Ihr Ratgeber: erneuerbare Energie im eigenen Zuhause nutzen

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Ihr Ratgeber: erneuerbare Energie im eigenen Zuhause nutzen

Erneuerbare Energie aus Sonne, Wasser und Luft

Erneuerbare Energie, auch als regenerative oder alternative Energie bekannt, steht im Gegensatz zu fossilen Energiequellen. Zu den fossilen Energiequellen gehören neben Braunkohle, Steinkohle und Torf auch Erdgas, Methanhydrat und Erdöl. Diese sind nur begrenzt vorhanden und basieren rein auf dem Kohlenstoffkreislauf. 2010 zum Beispiel wurden ca. 60 % des deutschlandweiten Bedarfs an Energie aus fossilen Quellen gedeckt, während nur rund 17 % aus erneuerbaren Energien stammt. Daneben gibt es noch Energie aus Kernkraftwerken, die mit etwa 22 % zu Buche schlägt.

Zu den alternativen Energieträgern gehören nicht nur Wasser, Wind und Sonne, sondern auch Fernwärme und Ökostrom aus erneuerbaren Energien. Des Weiteren werden Biomasse, Biokraftstoff, Biogas und die Erdwärme zu den alternativen Energieträgern gerechnet. Sie werden als erneuerbar bezeichnet, weil sie nach menschlichen Maßstäben nie zur Neige gehen. Die Nutzung von regenerativen Energiequellen wird in vielen Ländern bereits durch Subventionen gefördert, um den Einsatz attraktiver zu machen und die teilweise kostenintensive Anschaffung zu erleichtern. Sie können sogar Strom, den Sie nicht brauchen, in das öffentliche Netz einspeisen und damit verdienen. Indirekt entstammen die nutzbaren Energiequellen alle der Sonnenstrahlung. Sie kann durch zum Beispiel Sonnenkollektoren oder Fotovoltaikanlagen unmittelbar umgewandelt werden. Aber meistens erfolgt eine indirekte Nutzung der Sonnenenergie, zum Beispiel beim Wind, der durch die Erwärmung und Abkühlung der Land- oder Meeresmassen entsteht, oder durch Pflanzen und Bäumen, die das Sonnenlicht zum Wachsen brauchen. Wenn Sie sich also dazu entscheiden, Ihre Stromkosten mittels erneuerbaren Energien zu senken, sollten Sie, bevor Sie die erforderlichen Geräteteile erstehen, die Vor- und Nachteile der einzelnen Anlagen kennen und gegeneinander abwägen. Natürlich haben Sie auch die Möglichkeit, ganze Anlagen zu erstehen, seien es Wasserturbinen, Pelletöfen oder Windkrafträder.

Fotovoltaikanlagen und Solaranlagen

Solaranlagen wandeln die Sonnenenergie in andere Energieformen um. Falls dabei die Sonnenenergie in elektrische Energie umgewandelt wird, bezeichnet man die Anlage auch als Solarkraftwerk. Die Solaranlagen lassen sich in drei Typen unterscheiden: in thermische Solaranlagen, in thermische Solarkraftwerke und in Fotovoltaikanlagen. Die thermischen Solaranlagen liefern die Energie für die direkte Nutzung, zum Beispiel durch Sonnenkollektoren oder Solarkocher. Thermische Solarkraftwerke liefern diese Wärme in industriellem Maßstab, wobei diese Wärme teilweise auch in Elektrizität umgewandelt wird. Eine Fotovoltaikanlage hingegen liefert direkt elektrische Energie, die ins Stromnetz eingespeist wird.

Wie funktioniert eine Fotovoltaikanlage?

Damit eine Fotovoltaikanlage funktioniert, benötigen Sie einige Teile dazu. Unverzichtbar ist dabei die Fotovoltaikzelle, in der durch das Auftreffen von Sonnenlicht Ladungsträger frei werden. Eine Solarzelle besteht aus einer Scheibe mit zwei Schichten, einer dickeren positiv leitenden Schicht und einer dünneren, negativ leitenden Schicht. Da die Spannung der einzelnen Zellen meist zu niedrig ist, werden mehrere zu Solarmodulen zusammengeschaltet. Wenn Sonnenlicht auf die Scheibe trifft, entsteht zwischen diesen beiden Schichten ein elektrisches Feld. Mit diesem werden die freigesetzten Ladungsträger in Bewegung gesetzt und der Strom fließt. Dieser kann entweder direkt als Gleichstrom genutzt oder mit einem weiteren Teil, einem Wechselrichter, in Wechselstrom umgewandelt werden. Neben den Solarzellen und einem Wechselrichter werden auch noch Laderegler und die passenden Kabel benötigt.

