Energielösungen für die energetische Selbstversorgung

Einer aktuellen Studie des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT, November 2023) zufolge, könnte sich mehr als die Hälfte der europäischen Einfamilienhäuser vollständig selbst mit Energie versorgen. Die in den Berechnungen angenommene Langzeitspeicherung von Energie in Form von Wasserstoff gilt derzeit noch als viel zu teuer. Zudem ist fraglich, wie sinnvoll es ist, dass sich viele Verbraucher mit ihren privaten Energielösungen aus dem öffentlichen Stromnetz „ausklinken“. Fakt ist jedoch, dass eine 100-%ige Versorgung mit erneuerbaren Energien kein Hirngespinst, sondern umsetzbar ist. Und klar ist auch: Die zumindest teilweise Selbstversorgung der Haushalte wird als Energielösung für die Zukunft eine entscheidende Rolle spielen.

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.

Elektrische Geräte und Wärme

Haushalte nutzen Energie in drei „Sektoren“: als Strom, als Wärme und für die Mobilität. Viele Haushaltsgeräte werden mit Strom betrieben, Elektrizität ist für das moderne Leben unverzichtbar. Aber auch für „übergeordnete“ Aufgaben wie verschiedene Formen der Steuerung, den Betrieb der Pumpen einer Heizung oder für unsere Kommunikation wird Strom benötigt. Wärme wird hingehen vor allem zur Raumheizung und in Form von Warmwasser eingesetzt. Beide sind gerade in unseren Breiten essenziell notwendig für das Wohlbefinden und die Hygiene.

Sonderfall Mobilität

Wenn wir von Mobilität sprechen, meinen wir häufig den „motorisierten Individual-Verkehr“ (MIV), also das privat oder dienstlich genutzte Auto. Obwohl der Trend weg vom eigenen Auto geht, wird es auch in Zukunft individuelle Mobilitätslösungen geben, die weiterhin Energie benötigen. Bisher ist die individuelle Mobilität zu einem großen Teil noch abhängig von der Bereitstellung von Kraftstoffen wie Benzin oder Diesel. Diese Leistung bezahlen wir in der Regel an die Mineralölkonzerne.
Einen nicht geringen Teil unserer Mobilitätsleistungen kaufen wir aber auch als Dienstleistung von Unternehmen ein, so wie die Bus- oder Bahnfahrt. Hier setzt der Haushalt vor allem finanzielle Ressourcen ein, eine 1:1-Substitution durch Selbstversorgung ist in der Regel nicht sinnvoll. Es ist im Gegenteil effizienter, vom Individualverkehr auf den öffentlichen Verkehr umzusteigen: Eine Person mit einem 1 t schweren Fahrzeug zu befördern, verbraucht im Schnitt mehr Energie als 20 Personen mit einem 10 t-Fahrzeug zu transportieren. 

Dekarbonisierung durch Sektorenkopplung

Bisher wird in allen drei Bereichen, insbesondere aber bei der Wärmeversorgung und für den Verkehr, noch große Mengen Energie durch die Verbrennung fossiler Rohstoffe zur Verfügung gestellt, doch das soll sich ändern. Erneuerbare Energien sind auf dem Vormarsch. Mithilfe der sogenannte Sektorenkopplung wird zudem die Elektrifizierung vorangetrieben. Das heißt, die notwendige Energie wird dann in Form von sauberem, umweltfreundlich produziertem Strom bereitgestellt. Das ermöglicht dem Haushalt eine deutlich bessere Selbstversorgung, denn keine Energie lässt sich so einfach gewinnen wie Strom. Aber auch Wärme aus Sonnenenergie und durch den Einsatz von Biomasse kann ohne größeren technischen Aufwand im Haushalt gewonnen werden. Darüber hinaus gibt es weitere nachhaltige Energielösungen für die Selbstversorgung.

