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alle Artikel 25. März 2020

Umwelt-freundliche Energie-gewinnung für Immobilien (Eine Übersicht)

Wer heute ein Haus baut und Nachhaltigkeit und Klimaschutz dabei eine wichtige Rolle spielen, für den stellt sich die Frage nach umweltfreundlicher Energiegewinnung für Strom, Heizung und warmes Wasser.

Wie Energieexperte José Manuel Busquets Hidalgo, der uns bei unserem Projekt Casa Xaloc berät, zu sagen pflegt: "Die nachhaltigste Energie ist die, die man nicht verbraucht". Deswegen sollte man bei seinem Energiekonzept zunächst immer danach schauen, wie Energie eingespart werden kann – sei es mit einer Veränderung des eigenen Verhaltens, durch den Einsatz von Technologien oder wirksamer Dämmung. Nichtsdestotrotz kommen wir ohne die Nutzung von Strom und Wärme im alltäglichen Leben nicht aus.

Deswegen schauen wir uns nun an, welche Möglichkeiten es gibt, Energie für die eigene Immobilie selbst zu erzeugen, welche Umweltenergien wir dazu anzapfen können, und welche Technologien uns dabei unterstützen.

Diese Möglichkeiten zur Energiegewinnung nehmen wir genauer unter die Lupe:

  1. Photovoltaik: Stromgewinnung durch Sonnenenergie
  2. Kleinwindkraftanlagen: Stromgewinnung durch Windenergie Exkurs: Batteriespeicher
  3. Wärmepumpen: Wärmegewinnung aus Grundwasser, Erde oder Luft
  4. Solarthermie - Wärmegewinnung durch Sonnenenergie

Dabei betrachten wir die verschiedenen Möglichkeiten unter diesen Geschichtspunkten:

  • Wie funktioniert es?
  • Wie energieeffizient ist es?
  • Wie hoch ist die Investition und wie rentabel ist es?

Gehen wir's an!

1. Mit Photovoltaik Strom aus Sonnenenergie gewinnen

Wer über klimafreundlichen Strom nachdenkt, der landet eigentlich sofort bei einer Photovoltaikanlage. Photovoltaik hat sich als Technologie zur Stromerzeugung durch Sonnenenergie weltweit etabliert und zahlt sich sowohl in ökologischer als auch wirtschaftlicher Hinsicht aus.

Wie funktioniert eine Photovoltaikanlage?

Eine Photovoltaikanlage sammelt über Solarmodule, die auf dem Dach oder der Terrasse angebracht sind, Sonnenenergie. Die in den Kollektoren enthaltenen Solarzellen nehmen dabei das Sonnenlicht auf und wandeln es über einen Wechselrichter in Strom um. Dieser kann entweder direkt für den eigenen Gebrauch genutzt, in einer Batterie gespeichert oder in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden.

Um die Leistungsfähigkeit der verschiedenen Anlagen vergleichen zu können, wird die elektrische Leistung (Nennleistung) einer Photovoltaikanlage in Kilowattpeak (kWp) angegeben, also der maximalen Leistung Module unter standardisierten Laborbedingungen.

Installiert man eine Anlage mit circa einem Kilowattpeak Leistung, werden sechs bis acht Quadratmeter Fläche benötigt. Dabei ist der Stromertrag abhängig von der tatsächlichen Sonneneinstrahlung, Jahreszeiten und anderen Faktoren wie Schatten, reflektierendem Licht oder Verschmutzung der Module.

Wann arbeitet eine PV-Anlage effizient?

Um möglichst viel Sonnenlich einzufangen, sollten die Kollektoren im Idealfall zur Südseite ausgerichtet sein mit einer Dachneigung von 30 Grad. Neigungen darunter oder darüber können den Stromgewinn deutlich verringern. Darüber hinaus sollte die Dachfläche nicht von umliegenden Bäumen oder Häusern verschattet werden.

Unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten ist es häufig sinnvoller die Anlagengröße nicht nur auf den eigenen Verbrauch hin zu optimieren, d. h. zu klein zu bemessen. Kleine Anlagen sind pro Kilowatt Leistung oftmals teurer als größere. Für Ein- oder Zweifamilienhäuser haben sich Anlagengrößen bis 10 Kilowatt bewährt.

Mit einer Photovoltaikanlage von 5 KwP Leistung beispielsweise kann eine vierköpfige Familie ohne den Einsatz eines Batteriespeichers einen Eigenverbrauch von 20 bis 30 Prozent erreichen. Mit Batteriespeicher lässt sich dieser auf 50 bis 70 Prozent erhöhen. Darüber hinaus versprechen Anbieter von virtuellen Speichern, sogenannten Strom-Clouds, sogar einen Autarkiegrad von 100 Prozent und mehr. Dazu mehr im Kapitel über Batteriespeicher.

Was kostet eine Photovoltaikanlage?

Die Anschaffungskosten für eine PV-Anlage sind in den vergangenen Jahren deutlich gesunken. Pro Kilowatt Leistung muss man aktuell 1.200 bis 1.600 Euro netto investieren. Bei Ein- und Zweifamilienhäusern mit einer Anlagengröße von 5 bis 10 kW fallen demnach Anschaffungskosten von 7.000 bis 12.000 Euro netto an. In Deutschland gibt es verschiedene Möglichkeiten, hierzu Fördermittel zu beantragen.

Die Lebensdauer einer PV-Anlage liegt zwischen 20 und 30 Jahren.

Produziert eine Photovoltaikanlage an warmen, sonnenreichen Tagen oftmals mehr Strom als verbraucht werden kann, muss im Herbst und Winter auf andere Energiequellen zurückgegriffen werden. Hier kann die Kombination mit einer Kleinwindkraftanlage sinnvoll sein.

2. Stromerzeugung mit Kleinwindkraftanlagen

Eine weitere Möglichkeit, selbst Strom zu produzieren, ist, sich eine kleine Windkraftanlage auf seinem Grundstück zu installieren. Kombiniert mit einer Photovoltaikanlage und einem Batteriespeicher kann man so ganzjährig selbst Strom produzieren und ist im Idealfall sogar zu 100 Prozent autark.

Anders als Photovoltaik sind Kleinwindanlagen noch nicht im Massenmarkt angekommen und von der Investition her eher teuer.

Wie funktioniert eine Kleinwindanlage?

Kleinwindkraftanlagen werden direkt neben dem Gebäude aufgestellt, beziehungsweise dort, wo Energie gebraucht und verbraucht wird. Es werden Anlagen mit vertikaler oder horizontaler Rotorachse angeboten. Durchgesetzt hat sich allerdings die horizontale Variante.

Über die Rotorblätter wird die Windenergie über einen Generator in elektrische Energie gewandelt und entweder ins öffentliche Stromnetz eingespeist oder in einen Batteriespeicher geleitet.

Wegen ihrer geringen Baumaße von bis zu vier Metern Durchmesser sind für Privathaushalte vor allem sogenannte Mikro-Windkraftanlagen mit einer Leistung bis zu fünf Kilowatt interessant. Übrigens spielen anders als bei großen Windkraftanlagen Aspekte wie Schall oder Schattenwurf kaum eine Rolle.

Kosten einer Kleinwindkraftanlage

Die Anschaffungskosten für eine Kleinwindanlage liegen bei 3.000 bis 9.000 Euro pro Kilowatt Nennleistung. Dabei kann der der Mast samt Fundament mitunter teurer sein als der Windgenerator selbst. Je nach Standort und durchschnittlicher Windgeschwindigkeit, kann sich ein höherer Mast aber durchaus rechnen, wenn sich durch auch die Stromproduktion steigert.

Je nach Qualität und Wartung liegt die Lebensdauer einer Kleinwindkraftanlage zwischen 10 und 20 Jahren.

