Power-to-Heat - ratiotherm Smart Energy Systems

Q: Lohnt sich Power to Heat für private Haushalte?

Ja. Power to Heat lohnt sich für private Haushalte. Vor allem Haushalte, die aus der EEG Einspeisevergütung herausfallen, ist Power to Heat interessant. Hier wird ansonsten keinerlei Gewinn mehr gemacht, weder bei der Energie noch bei den Kosten. Die Investitionskosten bleiben auch bei der Kombination mit Heizungssystemen auf Basis von Heizöl oder Gas überschaubar. Auch der technische Aufwand bleibt übersichtlich und damit auch die Kosten für die Investition. Power to Heat verknüpft sich mit jeder Art von Heizungstyp.

Q: Was genau ist die EEG Einspeisevergütung?

EEG ist die Abkürzung für das Erneuerbare-Energien-Gesetz. Verbraucher, die Strom aus Photovoltaik erzeugen und in das öffentliche Stromnetz einspeisen, erhalten eine Einspeisevergütung nach dem EEG. Die EEG war ein Anreiz für private und gewerbliche Kunden, Photovoltaik-Anlagen in ihre Häuser einzubauen. Zu Beginn der 2000er waren die Vergütungen freilich noch um einiges höher als heute. Aktuell, nach etwa 20 Jahren, überlegen Verbraucher mit Photovoltaik-Anlagen: Was passiert, wenn das EEG ausläuft? Jetzt kommt Power to Heat in Frage. Nutzen Sie Ihren eigenen Strom zur Erzeugung von Wärme. Sparen Sie Öl, Gas und Holz ein.

Q: Warum ist Power to Heat eine umweltschonende Speicher-Methode?

Power to Heat ist eine umweltschonende Speichermethode, weil ein thermischer Akku zum Einsatz kommt. Unser Schichtspeicher Oskar° wandelt Sonnenenergie um und kann sie lange speichern. Der umweltschonende Aspekt liegt vor allem im einfachen Transfer der Energie. Wärme ist ein Luxusgut. Die Power to Heat -Technologie rettet ansonsten verpuffte Sonnenenergie durch Umwandlung in Wärme und generiert so eine attraktive neue Energiequelle. Überschüssige Energie aus den Sommertagen können Sie zeitversetzt nutzen. Je mehr Energie generiert und gespeichert wird, desto länger kann sie im Anschluss zeitversetzt genutzt werden. Privathaushalte stehen vor der Entscheidung: Batterie oder Power to Heat. Batterien sind oftmals die teurere Variante. Power to Heat heißt günstige Speicher nutzen. Außerdem kann die Power to Heat-Technologie mit Pufferspeicher Energie speichern, eine Batterie nicht.

Q: Ist Power to Heat mit Heizstab oder mit Wärmepumpe die bessere Variante?

In Verbindung mit Power to Heat ist die Wärmpumpe das effizientere Medium als der Heizstab. Sie verwandelt den gleichen Anteil an Strom in mehr thermische Energie als ein Heizstab. Während die Umwandlung beim Heizstab bei 1:1 liegt, schafft die Wärmepumpe beispielsweise 10 Kilowattstunden Strom in 30-40 Kilowattstunden thermische Energie umzuwandeln, also das 3-4 Fache. Allerdings ist der Heizstab in der Anschaffung deutlich günstiger als eine Wärmepumpe. Er wird oft als Aufrüstung verwendet. Eine Wärmepumpe ist vorzugweise bei einem generellen Energie-Wechsel von alten auf erneuerbare Energien sinnvoll.

Stromumwandlung für mehr Effizienz

Unter dem Begriff Power-to-Heat oder auch power-2-heat bzw. in Kurzform p2h oder PtH, wird die Umwandlung von regenerativ erzeugtem Strom aus beispielsweise Photovoltaik (PV), Windenergie oder Biogas in Wärme bezeichnet. Diese Wärme kann sehr einfach und umweltschonend in großen Wärmespeichern gelagert werden – anders als das bei komplizierten Batteriespeichersystemen der Fall ist. Dieses System der Energiespeicherung ist seit vielen Jahrzehnten bewährt und bekannt. Gerade aktuell stehen auch viele PV-Anlagen in Privathaushalten und anderen Gebäuden vor der Entscheidung, was nach dem Ende der EEG Einspeisung mit dem Strom der PV-Anlage zu tun ist. Viele der in Privathaushalten installierten Anlagen funktionieren noch tadellos, eine Demontage ist nicht sinnvoll. ratiotherm bietet intelligente Lösungen, wie mit solchem Überschuss an regenerativem Strom effizient und intelligent umgegangen werden kann.

