PHILOSOPHIE

Unser Credo lautet: Energieversorgung mit lokal vorhandener erneuerbarer Energie. Aber ist eine unabhängige bzw. autarke Energieversorgung auch für Sie möglich? Die Antwort lautet JA. Und wie diese Energielösung im Detail aussehen kann, soll an Anhand eines typischen Haushalts einer vierköpfigen Familie in Mitteleuropa erläutert werden:

Elektrischer Energiebedarf pro Jahr: ca. 4.000kWh

Wärmeenergiebedarf pro Jahr: ca. 20.000kWh (entspricht 2.000 Liter Heizöl)

Energiebedarf für Mobilität (30.000 PKW-km) pro Jahr: ca. 4.500kWh für Elektro-PKW bzw. ca. 13.500kWh (entspricht 1.350 Liter Benzin/Diesel) für Benzin/Diesel-PKW

(1) Der elektrischer Energieverbrauch beträgt rund 4.000kWh pro Jahr. Ein Jahr hat 8760 Stunden – damit ergibt sich eine durchschnittliche Verbraucherleistung von rund 0,45kW (0,45kW x 8.760h = 4.000kWh). Tatsächlich jedoch schwankt der mittlere Tagesverbrauch im Jahresverlauf doch erheblich. Im Winter steigt der mittlere Tagesverbrauch auf etwa 14,60kWh (= 0,60kW x 24h) an, während im Sommer der mittlere Tagesverbrauch auf etwa 7,30kWh (= 0,30kW x 24h) sinkt:

(1a) Eine typische 4kW-Photovoltaikanlage mit rund 27m² PV-Modulfläche und 45° Modulneigung gegen Süden generiert in Österreich rund 4.000kWh an Ökostrom pro Jahr. Jedoch liegt der niedrigste mittlere Tagesertrag mit 3,6kWh (= 0,15kW x 24h) im Winter und der höchste mittlere Tagesertrag mit 18kWh (= 0,75kW x 24h) im Sommer:

Eine typische 4kW-Photovoltaik reicht also nicht aus den oben angeführten Strombedarf eines Einfamilienhaushalts zu decken, da im Winter nur etwa ein Viertel des tatsächlichen benötigten elektrischen Energiebedarfs generiert werden können.

(1b) Mit einer bedarfsorientiert dimensionierten Photovoltaikanlage mit rund 80m² PV-Modulfläche und 65° Modulneigung gegen Süden kann hingegen sehr wohl der Strombedarf für ein Einfamilienhaus ganzjährig generiert werden:

(1c) Würde man die typische 4kW-Photovoltaikanlage von (1a) auf 108m² (= 4 x 27m²) vervierfachen, könnte ebenfalls der Strombedarf eines Einfamilienhauses gedeckt werden. Jedoch würde dabei im Sommer rund 10 mal so viel Ökostrom als nötig generiert werden:

Hingegen übertrifft (1b) den tatsächlichen elektrischen Energiebedarf nur um das Vierfache.

(1d) Neben der Sonnenenergie kann natürlich auch die Windenergie vor Ort genutzt werden. Bei einer typischen mittleren Windgeschwindigkeit von 4m/s können mit einer Kleinwindkraftanlage (Rotorfläche 30m²) rund 4.000kWh pro Jahr generiert werden:

Auffallend ist, dass der jährliche Verlauf der mittleren Leistung einer (Klein)Windkraftanlage in guter Näherung dem jährlichen Verlauf des mittleren elektrischen Leistungsbedarfs einer typischen 4-köpfigen Familie in Mitteleuropa entspricht.

Fazit: Mit einer bedarfsorientiert dimensionierten Photovoltaikanlage oder Kleinwindkraftanlage samt elektrischem Energiespeicher (Lithium-Ionen-Akku) mit rund 75kWh (Speichervermögen für etwa 4 bis 5 Tage im Winter) lässt sich ein typischer Haushalt einer 4-köpfigen Familie in Mitteleuropa autark mit elektrischer Energie versorgen. Anmerkung: Bei einer kombinierten Energielösung aus Photovoltaik (2.000kWh) und Windkraft (2.000kWh) lässt sich die Kapazität des Energiespeichers um ca. 30% reduzieren.

(2) Der Wärmeenergiebedarf eines typischen Haushalts einer 4-köpfigen mitteleuropäischen Familie beläuft sich auf etwa 2.000 Liter Heizöl (entspricht 20.000kWh = 2,28kW x 8.760h) pro Jahr oder er wird vor Ort emissionsfrei mit einer Grundwasserwärmepumpe samt Kleinwindkraftanlage (oder PV-Anlage) und elektrischem Energiespeicher generiert. Im Winter reicht der mittlere Heiz- und Warmwasserenergiebedarf bis zu 103kWh (= 4,26kW x 24h) pro Tag, hingegen sinkt der mittlere Wärmeenergiebedarf im Sommer (lediglich für die Warmwasseraufbereitung) auf bis zu 7,3kWh (= 0,30kW x 24h) pro Tag:

