Erneuerbare Energien privat nutzen

Natürliche Energiequellen werden in immer größerem Maßstab erschlossen: Wasserkraftwerke, Windräder, Biogasanlagen oder Erdwärmebohrungen sollen fossile Brennstoffe einsparen und den Ausstoß klimaschädlicher Gase reduzieren. Etliches von dem, was im großen Maßstab funktioniert, lässt sich auch im eigenen Heim realisieren. Zwar stellt niemand ein Windrad im Garten auf oder heizt mit Gas aus dem Komposter, doch Wärmepumpen oder Anlagen zur Nutzung der Sonnenenergie arbeiten auch im privaten Bereich mit erstaunlicher Effizienz. Stellenweise lässt sich mit einer Vielzahl dezentraler kleiner Anlagen sogar mehr erreichen als mit großen Installationen. Hier und auf den folgenden Seiten geben wir Informationen zu praxiserprobten Techniken zur heimischen Energiegewinnung und bieten Ihnen Hintergrundwissen an, mit dessen Hilfe Sie Entscheidungen über entsprechende Investitionen in erneuerbare Energie treffen können.

Wärme und Strom verteilen

Im Haushalt werden zwei Energieformen benötigt: einerseits Wärme zum Heizen und für die Bereitung von Warmwasser, andererseits elektrischer Strom zum Betrieb von Haushaltsgeräten, Beleuchtung, Informationstechnik und Unterhaltungselektronik.

Wärme wird in den meisten Fällen vor Ort erzeugt, denn nur eine Minderheit der Haushalte ist an Fernwärmenetze angeschlossen. Elektrischer Strom kommt bereits mit der üblichen Spannung von 230 Volt als Wechselstrom ins Haus. Die Infrastruktur unterscheidet sich also ein wenig, aber die eigentlichen Verteilwege der Energie im Haus – Elektroleitungen, Heizsystem und Warmwasserrohre – sind in jedem Fall bereits vorhanden und können in aller Regel weiter genutzt werden.

Folgerichtig muss in die vorhandenen Verteilsysteme nur punktuell eingegriffen werden, wenn es darum geht, die neuen Energiequellen zusätzlich zu vorhandenen einzubinden oder – bei der Wärmeerzeugung – die alte Quelle durch eine neue zu ersetzen. Zwar hat auch die Art der Energieverteilung hier und da Einfluss darauf, ob sich bestimmte regenerative Energieformen im konkreten Objekt rentieren, und gegebenenfalls muss auch Steuerungstechnik nachgerüstet werden, doch im Wesentlichen kann man sich bei einer Investitionsentscheidung auf die Energiequelle konzentrieren.

Heizung und Warmwasser

Für Ein- oder Zweifamilienhäuser und auch für die meisten Mehrfamilienhäuser werden keine eigenen Kraftstationen oder Heizungsgebäude errichtet und betrieben. Hier sind allenfalls Heizungsräume und beim Betrieb mit Heizöl oder Kohle auch Lagerräume für den Brennstoff vorhanden. Manchmal nicht einmal das, denn auch komplette Einfamilienhäuser lassen sich beispielsweise mit einer wandhängenden Gastherme versorgen, die im Bad, in der Küche oder neben anderen Installationen in einem Haustechnikraum untergebracht ist.

Das ist ein gewichtiges Argument bei der Entscheidung für eine bestimmte Energieform. Ein anderes können Größe und geologische Beschaffenheit des Grundstücks sowie Lage und Ausrichtung des Hauses sein. Und schließlich spielt auch der Dämmstandard des Hauses eine Rolle, denn etliche Wärmequellen, die erneuerbare Energien nutzen, arbeiten mit niedrigen Vorlauftemperaturen und funktionieren dann am effektivsten, wenn wenig Wärme nach draußen verloren geht und deshalb relativ geringe Wärmemengen kontinuierlich nachgeliefert werden müssen. All diese Aspekte sind bei der Entscheidung für eine Technik zu berücksichtigen und gegen die Kosten abzuwägen.

Im Folgenden geben wir einen kurzen Überblick über die verschiedenen erneuerbaren Energieformen und ihre private Nutzung zur Beheizung und zur Warmwasserbereitung.

Pelletsheizung

Wer bisher mit Öl oder gar noch Kohle geheizt hat, für den sind Holzpelletsheizungen eine fast ideale Methode, um auf eine regenerative Energiequelle umzustellen.

Beim Heizen mit Holzpellets ist die Umstellung bei der Nutzung meist am geringsten. Hier werden zu sogenannten Pellets gepresste Holzreste verbrannt und damit Heiz- und Brauchwasser erwärmt. Das kann in Einzelöfen geschehen, häufiger aber im Rahmen einer Zentralheizung.

