Wissenschaftliche Untersuchung zeigt das Potenzial thermischer Speicher für Photovoltaik, dynamische Stromtarife und eine flexible Stromnutzung

Wie lassen sich elektrische Heizsysteme künftig besser mit erneuerbaren Energien, Photovoltaikanlagen und schwankenden Strompreisen verbinden? Und welchen Einfluss haben unterschiedliche Heizsysteme auf den Wärmekomfort und die Temperaturverteilung in einem Raum?

Diesen Fragen ist die Technische Universität Dresden in einer umfangreichen messtechnischen und energetischen Untersuchung nachgegangen. Im Auftrag der LUCHT LHZ Elektroheizung GmbH & Co. KG wurden verschiedene elektrische Heizsysteme unter kontrollierten und vergleichbaren Bedingungen untersucht.

Ein besonderer Schwerpunkt lag auf der Flächenspeicherheizung TECHNOTHERM Dynamo. Seine Doppelspeicher-Technologie wurde dafür entwickelt, elektrische Energie gezielt als Wärme zu speichern und die Stromaufnahme zeitlich vom tatsächlichen Wärmebedarf zu entkoppeln.

Die Untersuchung bestätigt: Der TECHNOTHERM Dynamo verbindet einen sehr gleichmäßigen Wärmekomfort mit der Möglichkeit, einen wesentlichen Teil des Strombezugs in zeitlich günstigere Zeiträume zu verschieben.

Ziel der Untersuchung

Die Energiewende stellt neue Anforderungen an elektrische Verbraucher. Strom aus Photovoltaik und Windkraft steht nicht immer genau dann zur Verfügung, wenn er benötigt wird. Gleichzeitig führen dynamische Stromtarife dazu, dass sich Strompreise im Tagesverlauf teilweise erheblich unterscheiden können.

Elektrische Heizungen mit einem thermischen Speicher können hier einen wichtigen Beitrag leisten. Sie nehmen elektrische Energie auf, wandeln diese in Wärme um und speichern sie für eine spätere Nutzung.

Die TU Dresden untersuchte deshalb insbesondere:

• wie gleichmäßig die verschiedenen Heizsysteme einen Raum erwärmen,
• wie sich die empfundene Temperatur an unterschiedlichen Positionen im Raum entwickelt,
• wie viel elektrische Energie während der Nutzungszeit aufgenommen wird,
• wie sich eine vorherige Speicherbeladung auf den späteren Strombezug auswirkt,
• welches Potenzial für eine zeitliche Lastverschiebung besteht,
• und wie sich unterschiedliche Strompreise sowie die Nutzung von PV-Eigenstrom wirtschaftlich auswirken können.

 

Untersuchung unter kontrollierten Bedingungen

Die Messungen wurden im Combined Energy Lab der Technischen Universität Dresden durchgeführt. Dabei konnten die Umgebungsbedingungen kontrolliert und unterschiedliche thermische Belastungen realitätsnah nachgebildet werden.

Verglichen wurden verschiedene elektrische Raumheizsysteme, darunter:

• der TECHNOTHERM Dynamo mit Doppelspeicher-Technologie,
• eine klassische elektrische Teilspeicherheizung,
• sowie Infrarotheizungen in unterschiedlichen Anordnungen.

 

Die Systeme wurden in mehreren Lastfällen untersucht. Dabei wurde nicht allein die gemessene Raumlufttemperatur betrachtet. Für den tatsächlichen Wärmekomfort ist auch die sogenannte Empfindungstemperatur entscheidend. Sie berücksichtigt neben der Lufttemperatur insbesondere die Strahlungstemperaturen der umgebenden Flächen.

Damit konnte bewertet werden, ob sich die Wärme gleichmäßig im Raum verteilt oder ob die empfundene Temperatur stark vom jeweiligen Aufenthaltsort abhängt.

