Moderne Energielösungen: Klima schützen und Kosten sparen

Moderne Energielösungen verfolgen das Ziel, entweder erneuerbare Energien zu nutzen oder die benötigte Energie effizienter einzusetzen. Die Hauptmotivationen für den Einsatz neuer Energielösungen sind meist entweder das Bestreben, die Umwelt weniger zu belasten, oder das Vorhaben, Geld in Form von Energiekosten zu sparen. 

Auch der Wunsch nach Autarkie – der Selbstversorgung mit Strom und Wärme – nimmt zu. Er geht einher mit dem Bedürfnis, unabhängiger von schwankenden Energiepreisen zu werden. Eine vollständige Autarkie auf Basis selbst erzeugter erneuerbarer Energie lässt sich zwar für die allermeisten Privatgebäude heute noch nicht erzielen, doch die Entwicklung schreitet auch hier voran. 

Energieerzeugende und energieeffiziente Systeme

Lösungen, die Energie auf umweltschonende Art erzeugen, sind beispielsweise Photovoltaikanlagen und energiesparende Heizsysteme wie Wärmepumpen. 

Photovoltaikanlagen wandeln Sonnenenergie in kostengünstigen Solarstrom um, der im Haushalt genutzt werden kann. Je höher der Eigenverbrauch an Solarstrom, desto rentabler die Anlage – daher liegt es im Interesse der Nutzer, möglichst viele Verbraucher mit Solarstrom zu betreiben. 

Das kann beispielsweise eine Wärmepumpe sein, die Strom benötigt, um erneuerbare Wärme zu erzeugen. Aufgrund der hohen Effizienz arbeitet eine Wärmepumpe als Heizsystem ohnehin schon umweltschonend. Wird sie jedoch mit selbst erzeugtem Solarstrom betrieben, fallen sowohl Umweltbilanz als auch Kostenersparnis noch positiver aus.

Darüber hinaus gibt es weitere energieerzeugende oder energieeffiziente Systeme, auf die wir im Weiteren noch genauer eingehen. 

Energieeffiziente Gebäude und Haushalte

Unabhängig von der Energiequelle ist es sinnvoll, den Energieverbrauch insgesamt zu reduzieren. Die Kreditanstalt für Wiederaufbau hat als Standard die sogenannten Effizienzhaus-Stufen für Bau und Sanierung geschaffen. Diese geben mithilfe von Kennzahlen (40–85) an, wie hoch der Energieverbrauch eines Gebäudes ist. Dabei werden sowohl der primäre Energiebedarf als auch der Wärmeverlust berücksichtigt. 

Mithilfe von Dämmmaßnahmen und effizienten Heizsystemen lässt sich der Energieverbrauch erheblich reduzieren. Die größte Einsparung ermöglicht das weitestgehend luftdichte Passivhaus: Der Energiebedarf ist gegenüber Bestandsgebäuden um bis zu 90 % reduziert, gegenüber typischen Neubauten immerhin bis zu 75 %. 

Auch in Gebäuden, die nicht in naher Zukunft saniert werden sollen, ist zumindest eine energetische Optimierung sinnvoll. Sie umfasst Maßnahmen, die den Energieeinsatz im Haushalt möglichst effizient gestalten und oft nur wenig kosten. 

Im privaten Bereich sind Photovoltaikanlagen die bekannteste und derzeit rentabelste Möglichkeit, Strom selbst zu erzeugen. Die Solarmodule werden meist auf dem Hausdach installiert und wandeln das einfallende Sonnenlicht in Solarstrom um, der dann im Haushalt verbraucht oder gegen eine Vergütung in das Stromnetz eingespeist werden kann. 

Weniger weit verbreitet sind private Kleinwindkraftanlagen. Ihre Wirtschaftlichkeit ist stark standortabhängig und in den meisten Fällen aufgrund der hohen Kosten im privaten Bereich noch nicht gegeben. 

In beiden Fällen steht der erzeugte Strom nur zu bestimmten Zeiten zur Verfügung – im Falle von PV-Anlagen hauptsächlich zur sonnenreichen Mittagszeit, bei Windkraftanlagen nur dann, wenn der Wind weht. Für eine verbesserte Selbstversorgung mit Energie ist es daher notwendig, den Strom speichern zu können. Dafür gibt es Stromspeicher. 

Alternativ kann der erzeugte Strom direkt genutzt werden, um mittels eines Heizstabs Warmwasser zu bereiten oder eine Wärmepumpe zu betreiben, die Heizwasser erhitzt. In einem Pufferspeicher wird dann das warme Wasser – und damit auch die gewonnene Energie – aufbewahrt, bis Warmwasser bzw. Heizenergie benötigt wird.

