Mit Solarenergie auf dem Weg zum energieautarken Zuhause

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Mit Solarenergie auf dem Weg zum energieautarken Zuhause

Welcher Hausbesitzer und welche Hausbesitzerin träumt nicht davon: ein energieautarkes Haus. Diesem Traum kann man heutzutage schon etwas näher kommen. Die Solarenergie macht das möglich. Die Solarenergie für das private Eigenheim lässt sich auf zwei Arten nutzen. Zum einen lässt sich mit ihrer Hilfe Wärme erzeugen, die für die Erwärmung des Wassers und die Heizung genutzt werden kann. Dafür steht der Ausdruck Solarthermie.

Zum anderen kann mittels Sonneneinstrahlung auch Strom gewonnen werden. Diesen kann man entweder für die eigenen vier Wände nutzen oder in das allgemeine Stromnetz einspeisen. Hierfür ist eine Photovoltaik-Anlage notwendig. Als Privatperson ist der Kauf solcher Solarthermie- bzw. Photovoltaik-Anlagen mit einem hohen Investitionsaufwand verbunden.

Wie man die Sonnenstrahlung nutzen kann – Solarenergie

Wenn man sich dem Thema ganz allgemein nähert, muss man sich zunächst mit der Sonne und ihrer Strahlung beschäftigen. Diese elektromagnetische Strahlung entsteht auf der ca. 5500 Grad Celsius heißen Sonnenoberfläche und wird dort durch Kernfusionsprozesse im Inneren des Sterns hervorgerufen. Die Intensität der Sonnenstrahlung, die auf die Erde trifft, ist dabei (seitdem sie gemessen wird) ungefähr gleich. Sie beträgt durchschnittlich 1,367 Kilowatt pro Quadratmeter. Dieser Wert wird auch als Solarkonstante bezeichnet.

Ein großer Teil der Sonnenstrahlung wird dabei schon vor dem Eintreffen auf der Erdoberfläche durch die Atmosphäre absorbiert bzw. reflektiert. Die auf der Erde ankommende Sonnenstrahlung beläuft sich weltweit auf eine Energiemenge, die 5.000 Mal höher liegt als der momentane Energiebedarf der Menschheit (Stand 2013). Die Energie der Sonne wird schließlich als Wärmestrahlung wieder an den Weltraum zurückgegeben.

Unterschiedliche Wege in der Nutzung der Sonnenenergie

Zum einen gibt es die natürliche Nutzung durch Fotosynthese durch Algen und Pflanzen und den davon direkt oder indirekt abhängigen Organismen. Brennstoff und Baumaterialien sind somit ebenfalls Produkte der Sonnenenergie. Die Sonnenenergie ist weiterhin für die Bildung von Winden und den planetaren Wasserkreislauf verantwortlich.

Die Solartechnik als „künstliche“ Form der Sonnenenergienutzung hat verschiedene Anwendungsgebiete. Sie hat Sonnenkollektoren hervorgebracht, die Wärme aus Sonnenenergie gewinnen können (Sonnenthermie). Weiterhin wurden Solarzellen entwickelt, die elektrischen Gleichstrom produzieren können (Photovoltaik). Die Solartechnik ist weiterhin dafür verantwortlich, dass Solarwärmekraftwerke gebaut werden können, die mittels Wärme und Wasserdampf elektrischen Strom produzieren können.

Sonnenenergie wird auch als regenerative Energie bezeichnet, da sie unerschöpflich zur Verfügung stehen. Die Nutzung der Sonnenenergie wird dabei in vielen Ländern staatlich gefördert. In Deutschland regelt das das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG).

Wie funktioniert Solarthermie?

Solarthermie ist ein Feld der Solartechnik. Mithilfe der Solarthermie lässt sich Wärme aus der eintreffenden Sonnenenergie gewinnen. Die Sonne wird also zur Erwärmung von Trinkwasser, von Schwimmbädern und zur Beheizung von Räumen genutzt. Doch wie funktioniert die Solarthermie genau?

Sonnenkollektoren, die beispielsweise auf Ihrem Dach installiert sind, absorbieren die Sonnenstrahlung und wandeln diese in Wärme um. Diese wird an ein Trägermedium abgegeben. Das Medium wird mithilfe von Pumpen durch ein Rohrsystem zu einem Solarspeicher transportiert. Es erwärmt das Wasser im Speicher und strömt zurück zu den Kollektoren. Hier beginnt der Kreislauf von Neuem.