Sehr gleichmäßiger Wärmekomfort im gesamten Raum

Ein wesentliches Ergebnis der Untersuchung der TU Dresden ist die sehr homogene Temperaturverteilung der elektrischen Speicherheizungen. Sowohl der TECHNOTHERM Dynamo mit Doppelspeicher-Technologie als auch die untersuchte klassische Flächenspeicher- beziehungsweise Teilspeicherheizung erreichten eine nahezu gleichmäßige Wärmeverteilung im gesamten Raum.

Beim TECHNOTHERM Dynamo lagen die maximalen räumlichen Unterschiede der Empfindungstemperatur in den drei untersuchten Lastfällen zwischen lediglich 0,25 und 0,45 Kelvin. Die klassische Flächenspeicherheizung erreichte mit 0,40 bis 0,55 Kelvin ebenfalls ausgezeichnete Ergebnisse. Beide Heizsysteme sorgten damit an den unterschiedlichen Messpositionen für sehr homogene thermische Bedingungen.
Bei der wandmontierten Infrarotheizung traten dagegen – abhängig vom Lastfall und der Aufenthaltsposition – Unterschiede der Empfindungstemperatur zwischen 3,8 und 4,6 Kelvin auf.

Bei den deckenmontierten Infrarotheizungen untersuchte die TU Dresden drei unterschiedliche Montagepositionen: „nah“, „mittig“ und „fern“. Dabei zeigte sich, dass die Positionierung einen erheblichen Einfluss sowohl auf den Energieverbrauch als auch auf die thermische Behaglichkeit hat.

Die Deckenposition „fern“, in unmittelbarer Nähe des Raumthermostaten, wies zwar den geringsten Gesamtenergieverbrauch der drei untersuchten Deckenpositionen auf, führte jedoch gleichzeitig zu einer deutlich ungleichmäßigeren Temperaturverteilung im Raum. Im Lastfall von 60 % wurden räumliche Unterschiede der Empfindungstemperatur von 3,2 Kelvin gemessen, bei 85 % sogar 3,5 Kelvin. Die TU Dresden stellt ausdrücklich fest, dass die gemessenen Temperaturunterschiede zu thermischem Unbehagen führen.

Zum Vergleich: Im Lastfall von 60 % betrugen die maximalen räumlichen Temperaturunterschiede beim TECHNOTHERM Dynamo lediglich 0,45 Kelvin und bei der klassischen Flächenspeicherheizung 0,55 Kelvin.
Die Untersuchung verdeutlicht damit, dass der Energieverbrauch eines Heizsystems nicht isoliert betrachtet werden sollte. Entscheidend ist auch, wie gleichmäßig die Wärme im Raum verteilt wird und welche thermische Behaglichkeit an den unterschiedlichen Aufenthaltspositionen erreicht wird.

Für Räume, in denen eine gleichmäßige Beheizung des gesamten Raumes gewünscht ist, bieten sowohl der TECHNOTHERM Dynamo als auch die klassische Flächenspeicherheizung nach den Ergebnissen der TU Dresden besonders homogene thermische Bedingungen.

Wärme speichern, bevor sie benötigt wird

Die besondere Stärke des TECHNOTHERM Dynamo liegt in seinem integrierten thermischen Speicher.

Im Versuch wurde der Speicher bereits vor Beginn der eigentlichen Nutzungszeit elektrisch beladen. Unter den gewählten Prüfbedingungen benötigte das Gerät etwa 1 Stunde und 15 Minuten, um seinen thermischen Speicher vollständig aufzuladen.

Die aufgenommene Energie wurde als Wärme im Gerät gespeichert und anschließend über einen längeren Zeitraum kontrolliert an den Raum abgegeben. Dadurch konnte ein erheblicher Teil der für die Raumbeheizung benötigten elektrischen Energie zeitlich vorgezogen werden.

Das ist der zentrale Unterschied zu einer klassischen Direktheizung: Stromaufnahme und Wärmeabgabe müssen nicht ausschließlich zum gleichen Zeitpunkt stattfinden.