Selbstversorgung mit Strom

Strom vom eigenen Dach

Das Mittel der Wahl für die zumindest teilweise Selbstversorgung mit Strom ist die Photovoltaik. Viele Dächer können mit Solarmodulen ausgerüstet werden, die aus Sonnenlicht elektrischen Strom erzeugen. Schrägdächer mit 30 bis 35 Prozent Neigung und einer Ausrichtung nach Süden gelten als optimal für die Errichtung einer Solaranlage, doch das heißt nicht, dass andere Dächer ungeeignet sind. Selbst Norddächer, von denen ca. 30 bis 40 % weniger Solarertrag zu erwarten ist, können für die Photovoltaik genutzt werden. Damit sich das auch wirtschaftlich lohnt, müssen die PV-Kosten jedoch noch sinken. Die Kombination zweier Teilanlagen auf einem nach Osten und Westen ausgerichteten Satteldach kann heute schon mit einem Süddach mithalten. Der Vorteil der Ost-West-Anlagen besteht darin, dass der Solarstrom bedarfsgerecheter erzeugt wird, also am Morgen und am Abend, wenn der Haushalt diesen für die Selbstversorgung benötigt. Bei Süd-PV-Anlagen fällt der höchste Ertrag tagsüber an, also dann, wenn der Verbrauch in der Regel eher gering ist. Der Strom wird dann häufig noch ins öffentliche Netz eingespeist und dann von anderen Verbrauchern genutzt. Im Sinne der Selbstversorgung ist es hingegen sinnvoll, den Eigenverbrauch durch einen Stromspeicher oder den Einsatz großer Verbraucher wie einer Wärmepumpe zu erhöhen. Im letzteren Fall trägt die Photovoltaikanlage auch zur Wärmeversorgung des Haushaltes bei.

Während bei Schrägdächern Neigung und Ausrichtung festgelegt sind, bieten Flachdächer mehr Möglichkeiten. Solange diese die statischen Anforderungen erfüllen, kann darauf die Photovoltaikanlage relativ frei „konfiguriert“ werden. Sprich: Ausrichtung und Neigung lasse sich durch die Wahl der Aufständerung den eigenen Wünschen anpassen. Dabei ist zu berücksichtigen: Umso steiler die Module dabei aufgestellt werden, umso mehr Platz wird zwischen den einzelnen Modulreihen benötigt, um eine gegenseitige Verschattung zu verhindern, umso geringer wird die Leistung der Gesamtanlage.

Wie viel die Photovoltaik zur Selbstversorgung beitragen kann, ist neben der Ausrichtung und Neigung des Daches (der Module) auch von dessen Größe abhängig, sprich davon, wie viele Module und mit welcher Leistung installiert werden können. Die zu installierende Leistung wird zudem von den vorhandenen finanziellen Mitteln bestimmt, also davon, wie viel Geld für die Photovoltaikanlage ausgegeben werden kann. Selbstverständlich spielt auch die Menge des benötigten Stroms eine Rolle, doch gerade im Rahmen der Sektorenkopplung steigt der Bedarf und es lohnt sich immer mehr, das Dach möglichst vollständig mit Modulen zu belegen.

Doch nicht allein das Hausdach bietet sich für die Installation einer Photovoltaikanlage an: Solarcarport und Terrassenüberdachung, PV-Fassade oder Freiflächenanlagen (hier sind häufig Genehmigungen erforderlich) können zur Selbstversorgung mit Solarstrom beitragen.

Strom aus Windkraft, Wasser und Erdwärme

Alternativ zur Photovoltaik kann die Stromversorgung im Haushalt auch über eine private Windkraftanlage erfolgen. Diese liefern aber mit einer Nennleistung von z.B. 5 kW zwischen 2.500 und 10.000 kWh. Der konkrete Beitrag zur Selbstversorgung ist, wie die große Spanne zeigt, sehr von den lokalen Bedingungen abhängig. Aufgestellt werden sollten die Kleinwindräder auch auf einem separaten Mast, auf dem Dach installiert sind meist keine hohen Erträge zu erwarten. Solange die Gesamtanlage unter einer Höhe von 10 Metern können die Windräder in vielen Bundesländern auch ohne Genehmigung aufgestellt werden. Wirklich ökonomisch lohnenswert ist die Nutzung der Windkraft in diesem Maßstab aber meist nicht.