Mittels selbst gewonnenen oder zugekauften Stroms kann auch ein Elektroauto betrieben werden. Da der Stromverbrauch vergleichsweise hoch ist, ist die günstigste Möglichkeit die Versorgung durch die eigene Photovoltaikanlage. Ideal ist die Kombination mit einem Speicher, sodass das Auto auch über Nacht geladen werden kann. Kann das Auto tagsüber geladen werden, ist dies auch eine Form der direkten Speicherung der Energie. Weitergehende Konzept sehen vor,  dass E-Fahrzeuge zum Teil der Speicherinfrastruktur werden und das Netz in Zeiten hohen Verbrauchs stabilisieren. Technische Voraussetzung dafür ist das bidirektionale Laden, bei dem nicht nur Strom aus dem Netz ins E-Auto, sondern auch aus dem Auto ins Netz geladen werden kann. Die Technik dafür gibt es schon, allerdings fehlt es noch an rechtlichen Rahmenbedingungen und Modellen für die Abrechnung.

Moderne Energielösungen im Bereich Heizung arbeiten effizienter, umweltschonender oder günstiger als konventionelle Systeme wie Öl- und Gasheizungen. 

Als besonders effizient erweisen sich Wärmepumpen. Sie nutzen Umgebungswärme aus der Luft, dem Erdreich oder dem Grundwasser, um mithilfe kleiner Mengen Strom ein Vielfaches an Wärmeenergie zu erzeugen. Die relativ hohen Investitionskosten amortisieren sich aufgrund der deutlich reduzierten Heizkosten, die hauptsächlich aus den Stromkosten bestehen. Je nach Gebäudetyp versorgen Luft-, Erd- und Wasserwärmepumpen ein Gebäude das ganze Jahr über zuverlässig mit Wärme. 

Direkt mit elektrischem Strom zu heizen, ist in der Regel teuer. Mit Strom aus der heimischen Solaranlage betrieben, bieten Infrarotheizungen eine günstige Alternative zum Heizen. Unabhängig davon werden sie auch temporär und zur Unterstützung eingesetzt, wo sich der Einbau anderer stationärer Heizelemente nicht lohnt. Im Neubau kommen Infrarotheizungen aber oft schon als Komplettheizung mit einer PV-Anlage zum Einsatz. Kommt der eingesetzte Strom vom eigenen Dach, arbeitet die Infrarotheizung nicht nur nachhaltiger. Der Heizstrom erhöht auch den Eigenverbrauch und damit die Rentabilität der PV-Anlage.  

Möglichkeiten für die Warmwasserbereitung bieten Heizstäbe und Solarthermieanlagen. Ein Heizstab wird mit Strom betrieben, idealerweise auch aus der eigenen Photovoltaikanlage. Eine Solarthermieanlage erzeugt hingegen direkt nutzbare Wärme aus der Wärmestrahlung der Sonne, die hauptsächlich für die Warmwasserbereitung genutzt wird. Teilweise wird diese auch für die Heizungsunterstützung eingesetzt. In beiden Fällen kann das erwärmte Wasser für den späteren Gebrauch in einem Pufferspeicher zwischengelagert werden.

Ebenfalls als umweltschonendes Heizsystem kommt auch eine Pelletheizung infrage. Sie wird mit Holzscheiten oder -pellets betrieben, einem nachwachsenden Rohstoff, der als CO2-neutral gilt. Auch Pelletheizungen können als alleiniges Heizsystem fungieren. Aufgrund der Feinstaubbelastung sollen Pelletheizungen jedoch in Zukunft in Neubauten nur in Kombination mit einer Photovoltaikanlage oder einer Solarthermieanlage erlaubt sein. Zudem mehrt sich die Kritik an Heizen mit Holz, da der Rohstoff gar nicht schnell genug nachwachsen kann. 

Smart-Home-Anwendungen dienen dem Komfort und der Sicherheit der Bewohner und tragen außerdem zu einem effizienten Energiemanagement bei. Hervorzuheben sind hier insbesondere Energiemanager und Anwendungen, die gezielt den Energieverbrauch reduzieren.

Energiemanager dienen als intelligente Schnittstelle zwischen Stromerzeugern und -verbrauchern. Sie regulieren beispielsweise, wann und wie Strom aus einer Photovoltaikanlage verbraucht oder gespeichert, wann die Energie aus dem Speicher verwendet wird und wann es notwendig ist, zusätzlichen Strom zuzukaufen. 

Mithilfe von Programmen lassen sich solche Abläufe in hohem Maß automatisieren. Wird etwa während der Mittagsstunden besonders viel Solarstrom erzeugt, kann damit ein Heizstab betrieben und das erwärmte Wasser zwischengespeichert werden. Anschließend wird der Stromspeicher gefüllt, bis er voll ist. Ist der Strom abends oder nachts vollständig verbraucht, wird Strom aus dem Netz bezogen – alles automatisiert dank des Energiemanagers.

