Das 100-Prozent-Sonnenhaus

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Sonnenhäuser beziehen zwischen 50 und 100 Prozent der Energie für Heizung und Warmwasser von der Sonne – ganzjährig. Diese Unabhängigkeit von fossilen Energieträgern hat jedoch ihren Preis. Denn klar ist: Ein solches Sonnenhaus ist in der Anschaffung erst einmal teurer als ein konventionell errichtetes. Hier erfahren Bauinteressierte ob und wann sich die Mehrinvestition rechnet.

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Große Kollektorflächen sind eine Grundvoraussetzung, um 100 Prozent Sonnenenergie nutzen zu können. Genau das ist das Ziel beim Sonnenhaus. Foto: Helma Eigenheimbau Foto: Helma Eigenheimbau

Steigende Preise für Gas und Öl und ein höheres Umweltbewusstsein haben dazu geführt, dass heutige Neubauten viel sparsamer mit Energie umgehen als ältere Bauwerke. Die Krux: Auch moderne Energiesparhäuser verbrauchen fossile Energie, nur eben weniger als ihre Vorgänger. Dabei geht es auch ganz ohne die Verbrennung nicht regenerativer und damit endlicher Energieträger – mit einem Sonnenhaus.

Was ist ein Sonnenhaus?

Hinter der Idee des Sonnenhauses steckt die Erkenntnis, dass die Kraft der Sonne ohne weiteres ausreicht, um ein gut gedämmtes Haus teilweise oder auch gänzlich mit Heizenergie zu versorgen. Allerdings scheint die Sonne nicht immer dann, wenn Heizbedarf besteht. Manchmal ist ihre Kraft aber auch so stark, dass sie mehr Energie liefert, als gerade benötigt wird. Diese Energie muss also gespeichert werden. Und zwar nicht elektrisch in sündteuren Akkus, sondern mittels Wasser, das mit der Sonnenkraft erwärmt wird, in riesigen Pufferspeichern. Alleine mit dem Speicher ist es allerdings nicht getan.

So funktioniert ein Sonnenhaus: die Standards

Um ein Haus zuverlässig mit Sonnenkraft zu beheizen, sind einige Dinge zu beachten. Das Sonnenhaus-Institut, in dem sich Architekten, Ingenieure und Solartechnikerorganisiert haben, hat die wichtigsten Regeln zusammengefasst, die beim Bau eines Sonnenhauses zu beachten sind:

  • Die Dämmung des Gebäudes soll mindestens 30 Prozent besser sein, als von der Energieeinsparverordnung 2009 vorgeschrieben. Dies entspricht in etwa dem Standard, den künftig die EnEV 2016 vorschreiben wird. Hinsichtlich der Dämmung ist ein Sonnenhaus künftig also kaum noch besser als ein normales Standard-Gebäude.
  • Der solare Deckungsgrad sollte mindestens 50 Prozent betragen. Höhere Werte – bis hin zu 100 Prozent – sind erwünscht und auch machbar.
  • Wärme, die nicht solar erzeugt werden kann, soll durch die Verbrennung von Holz gewonnen werden. Denn Holz ist ein nachwachsender Rohstoff.
  • Sonnenenergie sollte auch passiv genutzt werden: Hier helfen große, nach Süden ausgerichtete Glasflächen, die zur Beheizung beitragen.
  • Der jährliche Primärenergiebedarf soll 15 Kilowattstunden pro Quadratmeter und Jahr nicht übersteigen. Sowohl Sonne als auch Holz sind klimaneutral. Lediglich zum Betrieb der Heizungspumpen mit Strom sowie zum Beispiel für den Transport des Brennholzes wird konventionell erzeugte Hilfsenergie verbraucht.

Um das gewünschte Ergebnis einer möglichst hohen solaren Deckung zu erreichen, muss der Bauherr aber zunächst massiv investieren:

Erstens in eine sehr große Kollektorfläche. Soll eine hundertprozentige Deckung erreicht werden, wird bestenfalls das komplette Süddach mit Solarkollektoren gedeckt, am besten mit steiler Neigung. Wird lediglich eine Deckung von 50 Prozent plus X angestrebt, reichen auch geringere Flächen.

Zweiter wesentlicher Bestandteil eines Sonnenhauses ist der Wassertank im Gebäude, in dem die gewonnene Sonnenenergie gespeichert wird.

