Solaranlagen

In Deutschland würde die gesamte eingestrahlte Solarenergie ausreichen, um auf den Dächern unverschatteter und optimal zur Sonne ausgerichteter Einfamilienhäuser mit einer Solaranlage so viel Energie zu produzieren, wie das Haus im Jahr verbraucht.

Wie groß muß die Sonnenkollektorfläche sein?

Die benötigte Fläche für die Sonnenkollektoren kann man als Faustregel so berechnen:

Wohnfläche in qm, dividiert durch 3, ergibt die notwendige Kollektorfläche in qm.

Beispiel:
120 qm Wohnfläche : 3 = 40 qm notwendige Kollektorfläche

Mit einem Quadratmeter optimal ausgerichteter Sonnenkollektoren kann also durch eine Solaranlage so viel Strom im Jahr erzeugt werden, wie drei Quadratmeter Wohnfläche benötigen. Allerdings ist diese Rechnung auf ein ganzes Jahr bezogen und vernachlässigt, daß die Solareinstrahlung nicht gleichmäßig über das Jahr verteilt ist und es leider noch keine Solaranlagen gibt, die überschüssige Sommer- Solarenergie speichern können, um sie im Winter zu nutzen.

Solarthermieanlage oder Fotovoltaikanlage?

Solaranlagen werden im Hausbau als Anlagen für Solarthermie und für Photovoltaik (Fotovoltaik) eingesetzt. Im Bereich der Solarthermie erfolgt die Nutzung zur Trinkwassererwärmung, sowie zur Unterstützung von Wasserheizungen, während bei der Photovoltaik (Fotovoltaik) elektrischer Strom erzeugt wird.

Es gibt einige wichtige Grundsätze für die Errichtung von Solaranlagen. So ist darauf zu achten, daß die Sonnenbestrahlung der Solaranlage nicht durch Beschattung von Bäumen oder anderen Gebäuden beeinträchtigt wird. Die Sonnenkollektoren müssen exakt nach Süden ausgerichtet sein. Jegliche Veränderung der Richtung führt zu Einbußen im Energieertrag der Solaranlage. Auch der Winkel zur Sonne muß bei den Solaranlagen optimal ausgerichtet sein. Für Solaranlagen der Photovoltaik (Fotovoltaik) ist eine Dachneigung von 30° optimal, während für Anlagen der Solarthermie eine Dachneigung von 45° als optimal angesehen wird, um den maximalen Sonnenertrag zu erhalten.

Solaranlagen, die auf dem Prinzip der Photovoltaik (Fotovoltaik) beruhen, wandeln Sonnenlicht direkt durch Solarzellen in elektrische Energie um. Diese Umwandlung entsteht durch Sonnenstrahlung, die durch die Freisetzung von positiven und negativen Ladungsträgern in einer Solarzelle aktiviert wird. Solarzellen können zu größeren und leistungsstärkeren Einheiten, den Solarmodulen verbunden werden. Mehrere Solarmodule ergeben dann die Fläche, die zur Nutzung der Photovoltaik (Fotovoltaik) eingesetzt wird.

Solaranlagen, die auf dem Prinzip der Solarthermie beruhen, wandeln die Sonnenenergie in Wärme um. Die Solarthermie kann zur Aufbereitung von Warmwasser für Duschen, Waschen und Spülen genutzt werden oder zur Heizungsunterstützung.

Eine optimal installierte Solaranlage für ein Einfamilienhaus deckt den gesamten jährlichen Warmwasserbedarf zu 50 % - 65 %, im Sommer sogar bis zu 100 %. Bei einem mittleren Warmwasserverbrauch von 50 Litern pro Person und Tag sind Dachflächen für die Sonnenkollektoren in einer Größenordnung von 1,2 - 1,5 m2 pro Person erforderlich. Bei der Nutzung von Vakuumröhren kann die Kollektorfläche um 20 % verringert werden, weil der Wirkungsgrad von Vakuumröhren höher ist, als der von  konventionellen Solarmodulen.

