Wege zur vernetzten Autarkie

Ohne Solarthermie keine Energieautarkie

Sie sind die ersten als Fertighaus konzipierten, energieautarken Häuser Europas und versorgen sich weitestgehend selbst mit Wärme, Strom und Mobilität durch die Sonne. Mit der konsequenten Nutzung von Solarenergie für diese drei Komponenten sparen die Bewohner in den kommenden Jahrzehnten 4.000 bis 5.000 € pro Jahr an Ausgaben.

Dreh- und Angelpunkt für die Energieautarkie ist das Bau- und Heizkonzept eines sogenannten Sonnenhauses. In diesem ist die Sonnenwärme komplett und für längere Zeit speicherbar. Darauf baut das solarthermische Heizkonzept auf.

Die Technologie zur Wärmespeicherung ist hochentwickelt, mit ca. 20 €/kWh Investition kostengünstig und die solarthermische Kollektoranlage bringt im Winter pro Quadratmeter einen drei- bis vierfach so hohen Ertrag wie Photovoltaikanlagen. Sonnenwärme ist daher für den Eigenverbrauch an Heizung und Warmwasser effektiv und direkt nutzbar.

Zudem sind Solarthermieanlagen effizient: Aus 1 kWh Strom, der bei diesem solaren Heizkonzept für Pumpen, Stellventil und Regler eingesetzt wird, werden bis zu 150 kWh Sonnenwärme direkt erzeugt. Im Gegensatz dazu liegt dieses Verhältnis bei dem Einsatz einer typischen Luftwärmepumpe praktisch bei 1 : 3.

Ein 9 m³ fassender Langzeit-Wärmespeicher ist das Herzstück des energieautarken Hauses in Freiberg. Dieser lagert die über Kollektoren gewonnene Wärme über mehrere Wochen ein. Die Solarthermieanlage deckt hier 65 bis 70 % des Jahreswärmebedarfs für Heizung und Warmwasser – ohne vorherige Umwandlung in Strom. In den sonnenärmsten Monaten liefert ein Kaminofen mithilfe von etwa 2 bis 3 Festmeter Stückholz pro Jahr die restliche Wärme. Die Kosten dafür liegen derzeit bei maximal 250 € pro Jahr. „Strom aus dem Netz ist im Winter zu teuer zum Verheizen“, so Prof. Leukefeld. „Aus diesem Grund verzichten wir bei dem gesamten Gebäudekonzept konsequent darauf, wertvollen Strom in Wärme zu verwandeln, sondern nutzen die Sonnenwärme direkt über die solarthermische Anlage. So bleibt der Bedarf an Strom in den energieautarken Häusern über das Jahr hin annähernd gleich und ist mit etwa 5,5 kWh/d selbst im Winter sehr gering.

Insgesamt ist es uns gelungen, den Verbrauch von Elektro­energie für unsere fünfköpfige Familie ohne jede Einschränkung von rund 5.000 auf 2.000 kWh zu senken.“

Um diese Einsparung zu erreichen, nutzen zudem die Haushaltsgeräte wie Waschmaschine, Trockner und Geschirrspüler die Wärme der solarthermischen Anlage. Allein das führt bei diesen Geräten zu Stromeinsparungen von bis zu 80 %. Darüber hinaus führen die Vermeidung von Stand-by-Verbrauch einzelner Geräte, der Einsatz eines hydraulischen Pumpsystems mit geringen Widerständen im Heiz- und Solarkreislauf sowie ein stromsparendes Lichtkonzept ebenfalls zur Reduzierung des Stromverbrauchs.

Direkte Nutzung der Sonnenwärme und ein generell geringer Stromverbrauch sind essentielle Voraussetzungen für die Projektierung einer ganzjährigen Eigenstromversorgung über Photovoltaik und Energiespeicher (Akku). Eine 8 kW_p Photovoltaikanlage ist ausreichend, um den nötigen Strom für die energieautarken Häuser zu erzeugen. Um den selbst gewonnen Strom flexibler einsetzen zu können, wird dieser in einem entsprechend dimensionierten Energiespeicher (Akku) zwischengelagert.

So kann beispielsweise ein Elektromobil auch noch am Abend, das heißt, wenn die Sonne gerade nicht scheint, mit eigenproduziertem Strom geladen werden. Der Akku ermöglicht es dem Haus, den Solarstrom eine Woche lang zu speichern und sich dadurch autark zu versorgen. Selbst bei Stromausfall können sämtliche Komponenten der Anlage über den Akku versorgt werden.