Solange Wärme in den Kollektoren vorhanden ist, wird durch einen Regler die Pumpe gesteuert und in Betrieb gehalten. In der kalten Jahreszeit wird die fehlende Wärme durch den Kessel nachgeheizt. Solarthermiesysteme können einerseits von Grund auf neu installiert werden (beispielsweise direkt beim Hausbau). Andererseits sind sie aber auch gut mit schon vorhandenen Warmwassersystemen kombinierbar.

Welche Komponenten besitzt eine Solarthermieanlage?

Auf der einen Seite lässt sich mithilfe der Solarthermie Trinkwasser erhitzen, auf der anderen Seite ist eine entsprechende Anlage eine gute Ergänzung zur herkömmlichen Heizung. Ein weiterer Vorteil von Solarthermie-Anlagen ist ihre hohe Lebensdauer. Man spricht von einem Durchschnittswert von 20 Jahren. Eine Anlage für Solarthermie besteht dabei aus drei Komponenten:

  • Sonnenkollektor
  • Solarregler
  • Wärmespeicher

Der Sonnenkollektor ist die zentrale Komponente der Anlage und ist zumeist auf dem Dach angebracht. Grundlegende Funktion bzw. Technik stellt hier ein beschichteter Absorber dar. Dieser hat verschiedene Aufgaben. Zum einen dient er zur Aufnahme der Sonnenstrahlung. Zum anderen wandelt er diese in Wärme um.

Um Wärmeverluste zu minimieren, wird der Absorber in einen wärmeisolierenden Behälter integriert, der eine transparente Abdeckung besitzt. Der Absorber wird dabei von einer Wärmeträgerflüssigkeit durchströmt. Diese besteht in den meisten Fällen aus einem Gemisch von Wasser und Frostschutzmitteln. Diese Flüssigkeit zirkuliert zwischen Kollektor und Wärmespeicher.

Die Solaranlage wird dabei durch einen sogenannten Solarregler gesteuert und in Betrieb gehalten. Wenn die Temperatur des Kollektors auf dem Dach die Temperatur des Wärmespeichers übersteigt, wird eine Umwälzpumpe eingeschaltet. Dadurch kann die Wärmeenergie mithilfe der Wärmeträgerflüssigkeit zum Speicher transportiert werden. Der Wärmespeicher ist dabei in zwei Varianten zu haben. Als Speicher zur Erwärmung von Trinkwasser und als Kombispeicher zur Trinkwasser- sowie Heizungswassererwärmung.

Hinweise zur Nutzung einer Solarthermie-Anlage

Möchten Sie eine thermische Solaranlage nutzen, haben Sie besonders eines im Sinn: Den Energiebedarf der Trinkwassererwärmung über die Sommermonate hinweg zu 100 % über die Anlage zu realisieren. In den kalten Monaten muss der Wärmespeicher die fehlende Wärme liefern. Rechnen Sie bei der Planung einer Anlage mit dieser Ausrichtung mit etwa 1 – 1,5 Quadratmeter Kollektorfläche und etwa 80-100 Liter Speichervolumen pro Person. Auf das ganze Jahr gesehen können Sie insgesamt 60 % ihres Heizbedarfs mit Solarthermie decken.

Wie funktioniert Photovoltaik?

Wie bereits angedeutet, kann man mithilfe der einer Photovoltaik-Anlage Strom aus der Sonnenenergie gewinnen. Hierbei werden Halbleiterelemente zu Einsatz gebraucht, die in der Regel aus Silizium bestehen – die Solarzellen. Wenn Licht auf eine solche Solarzelle fällt, werden in ihr Elektronen in Bewegung gebraucht, es fließt elektrischer Strom. Grundvoraussetzung hierfür ist, das dies innerhalb eines geschlossenen Stromkreises geschieht.

Solarzellen werden dabei in verschiedenen Größen hergestellt. Die kleinste Abmessung einer solchen Solarzelle beträgt 10 x 10 Zentimeter. Die größten Solarzellen liegen bei Abmessungen von 15 x 15 Zentimetern. Die Solarzellen sind isoliert. Oben besitzen sie ein Frontglas, auf der Rückseite eine spezielle Folie. Ein Rahmen aus Aluminium hält die Solarzellen zusammen und ermöglicht die Montage auf verschiedenen Untergründen. Der elektrische Anschluss wird durch zwei wasserdichte Anschlusskabel realisiert.

