Projektarbeit Energie Energieerzeugung zuhause

Energieerzeugung zuhause

Energieerzeugungs-Methoden für Zuhause


Für die Energieerzeugung zuhause gibt es viele Wege. Am häufigsten wird in einem Haushalt jedoch Energie durch Heizungen und seltener durch eigene Stromproduktionsanlagen produziert.

Wärmeerzeugung (Heizungen)

Hier werden sowohl zukunftsweisende Heizmethoden als auch heute verwendete Heizmethoden untersucht.

Wärmepumpen

Wärmepumpen sind geschlossene Systeme, die mithilfe von Antriebsenergie thermische Energie erzeugen. Dabei erfolgt eine Umwandlung wie in der Kraft-Wärme-Kopplung jedoch umgekehrt. Bei der Kraft-Wärme-Kopplung beginnt der Prozess mit der Einfuhr von Wärmeenergie mit hoher Temperatur nachfolgender Umwandlung in mechanische Arbeit und schlussendlich der Abfuhr der Restenergie mit niedriger Temperatur. Beispiele für diesen Prozess sind z.B. Dampfmaschinen oder Verbrennungsmotoren jeglicher Art. Bei der Wärmepumpe wird mithilfe von Antriebsenergie z.B. Luft aus einem Ort mit niedriger Temperatur aufgenommen und als nutzbare Wärme auf ein zu beheizendes System, häufig die Gebäudeheizung, mit höherer Temperatur übertragen. Vorteile der Wärmepumpen sind, dass sie nicht nur heizen können, sondern auch zur Kühlung verwendet werden können. Dann funktioniert das Prinzip wieder nach der Kraft-Wärme-Kopplung.[1]

Häufig können Wärmepumpen als Aggregate z.B. im Keller installiert werden und müssen nur noch an das bestehende Heizungsnetzwerk des Hauses angeschlossen werden.

Solarthermie

Info

Fakt ist, dass man den Energiebedarf der ganzen Erde an einem Tag mit etwa einer Promille des am Tag auf die Erde fallenden Sonnenlicht decken könnte.

Rechnung:

Auf der ganzen Erde treffen am Tag etwa 697‘306 TWh Energie in Form von Sonnenlicht auf.

Der Verbrauch liegt weltweit pro Tag bei etwa 438,36 TWh.

Das ergibt ein Verhältnis von etwa 1/1590.

Also könnte die Sonnenenergie, die an einem Tag auf die gesamte Erde trifft, etwa 4,4 Jahre den Bedarf decken.

Solarthermiepanneel auf einem Dach

Bei der Solarthermie erfolgt die Umwandlung von Sonnenenergie in thermische Energie (Wärme). Diese Umwandlung erfolgt mittels Konversion in Wärme.[2]


Häufig werden Solarthermiepaneele, ähnlich wie Photovoltaikpaneele, auf das Dach montiert und dann über ein Rohrsystem an das Wärmenetzwerk angeschlossen. Zudem werden Solarthermieanlagen jedoch oft nur zur Warmwasserbereitstellung und eher selten zum direkten Heizen verwendet.


Geothermie

Bei der Geothermie erfolgt die Nutzbarkeitsmachung der Wärmeenergie der Erde durch diverse Apparaturen, die verschieden Tiefe Schichten der Erde abdecken. Dabei unterscheidet man in tiefe sowie oberflächennahe Geothermie.

In Privathaushalten werden häufig nur bodennahe Geothermie, wie die Erdwärmesonde verwendet. Typischerweise werden Erdwärmesonden in Privathaushalten je nach Wärmebedarf in Tiefen zwischen 50 und 300 Metern gelegt. Das Funktionsprinzip besteht darin, dass Erdwärmesonden eine Wärmeträgerflüssigkeit zirkulieren lassen. Häufig erfolgt die Wandlung in nutzbare Wärme mithilfe von Wärmepumpen. Geothermie-Anlagen können auch im Sommer zur Kühlung eingesetzt werden, indem man Wärmeträgerflüssigkeit in niedrige Tiefen pumpt und so das Wasser kühlt.[3][4]

Die Installation von geothermischen Anlagen sollte häufig schon beim Bau erfolgen und erfolgt durch Bohrungen und anschliessender Platzierung der Sonden und Schläuche in gewünschter Tiefe.

