Strom-Selbstversorger werden – Eigenversorgung leicht gemacht

Strom lässt sich auf verschiedene Wege erzeugen. So werden in Kraftwerken Kohle, Öl oder Gas verbrannt, um Heißdampf zu erzeugen und große Turbinen anzutreiben. Die erzeugen dann durch ihre Drehung in einem Magnetfeld einen Strom, sie „induzieren“ diesen. Die Rotation lässt sich auch durch Wasserkraft oder Wind in Gang setzen und nicht zuletzt gibt es auch die Photovoltaik, die nach einem komplett anderen Prinzip arbeitet und den photoelektrischen Effekt nutzt. Um das eigene Haus mit selbst mit Energie zu versorgen, eignen sich die verschiedenen Verfahren unterschiedlich gut.

Während Kohle, Öl und Gas sich für die Versorgung eines Haushaltes mit Wärme eignen, sind sie für die Selbstversorgung mit Strom eindeutig „überdimensioniert“. Effizient ist diese Form der Stromerzeugung im kleinen Maßstab nicht, ganz zu schweigen von den negativen Auswirkungen auf die Umwelt. Allerdings ist es sinnvoll, wenn man auf fossile Rohstoffe setzt, ein Blockheizkraftwerk zu nutzen, bei dem Wärme und Strom für die Eigenversorgung gleichzeitig erzeugt werden. Man spricht hier von einer Kraft-Wärme-Kopplung, bei der sich Wirkungsgrade von 90 % bezogen auf den Energiegehalt des eingesetzten Brennstoffs erreichen lassen.

Besonders gut eignen sich die Blockheizkraftwerke (BHKW) für Gebäude, die ganzjährig einen hohen Wärmebedarf und Stromverbrauch haben, also nicht für den einzelnen Haushalt, sondern eher für Mehrfamilienhäuser und soziale wie gewerbliche Einrichtungen (z.B. Schwimmbad oder Krankenhaus). Gerade im Sommer stellt sich die Frage, was mit der erzeugten Wärme geschieht. Wenn diese nicht verbraucht werden kann, ist der Einsatz des BHKW zumindest aus Umweltgründen fraglich, aber selbstverständlich wirkt sich das auch auf die Wirtschaftlichkeit aus.

Die Investitionskosten in ein kleines Blockheizkraftwerk sind mit zwischen 15.000 und 35.000 Euro überschaubar (Quelle). Anders als bei regenerativen Energien darf bei der Betrachtung aber nicht außen vor bleiben, dass die Brennstoffe kontinuierlich nachgekauft werden müssen, dass die Wartungskosten in der Regel deutlich höher sind und nicht zuletzt, dass die Entwicklung des CO₂-Preises in Zukunft die Eigenversorgung absehbar teurer macht.

Im Zuge der vermehrten Nutzung von Wasserstoff gewinnt auch die Brennstoffzelle an Popularität. Bei der „umgekehrten Elektrolyse“ entsteht aus Wasserstoff Elektrizität und Wärme. Wie bei einem Blockheizkraftwerk lassen sich die Strom- und die Wärmeerzeugung nicht trennen, d.h. auch dieses Verfahren ist nur dann sinnvoll, wenn die Wärme tatsächlich genutzt werden kann. Allerdings wird bei der Brennstoffzelle vergleichsweise viel Wärme und wenig Strom erzeugt, d.h. der Stromwirkungsgrad ist hoch (ca. 60 % gegenüber 25- 40 % beim BHKW).

Durch eine Brennstoffzelle wird Gleichstrom mit einer Spannung von ca. einem Volt erzeugt. Um also eine nutzbare Größe zu erzielen, müssen zahlreiche Zellen zu „Stacks“ zusammengeschaltet werden. Für kleinere Spannungen wie 12 V, die z.B. häufig beim Camping eingesetzt werden, ist der Aufwand eher gering. Sollen damit jedoch die typischen Haushaltsgeräte betrieben werden, sind 220 V und ein Wechselrichter zur Umwandlung in Wechselstrom erforderlich.

