Regenerative Energie – Ökostrom kennt viele Facetten

Regenerative Energien sind nicht nur trendy, sondern zeugen auch von Umweltbewusstsein und Verständnis für globale Erfordernisse. Photovoltaik und Solarthermie sind gängige Begriffe, die sich ins Bewusstsein vieler Hausbesitzer eingebrannt haben. Geothermie allerdings kommt, genau wie Wind- und Wasserkraft, den meisten Hausbesitzern nicht in den Sinn.

Inhaltsverzeichnis:

  • Regenerative Energieformen und ihr Ursprung
  • Sonnenenergie – So unterschieden sich Photovoltaik und Solarthermie
  • Photovoltaik im Detail
  • Solarthermie im Detail
  • Stromerzeugung durch Windkraft – unterschiedliche Systeme für diverse Gegebenheiten
  • Horizontale Windkraftanlagen
  • Vertikale Windkraftanlagen
  • Geothermie – Erdwärme als Energieträger für private Haushalte
  • Flächenbohrung
  • Tiefenbohrung

Regenerative Energieformen und ihr Ursprung

regenerative EnergieÖkostrom wird in unterschiedlichen Arten gewonnen – aus der Kraft der Sonne, den Bewegungen des Wassers und auch aus dem Wind. Weniger häufig, aber doch zur Sparte der regenerativen Energieformen gehört die Geothermie. Die derzeit einzig für Privathaushalte nicht direkt nutzbare Stromerzeugung fällt in den Bereich der Wasserkraft. Strom aus diesem Zweig erfordert eine hohe und konstante Fließgeschwindigkeit, die sich nur über Meeresströmung oder, im Bereich der Binnengewässer, über dafür vorgesehene Staudämme erzielen lässt. Wind- und Solarenergie lassen sich sowohl auf großen als auch auf kleineren Flächen effizient nutzen. Während Windkraft ausschließlich für die Stromerzeugung genutzt wird, kann die Kraft der Sonne auch für die Warmwassererzeugung eingesetzt werden. Die Geothermie wird in größerem Stil vor allem für die Erzeugung von Elektrizität genutzt, kann aber in kleinem Maßstab auch für die Warmwassergewinnung privater Haushalte dienen. Welche Art der regenerativen Energie für den einzelnen Haushalt in Frage kommt, hängt von diversen Faktoren ab.

Sonnenenergie – So unterschieden sich Photovoltaik und Solarthermie

Die Sonnenenergie ist, egal ob Photovoltaik oder Solarthermie, immer der Energieträger. In beiden Fällen wird die Kraft der Sonnenstrahlung genutzt, um Energie zu erzeugen – entweder in Form von Elektrizität oder für die Warmwassergewinnung. Der Unterschied liegt im Detail, denn für die Stromerzeugung wird die Lichtstärke, für die Warmwassergewinnung die Wärmestrahlung der Sonne genutzt.

Photovoltaik im Detail

Photozellen in Solarmodulen sind dafür geschaffen, elektrischen Strom aus der Leuchtkraft der Sonneneinstrahlung zu erzeugen. Obwohl direkte Sonneneinstrahlung den Wirkungsgrad der Module erhöht, wird sie nicht benötigt. Strom wird bei Photovoltaik-Anlagen auch dann produziert, wenn der Himmel stark bewölkt ist. Es reduziert sich nur die erzeugte Strommenge. Da die gesamte produzierte Strommenge von der maximalen Leuchtkraft der Umgebung abhängig ist, sollte im Bereich von Solarmodulen dafür gesorgt werden, dass keine großen Bäume oder Häuser in direkter Nachbarschaft zu finden sind, die den Lichteinfall auf die Module durch Schattenwurf verringern. Photovoltaik-Anlagen erzeugen immer Gleichstrom, der in Mitteleuropa nicht ins allgemeine Stromnetz gespeist werden darf, da dieses aufgrund diverser technischer Vorteile mit Wechselstrom betrieben wird. Der erzeugte Gleichstrom wird, sofern er ins öffentliche Stromnetz eingespeist wird, über einen Wechselrichter zu Wechselstrom umgepolt. Eine Ausnahme bilden hier die sogenannten „Inselanlagen“, deren erzeugter Strom direkt als Gleichstrom in Akkumulatoren gespeichert wird. In diesem Fall wird der benötigte Verbrauchsstrom erst dann in Wechselstrom umgewandelt (über Inverter oder Wechselrichter), wenn er den Speicher verlässt und zu den Endverbrauchern geleitet wird.

