Wohin mit PV-Überschüssen?

Der Photovoltaikausbau in Deutschland hat deutlich an Fahrt gewonnen. Laut Statistischem Bundesamt waren im April 2024 rund 3,4 Millionen Photovoltaikanlagen mit einer installierten Leistung von etwa 81.500 MW am öffentlichen Netz angeschlossen. Das Fraunhofer ISE gibt für das Jahr 2024 eine PV-Erzeugung von 72,6 TWh an, was rund 14 Prozent des Bruttostromverbrauchs entspricht. Bis 2030 sieht das EEG einen weiteren Ausbau auf 215 GWp vor, langfristig sogar auf 400 GWp. Mit dieser Entwicklung steigt auch die Häufigkeit lokaler Erzeugungsspitzen, die im Haushalt selbst nicht unmittelbar verbraucht werden können. Schon heute treten an sonnenreichen Tagen regional Belastungsspitzen, Abregelungen und negative Börsenstrompreise auf.

Vor diesem Hintergrund haben sich Power-to-Heat-Anwendungen, insbesondere elektrische Heizstäbe, zur lokalen Überschussnutzung etabliert und sind mittlerweile weit verbreitet. Elektrische Heizstäbe in Warmwasserspeichern sind kostengünstig, robust und einfach zu integrieren. Auf den ersten Blick scheint die Herausforderung damit gelöst: Überschüssiger Strom wird direkt vor Ort in Wärme umgewandelt. Dennoch ist die Marktdurchdringung bisher begrenzt: Im DACH-Raum sind bislang nur etwa drei Prozent der PV-Haushalte mit einem intelligenten Heizstab ausgestattet. Damit existiert ein erhebliches, weitgehend ungenutztes Potenzial und zugleich ein offenes Feld für Systemhersteller, die ihre Produkte um eine effiziente Power-to-Heat-Funktion erweitern wollen.

Der unterschätzte Engpass: Leistungsregelung als limitierender Faktor

Formal wirkt die Herausforderung gelöst: Überschüssiger Strom wird direkt vor Ort in Wärme umgewandelt. Bei genauer Betrachtung basieren viele dieser Lösungen jedoch auf einem technischen Kompromiss. Während Heizsysteme und Speicher vergleichsweise einfach umzusetzen sind, bleibt die Art der Leistungsregelung häufig rudimentär. Für Systemhersteller wird die Wahl des Leistungsstellers damit zunehmend zu einer strategischen Entscheidung, nicht mehr nur zu einer nachgelagerten Komponentenfrage.

Die eigentliche Herausforderung liegt weniger im Verbraucher selbst als in der bedarfsgerechten und netzverträglichen Anpassung der elektrischen Leistung an ein stark fluktuierendes PV-Angebot. Wolkenzug, wechselnde Lastprofile und parallellaufende steuerbare Verbraucher führen dazu, dass sich der verfügbare Überschuss sekündlich ändern kann. Eine Regelung, die diesen Verlauf nicht präzise nachführen kann, erzeugt zwangsläufig Lücken: Entweder bleibt verfügbarer Überschuss ungenutzt und wird ins Netz eingespeist, oder es wird Energie aus dem Netz nachbezogen, sobald der Heizstab in einer festen Stufe mehr Leistung anfordert, als die PV-Anlage gerade liefert. Nicht die Wärmeerzeugung an sich, sondern ihre Regelbarkeit entscheidet damit darüber, ob PV-Überschüsse effizient genutzt und lokale Netze entlastet werden können.

Warum Regelverfahren über Effizienz und Netzrückwirkungen entscheiden

In der Praxis dominieren bislang vereinfachte, stufige Regelansätze. Heizstäbe werden über Relais oder Halbleiterrelais zugeschaltet, häufig in festen Leistungsstufen von 1, 2 oder 3 kW. Diese Verfahren sind zwar funktional und kostengünstig, können das schwankende PV-Angebot jedoch nur grob nachführen. Jeder Schaltvorgang verursacht einen Lastsprung, durch den einerseits das Eigenverbrauchsoptimum verfehlt wird und andererseits Rückwirkungen auf das speisende Netz entstehen. Sinusförmige Leistungsregelungsverfahren sind in der Leistungselektronik bekannt und werden in anderen industriellen Anwendungen seit Langem erfolgreich eingesetzt. Für die Wärmeerzeugung aus PV-Überschussstrom kommen sie bislang nur eingeschränkt zum Einsatz.