Wie bei der Ölheizung wird ein Lagerraum für den Brennstoff benötigt und wie dort muss regelmäßig neuer Brennstoff gekauft werden. Die alte Heizung wird durch die Pelletsheizung ersetzt und diese dann weitgehend wie gewohnt betrieben. Lediglich die Entsorgung der anfallenden Asche unterscheidet sich vom Betrieb mit Heizöl. An den Zustand des Hauses oder dessen Lage werden keine besonderen Anforderungen gestellt.

Unter Umweltgesichtspunkten ist es positiv, dass ein in ausreichender Menge nachwachsender Rohstoff genutzt wird, bei dessen Verbrennung nur die Menge CO2 freigesetzt wird, die der Baum beim Wachsen aufgenommen hat. Die Wirtschaftlichkeit richtet sich nach dem jeweiligen Preis für Pellets, der auch saisonalen Schwankungen unterliegt.

Wärmepumpen

Eine Wärmepumpenheizung nutzt die in der Außenluft, im Erdreich oder im Grundwasser vorhandene Wärme und bringt sie auf ein höheres Temperaturniveau. Das Kernstück, die eigentliche Wärmepumpe, wirkt im Prinzip wie der Kühlkreislauf eines Kühl- oder Gefrierschranks. Der Unterschied: Bei der Wärmepumpenheizung wird der umgebenden Natur Wärme entzogen und im Hausinneren freigesetzt, während beim Kühlschrank dem Inneren Wärme entzogen und außen freigesetzt wird.

Für die Wärmepumpe wird Platz benötigt – wie auch für andere Zentralheizgeräte. Zusätzlich braucht eine Wärmepumpenheizung sinnvollerweise einen Pufferspeicher, in dem Warmwasser zwischengelagert wird.

Da eine Wärmepumpe die Temperatur des Heizkreislaufs nur in begrenztem Maß anhebt, funktioniert sie am besten in gut gedämmten Häusern und idealerweise mit Flächenheizsystemen, also etwa mit einer Fußbodenheizung.

Wärmepumpen sind mittlerweile eine gut etablierte Technik. Fertiganlagen gibt es von zahlreichen Herstellern.
Eine Wärmepumpe im Schema: Im Verdampfer (3) bringt die Energiequelle das zirkulierende Wärmemedium auf ein etwas höheres Temperaturniveau. Der Kompressor (4) verdichtet das Medium und erhöht dabei die Temperatur weiter. Diese Wärme wird im Kondensator (1) über einen Wärmetauscher an den Heizkreislauf abgegeben. Beim Durchlaufen des Drosselventils (2) entspannt sich das Medium, kühlt dabei ab und kann dann wieder Wärme aufnehmen.

Wie hoch die Investition in die Heizanlage ausfällt und wie zuverlässig sie Energie liefern kann, hängt von der natürlichen Wärmequelle ab. Eine Anzapfung der Erdwärme über eine Tiefbohrung oder der Wärme im Grundwasser funktioniert das ganze Jahr über am zuverlässigsten, verursacht aber auch die höchsten Erschließungskosten. Ein in relativ geringer Tiefe flächig ausgebrachter Erdkollektor ist preiswerter, erfordert aber eine entsprechende Fläche im Garten und ist beim Errichten arbeitsintensiv. Der Aufbau einer Luftwärmepumpe ist am preisgünstigsten, dafür sind Ertrag und Effizienz wetterabhängig.

Bei der Entscheidung für eine Wärmepumpe sollte man tunlichst darauf achten, dass alle Voraussetzungen und Anforderungen optimal erfüllt werden und die Anlage ausreichend dimensioniert ist. Liefert sie zu wenig Energie, dann muss der Heizkreislauf mit einem elektrischen Heizstab zusätzlich erwärmt werden – und das ist die denkbar teuerste Methode beim Heizen.

Solarthermie

Letztlich stammt der Großteil der Energie, mit der wir täglich umgehen, nach mehr oder weniger großen Umwegen von der Sonne. Sonnenlicht und -wärme lassen sich aber auch direkt anzapfen, beispielsweise mit der Solarthermie. Dabei werden sogenannte Kollektoren der Sonnenstrahlung ausgesetzt. Das sind flache Kästen, in denen eine Flüssigkeit zirkuliert. Diese Flüssigkeit erwärmt sich und leitet die Wärme dann bis zu einem Wärmetauscher weiter. Im Wärmetauscher wird dann das Wasser für den Heizkreislauf und das direkt genutzte Warmwasser erwärmt.

Solarthermie ist recht erschwinglich, auch wenn man besonders hochwertige Sonnenkollektoren – sogenannte Vakuumröhrenkollektoren – verwendet. Was man allerdings braucht, ist eine geeignete Aufstellfläche, die möglichst ideal zur Sonne ausgerichtet ist. In der Regel ist dies eine Dachfläche. Auf diesen Aspekt werden wir beim Thema Sonnenstrom noch im Detail eingehen.

