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Energieerzeugung mit Erneuerbaren Energien im Überblick

Die Energiewende hat auch im privaten Baubereich den Fokus auf die erneuerbaren Energien gelenkt. Staatliche Förderungen, aber auch ein steigendes Umweltbewusstsein sorgen dafür, dass der Bedarf an der Energieerzeugung durch regenerativen Energieträger zunehmend steigt. Bereits beim Bau werden deshalb verschiedene Verfahren der Energieerzeugung mit ins Konzept eingearbeitet.

Nach wie vor die wichtigsten natürlichen Energien sind Sonnen- und Windenergie, wobei letztere im privaten Bereich eine eher untergeordnete Rolle spielt. Biomasse und Geothermie leisten ebenfalls einen wichtigen Beitrag zur nachhaltigen Energieproduktion und -versorgung.

Solarenergie

Die Energie aus der Sonne wird auf verschiedene Arten zur Energieerzeugung genutzt. Allgemein bekannt ist die direkte Nutzung der Sonnenwärme zur Bereitung von Warmwasser. Über Solarzellen wird in Photovoltaikanlagen die Wärmeenergie in elektrischen Strom umgewandelt. Schließlich wird Energie auch in solarthermischen Kraftwerken erzeugt. Als Standort für diese Kraftwerke kommen nur die sonnenreichen Zonen auf der Erde in Frage.

Warmwasserbereitung mit Solarkollektoren

Mit Hilfe von Sonnenkollektoren wird Wasser erwärmt, indem die Sonnenstrahlung in Wärme umgesetzt wird. Thermische Solaranlagen werden mit Sonnenkollektoren oder Vakuumröhrenkollektoren betrieben. In den Kollektoren sitzen Absorberoberflächen, die sich durch die Sonneneinstrahlung aufheizen. Über den Wärmeträger in den Kollektoren wird die Wärme aufgenommen und zum Pufferspeicher geführt. Dort wird die Wärme an das Wasser abgeben, die Flüssigkeit fließt in den Kreislauf zurück. Thermische Solaranlagen werden in privaten Haushalten zur Trinkwassererwärmung oder zur Unterstützung der Heizungsanlage genutzt. In Industrie und Gewerbe wird über die Technik Prozesswärme erzeugt.

Stromerzeugung mit Photovoltaik

Über die Solarzellen der Photovoltaikanlage wird die Sonnenenergie direkt in elektrischen Strom umgewandelt. Der Gleichstrom entsteht in einem Halbleiter, der in der Regel aus Silicium gefertigt ist und den photovoltaischen Effekt nutzt: Unter Einfluss von Licht entstehen in bestimmten Halbleiter-Aufbauten freie Ladungen, die in einen elektrischen Leiter abfließen und zu Strom werden. Der Gleichstrom kann direkt zum Betrieb genutzt werden, meist erfolgt die Umwandlung in Wechselstrom über sogenannte Wechselrichter. Der Strom wird in das öffentliche Netz eingespeist oder für den Eigenverbrauch im Gebäude genutzt. Photovoltaikanlagen werden häufig auch für sogenannte Inselanlagen genutzt und versorgen Gebäude oder Anlagen mit Strom, die nicht an das öffentliche Stromnetz angeschlossen sind.

Energieerzeugung mit Biomasse

Unter dem Begriff Biomasse werden alle organischen Stoffe zusammengefasst, mit denen Energie erzeugt werden kann. Holz in seinen verschiedenen Brennstoffformen, aber auch Abfälle aus der Landwirtschaft wie Gülle, Festmist und Getreidestroh fallen in diese Kategorie. In Deutschland ist Holz der wichtigste Bioenergieträger, zunehmend nimmt die Energieerzeugung über Biogasanlagen sowie die Herstellung von Biodiesel und Bioethanol an Bedeutung zu. Der große Vorteil bei Biomasseanlagen ist, dass kein zusätzliches CO2 in die Atmosphäre entlassen wird, denn die organischen Stoffe enthalten aus der Umwelt gespeichertes Kohlendioxid, das ohnehin im Kreislauf enthalten war.

Biogasanlagen

In Deutschland wurden im Jahr 2013 mehr als 28 Milliarden Kilowattstunden Strom, 32 Milliarden Kilowattstunden Wärme und etwa 3,4 Millionen Tonnen Kraftstoff aus Biogasanlagen erzeugt. Die vielseitigen Nutzungsmöglichkeiten von Biomasse in den Anlagen machen den Energieträger Biogas besonders vielseitig. Das Gas entsteht in der Anlage durch Vergärung der Biomasse. In einem an die Anlage angeschlossenen Blockheizkraftwerk kann über die Kraft-Wärme-Kopplung Energie erzeugt werden. Ebenso ist es möglich, das Gas in die Gasspeicher einzuspeisen und für die Versorgung der Haushalte mit Wärmeenergie zu nutzen.