Momentan ist es ökonomisch und ökologisch noch fragwürdig, auf diese Form der Eigenversorgung zu setzen, da grüner Wasserstoff noch nicht in ausreichender Menge zur Verfügung steht. Die Verluste beim Erzeugen des Gases und der späteren Umwandlung in Strom und Wärme sind hoch, die eingesetzte Energie lässt sich effizienter verwenden. In dem Maße aber, in dem Wasserstoff als Medium dient, die überschüssige regenerative Energie zu speichern, lohnt sich auch der Einsatz von Brennstoffzellen auch im Haus.

Wer Wasserkraft zur Selbstversorgung nutzen will, der muss nur über einen Bach oder ein anderes Fließgewässer auf seinem Grundstück verfügen. Der Bau eines Kleinkraftwerkes zieht jedoch Einiges an bürokratischem Aufwand nach sich. Für den Betrieb wird eine wasserrechtliche Zulassung benötigt, denn das Aufstauen, die Entnahme und die Wiedereinleitung von Wasser gelten als Gewässerbenutzung.

Um effizient Strom zu erzeugen, sollte das Gewässer zudem eine gewisse Mindestfließgeschwindigkeit und auch Tiefe bieten. In Zeiten zunehmenden Wassermangels und immer heißerer Sommer kann es passieren, dass sonst nicht mehr ausreichend Wasser vorhanden ist, um die Eigenversorgung zu sichern. Zudem ist die Nutzung der Wasserenergie nicht ganz billig: Wer seine Stromversorgung auf diesem Wege selbst in die Hand nehmen will, muss mit Investitionskosten von ca. 4.000 Euro pro kW rechnen (Quelle). Der Vorteil liegt aber auf der Hand: Mit Wasserkraft lässt sich recht kontinuierlich Strom erzeugen, es gibt keine Flauten und auch abends und nachts ist bei ausreichender Dimensionierung die Eigenversorgung gesichert.

Typische Windkraftanlagen sind riesige Rotoren auf hohen Türmen mit einem massiven Fundament. Die Investitionskosten für solch ein Windrad liegen im Millionen-Euro-Bereich, erzeugt werden an Land zwischen 2 und 5 MW Leistung. Für die private Selbstversorgung ist das selbstverständlich viel zu groß. In Deutschland werden Windräder mit einer Leistung von 100 kW als Kleinwindkraftanlagen bezeichnet, aber auch das ist noch weit mehr, als ein einzelner Haushalt nutzen kann. Für Einfamilienhäuser gibt es entsprechende Minikraftwerke, die auf einem hohen Mast nahe am Haus installiert werden und mit denen bis zu 5.000 kWh Strom pro Jahr produziert werden können. Ganz billig sind diese mit ca. 25.000 Euro jedoch nicht (Quelle). Bei Höhen über 50 Metern ist zudem eine Genehmigung nach Bundes-Immissionsschutz-Gesetz (BImSchG) erforderlich.

Im Internet angebotene kleinere Windräder erweisen sich häufig als nutzlos, da sie viel zu geringe Spannungen und nur wenige Hundert Wh Strom pro Jahr erzeugen. Viele dieser Anlagen sind zudem noch sehr fehleranfällig und auch nicht unbedingt sturmsicher.

Wer seine Eigenversorgung mit Strom mittels Photovoltaik sichern will, braucht in erster Linie nur Fläche: auf dem Dach, dem Carport, an der Fassade oder auf dem Balkon. Auch auf bisher ungenutzter Freifläche darf eine Photovoltaikanlage errichtet werden, allerdings kann hierfür eine Baugenehmigung erforderlich sein. Nicht selten muss auch der Bebauungsplan geändert werden, was solch ein Projekt zusätzlich verzögert.

Für die typischen Dachanlagen ist keine Genehmigung erforderlich, es sei denn es gibt z.B. Auflagen des Denkmalsschutzes. Bei Balkonanlagen an Mietobjekten ist unbedingt die Zustimmung des Vermieters einzuholen.