Sonnenhaus, Voraussetzungen, Grafik: Sonnenhaus-Institut e.V.
Solarmodule, Pufferspeicher und wasserführender Kaminofen sind die wichtigsten Komponenten eines Sonnenhauses. Zudem ist eine gute Dämmung Pflicht, um die Wärme im Haus zu behalten. Grafik: Sonnenhaus-Institut e.V. Grafik: Sonnenhaus-Institut e.V.

Hohe solare Deckung: Riesige Speicher nötig

Sonnenhaus, solarer Pufferspeicher, Schichtspeicher, Foto: Sonnenhaus-Institut e.V / Architekturbüro Dasch
Werden die riesigen solaren Pufferspeicher gesetzt, erinnert das fast an Tetris. Foto: Sonnenhaus-Institut e.V / Architekturbüro Dasch Foto: Sonnenhaus-Institut e.V / Architekturbüro Dasch

Um die gewonnene Wärme über längere Zeit zu speichern, sind sehr großen Pufferspeicher nötig: Für Sonnenhäuser mit 100 Prozent solarer Deckung sind in der Regel Solarspeicher mit mehreren zehntausend Litern Volumen erforderlich. Speicher in diesen Größen kosten schnell so viel wie ein Mittelklasseauto. Hinzu kommt außerdem, dass bei einem 100-Prozent-Sonnenhaus Kollektorfläche und Speicher überdimensioniert sein müssen. Denn auch in ungewöhnlich kalten und sonnenarmen Wintern will es der Hausbesitzer angenehm warm haben. Wird eine solare Deckung von weniger als 100 Prozent angestrebt, reichen auch Speicher mit wenigen tausend Litern Volumen aus. Die im Vergleich kleinen 500- oder 800-Liter-Speicher, die typischerweise in konventionellen Häusern mit kleinen Solaranlagen zur Warmwasserbereitung verbaut werden, sind für ein Sonnenhaus allerdings völlig unzureichend.

Link-Tipp

Alle Informationen zu solaren Pufferspeichern haben wir Ihnen hier zusammengefasst.

Schichtspeicher für optimale Sonnenausbeute

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Im Schichtenspeicher wird nicht nur heißes, sondern auch weniger stark temperiertes Wasser für die Niedertemperatur-Flächenheizung bereitgestellt. Wenn durch die Sonnenkollektoren nicht der komplette Energiebedarf gedeckt ist, lädt ein wasserführender Kaminofen als Zusatzheizung den Speicher auf. Grafik: Sonnenhaus-Institut e.V Grafik: Sonnenhaus-Institut e.V

Die riesigen Wärmespeicher im Sonnenhaus sind in der Regel als Schichtspeicher ausgelegt. Das bedeutet, dass der Speicher im oberen Teil wärmer ist als unten, die Wärme also geschichtet ist. Der Grund: Wäre es im Speicher überall gleich warm, könnte dieser keine Sonnenwärme aufnehmen, sobald die Temperatur im Speicher das Temperaturniveau erreicht hat, das von den Solarmodulen geliefert wird. Durch die Temperaturschichtung ist es möglich, dass die Wärme dort abgegeben wird, wo das Speicherwasser kühler ist, so dass auch schwächere Sonnenstrahlung im Winter genutzt werden kann. Da durch Verwirbelung die Schichtung zerstört würde, wird dem Speicher nicht direkt Wasser entnommen. Vielmehr befinden sich in ihm Rohrleitungen und Wärmetauscher, über die die Nutzwärme entnommen wird. Dabei handelt es sich um einen geschlossenen Kreislauf, der vollständig vom Wasser im Speicher getrennt ist. Das Speicherwasser wird also nie verbraucht oder ausgetauscht. Im oberen Bereich des Speichers wird mittels Wärmetauscher heißes Brauchwasser entnommen, weiter unten die Wärme für die Flächenheizung.

Infobox: Wohin mit dem Solarspeicher?

Die großen, zylindrischen Schichtspeicher sind meist im Haus platziert und erstrecken sich oft vom Keller bis zum Dach über alle Stockwerke. Gestalterisch wird oft die Treppe um den verkleideten – und damit optisch unauffälligen – Speicher gebaut. Die Platzierung des Speichers im Haus ist auch deshalb sinnvoll, weil trotz guter Dämmung Wärmeverluste auftreten. Diese Wärme geht durch die Platzierung im Haus nicht verloren, sondern bleibt dort. Daneben gibt es aber auch kubische Solarspeicher für den Keller oder zum unterirdischen Einbau im Erdreich.