Bezüglich weiterer Informationen über die Verwendung der Solarenergie beim Hausbau, die Funktionsweise, die Anlagen und deren Koste, sowie die öffentliche Förderung der Solaranlagen können Sie sich in unserem Ratgeber Solarenergie ausführlich unterrichten.

Alternative Energien

Alternative Energien werden auch mit den Begriffen erneuerbare Energien, regenerative Energien oder umweltfreundliche Energien bezeichnet. Letztendlich ist damit hauptsächlich die Verwendung von Solarenergie, Geothermie oder Erdwärme, Biogas, Windkraft, Wasserkraft und Holz in Form von Scheitholz oder Holzpellets gemeint.

Die Sonnenenergie ist die wichtigste und unerschöpflichste Energiequelle, die wir kennen. Ohne die Sonnenenergie ist ein Leben auf der Erde nicht möglich. Die Sonnenstrahlung lässt sich auf verschiedene Art und Weise nutzen.

Für den Hausbau sind die Solarthermie, also die thermodynamische Nutzung der Sonnenenergie, um Wasser zu erhitzen und die Photovoltaik (Fotovoltaik), durch die Sonnenenergie in Strom umgewandelt wird, von besonderer Bedeutung. Für beide Bereiche gibt es in Deutschland finanzielle Unterstützung durch Förderungsmaßnahmen der BAFA und zinsverbilligte Kredite der KfW.

Einzelheiten über den Aufbau und die Förderung der Solarenergie- Anlagen sind in unserem Ratgeber Solarenergie ausführlich erläutert.

Die Geothermie bezeichnet die geothermische Nutzung der Erdwärme. Dabei unterscheiden wir zwischen der Nutzung von unterirdischen Klüften, die Heißwasser oder Dampf direkt an Turbinen oder Generatoren zur Stromerzeugung weiterleiten und der Energiegewinnung durch Erdwärmepumpen, die sich die Temperaturunterschiede zwischen Erdoberfläche und Erdinnerem zu Nutze machen.

Für den Hausbau ist die zweite Variante wichtiger, denn für die direkte Nutzung der Erdwärme in Häusern oder Wohnungen gibt es bei uns leider zu wenig Vorkommen dieser Art.

Die Energie aus Abfällen, die Produktion von Biogas, erfreut sich wachsendem Interesse. Durch Verbrennung, Gärung und Pyrolyse ist die Erzeugung von Energie auch für den Hausbau möglich.

Die älteste genutzt Form der alternativen Energie ist das Holz. Holz ist der älteste Brennstoff, den die Menschen kennen. Ziel der Entwicklung von Holz als Energielieferant muß es sein, schnellwachsende Bäume mit hohem Energiewert (Heizwert) zu züchten und das Brennmaterial dann in optimal konstruierten Öfen mit hohem Wirkungsgrad zu verbrennen.

Über die Vorteile der Verwendung von Holz für die Umwelt finden Sie weitere Informationen in dem Abschnitt Holzhaus.

Die Nutzung der Windenergie ist für den Bereich Hausbau nur sehr eingeschränkt möglich. Bedingt durch die Größe der Windkraftanlagen ist es nur selten gestattet, mit einer Einzelanlage selbst Strom zu produzieren.

Die Wasserkraft bringt als einzige bedeutende alternative Energiequelle heute schon einen großen Teil der Produktion von Energie weltweit ein. Es gibt dafür die Speicherkraftwerke, die meist an den großen Stauseen gebaut werden und die Fließkraftwerke, die sich an Stauwehren befinden. Beiden gemein ist, daß durch die Wasserkraft Turbinen angetrieben werden, die Strom erzeugen. Die Nutzung der Wasserkraft ist beim Hausbau nur indirekt möglich, indem man Strom aus Wasserkraftwerken verwendet.

Weitere alternative Energien werden in Gezeitenkraftwerken und Wasserströmungskraftwerken als Strom produziert.