Aus Sicht der Selbstversorgung ergänzen sich die beiden Energielösungen, ebenso wie im Gesamtenergiesystem, jedoch hervorragend, denn Wind und Photovoltaik liefern zu unterschiedlichen Zeitpunkten die größten Stromerträge. Die Energie-Produktion wird durch die Kombination „geglättet“, d.h. bei der Selbstversorgung gibt es weniger „Täler“ und „Spitzen“ und der Gesamtertrag ist stabiler.

Im industriellen Maßstab wird auch die Wasserkraft zur Stromgewinnung genutzt. Diese Möglichkeit stellt nur für die wenigsten privaten Haushalte eine Option dar, denn nur wenige haben einen Bach oder Fluss am Haus, den sie nutzen können. Hinzu kommt: Der Betrieb einer Wasserkraftanlage erfordert eine wasserrechtliche Zulassung. Diese zu erlangen, kann kompliziert und aufwendig sein. ohne langfristige Sicherheit zu bieten. Die Bewilligung zur Gewässerbenutzung ist kein Recht und kann jederzeit bei Vorliegen eines triftigen Grundes ohne Entschädigung zurückgezogen werden.

Theoretisch ließe sich Strom auch aus Erdwärme gewinnen, indem über 100 °C heißes Wasser als Dampf Turbinen antreibt. Die industrielle Nutzung ist hierzulande noch nicht allzu weit fortgeschritten, für die private Selbstversorgung ist das Verfahren aufgrund hoher Investitionskosten und geringer Anwendbarkeit keine Lösung.

Energiebedarf und Anpassung an die Sektorenkopplung

Wie viel Energie in Form von Strom benötigt wird, ist selbstverständlich auch vom Grad der Sektorenkopplung abhängig – hier kann auch die technisch recht simple Warmwasserbereitung per Durchlauferhitzer etc. einbezogen werden. Der durchschnittliche jährliche Verbrauch an Strom liegt laut CO2-Online.de, abhängig von der Anzahl der Personen, zwischen 2.400 kWh (1-Personen-Haushalt ohne Warmwasserbereitung) und 6.300 kWh (5-Personen-Haushalt mit Warmwasserbereitung) und damit in einer Größenordnung, die von einer 10 kWp-Anlage zur Verfügung gestellt werden kann. Aufgrund der typischen Verbraucherprofile ist das aber meist nicht ohne Speicherung möglich. Auch steht Strom aus Photovoltaik und Windkraft  - den am häufigsten genutzten erneuerbaren Energien - 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. Um so mehr erneuerbare Energien eingesetzt werden, umso größer ist der Bedarf an Speichern. 

Selbstversorgung mit Wärme

Überholter Standard: Verbrennung von Energieträgern

Typischerweise entsteht Wärme bei Verbrennung. Chemisch betrachtet, handelt es sich dabei um eine Oxydation (Reaktion mit Sauerstoff) und zur Wärmeerzeugung verbrannt werden in der Regel organische Substanzen. Die bestehen aus langkettigen Kohlenwasserstoffen und / oder Kohlenstoff, egal, ob es sich dabei um Kohle, Öl, Gas oder Holz handelt. Bei der Verbrennung entsteht also immer das Treibhausgas CO₂, weshalb die Wärmeerzeugung durch Verbrennung generell kritisch zu betrachten ist. 