Brennstoffzelle

Info

Galvanische Zellen sind Anlagen, die zur Umwandlung von chemischer Energie zu elektrischer Energie dienen. Es handelt sich dabei um eine Kombination von zwei Elektroden mit einem Elektrolyten.

Galvanische Zelle 2009-02-08.svg

Bei Brennstoffzellen erfolgt die Umwandlung von chemischer in elektrische Energie. Es handelt sich dabei um eine galvanische Zelle. Die Umwandlung der Energie durch die galvanische Zelle erfolgt durch die Verbrennung von Brennstoff, meistens Wasserstoff, zusammen mit einem Oxidationsmittel, meistens reiner Sauerstoff. Dabei erfolgt die direkte Umwandlung der Energie des Wasserstoffs in Elektrizität, wobei auch Wärme entsteht.[5][6] Diese Wärme kann anschliessend zum Heizen verwendet werden.

Die Installation erfolgt meistens durch Montage des Brennstoffzellenblocks zusammen mit Speichern für Brennstoff sowie Oxidationsmittel. Das System kann an bereits bestehende Heizungsnetzwerke angeschlossen werden. Brennstoffzellen werden allgemein gefördert wie z.B. durch die Europäische Union. Nachteile sind die heute noch hohen Montagekosten. Die Betriebskosten halten sich andererseits aufgrund der hohen Energieeffizienz und dem möglichen Einspeisen von Restwärme verhältnismässig gering.

Gasheizung

Eine sehr konventionelle Heizung ist die Gasheizung. Die Meisten verwenden als Brennstoff Erdgas oder Flüssiggas, welches aus einer Mischung von Butan oder Propan besteht. Seltene Brennstoffe sind Stadtgas oder Biogas.

Das Gas erzeugt eine exotherme Reaktion mit Sauerstoff bzw. eine Verbrennung. Dabei wird viel Wärme erzeugt, diese wird mit einem Wärmeträger z.B. Heizwasser in die Wohnung geleitet.

Gasheizungen werden heutzutage noch viel verwendet. 2017 waren es noch 20,7% der Schweizer Bevölkerung, welche eine Gasheizung als Hauptenergieträger einer Gebäudeheizung verwendeten.[7]

Die Gasheizung steht momentan aber sehr in der Kritik. Gas ist ein fossiler Brennstoff, welcher nicht wieder nachwächst, zudem emitieren Gasheizungen viel CO2 und sind schädlich für die Natur. Ein weiteres Problem ist die Abhängigkeit von anderen Ländern. Die Schweiz erzeugt selbst fast kein Gas, deshalb müssen wir es z.B. aus der Russischen Föderation importieren. Wir beziehen von Russland ca. 47% unseres Gases.[8] Wegen der aktuellen Situation mit Russland und der enorme Preisanstieg des Gases ist der Wille grösser geworden die Gasheizungen abzuschaffen und auf Alternativen umzusteigen.[9]

Ölheizung

Ölheizungen werden zur Warmwasseraufbereitung und zur Raumheizung verwendet. Die exotherme Reaktion kann mit Hilfsenergie oder ohne von statten laufen. Dabei wird, wie bei der Gasheizung eine Wärmeträger verwendet, um das Haus zu heizen. Ein Nachteil der Ölheizung ist, dass ein Tank für das gelagerte Öl gebraucht wird, zudem ist Öl ein fossiler Brennstoff, welcher viel CO2 imitiert.