Erste OEM-fähige Sinussteller-Module, wie sie von Burger Engineering entwickelt wurden, übertragen diese aus der Industrie bekannten Verfahren nun in eine integrierbare Komponente für die PV-Überschussnutzung. Eine stufenlose, sinusförmige Ansteuerung passt die abgegebene Leistung kontinuierlich an den aktuellen Überschuss an, vermeidet harte Schaltflanken und minimiert Oberschwingungen sowie EMV-Effekte. Damit entfallen die typischen Netzrückwirkungen stufiger oder hart schaltender Leistungssteller, die mit zunehmender PV-Dichte an Relevanz gewinnen.

Der Effizienzgewinn ist erheblich. In typischen Lastprofilen lässt sich der Anteil des durch PV-Überschuss gedeckten Wärmebedarfs deutlich steigern, während der Netzbezug entsprechend sinkt. Zugleich entfallen die mechanischen und thermischen Belastungen, die bei häufigem Schalten konventioneller Steller auftreten.

Integration in PV-Systeme

Damit eine stufenlose Leistungsregelung ihren systemischen Nutzen entfalten kann, müssen drei Anforderungen erfüllt sein. Erstens muss eine ausreichend hohe Regeldynamik vorhanden sein, um auf Leistungsänderungen im Sekundenbereich reagieren zu können. Zweitens muss die Regelauflösung fein genug sein, um auch kleine Überschussmengen sinnvoll zu verwerten. Drittens ist eine zuverlässige Anbindung an das übergeordnete Energiemanagement erforderlich, sei es über das EMS, den Wechselrichter oder einen Smart Meter.

Erst aus dem Zusammenspiel dieser drei Faktoren entsteht ein steuerbarer, netzdienlicher Verbraucher im eigentlichen Sinne. Für Systemhersteller stellt sich an dieser Stelle vor allem die Frage, ob sie die Leistungsregelung im eigenen Haus entwickeln oder als geprüfte Baugruppe zukaufen. Die Entwicklung sinusgeregelter Leistungselektronik erfordert spezifisches Know-how in Regelungstechnik, EMV-Auslegung und Normenkonformität, welches in vielen PV- und Speicherunternehmen nicht zum Kerngeschäft gehört. Integrierbare OEM-Module verkürzen den Weg vom Konzept zur marktreifen Lösung hier erheblich, sei es als geprüfte Baugruppe zur Eigenintegration oder als Komplettgerät im Kundendesign. Damit schließt sich eine bislang offene Lücke im Markt, denn vergleichbare Sinussteller-Lösungen waren bisher überwiegend als Endkundenprodukt und nicht als integrierbarer Technologiebaustein verfügbar.

Leistungsregelung als Schlüssel für netzverträglichen PV-Ausbau

Die Wärmeerzeugung aus PV-Überschussstrom gilt als einfache Lösung zur Steigerung des Eigenverbrauchs. Mit Blick auf die für das Jahr 2030 geplanten Ausbaumengen wird diese lokale Verwertung jedoch zur Voraussetzung dafür, dass der weitere PV-Zubau überhaupt netzverträglich umgesetzt werden kann. In der Praxis entscheidet die Leistungsregelung darüber, wie effizient und skalierbar Power-to-Heat-Anwendungen tatsächlich sind. Nicht die Wärmeerzeugung an sich, sondern ihre Regelbarkeit bestimmt damit den Systemnutzen. Vereinfachte, stufige Regelansätze stoßen mit zunehmender PV-Dichte an ihre Grenzen. Insbesondere fehlende Regeldynamik und grobe Leistungsauflösung führen dabei zu vermeidbaren Netzrückwirkungen und ungenutzten Überschüssen. Stufenlose, sinusförmige Verfahren adressieren genau diese Lücke und werden, insbesondere als OEM-fähige Lösungen, zu einem Schlüsselbaustein für die nächste Ausbaustufe der dezentralen Energiewende.