Bei Biomasse, zu der auch Holz zählt, geht man nur davon aus, dass die im Laufe ihres Wachstums so viel CO₂ bindet, wie bei der Verbrennung freigesetzt wird, der Prozess also ein Nullsummenspiel ist und nicht zur Erhöhung des CO₂-Gehaltes in der Atmosphäre führt. Allerdings ist das nur korrekt, wenn genauso viel Biomasse verbrannt wird, wie nachwächst. 
Als umweltschonendes, alleiniges Heizsystem kommen also auch die beliebten Pelletheizungen infrage. Diese mit Scheiten oder Pellets aus Holz betrieben und gelten als CO2-neutral. 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 schon jetzt gar nicht schnell genug nachwachsen kann.  So werden aktuell teilweise alte Wälder eingeschlagen, um „umweltfreundliche“, „CO₂-freie“ Energie zu gewinnen; selbstverständlich ist das ganze Gegenteil der Fall. Hinzu kommt: Bilanziell werden erst alte Bäume echte CO₂-Senken. 

Biogas: Vergären statt verbrennen

Die fossilen Energielösungen sollen auch durch das neue Gebäudeenergiegesetz nach und nach abgelöst werden. Zwar ist Biomasse danach zulässig; einen wertvollen Rohstoff wie Holz zu verfeuern, ist aber nicht der Weisheit letzter Schluss und sollte eher die Ausnahme bleiben. Bei Reststoffen aus der Land- und Forstwirtschaft kann das aber anders aussehen. Lassen die sich nicht „stofflich“ verwerten, ist Verbrennen durchaus eine gangbare Option. Das Vergären zu Biogas bietet jedoch die Möglichkeit, mittels Kraft-Wärme-Kopplung deutlich mehr Energie (Strom und Wärme) zu gewinnen als bei der reinen Verbrennung, weshalb diese Energielösung vorzuziehen ist. Bisher sind die genannten Biogasanlagen meist größere Anlagen, die nicht nur einen einzelnen Haushalt mit Strom und Wärme beliefern, sondern eine größere Anzahl. Meist erfolgt die Anlieferung über die Gasleitung oder im Tank. Mittlerweile gibt es aber auch Mini-Biogasanlagen zur Selbstversorgung, Energielösungen, die vor allem von Start-Up-Firmen angeboten werden.

Solarthermie: Solarenergie direkt nutzen

Seit vielen Jahren bewährt ist die Solarthermie. Das technisch verhältnismäßig einfache Verfahren setzt die Wärmestrahlung der Sonne direkt in im Haushalt für die Selbstversorgung nutzbare Wärme um. Dazu werden Kollektoren auf dem Dach und im Haus ein Warmwasserspeicher installiert. Anlage und Speicher / Heizung müssen dann noch durch neu zu verlegende Wasserrohre verbunden werden. Wie die Photovoltaik liefert Solarthermie die höchsten Erträge im Sommer, im Winter kann sie nur noch ca. 20 % des Wärmebedarfs abdecken. Eine vollständige Wärme-Selbstversorgung mittels Solarthermie ist in der Regel nicht möglich. Dennoch kann die effiziente Energielösung auch in der kalten Jahreszeit einen Beitrag zur Wärmeversorgung des Haushaltes liefern.

Wärmepumpen: Effizient Wärme aus der Umgebung gewinnen

Eine besonders effiziente Lösung, Wärme für die Selbstversorgung zu gewinnen, sind Wärmepumpen. Nach dem Medium, welches die Wärme bereitstellt, werden diese in Luft-, Wasser- oder Erdwärmepumpen unterteilt, bei letzterer spricht man auch von der Nutzung der Geothermie. Richtig umweltfreundlich ist die Energielösung, wenn sauber erzeugter Strom für den Betrieb der Wärmepumpe eingesetzt wird. Gerade Photovoltaikanlage und Wärmepumpe sind im privaten Haushalt auch ökonomisch ein unschlagbares Gespann. Die laufenden Kosten für die Wärmeerzeugung sind bei Einsatz von Solarstrom sehr niedrig.