Gasheizungen werden heutzutage noch viel verwendet. 2017 waren es noch 39,4% der Schweizer Bevölkerung, welche eine Ölheizung als Hauptenergieträger einer Gebäudeheizung verwendeten.[10]

Wie beim Gas hat die Schweiz keine Ölvorkommen, welche wir anzapfen könnten. Deshalb müssen wir es importieren. Dabei sind wir sehr abhängig von anderen Ländern. Das Öl kommt zu 17% aus Libyen, 37% aus den USA und der grösste Lieferant ist Nigeria mit 44% der Erdölimporte der Schweiz. Dabei sind die sozialen Aspekte und die Natur der Erdölförderung meist bedenklich. Durch den Ukrainekrieg ist nicht nur der Preis für Gas, sondern auch der von Öl drastisch gestiegen.[11][12]

Gas- und Ölheizungen werden keine Zukunft haben: Sie werden immer wie mehr nicht nur von der Bevölkerung abgelehnt, sondern auch die Politik will den Bau von Gas- und Ölheizungen eindämmen. Nach einer Abstimmung in Zürich 2021 darf keine Ölheizung mehr gebaut werden. Eine Ausnahme gilt, wenn die Kosten über die gesamte Lebensdauer 5% höher als die einer Gas- und Ölheizungen sind, darf eine solche Heizung eingebaut werden.[13][14]

Stromerzeugung zuhause

Stromerzeugung zuhause ist heute noch eher eine Seltenheit ausser man besitzt ein Einfamilienhaus und viel Geld. Die Untersuchung der verschiedenen Methoden ist trotzdem nicht ausser Acht zu lassen.

Photovoltaik

Bei der Photovoltaik erfolgt die Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie. Das Funktionsprinzip ist dasselbe wie bei der Solarthermie, nur dass keine Konversion stattfindet. Dabei nutzt man die Fähigkeit bestimmter Materialien Sonnenenergie direkt in elektrische Energie umzuwandeln.

Die Montage erfolgt wie bei der Solarthermie in Form von Modulen auf dem Dach. Anschliessend können die Paneele an das hauseigene Stromnetz angeschlossen werden. Empfohlen ist die Installation von Batterien, damit die Energie zwischengespeichert werden kann.

Windkraft

Bei der Windkraft erfolgt die Umwandlung von Windkraft in elektrische Energie mithilfe von Generatoren.

Windkraftanlagen sind für Private eher ungeeignet, da sie heute noch teuer und schlecht zu montieren sind, ausser ein riesiger Garten ist vorhanden. Auch sind Windkraftwerke in der Schweiz allgemein eine Seltenheit, was durch Argumente wie «Verschandelung der Umwelt» etc. begründet wird.  

Geothermie

Die Geothermie kann auch zur Stromerzeugung verwendet werden. Dabei erfolgt die Umwandlung der thermischen Energie durch z.B. thermoelektrische Generatoren in Strom.[15]

Jedoch ist es selten, dass solche Anlagen in Privathaushalte eingebaut werden, da diese noch teuer sind. Man beschränkt sich also bei der Geothermie im privaten Sektor heute noch eher auf die Wärmegewinnung.

Brennstoffzelle

Die elektrische Energie, die durch Brennstoffzellen erzeugt wird, kann auch genutzt werden. Sie kann direkt ins hauseigene Netz eingespeist werden.

Wie auch die Restwärme kann auch mögliche Restenergie gut ins allgemeine Netz eingespeist werden.