Außerdem zwingend erforderlich ist ein ausreichend dimensionierter Warmwasserspeicher. Das hat einen einfachen Grund: Die Zeiten, in denen am meisten Sonnenschein zu verzeichnen ist, sind selten dieselben, zu denen das meiste Warmwasser und die meiste Heizenergie benötigt werden. Warmes Wasser muss also zwischengelagert werden. Sinnvoll ist aus dem gleichen Grund auch geeignete Technik zur Haussteuerung – damit kann dann beispielsweise eine direkt mit Warmwasser betriebene Wasch- oder Spülmaschine bei idealem Sonnenwetter gestartet werden, auch wenn die Bewohner dann alle zur Arbeit sind.

Solarthermie funktioniert sehr simpel: Eine Transportflüssigkeit kreist durch den Sonnenkollektor auf dem Dach und gibt die dort aufgenommene Wärme über einen Pufferspeicher an die Warmwasser- und Heizanlage weiter.
Die einfachste Bauform für Kollektoren sind Flachkollektoren. Sie sind preiswert und hinreichend effizient.
Vakuumröhrenkollektoren sind teurer, aber auch effizienter. Sie können auch auf kleinen Flächen oder bei weniger günstiger Lage oft noch ausreichende Wärmemengen ernten.

Wärme- und Stromerzeugung kombinieren

Eine inzwischen auch für Privathaushalte durchaus interessante Technik ist die Kraft-Wärme-Kopplung, bei der sowohl Wärme als auch Strom erzeugt werden. Dies geschieht mithilfe eines sogenannten Mini- oder Mikro-Blockheizkraftwerks, in dem ein Motor konstant in einem optimalen Lastzustand arbeitet und sowohl über einen Generator Strom erzeugt als auch mit der Abwärme zur Beheizung beiträgt.

Allerdings funktioniert diese Technik in Privathäusern in der Regel mit fossilen Brennstoffen. Sie kann also Umweltvorteile bieten, arbeitet aber nicht mit erneuerbaren Energien. Ähnliches gilt für Brennstoffzellenheizungen, für die der Brennstoff derzeit aus dem vorhandenen Gasanschluss kommt.

Sollte eines Tages eine flächendeckende Wasserstoff-Infrastruktur existieren, die beispielsweise mit Windrädern erzeugten Wasserstoff verteilt, ließe sich damit natürlich auch eine erneuerbare Energiequelle nutzen – aber das ist heute noch Zukunftsmusik.

Photovoltaik: Selbstgemachter Strom

Ganz und gar aus natürlichen Ressourcen, nämlich direkt aus dem Sonnenlicht, stammt hingegen mithilfe von Solarzellen erzeugter Strom. Die dahinterstehende Technik ist bewährt und praxistauglich. Sie funktioniert im ganz kleinen Maßstab, etwa bei solar versorgten Armbanduhren, und vereinzelt auch in Großanlagen wie großflächigen Sonnenfarmen. Besonders interessant ist aber die dezentrale Nutzung in einzelnen Häusern oder Gewerbebetrieben.

Privat erzeugter Sonnenstrom wird immer mit Hilfe von Solarzellen gewonnen, die Licht in Strom umwandeln. Dabei gibt es unterschiedlich effiziente und zugleich unterschiedlich teure Lösungen – je mehr Stromertrag, desto höher gewöhnlich die erforderliche Investition. Die technischen Unterschiede, die Möglichkeiten der einzelnen Solarzellentypen und die Anforderungen an die übrigen Komponenten der Solaranlage haben wir auf einer eigenen Seite zusammengestellt.

Es ist schon faszinierend: Sonne strahlt auf ein Stück Silizium, und schon entsteht Strom. Ganz so einfach ist es natürlich nicht, aber das erklären wir: Was technisch gesehen hinter Solarzellen steckt, welche man in welchem Fall verwendet und wie man damit eine Solaranlage aufbaut, das erfahren Sie hier. Lexikon Photovoltaik

Solaren Ertrag optimieren

Die beste Technik zur Stromgewinnung hilft allerdings wenig, wenn die Solarzellen nur geringe Chancen haben, das Sonnenlicht einzufangen. Wichtig ist es also, die Zellen und die daraus zusammengestellten Paneele so zu platzieren, dass sie über einen möglichst langen Zeitraum am Tag optimal zur Sonne ausgerichtet sind. Das funktioniert nicht nur bei ideal ausgerichteten Dächern, sondern es lassen sich auch andere Lösungen finden, Solarpaneele aufzustellen.