Wärme aus Strom

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 auch Heizstäbe. Der Heizstab wird dabei mit Strom betrieben, idealerweise auch aus der eigenen Photovoltaikanlage. Das erwärmte Wasser kann für den späteren Gebrauch in einem Pufferspeicher zwischengelagert werden.

Selbstversorgung mit Wärme nur mit Langzeitspeicher

Im Jahr 2020 lag der Verbrauch der 40,5 Millionen deutschen Haushalte bei insgesamt 608 Milliarden Kilowattstunden (503 Raumheizung + 105 Warmwasser). Im Mittel lag der Wärmebedarf pro Haushalt also bei ca. 15.000 kWh. Der konkrete Wärmebedarf eines Haushaltes ist selbstverständlich abhängig von der beheizten Wohnfläche und der Personenzahl. Beim Einsatz einer Wärmepumpe mit einer Jahresarbeitszahl von 3 müssen für die Erzeugung von 15.000 kWh Wärme ca. 5.000 kWh Strom eingesetzt werden. Theoretisch können die zwar aus der Photovoltaikanlage kommen, allerdings produziert die gerade im Winter häufig nicht genug Strom. Das Warmwasser lässt sich im Pufferspeicher aufbewahren, mit einem zusätzlichen Stromspeicher kann auch mehr vom PV-Strom verbraucht werden. Eine Selbstversorgung in der kalten Jahreszeit ohne einen Langzeitspeicher wird aber schwierig.

Langzeitversorgung mit Effizienzeinbußen

Eine weitere Möglichkeit zur energetischen Selbstversorgung bieten Brennstoffzellen. In diesen Zellen wird meist Wasserstoff als „Brennstoff“ verwendet, bei der kontrollierten chemischen Reaktion entstehen Wärme und Wasser. Für eine ernsthafte Selbstversorgung stellt sich selbstverständlich die Frage, woher der Wasserstoff kommt, der eingesetzt wird. Privatanwender können das brennbare Gas bisher nicht über das Gasnetz beziehen. Dem Erd- oder Stadtgas wird heute zwar schon Wasserstoff beigemischt, diese Mischung ist aber nicht für die Brennstoffzelle geeignet. Bleibt der Bezug als komprimiertes Gas in Druckflaschen oder als Lieferung für den Tank. Abgesehen davon, dass unter Druck stehender Wasserstoff in großen Mengen nicht ungefährlich ist, ist das auch keine Energielösung für die Selbstversorgung. 

Um den benötigten Wasserstoff selbst zu produzieren, benötigt es wiederum überschüssigen Solarstrom, mit dessen Hilfe Wasser per Elektrolyse in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten werden kann. Das macht selbstverständlich nur Sinn, wenn der erzeugte Wasserstoff für später gespeichert wird. Das heißt, er muss aufgefangen und komprimiert werden, was den Wirkungsgrad des ganzen Vorgangs  weiter senkt. 

Da die Wasser-Elektrolyse in Konkurrenz zu anderen Anwendungen wie der Wärmepumpe steht, stellt sich immer die Frage, ob die Wasserstofferzeugung wirklich der sinnvollste Einsatz des überschüssigen Solarstroms ist. Für die Kurzzeitspeicherung der Energie sicher nicht, für den Einsatz im sonnenarmen Winterhalbjahr ist diese Form der Selbstversorgung aber durchaus angebracht. Der große Vorteil der Brennstoffzelle besteht zudem darin, dass bei der Wasserstoffverbrennung neben Wärme auch noch Strom erzeugt werden kann. Dennoch warnt die Verbraucherzentrale Rheinland-Pfalz, dass „Wasserstoff im Heizungskeller … weder günstig noch effizient“ ist.