Fördermittel

Bedingt durch das EEG (Erneuerbare Energien Gesetz) werden Installation und Betrieb von Photovoltaikanlagen besonders subventioniert. Dadurch wird die vergleichsweise teure Investition auch für private Hausbesitzer interessant und, sofern genügend Platz vorhanden ist, sogar lukrativ. Mit der sogenannten „Einspeisevergütung“ werden die Netzbetreiber gesetzlich verpflichtet, für einen Zeitraum von 20 Jahren, jedes eingespeiste Kilowatt Strom mit einem festgelegten Betrag zu vergüten. In welcher Höhe die Kilowattstunde vergütet wird, hängt von 4 Faktoren ab:

  • Zeitpunkt der Inbetriebnahme der Photovoltaikanlage
  • Ort der Inbetriebnahme
  • Leistungsgröße der installierten Anlage
  • Eigenverbrauchsmenge des erzeugten Stroms

Die Investition in private Photovoltaikanlagen wird durch die KfW-Bank mit äußerst zinsgünstigen und langfristig ausgelegten Krediten gefördert. Fördermöglichkeiten durch die KfW-Bank

Solarthermie im Detail

SolarenergieAnders als die Photovoltaikanlagen wird im Bereich der Solarthermie mit der Wärmestrahlung der Sonne Energie erzeugt. Diese Energie wird allerdings nicht in Form von Elektrizität, sondern als Wärmeenergie eingefangen. Dazu wird eine besonders wärmeleitfähige Trägerflüssigkeit durch Solarpaneele geführt und über einen Hauskreislauf an die Warmwasserversorgung gekoppelt. Der Effekt ist, dass für die Warmwassererzeugung erheblich weniger (und stellenweise null) Energie in Form von Gas/Strom/Öl etc. benötigt wird. In der Solarthermie hängt der Wirkungsgrad sehr stark von der direkten Sonneneinstrahlung ab, weshalb im Idealfall keinerlei Beschattung der Paneele vorhanden sein sollte. Im Winter ist die Energiegewinnung über Wärmeenergie naturgemäß deutlich schwächer, weshalb der Nutzen insbesondere im Frühjahr, Sommer und Herbst zu sehen ist. Im Jahresdurchschnitt lassen sich via Solarthermie aber dennoch sehr große Mengen Energie einsparen, was diese Technik lohnenswert macht.

Fördermittel

Abhängig von der Art der genutzten Wärmeenergie werden unterschiedliche Leistungsgrößen der Förderung angeboten. Eine Förderung kann sowohl für die Erweiterung bestehender Kollektorfläche als auch für die Neuinstallation beantragt werden. Die förderfähigen Investitionen in Solarenergie werden in 4 Kategorien unterteilt:

  • Maßnahmen zur ausschließlichen Warmwasserbereitung
  • Kombinierte Maßnahmen zur Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung
  • Maßnahmen zur Kälte- und Wärmeerzeugung
  • Maßnahmen zur Erweiterung einer bestehenden Solaranlage

Aktuelle Kennzahlen zur Höhe der jeweiligen Förderbeträge gibt es beim Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle.

Stromerzeugung durch Windkraft – unterschiedliche Systeme für diverse Gegebenheiten

Windenergie ist, neben der Photovoltaik, die zweite Größe auf dem Markt für regenerative Energiegewinnung. Die Stromerzeugung durch Windkraft ist, bedingt durch die absolute Abhängigkeit von Luftströmung, weniger Zuverlässig als die Energieerzeugung durch die Sonne.

WindenergieUm häufige Ausfälle oder unrentable Windenergieanlagen zu vermeiden, werden derartige Anlagen vor allem in Höhenlagen und in Form von Offshore-Windparks in Küstennähe montiert, da hier ziemlich zuverlässig mit ausreichend starkem Wind gerechnet werden darf. Technisch betrachtet werden vor allem zwei Arten von Windkraftanlagen gebaut: die Horizontalläufer und die Vertikalläufer. Die Horizontalläufer sind mittlerweile in vielen Regionen in das Landschaftsbild integriert und zeigen sich als ein Propeller, aufgesetzt auf einen hohen Turm. Vertikalläufer hingegen sind sehr selten als große Windkraftanlage zu finden – sie bieten sich eher für kleine Anlagen an, wie sie auch in privaten Haushalten genutzt werden können, sofern die Bedingungen dafür gegeben sind.

Horizontale Windkraftanlagen

Horizontale Windkraftanlagen sind für private Haushalte nicht wirklich nutzbar, da sie insbesondere durch ihre hohen Lärmpegel im direkten Umfeld auffallen. Weit abseits jeglicher Wohngegenden aber sind sie durch einige Vorteile durchaus die bessere Wahl für Netzbetreiber. Die Vorteile stellen sich bei praktischer Betrachtung wie folgt dar:

  • Hohe Leistungsdichte
  • Die verwendete Technik ist ausgereift und hat sich bewährt
  • Sehr niedrige Anlaufgeschwindigkeit des Rotors
  • Das Verhältnis zwischen Preis und Leistung ist sehr gut

Fördermittel
Kleinwindkraftanlagen (weniger als 5 kW Leistung) werden pauschal mit 9ct je kWh vergütet (Stand 2015).