Kohle

Entstehung der Kohle

Anders als bei Erdgas und Erdöl besteht das Ausgangsmaterial der Kohle aus pflanzlichen Stoffen, die abstarben und in Sümpfen versanken. So entwickelte sich der Torf als Ausgangsbasis für die Kohle. Erst durch den Druck der sich auf den Torflagerstätten abgelagerten Erdschichten wurde das Wasser aus dem Torf gepresst und im Laufe von Jahrmillionen zuerst in Braunkohle umgewandelt. Dieses Spiel wiederholte sich immer wieder und je mehr Wasser durch den Druck der sich ablagernden Gesteine auf der Lagerstätte aus der Braunkohle gepresst wurde, desto mehr verfestigte sich das Material, bis es zu Steinkohle und im Extremfall zu Anthrazitkohle wurde.

Um den Zeitrahmen in etwa anzugeben, in dem sich die Kohle entwickelte, kann man sagen, daß die Steinkohle vor 250 bis 350 Millionen Jahren entstand, während sich die Braunkohle vor annähernd 3 bis 65 Millionen Jahren bildete.

Kohlebergbau in Deutschland

Kohle als Klimakiller

Kohlevorräte

Erdgas

Für die Entstehung von Erdgas vor 15 Millionen bis 600 Millionen Jahren sind abgestorbene Mikroorganismen und Plankton verantwortlich. Diese Stoffe setzten sich am Meeresboden ab und wurden von undurchlässigen Schichten bedeckt. Unterhalb der Schichten entwickelten sich chemische Prozesse, die letztendlich zur Bildung von Erdgas führten.

Qualitäten des Erdgases

• Erdgas  H (Nordsee)
• Erdgas H (GUS)
• Erdgas L.

Heizöl/Erdöl

Erdöl

ist der Grundstoff, aus dem das Heizöl gewonnen wird. Chemische Grundbestandteile von Erdöl sind Kohlenwasserstoffverbindungen aus den Elementen Kohlenstoff, Wasserstoff, Schwefel und Stickstoff, sowie in geringen Mengen auch andere Elemente. Die Verarbeitung des Rohöls zu Heizöl erfolgt in Raffinerien.

Heizöl

Fossile Energie

Fossile Energien haben sich in langen Zeiträumen entwickelt. Das vermutlich älteste nutzbare Kohlevorkommen ist mehr als 250 Millionen Jahre alt. Während Erdöl und Erdgas hauptsächlich in Meeren aus tierischem und pflanzlichem Plankton entstanden, vollzog sich die Entstehung der Kohle auf dem Land, durch biologische und physikalische Vorgänge wie Veränderungen des Erdinneren und der Erdoberfläche, meist in den Senken von Sumpfmoorwäldern. Die Entstehung fossiler Energie dauert so lange Zeiträume, daß eine Regeneration in einem überschaubaren Zeitraum nicht möglich ist.

Nach ihren heutigen Vorräten gerechnet, hat die Kohle, in den Formen Steinkohle, Braunkohle und Torf, die besten Zukunftsaussichten. Die Schätzungen für die Vorräte liegen zwischen 250 und 500 Jahren, ein gleichbleibendes Anwachsen des Verbrauchs von maximal 2,5% pro Jahr vorausgesetzt. Der Anteil der Kohle am gesamt Energieverbrauch liegt derzeit bei rund 30%.

Viele Experten gehen daher davon aus, daß die Kohle das Erdöl als Hauptenergielieferant für fossile Energie in absehbarer Zeit ablösen wird. Bis dahin muß allerdings das Hauptproblem der Kohle gelöst werden, nämlich die Umweltverschmutzung. Es gibt bis heute kein wirtschaftliches Verfahren, daß es ermöglicht, die Kohle sauber zu verbrennen. Wenn es nicht gelingt, eine technische Lösung dafür zu finden, kann es daher eher zu einer ökologischen Katastrophe kommen, als dazu, daß die Brennstoffvorräte erschöpft sind.