Keine Option für die Selbstversorgung: Fossile Kraftstoffe 

Als Treibstoff für die Mobilität dienen heute noch überwiegend auf Erdöl basierende Verbindungen. Kaum jemand hat eine Erdölquelle im Garten und ganz abgesehen davon muss das Rohprodukt noch zu Benzin und Diesel aufbereitet werden, für Verbrennungsmotoren ist es ungeeignet. Eine einfache Lösung, im "heimischen" Labor Erdöl aufzubereiten, wird es wohl nie geben. Schon allein deswegen nicht, weil das viel zu teuer wäre und die Frage nach der Bezugsquelle damit nicht beantwortet ist.

E-Fuels: Selbst herstellen unrealistisch

Auch die Herstellung von E-Fuels wird – abgesehen von der energetischen Ineffizienz – im privaten Haushalt kaum gelingen. Der müsste über riesige Mengen überschüssigen sauberen Strom verfügen, mit dem Wasserstoff hergestellt werden kann. Dazu bräuchte es die Möglichkeit, Kohlendioxid aus der Luft abzuscheiden und ein Reaktionsgefäß, in dem dieser dann mit dem Wasserstoff reagiert, wobei die Bedingungen so einzustellen sind, dass sich dabei die gewünschten langkettigen Kohlenwasserstoffe bilden. Im Industriemaßstab ist die chemische Reaktion kein Problem, auch die CO₂-Abscheidung ist möglich, nur steht noch lange nicht ausreichend sauberer Strom zur Verfügung. Für die Selbstversorgung werden E-Fuels wohl nie eine Rolle spielen. Ganz allgemein lässt sich sagen: Verbrennungsmotoren sind  in diesem Bereich völlig fehl am Platze. Realistischer als der Einsatz von künstlichen oder natürlichen Erdölprodukten sind da Autos mit Holzvergaser, die in den Jahren nach dem Zweiten Weltkrieg schon in großer Zahl auf deutschen Straßen gefahren sind. Für eine moderne Mobilität ist diese Technik aber kaum vorstellbar, ganz abgesehen davon, dass bei der Verbrennung Treibhausgase entstehen und das eingesetzte Holz auch sinnvoller genutzt werden kann.

Autos mit Wasserstoff betreiben 

Die Produktion von E-Fuels verläuft über den Zwischenschritt Wasserstoff - ein Grund mehr auf diese ineffiziente Energielösung zu verzichten und lieber das brennbare Gas zu nutzen. Wasserstoff lässt sich auch im Haushalt erzeugen, nur darf bezweifelt werden, dass die Mengen für die mobile Selbstversorgung ausreichen würden. Viel effizienter ist es, mit den Solarstrom-Überschüssen gleich das Elektroauto aufzutanken, anstatt daraus Wasserstoff herzustellen. Hinzu kommt, dass der Entscheidung für ein Wasserstoffauto heute noch an ein anderes Argument entgegensteht: Es gibt bisher nur wenige Wasserstofftankstellen, während die elektrische Ladeinfrastruktur mittlerweile schon recht weit ausgebaut ist.

Mobilität mit Strom: Energie sinnvoll einsetzen

Wie viel Strom für die Mobilität mit dem E-Auto benötigt wird, hängt wesentlich von den Verbrauchsdaten des Fahrzeuges und der zurückzulegenden Strecke ab. Laut Kraftfahrbundesamt lag die durchschnittliche Jahresfahrleistung pro Pkw im Jahr 2020 zwischen 15.000 und 20.000 km. Der Verbrauch eines Elektroautos liegt zwischen 15 und 30 kWh auf 100 km. Zwischen 2.000 und 6.000 kWh pro Jahr sind somit erforderlich, um bei Einsatz eines E-Fahrzeugs die Selbstversorgung zu gewährleisten. Diese Strommenge mithilfe einer Photovoltaikanlage zu erzeugen, ist realistisch. Allerdings wird in der Praxis meist zusätzlich ein Speicher benötigt, da das E-Auto häufig nicht dann an der heimischen Wallbox aufgeladen werden kann, wenn die Sonne besonders kräftig scheint. Wird der Strom noch für andere Zwecke eingesetzt als für die Mobilität, müssen PV-Anlage und Speicher entsprechend groß sein. 