Wann macht eine Kleinwindanlage Sinn?

Ohne Wind kein Strom. Wer über eine Kleinwindkraftanlage zur Stromgewinnung nachdenkt, sollte prüfen, ob auf dem Grundstück genug Wind in Höhe des Rotors weht. Eine wichtige Kennzahl ist hier die mittlere Jahreswindgeschwindigkeit. Je stärker der Wind, desto mehr Strom wird erzeugt.

Für die Höhe des Stromertrags einer Windenergieanlage ist übrigens nicht die Nennleistung des Generators entscheidend, sondern die Länge der Rotorblätter. Diese sollten möglichst ungehindert vom Wind angeströmt werden.

Geht es um die Wirtschaftlichkeit der Anlage, macht vor allem in Deutschland, Österreich und der Schweiz nur der Eigenverbrauch Sinn. Eine Einspeisung in das öffentliche Stromnetz wird lediglich gering vergütet. Die Anlage sollte demnach auf den eigenen Verbrauch optimiert sein.

Exkurs: Batteriespeicher für mehr Autarkie

Gerade wenn es bei der Energiegewinnung um Eigenverbrauch geht, lohnt es sich, über einen Batteriespeicher nachzudenken. Damit kann man den Eigenverbrauch deutlich steigern und so an Autarkie gewinnen.

Denn Energie wird oftmals nicht genau dann gebraucht, wenn sie produziert wird. Mit einer Batterie kann Energie, die für den aktuellen Verbrauch zu viel produziert wurde, für einen späteren Zeitpunkt am Tag gespeichert werden.

Batteriespeicher sind hauptsächlich für den Einsatz mit Photovoltaikanlagen ausgelegt. Es kann zusätzlich aber auch noch ein Kleinwindkraftwerk angeschlossen werden, um somit den Autarkiegrad von 80 bis 100 Prozent zu steigern. Dafür muss der Batteriespeicher allerdings die notwendigen technischen Voraussetzungen erfüllen.

Als Batteriespeicher haben sich Lithium-Ionen-Batterien etabliert. Sie können häufiger geladen werden, halten länger und sind leistungsfähiger als andere Varianten. Eine unabhängige, durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderte Studie („Kompendium: Li‐Ionen‐Batterien“) hat zudem die Sicherheit dieser Geräte bestätigt.

Rechnen sich Batteriespeicher?

Wie bei Photovoltaik-Anlagen sind auch die Kosten von Heimspeichern in den vergangenen Jahren so stark gesunken, dass sie inzwischen die Schwelle zur Wirtschaftlichkeit erreicht haben.

Wer allerdings vor allem auf Autarkie setzt und dazu einen größeren Speicher benötigt, den durch Photovoltaik gewonnen Strom also nicht unbedingt ins öffentliche Stromnetz einspeisen möchte, für den ist die Wirtschaftlichkeit geringer.

Je höher die Speicherkapazität, desto geringer die Wirtschaftlichkeit des Stroms aus der Batterie.

Macht eine Strom-Cloud Sinn?

Ergänzend zum Heimspeicher bieten immer mehr Anbieter sogenannte Strom-Clouds an, also virtuelle Speicher, in die private Stromproduzenten zu viel produzierten Strom einspeisen können. Der im Sommer in die Cloud eingespeiste Strom kann so beispielsweise im Herbst und Winter genutzt werden, wenn die PV-Anlage also generell weniger Strom als benötigt produziert. So kann man im Verbund und Austausch mit anderen privaten PV-Stromerzeugern eine Autarkie von 100 Prozent erreichen.

Je nach Anbieter bekommt man eine Vergütung, wenn man weniger Strom verbraucht als produziert. Teilweise geht das Angebot schon so weit, dass der selbst produzierte Strom sogar mobil abgerufen werden kann, beispielsweise an ausgewählten Tankstellen zur Aufladung des des E-Autos.