Nachgewiesenes Potenzial zur Lastverschiebung

Während der vierstündigen Nutzungszeit nahm der TECHNOTHERM Dynamo in allen drei untersuchten Lastfällen weniger elektrische Energie auf als die Vergleichssysteme.

Grund dafür war die bereits vor der Nutzungszeit im Gerät gespeicherte Wärme. Der Dynamo konnte den Raum während der anschließenden Nutzung zu einem erheblichen Teil aus seinem thermischen Speicher beheizen.

Am Beispiel des untersuchten 60-Prozent-Lastfalls wurden während der vierstündigen Nutzungszeit folgende Werte gemessen:

• TECHNOTHERM Dynamo: 1.752,5 Wh,
• Teilspeicherheizung: 2.813,0 Wh,
• Infrarotheizung Wand: 3.236,1 Wh.

 

Beim Dynamo kamen vor Beginn der Nutzungszeit 1.490,7 Wh für die Speicherbeladung hinzu. Die Studie zeigt deshalb nicht, dass durch die Speicherbeladung grundsätzlich weniger Gesamtenergie benötigt wird.

Der entscheidende Vorteil besteht vielmehr darin, dass ein wesentlicher Teil der Stromaufnahme in eine vorgelagerte und gezielt auswählbare Zeit verschoben werden kann.

Genau diese zeitliche Flexibilität ist für ein Energiesystem mit erneuerbaren Energien von großer Bedeutung.

Potenzial für dynamische Stromtarife

Bei dynamischen Stromtarifen verändert sich der Strompreis im Tagesverlauf. Zeiten mit einem hohen Stromangebot können wesentlich günstiger sein als Stunden mit einer starken Nachfrage.

Ein elektrisches Heizsystem ohne nennenswerten Speicher muss einen großen Teil des Stroms dann beziehen, wenn die Wärme unmittelbar benötigt wird. Der TECHNOTHERM Dynamo kann dagegen in günstigeren Zeitfenstern geladen werden und die gespeicherte Wärme später abgeben.

In einem von der TU Dresden betrachteten Beispielszenario wurden für die vorgelagerte Beladungszeit Stromkosten von 0,15 Euro je Kilowattstunde und für die spätere Nutzungszeit 0,40 Euro je Kilowattstunde angesetzt.

Unter diesen Annahmen war der Betrieb des Dynamo in den meisten untersuchten Fällen wirtschaftlich günstiger als der Betrieb der betrachteten Teilspeicher- und Infrarotheizungen.

Die tatsächliche Ersparnis hängt immer vom Gebäude, vom Wärmebedarf, von der Nutzung, von der Regelung und von den verfügbaren Stromtarifen ab. Die Untersuchung belegt jedoch grundsätzlich das wirtschaftliche Potenzial einer gezielten zeitlichen Lastverschiebung.

Eigener Solarstrom wird als Wärme nutzbar

Ein weiteres Anwendungspotenzial ergibt sich in Verbindung mit einer Photovoltaikanlage.

PV-Strom steht häufig in den Mittagsstunden zur Verfügung, während der Wärmebedarf eines Gebäudes besonders in den frühen Morgenstunden oder am Abend höher sein kann. Ohne Speicher lässt sich der erzeugte Solarstrom deshalb nicht immer vollständig für die Raumheizung nutzen.

Der TECHNOTHERM Dynamo kann in Zeiten mit PV-Überschuss geladen werden. Die elektrische Energie wird dabei in Wärme umgewandelt, im Gerät gespeichert und anschließend zeitversetzt für die Raumbeheizung genutzt.

In einem weiteren Berechnungsszenario betrachtete die TU Dresden eine Speicherbeladung mit PV-Eigenstrom zu angenommenen Kosten von 0,08 Euro je Kilowattstunde. Unter diesen Bedingungen verstärkte sich der wirtschaftliche Vorteil der vorgelagerten Beladung nochmals.

