Autarke Stromversorgung: Ist das möglich – und wäre das auch sinnvoll?
Es klingt wie eine Utopie: die komplett autarke Stromversorgung deines Einfamilienhauses. Du erzeugst sämtlichen benötigten Strom einfach selbst. Keine Stromrechnung, keine Emissionen, stattdessen ein nachhaltiges Kraftwerk bei dir zu Hause. Ist das heute schon möglich? Und noch wichtiger: Ginge die Rechnung wirklich so vorteilhaft auf, wie es zunächst scheint?
Das Wesentliche in Kürze
Was es ist: Autarke Stromversorgung bedeutet, dass du sämtlichen benötigten Strom für dein Eigenheim selbst erzeugst und verbrauchst. Man unterscheidet zwischen „echter technischer“ und „bilanzieller“ Energieautarkie.
Wo die Grenzen liegen: Eine echte autarke Stromversorgung wäre für fast jeden Haushalt zu aufwendig, umweltschädlich und teuer. Mit Kosten von 400 bis 800 Euro pro Kilowattstunde würde der Preis für einen ausreichend großen Batteriespeicher, der während des Sommers Strom für Herbst und Winter speichert, in die Hunderttausende gehen.
Was möglich ist: Praktikabler und lohnender ist ein Hybrid-System – ein weitgehend energieautarkes Eigenheim, das bei Bedarf günstigen bis kostenlosen externen Strom über einen dynamischen Stromtarif bezieht.
Was du brauchst: Mit PV-Anlage, Batteriespeicher, dynamischem Stromtarif und Energiemanagementsystem kannst du sehr hohe Grade an bilanzieller Energieautarkie von etwa 70 Prozent erreichen.
Was bedeutet autarke Stromversorgung?
Hat ein Haushalt eine autarke Stromversorgung, dann deckt er seinen gesamten Energiebedarf selbstständig, ohne auf das öffentliche Stromnetz angewiesen zu sein. Möglich ist das vor allem durch die Nutzung und Speicherung erneuerbarer Energien wie Sonnen-, Wind- oder Wasserkraft.
Insbesondere für Personen, die ein Eigenheim besitzen, ist eine möglichst weitgehende autarke Stromversorgung attraktiv. Sie möchten:
mehr Unabhängigkeit von steigenden Energiepreisen erreichen,
besser gegen mögliche Stromausfälle gewappnet sein und
die ökologische Belastung durch fossile Energieträger mindern.
Es gibt unterschiedliche Arten und Grade der autarken Stromversorgung:
Hierbei deckt ein Haus seinen Energiebedarf vollständig aus eigenen Versorgungsanlagen und hat dementsprechend keinen Anschluss ans externe Stromnetz. In der Realität findest du solche Haushalte nur sehr selten – etwa, wenn du Urlaub auf einer einsamen Berghütte machst, die weit abgelegen vom öffentlichen Stromnetz steht und nur ihre Windkraft- oder PV-Anlage für die Stromerzeugung nutzt.
Sie liegt vor, wenn ein Haushalt über das Jahr hinweg genauso viel Energie erzeugt, wie er verbraucht. Phasenweise bezieht er Strom aus dem externen Netz oder speist welchen ein. Beispielsweise führt ein Haus dem Netz über seine PV-Anlage in den Sommermonaten ebenso viel Strom zu, wie es in den dunklen Monaten aus dem Netz bezieht. Dementsprechend ist der Haushalt auf lange Sicht „nur“ bilanziell energieautark. Ein Beispiel dafür ist das sogenannte Nullenergiehaus.
Ist es möglich, eine vollständige autarke Stromversorgung zu erreichen?
Ja, Energieautarkie ist durchaus möglich, allerdings ist sie technisch sehr herausfordernd, aufwendig und teuer. Die eigentliche Frage – und unsere Überschrift – müssten demnach lauten:
Ist es überhaupt sinnvoll, eine vollständig autarke Stromversorgung zu erreichen?
Schauen wir uns die heutigen technischen Möglichkeiten und die Schwierigkeiten, die sich hinsichtlich einer komplett autarken Stromversorgung eines Einfamilienhauses ergeben, doch mal der Reihe nach an.