Heizen mit Holz

Holz ist die wichtigste und am weitesten verbreitete Biomasse in Deutschland. Moderne Heizungsanlagen und Öfen verwerten Holz als Pellets, Hackschnitzel oder Holzscheite, vielfach werden auch Hybridanlagen genutzt, die mit Holz, aber auch mit fossilen Brennstoffen betrieben werden können. Das verwendete Holz stammt entweder aus dem direkten Holzeinschlag oder wird als Restholz aus der Bauholz- und Möbelholzproduktion zu Pellets oder Hackschnitzeln verarbeitet. Bei der Verwendung von Holz ist insbesondere auf die Holzfeuchte zu achten, denn diese bestimmt maßgeblich den Heizwert.

Geothermie

Die Erdwärme oder auch Geothermie liefert grenzenlos Energie, die aus der Erde selbst stammt. Genutzt wird der Umstand, dass unter der Erdoberfläche bis in eine Tiefe von etwa 100 Metern eine konstante Temperatur von 10 Grad Celsius vorherrscht, je tiefer man misst, umso höher wird die Temperatur. Die Erdwärme kann über verschiedene Verfahren für die Raumheizung genutzt werden, häufig wird die oberflächennahe Geothermie angewandt, ebenso gibt es geothermische Anlagen zur Stromerzeugung, die die Energie in tieferen Erdschichten nutzen.

Heizen mit Wärmepumpe

Eine Wärmepumpe entzieht der Umgebung über eine sogenannte Wärmequellanlage Energie. Durch einen Wärmetauscher wird die Energie nutzbar und kann für die Bereitstellung von Heizwärme verwendet werden. Die Wärme aus der Erde wird über eine Flüssigkeit, die sogenannte Sole in der Wärmequellanlage aufgenommen und zur Pumpe geleitet. Dort wird die Energie auf ein Kältemittel übertragen und somit verdampft. Der Dampf wird in einem Kompressor verdichtet, dadurch erhöht sich das Temperaturniveau. Über einen Wärmetauscher wird das Kältemittelgas verflüssigt, die Wärmeenergie wird frei und das Kältemittel fließt in den Kreislauf zurück.

Energieerzeugung mit tiefer Geothermie

Windkraft

Die Windenergie gehört nach wie vor zu den bedeutendsten regenerativen Energiequellen, der Anteil an der deutschen Stromversorgung liegt bei 8 Prozent. Windenergieanlagen nutzen die Bewegungsenergie im Wind, diese entsteht durch die unterschiedlichen Druckverhältnisse in Erdnähe. Moderne Anlagen arbeiten mit dem sogenannten Auftriebsprinzip, der Wind erzeugt an den Rotoren einen Auftrieb, der wiederum die Flügel in Bewegung setzt. Genutzt wird die Energie des Windes für die Stromerzeugung an Land und auf dem Wasser. Vereinzelt werden Kleinwindanlagen im privaten Bereich genutzt, um Strom für den Eigenverbrauch oder zum Einspeisen ins öffentliche Netz zu erzeugen. Wichtig hierbei ist die Berücksichtigung der örtlichen Vorschriften.

Wärmeerzeugung mit Brennstoffzellen

Brennstoffzellen sind kleine Kraftwerke, die energiesparend und umweltschonend Strom erzeugen. Befürworter halten die Technologie für die Zukunft der häuslichen Energieversorgung, im Handel sind schon verschiedene Brennstoffzellen-Heizgeräte unterschiedlicher Hersteller erhältlich. Eine Brennstoffzelle besteht aus mehreren voneinander getrennten Elektroden, die an mit Edelmetall beschichtete Katalysatoren angeschlossen sind. Die Elektroden versorgen die Brennstoffzelle mit den Reaktionsstoffen, dabei kann es sich je nach Zellentyp um Methanol, Methan oder Wasserstoff handeln. Diesen Stoffen wird Sauerstoff zugeführt, die bei der chemischen Reaktion entstehende Abwärme wird als Heizenergie genutzt. Die entstehende Prozesswärme kann ebenso genutzt werden, um mit der Brennstoffzelle Strom zu erzeugen, das Prinzip entspricht der Kraft-Wärme-Kopplung.

Geld vom Staat

Regenerative Energiequellen werden vom Staat mit verschiedenen Zuschüssen und Begünstigungen gefördert. Fördermittel können zum Beispiel über die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) oder das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) bezogen werden. Für jeden Antrag wichtig ist, dass mit der Anschaffung und Installation der Technologie erst begonnen werden darf, wenn die Förderung gewährt wurde. Die Förderkonditionen ändern sich häufig und sind auch von den jeweiligen Novellierungen des Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) abhängig. Deshalb ist es wichtig, sich vorab genau über die aktuell gültigen Förderkonditionen zu informieren.