Fast 40 Prozent der von uns heute benötigten Energie beziehen wir aus Erdöl. Die Vorräte an Erdöl schwinden und es gibt nichts und niemanden, der verhindern kann, daß die wirtschaftlich förderbaren Erdölreserven vermutlich um das Jahr 2035 versiegen werden. Dies ist für den, der heute seinen Hausbau beginnt oder plant, ein durchaus überschaubarer und zu berücksichtigender Zeitraum. Eine ähnliche Prognose gibt es auch für das Erdgas. Bei weiterhin steigenden Energiepreisen kann sich allerdings der Bereich der wirtschaftlich vertretbaren Förderung von Erdöl und Erdgas dahin verschieben, daß auch bisher als unrentabel eingestufte Vorkommen, mittels neuer und teurer Technik doch noch auszubeuten sind. Dies würde die Prognose über die Reserven für Erdöl und Erdgas jedoch nur um einige wenige Jahre verändern.

Dem, der heute seinen Hausbau plant, ist daher anzuraten, auf jeden Fall die regenerativen Energien in die Planung einzubeziehen.

Brennstoffe und andere Energieträger

Im Rahmen der Planung für den Hausbau stellt sich auch die Frage nach der Art und Weise, in der die notwendigen Energien für Heizung und Warmwasserbereitung bereitgestellt werden sollen. Welche Brennstoffe oder welche sonstigen Energieträger sind zweckmäßig, kostengünstig und umweltschonend? Womit soll geheizt werden?

Derzeit ist in Deutschland noch ein Anteil von fast 85% aller Brennstoffe aus dem Bereich der fossilen Energien zu verzeichnen. Dieser Anteil hat sich in den letzten zehn Jahren kaum verändert. Die fossilen Brennstoffe Erdöl, Erdgas und Flüssiggas, sowie Kohle und Strom (soweit aus fossilen Energien hergestellt) sind nicht unerschöpflich. Je nach Modellrechnung von Befürwortern oder Gegnern dieser Brennstoffe reichen die Weltreserven von 30 bis zu 100 Jahren oder mehr.
Es ist daher sicherlich sinnvoll, Überlegungen anzustellen, wie die alternative Nutzung durch regenerative Energie beim privaten Hausbau kostengünstig machbar ist.

Erdgas

Erdgas gehört zu den fossilen Energieträgern. Es weist einen hohen Heizwert auf und gilt als weniger umweltschädlich und wirtschaftlich. Erdgas ist jedoch nicht überall lieferbar und bedarf zur Verteilung eines Anschlusses an ein Gasnetz . Die Gasversorgung erfolgt über regionale Energieversorger und Energiekonzerne. Der Preis für Erdgas setzt sich aus dem Grundpreis und dem Verbrauchspreis zusammen und ist an den Heizölpreis gekoppelt. Die Weltgasreserven werden gegenwärtig (2019) auf gut 199 Billionen Kubikmeter geschätzt. Auf der Basis des heutigen (2019) jährlichen weltweiten Verbrauchs von Erdgas mit rd. 3,93 Billionen Kubikmeter reichen die sicher gewinnbaren Reserven noch 50 Jahre. Der sich abzeichnende technische Fortschritt(?) bei der Förderung von Erdgas (Fracking) könnte diese Prognosen allerdings erheblich verändern.

Flüssiggas

Bei Flüssiggas handelt es sich, wie der Name schon sagt, um ein verflüssigtes Gas. Für das Heizen mit Flüssiggas muss die Zusammensetzung des Gases aus einer Mischung von 95 Prozent Propan und Propen und zu 5 Prozent aus Ethan und Butan bestehen. Flüssiggas ist ein Nebenprodukt der Erdöl- und Erdgasproduktion, dass früher einfach abgefackelt wurde. Neu auf dem Markt ist auch das sogenannte Bio Flüssiggas (Bio LPG), ein aus tierischen und pflanzlichen Reststoffen gewonnenes Flüssiggas. Flüssiggas hat den Vorteil, nahezu ohne Asche, Ruß oder Feinstaub zu verbrennen und damit ist es wesentlich umweltfreundlicher als Erdgas und Heizöl.