Schichtenspeicher, Sonnenhaus, Dämmung, Glasflächen, Nordseite, Grafik: Sonnenhaus-Institut e.V
Der Schichtenspeicher befindet sich mitten im Sonnenhaus. So bleibt die geringe Wärme, die trotz Dämmung verloren geht, direkt im Gebäude. Während das Haus in Richtung Süden mit großen Glasflächen recht offen ist, geht auf der Nordseite kaum Wärme durch Fenster verloren. Grafik: Sonnenhaus-Institut e.V Grafik: Sonnenhaus-Institut e.V

Solare Nutzung im Winter

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Eine starke Dachneigung und die Südausrichtung: So fangen Solarkollektoren auch im Winter genügend Sonne ein. Foto: ENERGETIKhaus100 Foto: ENERGETIKhaus100
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Werden die Solarkollektoren auf einem steilen Dach angebracht, können die flachen Strahlen der während der kalten Jahreszeit tief stehenden Sonne maximal genutzt werden. Wichtig ist zudem die Ausrichtung der Kollektorfläche gen Süden. Grafik: ENERGETIKhaus100 Grafik: ENERGETIKhaus100

Aber auch der Riesenspeicher eines Sonnenhauses reicht nicht aus, um die Energie für einen ganzen Winter zu speichern. Die Solarkollektoren müssen auch in der kalten Jahreszeit liefern. Das tun sie auch, erreichen dabei aber freilich nicht die Leistung, die im Sommer möglich ist. Allerdings gibt es selbst in kalten Wintern immer wieder Perioden, in denen die Sonne scheint. Die Solarmodule des Sonnenhauses sollten daher möglichst steil stehen, um die Strahlen der im Winter tiefen Sonne dann optimal nutzen zu können.

Sonnenhäuser verfügen in der Regel zudem über Flächenheizungen, also Wand- oder Fußbodenheizungen. Diese können mit niedrigen Vorlauftemperaturen arbeiten. Dadurch kann im Winter auch mäßig scheinende Sonne zur Energiegewinnung genutzt werden, weil das Wasser für den Heizkreislauf nicht auf sehr hohe Temperaturen erwärmt werden muss. Es reicht, wenn es wenige Grad wärmer ist, als die angestrebte Raumtemperatur.

Wenn die Sonnenkraft nicht reicht: Der wasserführende Kaminofen

Sonnenhaus, wasserführender Kaminofen, Foto: Sonnenhaus-Institut e.V.
Im Hintergrund: Der im Mittelpunkt des Treppenhauses integrierte Pufferspeicher. Vorne: Der wasserführende Kaminofen versorgt das Sonnenhaus an kalten Wintertagen mit der Energie, die die Sonnen dann nicht liefern kann. Foto: Sonnenhaus-Institut e.V. Foto: Sonnenhaus-Institut e.V.

Sonnenhäuser, die für weniger als 100 Prozent solare Deckung ausgelegt sind, brauchen im Winter eine Zusatzheizung. Im Sonnenhaus ist das meist ein mit Holz beheizter wasserführender Kaminofen. Solche Öfen sind an den Wasser-Heizkreislauf angeschlossen: Geeignet  fürs Sonnenhaus sind Öfen, die nur einen kleinen Teil der Wärme direkt an den Raum abgeben, und den größeren Teil mittels eines Wärmetauschers in den Schichtspeicher einbringen. Sie steht so der Beheizung und Warmwasserversorgung des ganzen Hauses zur Verfügung.

Als Alternativen bieten sich auch Pelletheizungen oder Holzvergaserkessel an. Sie zeichnen sich durch einen hohen Wirkungsgrad aus, sind aber deutlich teurer als ein einfacher wasserführender Kaminofen. Deshalb lohnen sich solche Systeme meist nur in größeren Gebäuden, deren solarer Deckungsgrad recht weit von 100 Prozent entfernt ist.

Eine weitere Alternative wäre der Einsatz einer Wärmepumpe. Der Vorteil: Weniger direkte Schadstoffemissionen – wird die Wärmepumpe mit regenerativem Strom betrieben, arbeitet sie klimaneutral.