(2a) Liegenschaftseigentümer mit Grundwasservorkommen können sich auch hinsichtlich lokaler erneuerbarer Wärmeenergie glücklich schätzen. Bereits eine typische Garten-Wasserpumpe fördert bei einem Volumenstrom von rund 2.500l/h genügend Grundwasser um den Wärmebedarf eines typischen Haushalts einer 4-köpfigen mitteleuropäischen Familie decken zu können. Nachdem sich das Grundwasser über das Sommerhalbjahr um einige Grad erwärmt (je nach örtlicher Lage von etwa 8 auf 12°C), steckt am Beginn der Heizsaison im Herbst das größte Wärmeenergiepotenzial rund 520kWh (= 22kW x 24h) im Grundwasser – für die Nutzung durch eine konventionelle Wärmepumpe kann das Wasser auf bis etwa 4°C abgekühlt werden:

An einem wirklich kalten Wintertag stehen bis zu 396kWh (16,5kW x 24h) an Wärmeenergie aus dem Grundwasser für Heizzwecke zur Verfügung. Das entspricht einem Heizkessel mit einer Wärmeleistung von 16,4kW.

Für den Betrieb einer modernen Grundwasserwärmepumpe werden rund 1/5 (= Kehrwert der Leistungszahl einer Wärmepumpe) der generierten Wärmeleistung in Form von elektrischer Energie für Kompressor und Umwälzpumpen benötigt. Für den oben angeführten Wärmebedarf eines typischen Haushalts einer 4-köpfigen Familie in Mitteleuropa ergibt sich folgender elektrischer Leistungsbedarf für den Betrieb der Grundwasserwärmepumpe:

Die benötigte elektrische Energie für die Grundwasserwärmepumpe kann vor Ort ohne allzu große Energieüberschüsse im Sommer durch eine Kleinwindkraftanlage

oder mit doch deutlichen Energieüberschüssen im Sommer durch eine Photovoltaikanlage

generiert werden.

(3) Der Energieverbrauch für Mobilität kann bekanntlich durch öffentliche Verkehrsmittel (viele Personen in einem Fahrzeug) beträchtlich verringert werden. Kurze Strecken zu Fuß oder mit dem Fahrrad eignen sich zusätzlich als tägliches Bewegungstraining für ein allgemeines Wohlbefinden. Am Land ist jedoch ein privater PKW oft die einzige Möglichkeit, um auch längere Strecken in entlegene Gebiete zurücklegen zu können.

Je nach cw-Wert beträgt der Energiebedarf eines PKWs bei einer Fahrgeschwindigkeit von 100km/h in einer Stunde etwa 15kWh bei einem Elektro-PKW und etwa 45kWh (4,5 Liter) bei einem Benzin bzw. Diesel betriebenen PKW. Im Detail sieht die Energieverbrauchsbilanz wie folgt aus:

Elektro-PKW Benzin/Diesel-PKW

Luftwiderstand (Fahrtwind) 10kWh 10kWh

Rollwiderstand Reifen 2kWh 2kWh

Elektromotor 0,5kWh

Leistungselektronik 0,5kWh

Batteriespeicher (Laden/Entladen) 4kWh

Benzin/Dieselmotor 33kWh

Gesamtverbrauch 15kWh 45kWh

Besonders bei höheren Geschwindigkeiten ist der zu überwindende Luftwiderstand (Fahrtwind) für den Energieverbrauch eines modernen Fahrzeugs maßgeblich:

Werden von einer 4-köpfigen mitteleuropäischen Familie pro Jahr 30.000km an PKW-Fahrtstrecke zurückgelegt, so sind hierfür 4.500kWh für einen Elektro-PKW bzw. 1.350 Liter Treibstoff (13.500kWh) für einen Benzin oder Diesel-PKW an zusätzlicher Energie nötig. Normalerweise ist der mittlere Energieverbrauch für Mobilität gleichmäßig über das Jahr verteilt:

Insofern werden für den Betrieb eines Elektroautos im Mittel pro Tag etwa 12,3kWh (= 0,51kW x 24h) an elektrischer Energie benötigt, die idealer Weise vor Ort zu gleichen Teilen (2x 2.250kWh) aus einer Kombination von Kleinwindkraftanlage und Photovoltaikanlage generiert werden sollten.

Zusammenfassung:

Das angeführte Fallbeispiel zeigt, dass speziell die Kombination Windkraft und Erdwärme eine bedarfsgerechte Energieversorgung in Mitteleuropa ermöglicht.

Hingegen liefert die Photovoltaik im Sommer beträchtliche Ökostromüberschüsse, während die bisher noch nicht betrachtete Wasserkraft Ökostromüberschüsse im Frühjahr generiert. Möchte man die Ökostromüberschüsse in das öffentliche Stromnetz einspeisen bzw. verkaufen, so muss man mit hohe Abschlagszahlungen in Form von Netzgebühr und Ökostromabgabe rechnen. Mit diesen Abschlagszahlungen können dann Langzeit-Energiespeichersysteme wie beispielsweise Pump-Speicher-Kraftwerke finanziert werden, die beispielsweise Energieüberschüsse aus den Sommermonaten in die Wintermonate transferieren können.

Für Beratung, Planung und Projektdurchführung Ihres Energieprojekts stehen wir Ihnen gerne zur Verfügung.