Ebenso automatisch arbeiten energiesparende Funktionen im Smart Home. Geheizt wird beispielsweise nur dann, wenn die Bewohner bald nach Hause kommen – abgestimmt auf die jeweiligen Arbeitszeiten. In ihrer Abwesenheit werden automatisch die Rollläden herabgelassen, um bereits vorhandene Wärme länger zu halten (und vor Einbrüchen zu schützen). Lampen schalten sich automatisch ein, wenn jemand einen Raum betritt, und anschließend sofort wieder aus. Auch Elektrogeräte wie der Herd werden beim Verlassen des Hauses automatisch abgeschaltet. Neben der Energieersparnis stehen hier auch Sicherheitsaspekte im Fokus. Allerdings ist zu berücksichtigen, dass die smarten Geräte eine permanente Verbindung zu Strom und Netz benötigen, was einen zusätzlichen Energieverbrauch zur Folge hat. 

Damit einmal erzeugte Wärme möglichst effizient im Haus genutzt wird, ist eine gute Dämmung notwendig. Dadurch reduzieren sich der Energieverbrauch und damit auch die Kosten. Relevant sind insbesondere die Dach- und Fassadendämmung sowie die Perimeterdämmung von beispielsweise Kellerwänden und Bodenplatten. 

Auch Fenster und Türen sollten ausreichend gedämmt sein. Für Fenster gibt es Isolierglas oder eine spezielle Wärmeschutzverglasung. Den höchsten Standard erreichen Fenster, die für Passivhäuser geeignet sind. Türen lassen sich auch im Nachhinein dämmen und abdichten, was einen zusätzlichen Vorteil durch verbesserten Schallschutz bietet. 

Die Heizkörper spielen ebenfalls eine wichtige Rolle. Flächenheizungen wie Wand- und Fußbodenheizungen geben Wärme gleichmäßig über eine große Fläche ab und arbeiten so effizient bereits bei niedrigen Temperaturen: Die sogenannte Vorlauftemperatur, das heißt, die Temperatur, die das Heizmedium hat, liegt hier bei nur etwa 30 bis 35 Grad. Das Heizmedium muss also nicht sehr stark erwärmt werden, wodurch Betriebskosten gespart werden. Flächenheizungen sind ideal geeignet für die Kombination mit einer Wärmepumpe.

Zu einem reduzierten Energieverbrauch tragen auch Lüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung bei. Diese kommen insbesondere in Passivhäusern, aber auch in modernen Neubauten zum Einsatz. In diesen Häusern kann auf das Lüften verzichtet werden, wodurch die Wärme im Inneren nicht verloren geht. Stattdessen wird über eine Lüftungsanlage die Luft kontinuierlich gefiltert und erneuert. Die Abwärme der verbrauchten Luft wird direkt genutzt, um die frische Luft zu erwärmen, sodass sich der Bedarf an Heizwärme weiter reduziert. 

Moderne Energielösungen können auf viele Arten kombiniert werden. Das Herzstück dieses Beispiels ist eine Photovoltaikanlage, die auf dem Hausdach installiert wird. Mit dem selbst erzeugten Solarstrom wird eine Wärmepumpe betrieben, die zuverlässig den Bedarf an Wärme deckt. Wenn – insbesondere in der kalten Jahreszeit – der Solarstrom nicht ausreicht, kann zusätzlich Strom aus dem Netz zugekauft werden. Handelt es sich um Ökostrom, verbessert das die Umweltbilanz weiter.

Ein hoher Eigenverbrauch des Solarstroms ist die rentabelste Art, eine Photovoltaikanlage zu nutzen. Daher ist es von Vorteil, weitere Verbraucher mit Solarstrom zu versorgen. Wird die Wärmepumpe gerade nicht benötigt oder steht Solarstrom im Überfluss zur Verfügung, kann der Überschuss beispielsweise verwendet werden, um ein Elektroauto zu laden. Ein Energiemanager stellt sicher, dass Verbraucher nach Priorität bedient werden – dass etwa zunächst der Wärmebedarf gedeckt wird, bevor das Auto geladen wird. Weitere Smart-Home-Anwendungen helfen, Energieverschwendung durch unnötig brennende Lampen oder laufende Unterhaltungsgeräte zu vermeiden.

Idealerweise spielt sich dieses Szenario in einem Effizienzhaus ab, das außerdem noch mit einer Flächenheizung ausgestattet ist. Doch auch für Bestands- und Altbauten lassen sich passende Energielösungen finden. Die vielen Kombinationsmöglichkeiten helfen an nahezu jedem Standort, die Energieeffizienz zu verbessern, Kosten zu sparen und das Klima zu schonen.