Sonnenhaus Institut e.V.

Und welchen Nutzen bietet es seinen Bewohnern?

Mit einem Haus, das von und mit der Sonne lebt, wird ein alter Menschheitstraum wahr:
Die Rückbesinnung auf den Urquell aller Energien auf Erden, bereichert durch die Möglichkeiten der modernen Technik!

Schon im antiken Griechenland kannte man das „Sonnenhaus des Sokrates“, das durch seine trapezförmige Öffnung nach Süden im Winter die Sonnenstrahlen bis tief ins Innere ließ, und die Wärme dort für die Nachtstunden in schweren Wänden speicherte. Bei hohem Sonnenstand im Sommer bot das großzügig bemessene Vordach kühlenden Schatten.
Damals gab es noch lange keine Sonnenkollektoren, nicht einmal Fensterglas.

 

Solarer Ertrag (aktiv und passiv)

Das Sonnenhaus unserer Tage, ob Wohnhaus oder Funktionsgebäude, ob Neubau oder sanierter Bestand, ist nicht nur gut wärmegedämmt (wie es sich für jedes „Effizienzhaus“ gehört), sondern bedient sich großzügig der zeitgemäßen Mittel solarer Energiegewinnung (aktiv und passiv), um mit letztlich sehr wenig Primärenergie auszukommen.

Passive Solargewinne durch zweckmäßig angeordnete und dimensionierte Fenster, Wärmespeicherung im Gebäude, und konstruktive Verschattung im Sommer sind Teil des Konzepts.

Bei der aktiven Solarenergienutzung wird die Sonnenenergie in Modulen oder Kollektoren „gesammelt“, in eine andere Energieform umgewandelt und gegebenenfalls gespeichert.
Folgende Systeme kommen dabei zum Einsatz:

• Solarthermie-Kollektoren (Röhren- oder Flachkollektoren) zur unmittelbaren, sehr effizienten Erzeugung von Solarwärme für die Heizung und Warmwasserbereitung.

• Photovoltaik-Module für die Erzeugung von Solarstrom. Dieser kann wiederum vielfältige Verwendung finden, sei es direkt für den Haushaltsstrom, mittelbar zur Wärmeerzeugung (Antriebsenergie für den Kompressor einer Wärmepumpe) und Bewegungsenergie („Tanken“ eines E-Auto)

• PVT steht für Photovoltaik-Thermie. Diese Technologie kombiniert die Stromerzeugung durch Photovoltaik mit der Wärmegewinnung durch Solarthermie oder als Wärmequelle für eine Wärmepumpe. Mit anderen Worten: PVT-Systeme nutzen die Kraft der Sonne doppelt, um sowohl Elektrizität als auch Wärme zu erzeugen.

In wissenschaftlichen Kreisen wird das Sonnenhaus häufig als „Solaraktivhaus“ bezeichnet. Damit wird nicht nur auf die aktive Nutzung der Sonnenenergie Bezug genommen, sondern auch auf die notwendige aktive Gestaltung des Gebäudes unter Berücksichtigung der Sonnenbahn (Solararchitektur) und die Unterbringung großer Wärmespeicher, wenn es das Energiekonzept vorsieht.

Kommentar:
Sonnenhausbewohner streben typischerweise eine maximale Unabhängigkeit in ihrer Energieversorgung an, und das ohne Verzicht auf Wohnkomfort. Damit schonen sie nachhaltig die Umwelt und auch ihre finanziellen Ressourcen, letztere insbesondere mit Blick auf die Altersversorgung.

 

Speicherung

Um mehr als die Hälfte des Jahresbedarfes an Wärme und Strom decken zu können, kommt der Speicherung des fluktuierenden Sonnenenergieangebotes eine besondere Bedeutung zu:

• Wärmespeicherung in Wasser oder / und in der Gebäudesubstanz
• Elektrischen Strom in immer effizienter und kostengünstiger werdenden Batteriespeichern.

Darüber hinaus versteht sich das dezentrale Energieversorgungskonzept in seiner Umsetzung als prinzipiell technologieoffen, wobei stets das Ziel verfolgt wird, den Primärenergieverbrauch und damit auch die CO₂-Emissionen soweit möglich zu minimieren („Nullemissionshaus“).