Damit erzeugt die Solaranlage auf Ihrem Dach elektrischen Gleichstrom. Dieser kann in Batterien gespeichert oder direkt verbraucht werden. Diese Solaranlagen werden auch als „autark“ bezeichnet, weil sie immer dann zum Einsatz kommen, wenn kein Strom aus dem öffentlichen Stromnetz zur Verfügung steht.

Photovoltaik als Anlage zur Netzeinspeisung

Sie können mithilfe einer Photovoltaik-Anlage auch Strom in das öffentliche Stromnetz einspeisen. Dafür benötigt die Anlage einen Wechselrichter, der den Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt. Der ins öffentliche Netz eingespeiste Strom wird über einen zusätzlichen Zähler erfasst und am Ende vergütet.

Die Leistung einer Photovoltaik-Anlage hängt ganz von der Sonnenintensität der Region ab, in der sie errichtet wird. Im Raum Köln erzeugt eine Anlage mit 1 KWp Leistung (entspricht einer Fläche von 8 Quadratmetern) in etwa 900 kWh im Jahr. Entsprechend dem Gesetz zu Erneuerbaren Energien (EEG) wird der Strom, den Sie mit Ihrer Anlage ins öffentliche Netz einspeisen mit einem gesetzlich festgelegten Preis über 20 Jahre hin vergütet.

Der Strom wird dabei zumeist vollständig in das Netz eingespeist. Die Vergütung ist dabei höher als der Preis, den man für herkömmlichen Netzstrom bezahlen muss. In diesem Zusammenhang findet eine getrennte Registrierung an der Anlage statt. Der ins Netz gespeiste und der vom Netz bezogene Strom wird getrennt über zwei verschiedene Zähler dokumentiert. Dies ist Grundlage für eine entsprechende Abrechnung.

Wie Solarthermie-Anlagen besitzen Photovoltaik-Anlagen eine lange Lebensdauer von durchschnittlich 20 Jahren. Innerhalb dieser Zeit kann die Anlage 10-15 mal soviel Energie produzieren, wie zu ihrer eigenen Herstellung benötigt wurde. Der Emissionsschutz einer solchen Anlage kann sich sehen lassen. Legt man die obige Region (Köln) zugrunde, lässt sich Folgendes aussagen. Innerhalb von 20 Jahren werden pro kWp installierter Leistung bei einem Ertrag von ca. 900 kWh pro Jahr 10,8 Tonnen CO2-Emissionen vermieden. 

Was soll das ganze Kosten?

Selbstverständlich können die Kosten für den Einbau einer Photovoltaik-Anlage variieren. Unter optimalen Bedingungen bezahlt man derzeit (Stand:2013) für eine Anlage mit einer Leistung von 1000 Watt etwa 2200 Euro. Mit dieser Konfiguration lässt sich in etwa ein Fünftel bis ein Viertel des Verbrauchs einer vierköpfigen Familie produzieren.

Wenn Sie im Sinn haben, sich komplett autark, d. h. unabhängig, zu machen, müssen Sie mit einem Kostenaufwand von 9.000 bis 11.000 Euro rechnen. Für eine Solarthermie-Anlage können Sie mit Kosten zwischen 4.000 und 5.000 Euro rechnen. Dieser Wert orientiert sich auch wieder an einem vierköpfigen Haushalt. Darin sind die Kosten von Mehrwertsteuer und Montage schon enthalten.

Des Weiteren müssen Sie damit rechnen, dass auch die laufende Anlage Kosten verursacht. Das können beispielsweise Wartungs- oder Reparaturkosten sein. Diese machen in etwa 1 Prozent der Gesamtinvestitionssumme aus. Rechnen Sie hierzu noch die Zinsen für den eventuell aufgenommenen Kredit. Darüber hinaus sollten Sie Ihre Anlage versichern lassen. Diese Versicherungskosten sollten Sie ebenfalls in Ihre Kalkulation mit einberechnen. Sollten Sie Ihren selbst produzierten Strom in das öffentliche Netz einspeisen, achten Sie darauf, dass Sie somit als „Gewerbetreibender“ Steuern entrichten müssen.

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