Die Vorteile von Power-to-Heat im Überblick:

Die Lösung für die Zeit nach dem EEG
Durch den Einsatz des Max-Heater kann ein Großteil des erzeugten Stroms nach Ende der Einspeisevergütung genutzt werden, ohne ihn zu unsicheren Konditionen ins Netz abgeben zu müssen. So machen Sie Ihre eigene Energiewende.
Robuste und einfache Technik
Die Umwandlungstechnik ist langjährig erprobt und sehr robust. Über die p2h Heizstab-Technik kann Strom nahezu mit dem Faktor 1:1 in Wärme gewandelt werden (1 kW Strom wird zu 1 kW Wärme).
Umweltschonende Speicherung
Über die Wandlung von Strom in Wärme gestaltet sich die Speicherung im Medium Wasser sehr einfach und effizient. Ebenso entsteht hier kein CO2.
Einfache Nachrüstung
PV-Anlagen können relativ einfach mit Power-to-Heat nachgerüstet und so fossile Energien effizient und kostengünstig ersetzt werden. Gerade über die Sommermonate kann eine solche Anlage bis zu 100% des benötigten Trinkwassers erwärmen.

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Die möglichen Varianten von Power-2-Heat im Einfamilienhaus:

Ursprünglich stammt p2h aus größerer Anlagentechnik heraus und ist inzwischen in der Bioenergie-Branche (Biogas, Wind) teilweise im Bereich der Regelenergie verbreitet. Energieversorger stabilisieren mit solchen Anlagen teilweise die Stromnetze zu Zeiten eines Überangebotes. Im Bereich von Privathaushalten und kleineren Gewerbegebäuden setzen sich vor allem zwei Arten der Power 2 Heat Nutzung durch:

Power-to-Heat mit Heizstab:

Die einfachste Art Überschuss Strom aus Photovoltaik für die Wärmeversorgung des eigenen Gebäudes zu nutzen stellt der Heizstab dar. Die meisten Systeme werden in bestehende Pufferspeicher als Einschraublösung eingebracht und je nach Technologie arbeiten sie taktend oder teilweise auch modulierend.

Der große Nachteil hier, die Wärme wird im unteren Bereich des Wärmespeichers eingebracht. Dies sorgt für eine Durchmischung des Speichers, was die nutzbare Wärmemenge für den Abnehmer des Speichers reduziert. Denn die kälteren Schichten weiter unten im Pufferspeicher steigen durch den Einsatz des Heizstabs erwärmt auf, Hintergrund sind die Dichteunterschied von Wasser bei verschiedenen Temperaturen (siehe hierzu auch das Funktionsprinzip Oskar° Schichtspeicher).

Aus den Erfahrungen der Schichtspeichertechnik heraus, haben wir uns über dieses Thema viele Gedanken gemacht und bieten daher unser Smart Energy PV als optimale Lösung für den p2h Photovoltaik Markt an. Dieses System arbeitet extern – also nicht im Speicher eingebaut – und hat daher keine Probleme mit der Speicherdurchmischung. Dem Nutzer steht sofort Wärme auf einem definierten Temperaturniveau zur Verfügung.

Power-to-Heat Smart Energy von ratiotherm

Power-to-Heat mit Wärmepumpe:

Eine sehr effiziente Variante, der Power-2-Heat Nutzung im Einfamilienhaus, ist die Kombination des PV-Stroms mit einer Wärmepumpe.

Dabei spielt es kein Rolle, ob es sich um eine Luft-Wärmepumpe handelt oder eine Erdwärme-Wärmepumpe. Grundsätzlich muss die Wärmepumpe allerdings über entsprechende Kontakte bzw. Signaleingänge und die zugehörige Steuerung verfügen, um mit dem Wechselrichter, dem Smartmeter oder dem Energiemanagement-System kommunizieren zu können. Besonders geeignet sind Wärmepumpen-Systeme die über eine Drehzahlregelung, einen sogenannten Inverter verfügen. Diese Technik erlaubt es, auch bei nicht so intensiver Sonneneinstrahlung im Leistungsreduzierten (=Drehzahlreduzierten) Betrieb zu arbeiten, um so das Maximum an PV-Strom in der Wärmepumpe nutzen zu können.

ratiotherm bietet ausschließlich Wärmpumpen an, die mit PV-Systemen kommunizieren können und selbstverständlich sind sämtliche Wärmepumpen mit Invertertechnik ausgestattet. Unsere Luft-Wärmepumpe WP Max-Air kann mit PV-Strom bei Bedarf sogar aktive Kühlung während der Sommermonate realisieren.