1. Saisonale Schwankungen in der Energieerzeugung
PV-Anlagen erzeugen im Sommer bekanntlich deutlich mehr Strom als im Winter, da die Sonnenscheindauer und -intensität in den Wintermonaten erheblich geringer sind. Ein System, das im Sommer optimal arbeitet und einen Haushalt energieautark mit Strom versorgt (und vielleicht noch einen kleinen Überschuss erzeugt), wird im Winter nicht genug Energie liefern können, um den Bedarf zu decken. Die Sonne steht schließlich niedriger und für kürzere Zeit am Himmel.
Um den Winterbedarf trotzdem zur Gänze decken zu können, müsste die Anlage viel größer dimensioniert werden – sodass sie für Frühling und Sommer völlig überdimensioniert wäre. Das würde für dich viel höhere Investitionskosten bedeuten. Zudem hättest du im Sommer einen ungenutzten Stromüberschuss, der „irgendwohin muss“. Und da kommen wir zum nächsten Punkt.
2. Speicherkapazität und Kosten
Um eine durchgängige Versorgung zu gewährleisten, die alle Überschüsse des Sommers bevorratet, wären sehr große Batteriespeicher notwendig. Sie müssten so dimensioniert sein, dass sie Energie für mehrere Tage oder Wochen speichern.
Aktuelle Batteriesysteme (meist kommen Lithium-Ionen-Batterien zum Einsatz) haben begrenzte Kapazitäten. Je größer die Kapazität, desto teurer der Speicher.
Ein Einfamilienhaushalt mit einem jährlichen Strombedarf von 4.000 Kilowattstunden pro Jahr müsste, um den Winter zu überbrücken, mindestens mehrere hundert Kilowattstunden Energie speichern können. Aktuelle Batteriesysteme kosten etwa 400 bis 800 Euro – pro gespeicherter Kilowattstunde! Das würde die Gesamtkosten für eine echte Energieautarkie in die Hunderttausende treiben. Mal ganz davon abgesehen, dass du in deinem Haus sicher noch anderes Mobiliar als nur Batteriespeicher unterbringen möchtest.
Alternativen wie Wasserstoffspeicher könnten langfristig eine Lösung sein; derzeit ist das technisch aber noch unausgereift und ebenfalls kostenintensiv.
3. Systemzuverlässigkeit und Redundanz
Echte Energieautarkie erfordert eine absolut zuverlässige, doppelt abgesicherte Infrastruktur. Bei einem Ausfall deiner Photovoltaik-Anlage, des Wechselrichters oder deines Batteriespeichers stünde dein Haushalt von jetzt auf gleich ohne Strom da. Während Störungen im öffentlichen Stromnetz innerhalb weniger Sekunden bis Minuten behoben sind, müsstest du im Falle eines energieautarken Hauses zunächst eine technische Fachkraft rufen. Bis die bei dir angekommen ist und die nötigen Arbeiten erledigt hat, kannst du weder kochen noch arbeiten oder schlimmstenfalls heizen.
Du müsstest also für eine weitgehende technische Redundanz in Form von Backup-Systemen sorgen. Und klar, das geht auch wieder ins Geld.
4. Ökologische Nachteile
Im ersten Moment klingt es absurd, dass es ökologische Nachteile haben soll, möglichst große Mengen eigenen, nachhaltigen Stroms zu speichern. Das hängt allerdings mit den Speichermedien selbst zusammen, häufig Lithium-Ionen-Batterien. Während eine PV-Anlage 30 Jahre und mehr treue Dienste leistet, sind bei Lithium-Ionen-Speichern circa 10 bis 15 Jahre üblich. Moderne Technologien wie Lithium-Eisenphosphat-Batterien schaffen gut 20 Jahre. Ein smartes Energiemanagementsystem verlängert die Lebensdauer zwar ordentlich, trotzdem müsstest du irgendwann eine ganze Wagenladung Batteriespeicher austauschen lassen – bei nur einem einzigen vollständig autarken Haus.