Quellen

  1. SpringerLink. (1969). Die Wärmepumpe [Web-Artikel (eBook)]. Gefunden unter https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-662-30381-8_8, zuletzt abgefragt am 09.03.2022
  2. SpringerLink. (1997). Solarthermie und Photovoltaik — Technische Grundlagen und Potential [Web-Artikel (eBook)]. Gefunden unter https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-642-59097-9_10, zuletzt abgefragt am 09.03.2022
  3. Wikipedia. (2022). Erdwärmesonde [Web-Artikel]. Gefunden unter https://de.wikipedia.org/wiki/Erdw%C3%A4rmesonde, zuletzt abgefragt am 09.03.2022
  4. Google Books. (2018). Handbuch Oberflächennahe Geothermie [Web-Artikel (eBook)]. Gefunden unter https://books.google.ch/books?hl=de&lr=lang_de&id=WtxRDwAAQBAJ&oi=fnd&pg=PA1&dq=Geothermie&ots=HQLMNWSsTK&sig=eBeKyMzdH7mEMaLMsnOR_yFYOZk&redir_esc=y#v=onepage&q=Geothermie&f=false, zuletzt abgefragt am 09.03.2022
  5. Wikipedia. (2022). Brennstoffzelle [Web-Artikel]. Gefunden unter https://de.wikipedia.org/wiki/Brennstoffzelle, zuletzt abgefragt am 09.03.2022
  6. SpringerLink. (2015). Brennstoffzelle [Web-Artikel (eBook)]. Gefunden unter https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-658-04644-6_5, zuletzt abgefragt am 09.03.2022
  7. Wikipedia. (2020). Gasheizung [Web-Artikel]. Gefunden unter https://de.wikipedia.org/wiki/Gasheizung, zuletzt abgefragt am 27.04.2022
  8. SRF. (2022). So abhängig ist die Schweiz von Putins Gas [Web-Artikel]. Gefunden unter https://www.srf.ch/news/international/gaslieferant-russland-so-abhaengig-ist-die-schweiz-von-putins-gas, zuletzt abgefragt am 27.04.2022
  9. statista. (2022). Durchschnittlicher Preis für Gas in der Schweiz nach Verbrauchertyp von März 2019 bis März 2022 [Web-Artikel]. Gefunden unter https://de.statista.com/statistik/daten/studie/1023989/umfrage/preis-fuer-gasl-in-der-schweiz-nach-verbrauchertyp/, zuletzt abgefragt am 27.04.2022
  10. Wikipedia. (2022). Ölheizung [Web-Artikel]. Gefunden unter https://de.wikipedia.org/wiki/%C3%96lheizung, zuletzt abgefragt am 27.04.2022
  11. SRF. (2021). Erdöl-Lieferungen in die Schweiz: USA wird zur Nummer 2 [Web-Artikel]. Gefunden unter https://www.srf.ch/news/wirtschaft/konkurrenten-verdraengt-erdoel-lieferungen-in-die-schweiz-usa-wird-zur-nummer-2, zuletzt abgefragt am 27.04.2022
  12. Migrol. (2022). Heizöl Preisentwicklung die Tendenz des Heizölpreises [Web-Artikel]. Gefunden unter https://www.migrol.ch/de/energie-w%C3%A4rme/heiz%C3%B6lpreisentwicklung/preisindex/, zuletzt abgefragt am 27.04.2022
  13. SRF. (2021). Öl- und Gasheizungen gehören bald der Geschichte an [Web-Artikel]. Gefunden unter https://www.srf.ch/news/abstimmungen-28-november-2021/kantone-und-gemeinden/abstimmung-kanton-zuerich-oel-und-gasheizungen-gehoeren-bald-der-geschichte-an, zuletzt abgefragt am 27.04.2022
  14. Regierungsrat des Kantons Zürich. (2021). Kantonale Volksabstimmung 28. November 2021 [Web-Artikel]. Gefunden unter https://www.zh.ch/bin/zhweb/publish/regierungsratsbeschluss-unterlagen./2021/1032/Abstimmungszeitung_2021-11-28.pdf, zuletzt abgefragt am 27.04.2022
  15. Welt. (2022). Energie: Direkte Umwandlung von Wärme in Strom möglich [Web-Artikel]. Gefunden unter https://www.welt.de/wissenschaft/article7936850/Direkte-Umwandlung-von-Waerme-in-Strom-moeglich.html, zuletzt abgefragt am 09.03.2022
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