Heizöl

Heizöl ist ebenfalls ein fossiler Brennstoff mit hohem Energiegehalt. Jahrzehntelang galt Heizöl unangefochtren als Heizungs-Brennstoff Nr.1 in den deutschen Haushalten. Die Umweltdiskussion und die Feinstaubbelastung haben diesen Status verändert, wenngleich das Heizöl derzeit noch immer führend als Wärmelieferant ist.

Heizöl ist nicht gerade umweltschonend, allerdings ist es derzeit noch wirtschaftlich und im Gegensatz zum Erdgas überall lieferbar. Für die Vorratshaltung von Heizöl ist ein Tank in einem gesonderten Lagerraum im Keller oder ein Erdtank erforderlich. Es gibt zwei Grundsorten des Heizöls, das bisher übliche Heizöl EL, daß jetzt als Heizöl EL Standard bezeichnet wird und das seit einiger Zeit erhältliche Heizöl EL schwefelarm. Der weltweite Verbrauch an Erdöl liegt bei rd. 30 Mrd. Barrel (1Barrel = 159 l) pro Jahr, mit steigender Tendenz. Die vorhandenen bekannten Reserven reichen danach, gerechnet bei gleichbleibendem Verbrauch, nur noch 40 Jahre.

Faktenvergleich von Heizöl, Erdgas und Flüssiggas

Preise: Sowohl die Preise für Erdgas, wie auch für Flüssiggas sind an den Heizölpreis gekoppelt.
Verfügbarkeit: Erdgas benötigt einen Anschluß an ein Gasnetz, bei Heizöl und Flüssiggas kann die Lieferung per Tankwagen an jeden Ort erfolgen.
Umweltbelastung: Die Belastung durch Feinstaub ist bei Erdgas und Flüssiggas über 30 Prozent geringer als beim Heizöl. Die CO2-Belastung ist beim Heizöl rund 50 Prozent höher als bei Erdgas und Flüssiggas.
Brennwert: Der Brennwert ist beim Flüssiggas am höchsten mit 13 kWh/kg, Heizöl weist einen Heizwert von 12 kWh/kg auf und Erdgas verfügt mit 10 kWh/kg den geringsten Brennwert.

Festbrennstoffe

Festbrennstoffe gibt es sowohl in regenerativer, als auch in nicht regenerativer Form. Für die Verbrennung in Heizkesseln, Öfen und Kaminen sind nicht regenerative Brennstoffe wie Steinkohle und Braunkohle aber auch regenerative Brennstoffe wie Holz und Holzpellets möglich. Festbrennstoffe sind überall lieferbar. Die Lagerung von Festbrennstoffen kann in einem Lagerraum im Freien oder im Keller, Schuppen etc. vorgenommen werden.

Die geologisch weltweit nachgewiesenen Kohlenvorräte betragen (2018) rund 1.070 Mrd. t Stein- und Braunkohle, davon ist aber nur ein geringer Teil wirtschaftlich abbauwürdig. Gefördert wurden 2018 weltweit rund 4,2 Mrd. t Steinkohle und 916 Mio. t Braunkohle.

Regenerative Energien

Zu den regenerativen Energien oder auch alternativen Energien gehören neben dem bereits angesprochen Brennstoff Holz auch Solarenergie, Wärme aus der Luft, dem Erdreich mittels Wärmepumpen oder Biogas aus der Vergärung von organischem Materialien wie Gülle, Hausmüll und Klärschlamm und Windenergie zur Stromerzeugung. Auch diese „Brennstoffe“ können als alternative Energieträger für die Beheizung und die Warmwasserbereitung im Hausbau genutzt werden. Solarenergie kann dank fortschrittlicher Technik auch in Mitteleuropa inzwischen sinnvoll als Heizungsunterstützung und für die Warmwasserbereitung eingesetzt werden.

Weitere regenerative Energien, die nur indirekt für den Hausbau genutzt werden können, sind Wasserkraft (Wasserkraftwerke tragen bisher als einzige regenerative Energiequelle einen wesentlichen Teil zur Energieversorgung bei), Kernenergie, Gezeitenenergie, Wellenkraft und die Kraft der Meeresströmung.