Funktionsweise einer Solaranlage

Sogar im Winter bietet die Sonne noch genügend Energie, um 30 % der für die Warmwasserbereitung nötigen Energie beizusteuern. Sie können das mit Sonnenenergie erwärmte Wasser als Trinkwasser, Brauchwasser oder zur Raumerwärmung verwenden. Im Sonnenkollektor wird die Wärme aufgenommen und an Rohre, in denen ein Wasser-Frostschutzgemisch läuft, weitergegeben. Diese Wärme wird bis zu einem Warmwasserspeicher transportiert. Das derart erwärmte Wasser kann direkt verwendet werden. Falls das Wasser im Warmwasserspeicher kälter ist als die Temperatur in den Kollektorplatten, wird mit einer Steuerung im Heizkessel ein Wärmetauscher aktiviert, der das kalte Wasser an die Kollektoren bringt und im Gegenzug das erwärmte Wasser wieder in den Warmwasserspeicher befördert.

Windenergie und ihre Nutzung

Die Windenergie kann nicht nur bei Segelschiffen und bei Windmühlen genutzt werden, sondern mit ihrer Hilfe können Sie auch Strom für den Hausgebrauch erzeugen. Die Windenergieanlagen können in allen Klimazonen eingesetzt werden. Dabei wird zwischen Offshorewindparks auf See und der Nutzung an Land unterschieden. Da die durch Wind gewonnene Energie als eine der günstigsten Energiequellen gilt, werden diese durch Steuergutschriften oder anderen Vergünstigungen vermehrt gefördert.

Windenergieanlagen im Hausgebrauch

Bei den Bauformen der Windenergieanlagen kann zwischen den Widerstandsläufern und den Auftriebsläufern unterschieden werden. Die Widerstandsläufer nutzen den Luftwiderstand zur Energiegewinnung, während bei den Auftriebsläufern die Rotorblätter quer zum Wind stehen. Besonders für den Hausgebrauch bietet sich diese Form der Windkraftanlagen an. Ein wesentlicher Bestandteil einer Windkraftanlage sind die Rotoren, die mit der Kraft des Windes bewegt werden und die Windenergie in mechanische Drehbewegungen umwandeln. Diese Drehbewegung treibt ein Getriebe an, das die niedrige Drehzahl der Rotorwelle in eine für den Generator passendere umwandelt. Der Generator wiederum, der durch Sensoren überwacht wird, wandelt die Bewegungsenergie des Windes in elektrische Energie um. Die Sensoren werden benötigt, um den Generator zu überwachen und um die Rotorblätter nach der Windrichtung auszurichten.

Die Unterschiede zwischen vertikalen und horizontalen Windrädern

Wenn sich der Wind dreht oder aus einer anderen Richtung kommt, benötigen horizontale Windkraftanlagen ein Windnachführungssystem und eine Windfahne, während vertikale Systeme nicht mit einer derartigen Regelung versehen werden müssen. Vertikale Rotoren funktionieren bei starken Turbulenzen oft zuverlässiger als horizontale Systeme und funktionieren schon bei geringen Windgeschwindigkeiten. Da der wartungsintensivste Teil einer Windkraftanlage bei vertikalen Windkraftanlagen in Bodennähe ist, werden keine Kletterhilfen oder Gondeln benötigt. Sie haben aber gegen die horizontalen Anlagen den Nachteil, dass sie einen geringen Wirkungsgrad aufweisen. Die spezifische Leistungsausbeute ist bei vertikalen Anlagen um 10 % niedriger als bei horizontalen Anlagen, und vertikale Anlagen können oft erhebliche Resonanzen erzeugen. Bei horizontalen Anlagen ist es möglich, sie auf einem Mast in höheren Luftschichten zu bauen.

Wasserkraft und Wasserkraftwerke

Bei den Wasserkraftwerken wird unterschieden zwischen Laufwasserkraftwerken und Speicherkraftwerken. Bei den Laufwasserkraftwerken wird dabei die Bewegungsenergie des Flusswassers durch eine Wasserturbine geleitet, während bei einem Speicherkraftwerk zusätzlich ein Becken vorhanden ist, um das Wasser aufzustauen. Sie müssen jedoch nicht unbedingt eine Talsperre oder eine Staumauer errichten, um die Kraft des Wassers nutzen zu können. Ein Wasserkraftwerk kann auch schon bei kleineren Gewässern installiert werde. Die kleinste Form ist dabei das sogenannte Wasserwirbelkraftwerk. Eine Betonrampe zweigt dabei von einem Fließgewässer Wasser ab, das in einem kreisrunden Becken einen Wirbelrotor antreibt, der mit der entstehenden Drehkraft Strom erzeugt. Eine andere Art, Strom aus der Wasserkraft zu gewinnen, besteht darin, eine Turbine mit einem Generator einzusetzen. Bei dieser Art der Anlagen werden Asynchrongeneratoren eingesetzt, während man bei den größeren Anlagen Synchrongeneratoren verwendet.