Wenn man eine Strom-Cloud in Erwägung zieht, sollte man einen genauen Blick werfen auf eventuelle Mitgliedskosten oder auch Stromkosten, die anfallen, wenn man selbst mehr verbraucht, als eingespeist wurde.

3. Wärmepumpe: Klimafreundlich heizen

Die Wärmepumpe ist in Neubauten das Heizsystem der Wahl. Eine Wärmepumpenheizung ist allerdings nur für gut gedämmte Häuser sinnvoll. Wärme wird dabei auf drei verschiedene Arten gewonnen: aus dem Grundwasser, der Erde und der Luft. Die drei Wärmepumpenarten unterscheiden sich aber deutlich in ihrer Effizienz und sind auch nicht alle auf jedem Grundstück umsetzbar.

Wie funktioniert eine Wärmepumpe?

Eigentlich hat jeder eine Wärmepumpe zuhause in der Küche stehen: Der Kühlschrank funktioniert nämlich nach dem gleichen Prinzip, nur umgekehrt: der Innenraum wird also gekühlt und warme Luft nach außen abgegeben.

Die Wärmepumpe hingegen befördert Wärme aus der Außenluft, dem Grundwasser oder dem Erdreich ins Haus hinein. Wie beim Kühlschrank dient ein Kältemittel in einem Rohrsystem als Transportmittel. Mit der Zuhilfenahme von Strom wird das Kältemittel verdichtet, um die Temperatur aus Erde, Grundwasser oder Luft auf die Vorlauftemperatur der Heizung zu steigern. Bei Abgabe der Wärme kühlt sich das Mittel wieder ab und der Kreislauf beginnt von neuem.

Wann macht eine Wärmepumpe Sinn?

Die Wärmepumpe ist nur dann effizient, wenn sie auf den Wärmebedarf des Haushalts abgestimmt ist. Wird mehr Wärme benötigt, springt in der Regel ein zusätzlicher, mit Strom betriebener Heizstab ein, der den Stromverbrauch in die Höhe treibt.

Bedingungen für den Einsatz einer Wärmepumpenheizung sollten also sei: - Gute Dämmung des Gebäudes - Große Heizkörper, beispielsweise als Fußboden- oder Wandheizung.

Die drei Wärmepumpenarten sind unterschiedlich effizient. Am effizientes ist eine Grundwasserpumpe, gefolgt von der Erdwärmepumpe und schließlich der Luftwärmepumpe.

Selbst im Winter ist das Grundwasser in der Regel nicht kälter als 10 Grad Celsius. Das macht diese Wärmepumpenart im Vergleich zu den anderen so effizient. Da zur Installation aber zwei Brunnen gebohrt werden müssen, ist diese Grundwasserwärmepumpe nicht überall erlaubt.

Erdwärmepumpen nutzen die Wärme aus dem Erdreich, die wie das Grundwasser von der Temperatur her kaum schwankt. Allerdings hängt es von der Zusammensetzung des Bodens ab, ob diesem genug Wärme zu entziehen ist.

Luftwärmepumpen sind weniger aufwändig zu installieren und können überall eingesetzt werden, sind allerdings am wenigsten effizient, auch wenn selbst aus kalter Luft noch Wärme gewonnen werden kann. Da zur Wärmegewinnung Ventilatoren zum Einsatz kommen, sollte bei der Planung auch der Schallschutz berücksichtig werden.

Was kostet eine Wärmepumpe und wann rentiert sie sich?

Wie hoch die tatsächliche Investition für die Anschaffung und Installation einer Wärmepumpe wird, ist je nach Standort, Umgebung und weiteren Faktoren, individuell sehr unterschiedlich. Angaben können deshalb nur als Richtwert verstanden werden.