Ein solarer Eigenversorgungsgrad von 50% als Minimalziel ist in den meisten Fällen schon im sanierten Bestand mit erschwinglichem Investitionsaufwand realisierbar, bei Neubauten ist noch deutlich mehr möglich.

Kommentar:
Solarenergie wird nicht nur vor Ort generiert, sondern direkt genutzt. Überschüsse werden zwischengespeichert. Dadurch wird ganz nebenbei auch ein Beitrag zur Entlastung des öffentlichen Stromnetzes geleistet.

 

 

DAS „KLASSISCHE“ SONNENHAUS

KURZ: nachhaltiges Heizen mit (viel) Solarthermie und (wenig) Holz, optional ergänzt durch eine Photovoltaikanlage für den Haushaltsstrom

Der Fokus der Entwickler dieses Baukonzepts richtete sich von Anfang an auf die Wärmebereitstellung, die noch heute im deutschen Gebäude-Gesamtbestand mehr als 80% des Endenergieverbrauches privater Haushalte ausmacht. Insofern waren schon die Solar(thermie-)pioniere der achtziger und neunziger Jahre relevante Wegbereiter der heute viel beschworenen „Wärmewende“, lange bevor der Photovoltaik- und Wärmepumpenboom einsetzte.

Schon damals erbrachten ganzjährig solarbeheizte Einfamilienhäuser in der Schweiz, in Österreich und im süddeutschen Raum den Beweis, was Solarthermie leisten kann. Freilich war und ist für deren Erfolg ein durch die Wintersonne begünstigter Klimastandort eine wesentliche Voraussetzung.

Voraussetzung für die Erzielung hoher solarer Deckungsgrade:

• günstiger Standort
• geringer Heizwärmebedarf
• optimale Ausrichtung der Kollektoren
• angemessen dimensionierter Wärmespeicher
• wasserbasiertes Niedertemperatur-Wärmeverteilsystem.

Als Zusatzheizung an sonnenarmen Wintertagen hat sich bei diesem Konzept – insbesondere in ländlichen Gegenden – eine Biomasseheizung bewährt: in Form eines Pelletkessels, eines Stückholz-Vergaserkessels oder (bei sparsamen Einfamilienhäusern mit hohem solaren Deckungsgrad) sogar auch eines Zentralheizungs-Kachelofens im Wohnraum.

Nachhaltig ist Heizen mit Holz als lagerbare Sonnenenergie besonders dann, wenn es regional verfügbar ist, und in dosierten Mengen in einem effizienten Ofen schadstoffarm verfeuert wird.

Die möglichst steil Richtung Süden geneigte, große Kollektorfläche und der schlanke Wassertank im Gebäude prägen die Architektur des „klassischen“ Sonnenhauses.

Sowohl transparente Bauteile, als auch Solarthermie-Kollektoren können direkte Solarstrahlung unmittelbar, und daher sehr effizient in Wärme umwandeln.

Die „Wärmekonkurrenz“ zeitgleich anfallender aktiver und passiver Sonnenenergie, und das fluktuierende, zum Verbrauchsprofil oft antizyklisch verlaufende Strahlungsangebot gleicht der mehrere Kubikmeter Wasser fassende Pufferspeicher soweit möglich aus, indem er solare Überschüsse über mehrere Tage oder sogar Wochen speichert.

 

 

 

Ein unverzichtbarer „Partner“, nicht nur für die Solarthermie, sondern auch für die Stückholzheizung ist der angemessen dimensionierte Pufferspeicher, aus dem die zwischengespeicherte Heizwärme über ein Niedertemperatur-Heizsystem bedarfsgerecht im Haus verteilt wird, und das Warmwasser zum Duschen entnommen wird.

Er sorgt auch dafür, dass der Ofen weniger oft geschürt werden muss. Für noch mehr Komfort, oder in Mehrfamilienhäusern, bietet sich ein automatisch mit Pellets oder Hackgut beschickter Kessel als Zusatzheizung an, alternativ eine Wärmepumpe oder gegebenenfalls der Anschluss an ein aus erneuerbaren Energien gespeistes Wärmenetz.