Dazu solltest du wissen, dass die Herstellung der Batterien energieintensiv ist und seltene Rohstoffe wie Lithium, Kobalt und Nickel erfordert. Deren Abbau kann Umweltprobleme verursachen; für Lithium gibt es außerdem noch keine ausgereiften Recyclingverfahren. Solange es keine neuen Recyclingverfahren oder Batterietechnologien gibt, wäre eine riesige Speicheranlage im Haus ökologisch nicht sinnvoll.
Gut zu wissen: Bei qualitativen und modernen Speicherlösungen, die gut geplant und dimensioniert wurden, liegt die Lebensdauer bei etwa 20 Jahren. 1KOMMA5° verbaut außerdem Lithium-Eisenphosphat-Batterien (LFP). Stromspeicher auf Basis der LFP-Technologie bieten eine hohe Leistungsfähigkeit, haben eine längere Lebensdauer als andere Lithium-Ionen-Batterien und sind zudem sicherer und umweltverträglicher.
Zwischenfazit: Vollständig autarke Stromversorgung ist möglich, aber nicht sinnvoll
Eine komplett autarke Stromversorgung eines Ein- oder auch Mehrfamilienhauses ist nicht nur technisch komplex und aufwendig, sondern auch finanziell und ökologisch nicht sinnvoll. Die enorme Investition, die du für ein wirklich autarkes Eigenheim aufbringen müsstest, würde sich schlicht nie amortisieren.
Was du aber auf jeden Fall tun kannst und solltest: eine möglichst weitgehend autarke Stromversorgung anstreben, und zwar in einem finanziell und ökologisch vernünftigen Umfang. Darum stellt eine Lösung, die auf bilanzielle Autarkie ausgerichtet ist und die Vorteile des öffentlichen Netzes nutzt, eine praktikable und sinnvolle Alternative dar.
Was brauchst du für eine teilautarke Stromversorgung?
Um eine teilautarke Stromversorgung zu realisieren, sind mehrere Bausteine notwendig, die zusammen ein genau auf dein Eigenheim zugeschnittenes, effizientes System bilden.
Durch Gebäudedämmung den Energiebedarf so weit wie möglich senken
Die absolute Grundvoraussetzung für eine weitgehend autarke Stromversorgung ist ein niedriger Energiebedarf. Ein gut gedämmtes Gebäude benötigt deutlich weniger Energie für die Heizung und Kühlung per Wärmepumpe, wodurch die Anforderungen an die Energieversorgung entsprechend sinken. Wärmepumpen nutzen Umweltwärme, um Gebäude besonders effizient zu heizen, und sind gerade in Kombination mit PV-Anlagen sinnvoll und sparsam, da sie überschüssigen Strom direkt verwenden (konventionelle Heizsysteme auf Basis von Gas und Öl kommen ohnehin nicht infrage, da ständige Brennstofflieferungen ja weit entfernt von jedweder Energieautarkie wären).
Nehmen wir ein nach heutigen Maßstäben schlecht gedämmtes Haus aus den 1980ern als Beispiel. Es hat einen durchschnittlichen Heizenergiebedarf von 200 Kilowattstunden pro Quadratmeter und Jahr. Durch eine umfassende Sanierung nach heutigen Dämmstandards (Wände, Dach und Fenster) kann der Heizenergiebedarf auf unter 100 Kilowattstunden pro Quadratmeter und Jahr sinken. Das reduziert den Strombedarf der Wärmepumpe erheblich und erleichtert die Umsetzung deiner teilautarken Versorgung.
Die geeigneten Energiegewinnungsanlagen in den passenden Dimensionen einsetzen
Photovoltaik-Anlagen sind die am weitesten verbreitete Technologie für Eigenheime, da sie sich einfach installieren lassen und direkt Strom aus Sonnenenergie erzeugen. Zudem gibt es staatliche Förderprogramme und steuerliche Vorteile beim Erwerb und der Installation von PV-Anlagen.