  • Luftwärmepumpe inklusive Installation: 12.000 bis 14.000 Euro
  • Erdwärmepumpe: 9.000 bis 11.000 Euro für das Aggregat; für Sonden zusätzlich 50 bis 75 Euro pro Meter Bohrtiefe, oder für Erdkollektoren pro Quadratmeter ca. 25 Euro.
  • Grundwasserwärmepumpe: 9.000 bis 12.000 Euro für das Gerät; 4.000 bis 7.000 Euro für Erschließungskosten.

4. Solarthermie: Warmes Wasser aus Sonnenenergie

Mit Solarthermie wird über Sonnenkollektoren Sonnenenergie in Wärme umgewandelt. Diese Form der Wärmegewinnung lohnt sich hauptsächlich für Haushalte mit einem überdurchschnittlich hohen Warmwasserbedarf, beispielsweise um ein Schwimmbad zu betreiben.

Wie funktioniert Solarthermie?

Um die Wärme der Sonne für die Gewinnung von Warmwasser nutzen zu können, kommen Solarkollektoren zum Einsatz, die mit einer Wärmeträgerflüssigkeit gefüllt sind, die Frostschutzmittel enthält. Bei Sonneneinstrahlung erwärmt sich die Flüssigkeit und zirkuliert mit Hilfe einer Umwälzpumpe zwischen den Kollektoren und dem Pufferspeicher. Dort sorgt ein Wärmetauscher für die Erwärmung des Trinkwassers. Auch zur Unterstützung der Heizung kann Solarthermie eingesetzt werden, was bis zu 30 Prozent der Verbrauchskosten der Hauptheizung einsparen kann.

Was kostet eine Solaranlage und unter welchen Bedingungen ist ihr Einsatz sinnvoll?

Die Anschaffungskosten einer Solarthermie-Anlage beginnen bei ca. 4.000 Euro für ein kleines Einfamilienhaus. Bei zusätzlicher Heizungsunterstützung geht es bei 8000 Euro los.

Der Wärmeertrag einer Anlage hängt von der Fläche, der Ausrichtung und Neigung der Solarkollektoren ab. Sinnvoll ist eine Anlage nur, wenn das Warmwasser, das sie produziert, auch genutzt wird. Sonst ist sie weder wirtschaftlich noch ökologisch rentabel. Der Eigenverbrauch an Warmwasser oder Heizung ist vorab also genau zu prüfen.

Fazit: Es gibt nicht DIE eine Lösung

Auch wenn es manche Labels Glauben machen wollen: Es gibt kein Patentrezept für die optimale Energiegewinnung bei Wohnimmobilien. Jedes neue Projekt ist mit seinen unterschiedlichen Bedingungen, was Standort und Beschaffenheit der Umgebung angeht, eine ganz eigene Herausforderung, die individuell betrachtet werden möchte.

Egal, für welche Möglichkeit(en) man sich entscheidet, es lohnt sich, Fragen zu stellen, nicht nur nach der Effizienz und der Wirtschaftlichkeit, sondern vor allem auch nach der eigenen Motivation. Denn auch wenn sich manchmal eine Anschaffung nicht sofort monetär rechnet, zahlt sie sich in ökologischer Hinsicht vielleicht um so stärker aus. Mit Blick auf die Erhaltung unseres wunderbaren Planeten kann das doch eine sehr lohnende Investition sein, finden wir.

Quellen:

Photovoltaik: Was bei der Planung einer Solaranlage wichtig ist (Verbraucherzentrale)

Wie die Kleinwindanlage zum Erfolg wird (Klein-Windkraftanlagen.com)

Kleine Windenergieanlagen (Verbraucherzentrale)

Solarthermie (Effizienzhaus-online.de)

Solarthermie (Verbraucherzentrale)

Wärmepumpen (Effizienzhaus-online.de)

Heizen mit Wärmepumpe (Verbraucherzentrale)

Die Strom-Cloud (Strom-Magazin.de)

Stromspeicher (Finanztip)

Stromspeicher fürs Haus kaufen (Klein-Windkraftanlagen.com)

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