Die wichtigsten Komponenten eines klassischen Sonnenhauses:

Kommentar:
Diese Art, mit viel Solarthermie und wenig Holz zu heizen (insbesondere mit sichtbarem Feuer) wird oft im positiven Sinne als „archaisch“ empfunden. In jedem Fall schafft sie weitgehende Autarkie und damit Unabhängigkeit, und ist obendrein eine denkbar umweltschonende Variante. In dieses Bild passen auch die gute Ökobilanz und Langlebigkeit der Kollektoren und Speicher, sowie der wartungsarme Betrieb der Solaranlage.

 

Langzeitspeicherung pro und contra

Saisonale Speicherung vom Sommer bis tief in den Winter oder gar 100% Autarkie ist ein hoch gestecktes, mit vertretbarem materiellem und räumlichem Aufwand nur bei optimalen Randbedingungen erreichbares Ziel. Sehr hohe solarthermische Deckungsgrade sind daher am besten in top gedämmten Gebäuden an Standorten mit relativ viel Wintersonne realisierbar, also in höheren Lagen oberhalb der Nebelgrenze im süddeutschen Raum. Eine verschattungsfreie, steil angestellte Kollektorfläche (ideal sind Neigungen zwischen 60° und 75°) mit geringer Südabweichung (< 20°) ist aus den folgenden Gründen besonders wichtig:

• Solarthermie ist auf Direktstrahlung angewiesen. Wenn sie senkrecht auf den Kollektor trifft, hat sie die größte Wirkung. Maßgebend ist der Sonnenstand im Winter, da eine große Solaranlage in der übrigen Zeit ohnehin Überschüsse produziert. (An Standorten mit wenig Wintersonne empfiehlt sich eine etwas flachere, nach den Übergangszeiten ausgerichtete Neigung.)
• Im Sommer bei hohen Sonnenständen sorgt der in dieser Zeit ungünstige Einfallswinkel für einen gewollt geringeren Energieertrag in den Speicher und damit weniger Temperaturstress. Der Speicher kann deshalb kleiner dimensioniert werden, als bei flacherer Kollektorneigung.
• Der Schnee rutscht ab einer Neigung von ca. 60° von selbst ab. Eine vorgelagerte Schneefläche (verschneite Wiese) kann die Sonneneinstrahlung auf den Kollektor sogar noch durch Reflexion erheblich verstärken. Die tiefstehende Wintersonne beschreibt tagsüber nur einen kurzen Bogen, eine größere Südwabweichung würde somit zusätzlich die Bestrahlungszeit verkürzen.

 

Solarstrom im (klassischen) Sonnenhaus

Für den Strombedarf im Haushalt und für die Haustechnik oder zum Laden elektrischer Fahrzeuge kann die Solarthermie keinen Beitrag leisten. Zudem ist eine große Anlage im Sommer mit dem Warmwasserbedarf allein weitgehend unterbeschäftigt.

Die Photovoltaik hingegen kann mit den heutigen technischen Möglichkeiten über diesen Strombedarf hinaus sogar auch die Wärmeversorgung via Wärmepumpe solar unterstützen (siehe nachfolgenden Absatz „Solarstrom-Sonnenhaus“).

Trotzdem können sich beide Solar-Technologien auch nebeneinander (oder bei PVT sogar integriert) – sinnvoll ergänzen. Elektrischer Strom ist ein praktischer und vielseitiger, aber eben auch – im wahrsten Wortsinn – sehr kostbarer Energieträger mit immer noch erheblichem fossilen Anteil im Strommix.

In Kombination mit einem Batteriespeicher kann nicht nur für die Wärmeversorgung, sondern auch für den Strombedarf ein solarer Selbstversorgungsgrad von mehr als 50% erreicht werden.

Kommentar:
Es macht daher Sinn einen Teil der Dachfläche, mindestens ein Drittel, für die solare Eigenstromversorgung zu „opfern“. Trotz etwaigen Verzichts auf einen Teil der Solarthermiefläche (bei ohnehin überdimensionierter Anlage) ist diese „Hybridvariante“ – besonders aus wirtschaftlicher Überlegung – die bessere Lösung.