Bioenergie und ihre Verwendung

Bioenergie bezeichnet die Energie, die aus Biomasse gewonnen wird. Dabei werden als Hauptenergiequelle die nachwachsenden Rohstoffe wie zum Beispiel Holz verwendet. Man kann Biomasse dazu nutzen, um Heizwerke zu betreiben oder um Dampfturbinen anzutreiben, die ihrerseits Strom erzeugen.

Kachelofen – heizen mit Holz

Im eigenen Zuhause können Sie Wärme und Warmwasser ganz einfach mit dem herkömmlichen Holzofen schaffen. Sie benötigen dafür nur eine Heizquelle wie zum Beispiel einen Kachelofen oder einen Ofen mit integriertem Wasserschiff und einen Kamin. Natürlich dürfen auch die Holzscheite oder die Holzbriketts nicht fehlen. Außerdem muss bei einem Holzofen wie bei jeder anderen Heizquelle auch auf den passenden Kaminanschluss geachtet werden, damit schädliche Abgase ins Freie gelangen können.

Pelletheizung – umweltfreundlich und einfach in der Bedienung

Selbstverständlich können Sie die Biomasse auch in Form von Pellets nutzen und damit Ihr Heim oder das Wasser im Warmwasserspeicher erwärmen. Als Pellets werden kleine gepresste Kügelchen aus Holzspänen bezeichnet. Eine Pelletheizung besteht aus einer Brennkammer, in der die Pellets verbrannt werden, und bei Pellet-Zentralheizungen ist zusätzlich ein Wasserkreislauf angeschlossen, mit dem das erwärmte Wasser in die Heizkörper geleitet wird. Die Pellets können händisch oder automatisch zugeführt werden, wobei diese entweder lose oder als Sackware angeboten werden. Lose Pellets werden mit Silofahrzeugen angeliefert und in einem Tank oder Lagerraum gelagert, von wo sie händisch oder automatisch in den Brennraum gelangen. Im Gegensatz zu Heizöl benötigt der Lagerraum für Holzpellets keine besonderen Vorkehrungen, da in den Pellets keine wassergefährdenden Stoffe enthalten sind.

Holzvergaser verbrennen fast alles

Auch mit einem Holzvergaser kann der Raum oder das Wasser erwärmt werden. Dabei wird die Biomasse durch Verschwelung in ein brennbares Gas umgewandelt. Als Rohstoffe kommen Holzschnitzel, Getreide- und Maisstroh, aber auch das Riesen-Chinaschilf und Pappel- sowie Weidenholz infrage. Dabei kommt das Brenngut in die erste von zwei Brennkammern, wo es getrocknet und daraufhin in Holzgas umgewandelt wird. Die leichteren Gasanteile werden bereits mit dem Brenngut in der ersten Kammer verbrannt. Das Gas wird mit einem Gebläse in die untere Kammer geblasen. Die untere Brennkammer hat die Funktion, die verbleibenden schwereren Anteile des Holzgases ebenfalls durch Verbrennung in Wärme zu verwandeln. Um diese Gase zu verbrennen, ist eine Temperatur von über 1.000 Grad Celsius notwendig, wobei manche Holzvergaser eine Regelung aufweisen, mit der der Verbrennungsprozess gesteuert wird. Falls überschüssige Wärme anfällt, kann diese mit einem Pufferspeicher gespeichert werden.

Blockheizkraftwerke – vom Motor zur Wärmequelle

Zudem bieten sich Blockheizkraftwerke zur Stromgewinnung an. Mit diesen kann aber auch Wärme gewonnen werden. Ein Blockheizkraftwerk funktioniert mit einem Verbrennungsmotor, der einen Generator antreibt. Dieser erzeugt Strom, während die Kühlung des Antriebsmotors und die Wärmerückgewinnung der Abgase die Heizung mit Wärme versorgt. Auch hier kann die überschüssige Wärme mit einem Pufferspeicher gespeichert werden. Als Brennstoff können sowohl fossile als auch regenerative Brennstoffe dienen.

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