Auch dazu haben wir eine eigene Informationsseite aufgebaut. Dort finden Sie zusätzliche Hinweise darauf, wie die geografische Lage den Energieertrag mitbestimmt und wie man die Sonnenstromgewinnung grundsätzlich wirtschaftlich betreiben kann.

Als Photovoltaik-Betreiber möchte man möglichst viel Strom ernten und davon einen möglichst großen Anteil selbst verbrauchen. Wie das geht und was Sie rund um die Selbstversorgung mit Solarstrom beachten müssen, erfahren Sie hier.
Solaranlagen planen und betreiben

Strom speichern

Weiter oben klang es schon einmal beim Thema Solarthermie an: Die Zeiten des höchsten solaren Ertrags sind nicht zugleich die Zeiten des höchsten Energiebedarfs. Wie bei der Wärmeenergie muss also auch beim solar erzeugten Strom eine Möglichkeit gefunden werden, eine Brücke zwischen Erzeugung und Nutzung zu schlagen.

Den Strom einfach ins öffentliche Netz einzuspeisen, ist unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten keine gute Lösung mehr – das haben wir auf der entsprechenden Seite zum Themenkomplex Planung und Betrieb von Solaranlagen erläutert. Einen Ausweg bietet zum einen auch hier die Hausautomation, die bis zu einem gewissen Grad den Stromverbrauch unabhängig von der Anwesenheit der Nutzer steuern kann. Zum anderen können in gewissen Grenzen die persönlichen Nutzungsgewohnheiten angepasst werden.

Erheblich eleganter ist es natürlich, den Strom zu speichern, denn damit bleibt dem Bewohner jede Möglichkeit frei zu entscheiden, wann er welche elektrischen Geräte im Haus benutzt. Diese Freiheit ist aber nicht umsonst zu haben, denn Speichertechnik kostet Geld und diese Kosten haben direkten Einfluss darauf, ob sich eine Photovoltaik-Anlage lohnt. Zudem ist je nach Stromspeicher ein mehr oder weniger großer Platzbedarf zu beachten – alles in allem ein Thema, das komplexer ist, als es auf den ersten Blick scheint. Was bei Auswahl, Anschaffung und Installation von Solarakkus zu beachten ist, finden Sie deshalb wieder auf einer eigenen Seite.

Strom kann man zum Glück speichern und so die Kluft zwischen Ernte und Verbrauch schließen. Das ist die gute Nachricht. Stromspeicher, also Akkus, kosten allerdings auch nicht gerade wenig Geld. Das ist der Wermutstropfen. Ob, wann und wie sich die Stromspeicherung lohnt und welche Alternativen es gibt, lesen Sie hier. Solarstrom speichern

Elektrizität bestimmt den technischen Fortschritt und der Bedarf ist groß. Doch endlos sind die fossilen Energiequellen nicht und die Umwandlung in elektrische Energie ist aufwändig. Es müssen Quellen gefunden werden, die endlos Energie zur Verfügung stellen. Diese Ressourcen werden erneuerbare Energien genannt. Erneuerbare Energie – Formen und Nutzung

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Bildnachweis
  1. "Symbolfoto mit Sonnenblume" (Originalbild): Gerd Altmann, Lizenz: CC0 1.0 / pixabay.com

  2. "Holzpellets" (Originalbild): Amaza, Lizenz: CC0 1.0 / Wikimedia Commons

  3. "Wärmepumpen" (Originalbild): hutti, Lizenz: CC0 1.0 / pixabay.com

  4. "Schema Wärmepumpe" (Originalbild): Ilmari Karonen, Lizenz: gemeinfrei / Wikimedia Commons

  5. "Schema Solarthermie" (Grafika1.svg) von Mr.mu517j, Lizenz: CC BY-SA 3.0, skaliert

  6. "Flachkollektoren" (Originalbild): Bernd Rieke, Lizenz: gemeinfrei / Wikimedia Commons

  7. "Vakuumröhrenkollektor" (Solar heating system - Thermosolaranlage - Mörfelden-Walldorf - Germany.jpg) von Norbert Nagel / Wikimedia Commons, Lizenz: CC BY-SA 3.0, skaliert, beschnitten

  8. "Solarzellen im Verbund" (Monocrystalline silicon in solar cells.jpg) von http://images-of-elements.com/silicon.php, Lizenz: CC BY 3.0, skaliert, beschnitten

  9. "Solarmodule mit Blüte" (Originalbild): Klaus-Uwe Gerhardt, Lizenz: CC0 1.0 / pixabay.com

  10. "Symbolbild Batterie" (Originalbild): Dean Simone, Lizenz: CC0 1.0 / pixabay.com

  11. "Erneuerbare Energie – Formen und Nutzung" (Originalbild): stevepb, Lizenz: CC0 Public Domain / Pixabay

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