Was kostet ein Sonnenhaus?

Das Sonnenhausinstitut geht von Systemkosten – also die Kosten für Montage, Speicher, Leitungen und Modulen – in Höhe von 700 bis 800 Euro pro Quadratmeter installierter Kollektorfläche aus. Ein System mit 50 Quadratmeter Kollektorfläche und passend dimensioniertem Speicher würde demnach rund 35.000 bis 40.000 Euro kosten. Der tatsächliche Aufpreis gegenüber einem Gebäude, das gerade so die aktuellen Vorgaben der Energieeinsparverordnung erfüllt, ist allerdings niedriger.

Aufpreis gegenüber Standard-Haus

Der niedrigere Aufpreis erklärt sich durch die Einsparung bei den Kosten für eine konventionelle Heizungsanlage. Geht man hier von Investitionen in Höhe von beispielsweise 15.000 Euro aus, betrüge der Mehrpreis für das Sonnenhaus im obigen Beispiel nur noch 20.000 bis 25.000 Euro. Das Sonnenhausinstitut geht davon aus, dass sich der Mehrpreis nach etwa 20 Jahren amortisiert hat – unter der Prämisse, dass die Kosten für Öl und Gas jährlich um acht Prozent steigen. Danach würde der Sonnenhaus-Eigentümer jedes Jahr bares Geld sparen.

Statt ständig teures Öl und Gas kaufen zu müssen, profitiert der Sonnenhaus-Besitzer von kostenloser Sonnenenergie. Und auch der oft vorhandene wasserführende Kaminofen als Zusatzheizung ist recht günstig im Unterhalt. Die meisten Sonnenhäuser begnügen sich im Winter mit einem bis fünf Ster Holz - bei Kosten von 80 Euro pro Ster liegen die gesamten Heizkosten pro Jahr demnach bei 80 bis 400 Euro. Wer das Holz selbst schlägt, spart noch mehr.

 

Schicke Architektur, kein Verzicht auf Komfort und trotzdem kaum Heizkosten. Dieses Versprechen erfüllen Sonnenhäuser. Wir zeigen gelungene Beispiele in der Bildgalerie.

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Alternativen zum Sonnenhaus

Das Sonnenhaus ist nur eine von vielen Möglichkeiten, den Energieverbrauch auf ein Minimum zu senken. In direkter Konkurrenz zum Sonnenhaus steht das Passivhaus, das noch besser gedämmt ist als das Sonnenhaus und zudem über eine Anlage zur Wärmerückgewinnung verfügt. Diese ist beim Sonnenhaus zwar möglich, aber nicht obligatorisch. Und auch Gebäude, die höhere Standards erfüllen, als dies die EnEV vorschreibt – zum Beispiel KfW 40-, KfW 55- oder KfW 70-Häuser – kommen mit sehr wenig Energie aus.

Link-Tipp

Hier erfahren Sie, was beim Bau von Passivhäusern zu bedenken ist – und wie es sich im Passivhaus lebt.

Auch KfW-Effizienzhäuser erfüllen höchste Ansprüche an Energieeinsparung, sowohl KfW 40, als auch KfW 55 und erst recht KfW 70.

Geschichte und Zukunft des Sonnenhauses

1989 setzte Josef Jenni seine Vision vom energieautarken Haus in die Wirklichkeit um: In der Schweiz errichtete er sich ein rein mit Sonnenenergie beheiztes Haus. Dieses verfügt über drei Pufferspeicher mit insgesamt 118.000 Litern Volumen und 84 Quadratmetern Kollektorfläche.

Heute bieten auch einige Bauträger Sonnenhäuser an. Dabei werden diese Einfamilien-Sonnenhäuser mit bis zu 100 Prozent solarer Deckung üblicherweise mit Pufferspeichern von 30.000 bis 40.000 Litern Volumen ausgestattet.

Im deutschsprachigen Raum wurden inzwischen schon viele hundert Sonnenhäuser errichtet – Tendenz steigend. Auch wenn die Kosten für Öl und Gas jüngst etwas gefallen sind, langfristig werden fossile Energieträger knapper und damit teurer werden. Sonnenhausherren sind von Preissteigerungen auch in Zukunft nicht betroffen.


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