Speicherplatz zum Nutzen der Allgemeinheit

Die Vision von Prof. Leukefeld geht über die eigene Unabhängigkeit hinaus. Der Ansatz der „vernetzten Autarkie“ teilt langfristig den Nutzen der eigenen energetischen Unabhängigkeit mit der Allgemeinheit. Dies ist ein Geschäftsmodell, das Hauseigentümern die Möglichkeit bietet, sich jenseits staatlicher Subventionen aktiv in die allgemeine Versorgungslage einzubringen.

Dazu kooperiert Prof. Leukefeld mit der enviaM-Gruppe, dem regionalen Energieversorger, und stellt die Energiespeicher seiner Gebäude zur Lagerung von Energie­über­schüs­sen zur Verfügung.

Energieüberschüsse treten immer dann auf, wenn fluktuierende alternative Stromerzeuger, wie z. B. Windkraftanlagen, zu viel Strom erzeugen. Dann bleibt den Versorgungsunternehmen häufig nur, die Anlagen abzuschalten. Dennoch müssen sie auch in diesen Fällen die Einspeisevergütung zahlen, obwohl sie ihren Kunden keinen Strom anbieten können. Alternativ bleibt, für die Abgabe des Überschussstroms in ein ausländisches Netz zu zahlen (negativer Börsenpreis). Für die Versorger bedeutet es in jedem Fall „doppelte“ Kosten ohne jeden Nutzen.

Die Vernetzung ist für beide Seiten ein lohnendes Konzept. Im Unterschied zu den (zumindest bislang) aufwendigen und problematischen „Smart Grid“- und Schwarm-Strom-Lösungen, die mit zigtausend Einheiten rechnen und bislang noch mit vielen praktischen Problemen kämpfen, ist sie so innovativ wie simpel: Einfache Steuereinheiten öffnen den Energieversorgern die „Tore“, um deren Stromüberschüsse in die Energiespeicher der energieautarken Häuser einzulagern.

Dies geschieht auf zwei Arten: Der große Langzeit-Wärmespeicher kann im Winter über einen Elektro-Heizstab rund 600 kWh Energie aufnehmen und speichert die Strom­über­schüsse als Wärme. Die Energieversorger können den Hausbewohnern die Wärme gegen ein entsprechendes Entgelt überlassen. Die Rechnung ist einfach: Ein Gebäude ist beispielweise an die Gasversorgung angeschlossen. Der Bezugspreis für Gas liegt bei 6 Cent/kWh. Verkauft der Versorger die eingelagerte Wärme für 5 Cent/kWh an den Nutzer, spart der Nutzer Geld und der Versorger macht Gewinn.

Der Elektro-Akku speichert zusätzlich rund 50 kWh der Stromüberschüsse als Elektroenergie. Die hier vorgehaltene Energie kann, im Fall eines Mangels, auch wieder entnommen und zu besseren Preisen, als dies zu Überschusszeiten möglich ist, auf dem Regel­ener­gie­markt verkauft werden.

Vernetzte Autarkie macht nicht nur die Bewohner der Gebäude weitestgehend unabhängig, sie leistet darüber hinaus einen Beitrag zur Stabilisierung der Stromnetze. Anders als strombasierte Heizkonzepte, die mit Einspeisen und Zurückkaufen von Strom die Probleme ins Netz verlagern, in der Hoffnung, dass sich schon irgendjemand darum kümmern wird, unterstützt das Prinzip der vernetzten Autarkie die Energiewende und ist der Allgemeinheit von Nutzen.

„Flatrate“-Miete und Altersversorgung

Die energieautarken Häuser von Prof. Leukefeld bieten neben der „vernetzten Autarkie“ viele weitere interessante Op­tio­nen – u. a. für Wohnungswirtschaft und Altersvorsorge. Entsprechend konzipierte Mehrfamilienhäuser bieten Vermietern den Vorteil, über Jahre stabile Warmmieten („Flatrate-“ oder Pauschalmieten) auszuhandeln, in denen Wohnen, Wärme, Strom und, je nach Konzept, auch die E-Mobilität bereits enthalten sind. Für Eigentümer und Selbstnutzer stellt die Investition in ein energieautarkes Gebäude eine weitreichende Möglichkeit der Altersvorsoge dar und sichert ein komfortables Leben. Anders als bei Investitionen in zu versteuernde Einnahmen, setzt dieses Modell auf den Wert steuerfreier Einsparungen, die sich deutlich rentabler auf die Kaufkraft auswirken.

Der Prototyp des energieautarken Hauses wurde von einer Projektgruppe der Helma Eigenheimbau AG unter Leitung von Prof. Leukefeld entwickelt. Mit 161 m² Wohnfläche kostet es schlüsselfertig 450.000 € (inkl. Bodenplatte, ohne Keller und ohne Grundstück).