Vertikale Windkraftanlagen

Vertikale Windkraftanlagen sind für den privaten Gebrauch eher umsetzbar, da die Rotorblätter, die senkrecht angebracht sind, sich um die eigene Achse drehen. Dadurch benötigen sie viel weniger Platz als die Horizontalläufer. Die kleine Bauweise ermöglicht den Aufbau auch in der Nähe von bereits installierten Photovoltaik- und Solaranlagen, da kaum Schattenwurf durch die Windkraftanlage gegeben ist. Diese Anlagen eignen demnach optimal als Ergänzung zur bereits bestehenden Ökostromerzeugung. Die Vorteile vertikaler Windkraftanlagen ergeben sich aus ihrer Bauform:

  • Der Aufbau ist robust und sehr einfach gehalten
  • Selbst unter extremen Witterungsbedingungen funktionieren diese Anlagen einwandfrei
  • Häufig drehende Winde sind kein Hindernis – dadurch ist auch keine Windnachführung nötig

Es muss aber auch klar gesagt werden, dass die vertikal laufenden Windkraftanlagen Nachteile mit sich bringen, die nicht verschwiegen werden dürfen. Obwohl sie für private Haushalte durchaus geeignet sind, zeigen sich die Nachteile wie folgt:

  • Die mögliche Höhe des Masts ist begrenzt (wegen der Mastschwingungen)
  • Die benötigte Windgeschwindigkeit ist relativ hoch
  • Das Verhältnis zwischen Preis und Leistung fällt eher schlecht aus
  • Die Effizienz der Energiegewinnung liegt deutlich niedriger als bei horizontalen Anlagen
  • Es gibt noch keine größeren, praktischen Erfahrungswerte über einen größeren Zeitraum

Fördermittel
Kleinwindkraftanlagen (weniger als 5 kW Leistung) werden pauschal mit 9ct je kWh vergütet (Stand 2015).

Geothermie – Erdwärme als Energieträger für private Haushalte

GeothermieGeothermische Anlagen werden schon seit längerer Zeit überall dort für die Stromerzeugung genutzt, wo sie in größerem Maßstab wirkungsvoll installiert werden können. Grundsätzlich funktioniert die Technik dahinter so, dass Wasser über ein Rohrleitungssystem in eines oder mehrere zuvor gebohrte Löcher ins tiefere Erdreich gepumpt wird, wo die in der Tiefe vorhandene Wärme zusammen mit Druck dafür sorgt, dass das eingeleitete Wasser sich stark erhitzt. Mit dieser Hitze strömt es wieder in die Anlage zurück und verdampft dort in großem Stil. Durch den Dampf wird eine Turbine angetrieben, die schlussendlich den Strom erzeugt.

Für Privathaushalte wird die Geothermie etwas anders genutzt – hier steht vor allem die Wärmeenergie im Vordergrund, über die ganzjährig das Haus beheizt werden kann, ohne dafür Strom/Gas/Öl etc. zu benötigen. Moderne Anlagen können, bei höheren Investitionskosten, nicht nur Wärme, sondern auch Strom erzeugen. Es ist ein gänzlich autarkes System möglich, dass langfristig zur kostenfreien Energieversorgung führen kann. Für die Erschließung der Erdwärme sind grundsätzlich zwei unterschiedliche Bohrungsarten verfügbar: die Flächenbohrung und die Tiefenbohrung. Beide Bohrarten haben Vor- und Nachteile.

Flächenbohrung

Aufgrund der geringeren Bohrtiefe (mehrere Wärmesonden werden in geringerer Tiefe platziert) sind die Kosten für die Erschließung geringer). Da mehrere Systeme installiert werden (u.a. Wärmetauscher außerhalb des Hauses), kann es zu deutlichen Einschränkungen bei der Flächennutzung kommen.

Tiefenbohrung

Die Tiefenbohrung geht, anders als die Flächenbohrung, an nur einer einzigen Stelle des Grundstücks in den Boden. Hier allerdings dann nicht nur 40m – 70m, sondern gegebenenfalls sogar bis 200m in die Erdkruste. Die Erschließungskosten liegen hier deutlich höher als bei der Flächenbohrung, allerdings kann bei dieser Art er Energiegewinnung sowohl Wärme als auch Strom erzeugt werden, da die in dieser Tiefe vorherrschende Temperatur in der Regel über 100°C liegt und somit Dampf in ausreichender Menge erzeugen kann. Langfristig gilt diese Form der Bohrung als die wesentlich wirtschaftlichere und ist empfehlenswert.

Fördermittel

Geothermie wird als künftige Gewinnungsmaßnahme für regenerative Energie deutlich in den Fokus rücken. So werden heute schon umfangreiche Fördermittel für die Installation geothermischer Anlagen bereitgestellt. Für jede Heizung, die mit geothermischer Energie in Altbauten installiert wird, werden einmalig 2400€ bereitgestellt. Weitere Fördermöglichkeiten werden über zinsgünstige Kredite durch Hausbanken und die KfW-Bank angeboten, die je nach Einzelfall unterschiedlich ausfallen.

Weitere Informationen zu möglichen Fördermitteln bietet das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle.

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