Welche Größe deine Photovoltaik-Anlage haben kann beziehungsweise sollte, hängt zunächst einmal vom Standort deines Hauses sowie von der Größe, Ausrichtung und Verschattung deines Daches ab. Deine Möglichkeiten „da oben“ gleichst du dann mit dem Energiebedarf „unten“, also in deinem Haushalt, ab.
Angenommen, deine für Photovoltaik geeignete Dachfläche beträgt 25 Quadratmeter. Ein durchschnittlicher Einfamilienhaushalt hat ungefähr einen jährlichen Strombedarf von 4.000 Kilowattstunden. Ein PV-Modul mit einer Fläche von rund 2 Quadratmetern hat eine Nennleistung von 425 Watt und erzeugt damit pro Quadratmeter und Jahr knapp 220 Kilowattstunden Strom.
25 m² x 220 kWh/m² = 5.500 kWh
Auf deiner 25-Quadratmeter-Dachfläche kannst du also mit einer PV-Anlage rund 5.500 Kilowattstunden Strom pro Jahr erzeugen. Zu bedenken ist dabei, dass sich der Ertrag in den unterschiedlichen Jahreszeiten natürlich stark unterscheidet. Im Sommer produzierst du Überschüsse, im Winter hingegen, wenn der Energiebedarf für die Heizung – und gegebenenfalls warmes Wasser – am höchsten ist, ist die Energieerzeugung geringer.
Mit Energiespeichern den Strom für später verfügbar machen
Energiespeicher sind die zweite entscheidende Komponente in deiner (teil-)autarken Stromversorgung, da du nur durch sie deinen Eigenverbrauchsanteil signifikant erhöhst.
Ohne Speicher könntest du deinen tagsüber erzeugten überschüssigen Solarstrom nicht nachts nutzen, um zum Beispiel deine Wärmepumpe zu betreiben. Deinen Autarkiegrad, also deine Unabhängigkeit vom externen Stromnetz, kannst du mit einem PV-Anlagen-Speicher von rund 30 Prozent auf bis zu 70 Prozent erhöhen.
Als Faustregel für die passende Größe des Speichers kannst du dir merken:
Pro 1.000 Kilowattstunden Jahresstromverbrauch sollte der Speicher eine Kapazität von etwa 1 Kilowattstunde aufweisen.
Bei einem Jahresverbrauch von 4.000 Kilowattstunden empfiehlt sich somit ein Speicher mit einer Kapazität von rund 4 Kilowattstunden.
Ein durchschnittlicher Vier-Personen-Haushalt verbraucht etwa 10 bis 12 Kilowattstunden pro Tag (4.000 kWh : 365 ≈ 11).
Ein 4 Kilowattstunden-Speicher könnte somit den Strombedarf für etwa 8 bis 10 Stunden decken, während ein 10 kWh-Speicher den Bedarf für nahezu einen Tag erfüllen könnte.
Lass dich auf jeden Fall individuell beraten und wähle keinen zu großen Speicher, auch wenn du deinen Autarkiegrad dadurch scheinbar noch weiter steigerst. Zu große Speicher entlädst du gegebenenfalls nie unter 50 Prozent, was deren Alterung beschleunigt.
Energiemanagementsystem für optimale Stromflüsse
Ein Energiemanagementsystem (EMS) ist das Gehirn deiner (teil-)autarken Stromversorgung. Es sorgt dafür, dass die Energieproduktion sowie deren Speicherung und Verbrauch optimal aufeinander abgestimmt sind.
Ein EMS steuert deine Haushaltsgeräte so, dass sie bevorzugt dann in Betrieb sind, wenn gerade viel Solarstrom verfügbar ist – beispielsweise nutzt es Stromüberschüsse im Speicher, um abends das Elektrofahrzeug zu laden. Zudem überwacht es den Ladezustand des Speichers und priorisiert den Stromverbrauch; bei Bedarf regelt es dann auch die Einspeisung ins öffentliche Stromnetz. Das alles funktioniert ganz komfortabel und automatisch im Hintergrund. Du brauchst also nicht nachts aufstehen, um dein E-Auto mit günstigem Nachtstrom zu laden. Das Energiemanagementsystem optimiert für dich eigenständig alle Stromflüsse und deinen Verbrauch.