Das Funktionsprinzip des Max Heater als Power-2-Heat System für Photovoltaik

Max Heater ist als wandhängendes Gerät, ähnlich einem PV-Wechselrichter konzipiert. Die Anbindung an einen bestehenden Pufferspeicher oder einen Oskar° Schichtspeicher erfolgt über eine Pumpengruppe. Diese Pumpengruppe wird durch die integrierte Ansteuerung des Power-to-Heat Systems je nach verfügbarem Überstrom aus der PV-Anlage in der Drehzahl variiert. Dabei wird erreicht, dass das System ausschließlich tatsächlichen Überstrom verwertet, sobald beispielsweise die Waschmaschine anläuft, reduziert Max Heater seine Leistung bzw. die Drehzahl der Pumpe reduziert sich. Dabei bekommt das p2h System die Informationen zum aktuellen Überstrombestand in Echtzeit über ein Smartmeter oder ein Energiemanagment-System, wie es in der PV-Branche weit verbreitet ist (ein 0-10V oder BUS-Signal genügt). Der Nutzer kann dem Max Heater eine Soll-Vorlauftemperatur vorgeben, was die Einlagerung von sofort nutzbarer Wärme in den Pufferspeicher zur Folge hat.

Der Direkte Vergleich von Max Heater mit herkömmlichen Heizstäben

Kaum ein anderes Gerät im Markt eine so breite Bandbreite (0,1 – 15 kW) vollmodulierend in nur einem Gerät abdecken, wie das Max Heater Heizgerät. Die entsprechend notwendigen Zertifizierungen zur Stromnetzverträglichkeit und zur hydraulischen Absicherung des Heizkreises liegen vor. Um den Eigenverbrauch an Strom zu maximieren, ist die Vollmodulation ein wichtiger Bestandteil. Denn im Vergleich mit herkömmlichen on/off-Lösungen oder mehrstufigen Lösungen erwirtschaftet die ratiotherm Power-to-Heat Lösung deutlich mehr aus dem Überstrom, da die Überstrommenge exakter abgefahren wird als bei stufigem Betrieb.

Mögliche Nutzungsvarianten und Anwendungsgebiete für das p2h Gerät Max Heater

Nutzungsvarianten:

Elektrischer Überschuss als Eigenverbrauch zur Erzeugung von Warmwasser
Nutzung von durch das EVU gekapptem Überschussstrom aus Wechselrichtern, zur Optimierung der 70% Regelung
Kombination von Batteriespeicher und Max Heater
Zuschaltung von zusätzlichen Verbrauchern über funkbasierte Anwendungen möglich
Einsetzbar auch als alleiniger Wärmeerzeuger beispielsweise in Ferienwohnung oder anderen Gebäuden mit nur gelegentlicher Nutzung
Weitere Variationen sind durch Anpassung von Max Heater je nach Kundenvorgaben von unseren Programmierern jederzeit möglich

Anwendungsgebiete

In Privathaushalten, zur Trinkwassererwärmung im Sommer und teilweise zur Heizungsunterstützung im Winter
Im Bereich Landwirtschaft zur Bereitstellung von Prozesswärme (Reinigung Melkanlagen, etc.), aber auch zur Heizungsunterstützung, denn gerade hier gibt es viele sehr große PV-Anlagen, die auch im Winter oder bei schlechter Witterung entsprechend verwertbare Strommengen liefern
Im Gewerbebereich kann p2h die häufig geringen Bedarfsmengen an Trinkwasser gut decken, zumal häufig größere Dachflächen (Hallen, etc.) mit PV belegt sind und entsprechende Leistung zur Verfügung steht
Alternative Nahwärmenetze, sogenannte Kalte Nahwärmenetze können zur Unterstützung der vorhandenen Energieerzeuger mit Power-2-Heat Systemen auf Basis von Wärmepumpen oder Elektroheizstäben ausgestattet werden

Power to Heat mit Max Heater by ratiotherm

Unser vollwertiges Heizgerät Max Heater kann Überstrom aus der Photovoltaik oder anderen Quellen vollmodulierend von 0,1 – 15 kW nutzen und so die Eigenverbrauchsquote Ihrer PV-Anlage steigern.

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FAQ: Fragen & Antworten zum Thema Power-to-Heat

Lohnt sich Power to Heat für private Haushalte?