Neben der zur Verfügung stehenden Fläche spielt bei einer Solaranlage vor allem die Ausrichtung eine Rolle. Nach Süden ausgerichtete Anlagen gelten als optimal. Während nach Norden ausgerichtete Dachflächen eher ungeeignet sind, lässt sich auch mit kombinierten Ost-West-Solaranlage effizient Strom für die Selbstversorgung gewinnen. Sobald Sonne auf die Solarmodule fällt, wir Gleichspannung erzeugt, die dann noch für die Nutzung im Haushalt in Wechselstrom umgewandelt werden muss. Diese Aufgabe übernimmt der Wechselrichter.

Bei Solaranlagen ist davon auszugehen, dass eine vollständige Eigenversorgung tendenziell eher nicht möglich ist, da die Stromproduktion wie bereits erwähnt, von der Sonneneinstrahlung abhängt. Das heißt, bei bedecktem Himmel oder während der Nachtstunden produziert die Solaranlage keinen oder nicht genügend Strom, um den Haushaltsbedarf zu decken. Und tagsüber, wenn der Stromverbrauch in der Regel gering ist, weil niemand im Haus ist, kann der überschüssige Solarstrom nicht verbraucht und muss gegen Einspeisevergütung ins öffentliche Stromnetz eingespeist werden. Mithilfe eines Stromspeichers lässt sich diesem Dilemma begegnen. Mit einem passend dimensionierten Speicher können Autarkiegrade von bis 80 % erreicht werden, d.h. nur noch jede fünfte Kilowattstunde muss von einem Energieversorger bezogen werden.

Typische Solaranlagen für Einfamilienhäuser erfordern Investitionen von 10.000 bis 30.000 Euro. Ohne Speicher lassen sich damit im Schnitt 25 bis 30 % des Eigenverbrauchs decken. Falls genügend Dachfläche vorhanden ist, kann die Anlage auch größer dimensioniert werden, grundsätzlich ändert das aber nichts daran, dass eine komplette Selbstversorgung nicht möglich ist. Erst mit einem Speicher ist eine Eigenversorgung nur aus der Solaranlage tatsächlich praktisch umsetzbar. Die Preise für PV-Anlage und Speicher machen die energetische Autonomie auf diesem Wege aber im Allgemeinen unwirtschaftlich. 

Eine Möglichkeit, ohne einen Speicher auszukommen und auf diesem Wege auch eine Langzeitspeicherung von Energie zu realisieren, besteht darin, die Solaranlage, Wind- oder Wasserkraft mit einer Brennstoffzelle zu kombinieren. Mit dem überschüssigen Strom vom Dach oder aus anderen Quellen wird elektrolytisch Wasserstoff erzeugt, der dann gelagert werden muss. Dazu wird das Gas komprimiert und in festen sowie dichten Behältern aufbewahrt. Alternativ ist auch die Speicherung als Metallhydrid möglich. Genügt der Solarstrom nicht, um den aktuellen Bedarf zu decken, kann die Brennstoffzelle unter Verwendung des gespeicherten Wasserstoffs den Strom für die Eigenversorgung liefern. Pilotanlagen für diese Anwendung gibt es schon, ob sie es jedoch bis zur Marktreife schaffen und damit für eine größere Zielgruppe wirtschaftlich attraktiv werden, ist noch fraglich.

Es gibt bereits heute verschiedene Möglichkeiten für private Haushalte, sich mit Strom selbst zu versorgen. Eine vollständige Autarkie ist zwar möglich, es muss aber immer abgewogen werden, ob das wirtschaftlich sinnvoll ist. Dennoch lohnt es sich, in die Eigenversorgung mit Energie zu investieren, insbesondere für Hausbesitzerinnen und -besitzer. Beim Einsatz fossiler Energieträger sind Blockheizkraftwerke besonders sinnvoll, denn damit lassen sich Strom und Wärme gleichzeitig und besonders effizient erzeugen. Bei der Stromversorgung mit regenerativen Energieträgern bietet die Photovoltaik die beste Lösung, die sich im Einsatz in der Fläche bewährt hat. Auch wenn völlige Unabhängigkeit vom Energieversorger kaum realistisch ist, lassen sich die Stromkosten senken und langfristig Einiges an Geld sparen. Der Anschluss ans öffentliche Stromnetz erlaubt, dass der gewonnene Strom möglichst vollständig genutzt werden kann und dass bei Bedarf der Haushalt mit genügend Energie zur Verfügung steht.