende schneller voranzukommen. Experten sind sich einig, dass vor allem in der Flexibilität von Power-to-Heat-Technologien ein wichtiger Schlüssel zur stärkeren Nutzung von erneuerbaren Energiequellen liegt. Noch immer wird ein Großteil des Energiebedarfs in Deutschland durch fossile Energieträger gedeckt. Gleichzeitig werden Windräder häufig abgeschaltet, weil die Kapazitätsgrenzen erreicht sind und das Stromnetz nicht mehr aufzunehmen vermag. PtH kann überschüssige erneuerbare Energie nutzbar machen.
Ein weiterer Vorteil: Die PtH-Technik ist robust und ausgereift, bewährt sich zum Beispiel in der Energiewende unseres Nachbarn Dänemark bereits seit Jahrzehnten. Der Einsatz von Power-to-Heat im großen Stil, vorzugsweise in der Nähe von Windkraft- und PV-Anlagen, könnte auch in Deutschland einen wertvollen Beitrag zur Energiewende leisten.
Vorteile von Power-to-Heat-Lösungen
Nachhaltige Wärme durch nachhaltige Energie
- Mit Power-to-Heat-Anlagen kann man überschüssigen Strom sinnvoll nutzen und gleichzeitig den Anteil von erneuerbaren Energien in der Wärmeversorgung erhöhen.
- Wer eine PV-Anlage hat, kann überschüssigen PV-Strom zum Beispiel für die Warmwasseraufbereitung nutzen.
Mehr Flexibilität in der Wärmewende
- Örtlich flexible Nutzung durch Einspeisung sowohl zur direkten Wärmeversorgung innerhalb einzelner Gebäude als auch zur Einspeisung in die Versorgungssysteme der Wärmenetzbetreiber (Nah-/Fernwärme).
- Zeitlich flexible Nutzung mittels Pufferspeicher bzw. Fernwärmespeicher.
Nachhaltige Entlastung der Umwelt
- Es müssen weniger fossile Energieträger wie Erdöl oder Erdgas zur Erzeugung von Wärme genutzt werden, was den Ausstoß schädlicher Emissionen durch fossile Brennstoffe verringert.
Power-to-Heat im Einfamilienhaus nutzen
Wer eine Photovoltaik-Anlage besitzt, weiß: Angesichts der sinkenden Einspeisevergütung ist es sinnvoller, Sonnenstrom vom eigenen Dach selbst zu verbrauchen. Unabhängig von der Entwicklung der Stromkosten und der Einspeisevergütung wird sich eine Power-to-Heat-Lösung schon allein dadurch bezahlt machen, dass kein überschüssiger PV-Strom mehr verloren geht. Stattdessen kommt zum eigenen Strom auch noch die eigene Wärme. Das PtH-Prinzip funktioniert theoretisch auch in Kombination mit einem Mini-BHKW oder einer Brennstoffzellenheizung. Aber die gängigsten Arten der Anwendung sind der Heizstab und die Wärmepumpe.
Power-to-Heat mit Heizstab
Überschüssiger Strom aus der Photovoltaikanlage lässt sich mithilfe eines Heizstabes nutzen, der entweder in den bestehenden Pufferspeicher eingebaut wird oder extern funktioniert. Die Umwandlungsrate liegt bei 1:1 – aus zehn Kilowattstunden Strom werden also zehn Kilowattstunden Wärme.
Power-to-Heat mit Wärmepumpe
Auch eine Wärmepumpe verwandelt den selbst erzeugten Strom in Wärme. Damit das Power-to-Heat-Prinzip funktioniert, muss die Wärmepumpe sich lediglich von außen ansteuern lassen und mit dem Energiemanagement-System kommunizieren. Das ist bei modernen Wärmepumpen der Regelfall.
Vorteile:
- Eine Wärmepumpe arbeitet effizienter als ein Heizstab: Im Durchschnitt liegt die Umwandlungsrate bei 1:4 – aus zehn Kilowattstunden Strom werden also 40 Kilowattstunden Wärme.
- Als nachhaltige Heizmethode erfüllt die Wärmepumpe die aktualisierten gesetzlichen Vorgaben für den Einbau neuer Heiztechnik und wird staatlich gefördert.
So nutzen Sie Power-to-Heat zu Hause
Privathaushalte, die Power-to-Heat mit ihrer eigenen PV-Anlage nutzen möchten, brauchen in der Regel noch eine passende Steuerungstechnik. Bei Nutzung eines Heizstabes müssen beispielsweise der Einspeisestromzähler und der Pufferspeicher technisch angebunden werden.
Generell ist das Nachrüsten moderner Anlagentechnik einfacher und günstiger, als wenn es sich um eine ältere Heizungsanlage handelt. Viele Messwerte, die für den Betrieb einer PtH-Anlage erforderlich sind, sind in jüngeren Mess-Systemen bereits enthalten.
Wenn Sie sich nicht sicher sind, ob der elektrische Heizstab oder die Wärmepumpe die bessere Power-to-Heat-Lösung für Ihre Photovoltaikanlage ist, konsultieren Sie vor Ihrer Kaufentscheidung am besten eine Energieberatung.
Power-to-Heat als Baustein der Energiewende
In Berlin-Spandau betreibt Vattenfall eine der größten Power-to-Heat-Anlagen Europas. Mit einer Wärmeleistung von 120 Megawatt kann die PtH-Anlage selbst an sehr kalten Wintertagen mehr als 36.000 Haushalte beheizen. Im Sommer reicht die Wärmeleistung für die Versorgung mit Warmwasser von rund 360.000 Haushalten. Bei hoher Stromproduktion, zum Beispiel bei viel Sonne oder viel Wind, kann die Power-to-Heat-Anlage genutzt werden, um Fernwärme zu produzieren. Bei wenig Stromproduktion durch Windkraft oder PV-Anlagen wird die Fernwärme durch Kraft-Wärme-Kopplung erzeugt.
Quelle: Vattenfall Group
Vattenfall Fazit
Die Energiewende verlangt nach mehr erneuerbaren Energien und möglichst nachhaltigen Lösungen. Power-to-Heat könnte entscheidend dazu beitragen, die Nutzung regenerativer Energieträger in Deutschland zu erhöhen. Auch für private Haushalte lohnt sich das PtH-Prinzip – vor allem in einer Kombination aus Photovoltaikanlage und Wärmepumpe.
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