Ja. Power to Heat lohnt sich für private Haushalte. Vor allem Haushalte, die aus der EEG Einspeisevergütung herausfallen, ist Power to Heat interessant. Hier wird ansonsten keinerlei Gewinn mehr gemacht, weder bei der Energie noch bei den Kosten. Die Investitionskosten bleiben auch bei der Kombination mit Heizungssystemen auf Basis von Heizöl oder Gas überschaubar. Auch der technische Aufwand bleibt übersichtlich und damit auch die Kosten für die Investition. Power to Heat verknüpft sich mit jeder Art von Heizungstyp.

Was genau ist die EEG Einspeisevergütung?

EEG ist die Abkürzung für das Erneuerbare-Energien-Gesetz. Verbraucher, die Strom aus Photovoltaik erzeugen und in das öffentliche Stromnetz einspeisen, erhalten eine Einspeisevergütung nach dem EEG. Die EEG war ein Anreiz für private und gewerbliche Kunden, Photovoltaik-Anlagen in ihre Häuser einzubauen. Zu Beginn der 2000er waren die Vergütungen freilich noch um einiges höher als heute. Aktuell, nach etwa 20 Jahren, überlegen Verbraucher mit Photovoltaik-Anlagen: Was passiert, wenn das EEG ausläuft? Jetzt kommt Power to Heat in Frage. Nutzen Sie Ihren eigenen Strom zur Erzeugung von Wärme. Sparen Sie Öl, Gas und Holz ein.

Ist der Einbau der Power to Heat-Technik aufwändig?

Grundsätzlich gilt: Je moderner Ihre bestehende Anlage ist, desto einfacher ist der Einbau von Power to Heat-Technik. Auf Stromseite benötigt Power to Heat 3 Komponenten:
• Elektrische Heizung
• Pumpe
• Regelung zur Kommunikation mit dem vorhandenen Einspeise-Zähler (für Eigenstrom-Nutzung)

Heute gibt es dafür deutlich intelligentere Messsysteme als früher, viele Werte die für den Betrieb des P2H Systems nötig sind, sind bereits integriert.. Bei älteren PV-Systemen ist der Einbau etwas aufwändiger, hier sind zusätzliche Messsysteme notwendig. Hydraulisch, also auf der Wasserseite, muss das P2H System mit dem Pufferspeicher verbunden werden. Auch hier sind moderne Anlagen leichter zu kombinieren. Letztlich ist jedoch jede Verbindung möglich, wenn auch mit etwas mehr Aufwand bei älteren Anlagen.

Warum ist Power to Heat eine umweltschonende Speicher-Methode?

Power to Heat ist eine umweltschonende Speichermethode, weil ein thermischer Akku zum Einsatz kommt. Unser Schichtspeicher Oskar° wandelt Sonnenenergie um und kann sie lange speichern. Der umweltschonende Aspekt liegt vor allem im einfachen Transfer der Energie. Wärme ist ein Luxusgut. Die Power to Heat-Technologie rettet ansonsten verpuffte Sonnenenergie durch Umwandlung in Wärme und generiert so eine attraktive neue Energiequelle. Überschüssige Energie aus den Sommertagen können Sie zeitversetzt nutzen. Je mehr Energie generiert und gespeichert wird, desto länger kann sie im Anschluss zeitversetzt genutzt werden. Privathaushalte stehen vor der Entscheidung: Batterie oder Power to Heat. Batterien sind oftmals die teurere Variante. Power to Heat heißt günstige Speicher nutzen. Außerdem kann die Power to Heat-Technologie mit Pufferspeicher Energie speichern, eine Batterie nicht.

Ist Power to Heat mit Heizstab oder mit Wärmepumpe die bessere Variante?

In Verbindung mit Power to Heat ist die Wärmpumpe das effizientere Medium als der Heizstab. Sie verwandelt den gleichen Anteil an Strom in mehr thermische Energie als ein Heizstab. Während die Umwandlung beim Heizstab bei 1:1 liegt, schafft die Wärmepumpe beispielsweise 10 Kilowattstunden Strom in 30-40 Kilowattstunden thermische Energie umzuwandeln, also das 3-4 Fache. Allerdings ist der Heizstab in der Anschaffung deutlich günstiger als eine Wärmepumpe. Er wird oft als Aufrüstung verwendet. Eine Wärmepumpe ist vorzugweise bei einem generellen Energie-Wechsel von alten auf erneuerbare Energien sinnvoll.