Der thermische Speicher kann somit dazu beitragen, den Eigenverbrauch einer Photovoltaikanlage zu erhöhen und den Bezug von teurerem Netzstrom während der späteren Nutzungszeit zu reduzieren.

Bedeutung für Gebäude und Stromnetz

Elektrische Heizsysteme mit thermischen Speichern können perspektivisch mehr sein als reine Wärmeerzeuger. Durch eine intelligente Steuerung lassen sie sich zu flexiblen Verbrauchern im Energiesystem weiterentwickeln.

Die Beladung kann bevorzugt zu Zeiten erfolgen, in denen:

• ausreichend PV-Eigenstrom vorhanden ist,
• viel erneuerbare Energie im Stromnetz zur Verfügung steht,
• die allgemeine Stromnachfrage niedrig ist,
• oder dynamische Strompreise besonders günstig sind.

 

In Zeiten hoher Netzbelastung oder hoher Strompreise kann die Stromaufnahme dagegen reduziert werden, während die gespeicherte Wärme weiterhin für den Raum zur Verfügung steht.

Die Studie der TU Dresden zeigt damit, welches Potenzial dezentrale thermische Speicher für eine netzdienliche und kostenorientierte Nutzung elektrischer Energie besitzen.

Die wichtigsten Ergebnisse im Überblick

Die Untersuchung der TU Dresden zeigt:

• Der TECHNOTHERM Dynamo sorgt für eine sehr gleichmäßige Empfindungstemperatur im gesamten untersuchten Raum.
• Die maximalen räumlichen Temperaturunterschiede lagen beim Dynamo lediglich zwischen 0,25 und 0,45 Kelvin.
• Der thermische Speicher konnte unter den Versuchsbedingungen innerhalb von etwa 1 Stunde und 15 Minuten vollständig beladen werden.
• Während der anschließenden vierstündigen Nutzungszeit benötigte der Dynamo in allen drei untersuchten Lastfällen weniger zusätzliche elektrische Energie als die Vergleichssysteme.
• Ein wesentlicher Teil der Stromaufnahme konnte gezielt vor die eigentliche Nutzungszeit verschoben werden.
• Dadurch kann der Dynamo günstige Zeitfenster dynamischer Stromtarife nutzen.
• In Verbindung mit einer Photovoltaikanlage kann eigener Solarstrom als Wärme gespeichert und zeitversetzt genutzt werden.
• Die wirtschaftlichen Vorteile entstehen in erster Linie durch den Zeitpunkt der Stromaufnahme und nicht durch ein pauschales Versprechen eines grundsätzlich geringeren Gesamtenergieverbrauchs.
• Elektrische Heizsysteme mit thermischen Speichern können einen Beitrag zur flexibleren und netzdienlicheren Stromnutzung leisten.

 

Fazit der Studie

Die Untersuchung der Technischen Universität Dresden bestätigt das technische Grundprinzip des TECHNOTHERM Dynamo: Elektrische Energie kann vor der eigentlichen Heizphase aufgenommen, im Gerät thermisch gespeichert und anschließend bedarfsgerecht als Wärme an den Raum abgegeben werden.

Gleichzeitig erreicht der Dynamo eine besonders gleichmäßige Temperaturverteilung und damit einen hohen Wärmekomfort im gesamten Raum.

Sein wesentlicher Vorteil liegt in der zeitlichen Flexibilität. Der Strom kann bevorzugt dann genutzt werden, wenn er günstig, als eigener PV-Strom oder in hoher Menge aus erneuerbaren Quellen verfügbar ist.

Damit verbindet der TECHNOTHERM Dynamo drei zentrale Anforderungen an eine zukunftsorientierte elektrische Raumheizung:

hohen Wärmekomfort, thermische Speicherung und einen flexibel steuerbaren Strombezug.

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„Messtechnische und energetische Analyse zur Raumbeheizung von verschiedenen elektrischen Heizgeräten und deren Potenzial zur Lastverschiebung“

Technische Universität Dresden, Institut für Energietechnik
Abschlussbericht vom 2. Juni 2026

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