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 Energiemanagement stellt sicher, dass Verbraucher nach Priorität bedient werden – indem 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. 

Strom, Wärme, Mobilität: Ein Haushalt verbraucht pro Jahr mehrere 10.000 kWh an Energie und auch bei geglückter Sektorenkopplung bleibt der Verbrauch in der Regel fünfstellig. Seit Jahren gibt es Bestrebungen, diese Zahlen zu verringern. Dämmmaßnahmen, der Einsatz besonders effizienter und umweltschonender Techniken aber auch Verhaltensänderungen der Bewohnerinnen und Bewohner können den Bedarf insbesondere für die Heizung (70 % des Verbrauchs) senken. Baulich lässt sich dieser Anspruch durch Effizienz- und Passivhäuser umsetzen. 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 %. Umso weniger Energie benötigt wird, umso einfacher ist auch die Selbstversorgung. 

Strom lässt sich z.B. durch effizientere Geräte einsparen aber auch dadurch, dass nicht benötigte Elektronik etc. einfach abgeschaltet wird. Auch muss in der Küche oder im Bastelkeller nicht jedes Gerät mit Strom laufen. 

Wärme bringt Behaglichkeit, allerdings stellt sich die Frage, ob man auch im Winter im eigenen Haus mit kurzärmligen T-Shirt oder kurzen Hosen unterwegs sein muss. Eine Faustregel besagt, dass pro gespartem Grad Raumtemperatur die Heizkosten ca. 6 % geringer ausfallen. 

Hinsichtlich der Mobilität gilt die alte Regel: Jeder nicht gefahrene Kilometer spart Energie. Gerade auf kurzen Wegen, auf denen keine schweren Dinge transportiert werden, sind alternative Formen der Fortbewegung gefragt. Das schont nicht nur den eigenen Geldbeutel und die Umwelt, sondern ist häufig auch noch gesund.

Energiesparende Gebäude

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 im Smart Home

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. 

So schön die Idee einer energetischen Selbstversorgung klingt, umsetzen lässt sie sich nur bedingt. Basis bzw. wesentlicher Bestandteil aller Konzepte ist Strom aus der eigenen PV-Anlage – damit lässt sich auch Wärme und Mobilität zur Verfügung stellen. Während die Selbstversorgung im Sommerhalbjahr unter Einbeziehung eines Stromspeichers kein Problem darstellt, kann es im Winter zu Engpässen kommen, da momentan auch noch wirtschaftliche Langzeitspeicher fehlen.

Es stellt sich zudem die Frage, ob die komplette Selbstversorgung möglichst vieler Haushalte wirklich sinnvoll ist. Es ist ja gerade einer der Vorteile unserer Energieversorgung, dass die Netze unterschiedliche Bedarfe ausgleichen. Es ist auch nicht unbedingt erstrebenswert, die begrenzten Ressourcen so einzusetzen, dass jeder Haushalt seine ganz private Energielösung zur Verfügung hat. Aus Gründen der Effizienz und der Wirtschaftlichkeit scheint es wesentlich praktikabler und nachhaltiger, das Thema Selbstversorgung auf kommunaler oder regionaler Ebene zu denken, gerade bei Techniken mit einem hohen Investitionsaufwand wie Windkraft. Während Solarmodule auf jedem Dach vernünftig sind, ist das 10 m-Windrad in jedem Vorgarten keine anstrebenswerte Lösung. Dass die kommunale Selbstversorgung funktioniert, zeigen schon verschiedene Beispiele aus der Praxis wie Ascha in Bayern. Auch der Umstand, dass viele Menschen zur Miete wohnen, also kein „eigenes Dach“ haben oder über die Heizung in ihrer Wohnung entscheiden können, spricht für größer gedachte Energielösungen zur Selbstversorgung.