 

DAS PV-SONNENHAUS MIT WÄRMEPUMPE

Das klassische Sonnenhaus entstand zu einer Zeit, als Photovoltaik noch gar nicht bzw. nur extrem teuer verfügbar war. Um die Entstehung des zweiten Sonnenhaus-Typus am besten zu Erfassen, sei hier auf die seine Entwicklungsgeschichte verwiesen:

Mit dem sukzessiven Preisverfall bei der PV ergab sich als fast logische Folge der Ansatz, Solarstrom in Kombination mit den immer effizienter werdenden Wärmepumpen, auch thermisch zu nutzen. Der im Vergleich zur Solarthermie um den Faktor 3 bis 4 schlechtere Wirkungsgrad der Photovoltaik wird (anders als bei Heizpatronen oder Infrarotheizungen) durch eine entsprechende „Arbeitszahl“ der Wärmepumpe mehr oder weniger ausgeglichen.

Modulierende Wärmepumpen sind heute zudem dafür ausgelegt, mit einer Photovoltaikanlage optimal zusammenzuarbeiten, in dem sie ihre elektrische Leistungsaufnahme an die fluktuierenden Solarstromüberschüsse anpassen können. Mit der Wärmepumpe und Photovoltaik wuchs also zusammen, was offensichtlich zusammengehört. Kann man also von einem „Dreamteam“ sprechen wie bei der Solarthermie und Holzheizung? Mit Einschränkung ja!

 

 

 

Einheitlicher Energieträger Strom für Heizung und Haushalt

Der besondere Nutzen, den das Solarstrom-Sonnenhaus seinen Bewohnern bietet, zeichnet sich dadurch aus, dass mit einem einzelnen Energieträger, nämlich Strom, alle Energieverbraucher im Haushalt inklusive Wärmeerzeuger (und gegebenenfalls Elektrofahrzeuge) versorgt werden können. Und dieser Strom soll nun überwiegend solar (vor Ort) mittels Photovoltaik- oder PVT-Modulen erzeugt werden.

Zumindest ohne Berücksichtigung der Beladung von Elektroautos wird ein Selbstversorgungsgrad („Autarkiegrad“) von mindestens 50% angestrebt. Der nicht selbst erzeugte fehlende Anteil muss aus dem öffentlichen Stromnetz zugekauft werden, während andererseits die Zeiten attraktiver Einspeisevergütungen für solaren Überschussstrom vorbei sind.

Schon aus dieser wirtschaftlichen Überlegung heraus ist es vernünftig nicht allein auf die Maximierung der Solaranlagengröße zu setzen, sondern auch einen möglichst hohen Ertragsanteil für den Eigenbedarf zu nutzen, also die „Eigenverbrauchsquote“ im Blick zu haben.

Die prinzipiellen Mittel zur Eigenverbrauchsoptimierung entsprechen zunächst denen im „klassischen“ Sonnenhaus:

• Orientierung und Neigung der Module mit besonderer (tages- und jahreszeitlicher) Berücksichtigung von Sonnenbahn und Verbrauchsprofilen
• Minimierung des Energieverbrauchs durch gute Wärmedämmung, ggf. Wärmerückgewinnung der Raumluft und effiziente Haushaltsgeräte, sowie „solarfreundliches“ Nutzerverhalten.
• angemessen dimensionierte Batterie- und Wärme-/Kältespeicher.

 

Wärme aus Strom: pro und contra

Allerdings sind der thermischen Nutzung und Speicherung von Solarstrom via Wärmepumpe auch Grenzen gesetzt: zum einen durch die limitierte elektrische Leistungsaufnahme des Kompressors (je nach Größe der PV-Anlage), zum anderen können Wasserspeicher nur bis gut 60 °C aufgeheizt werden, was die Frage nach zusätzlichem Speicherbedarf (oder dem zusätzlichen Einsatz von Heizpatronen) aufwirft.

Dem steht als Vorteil gegenüber (auch im Vergleich zum „klassischen“ Sonnenhaus), dass die Wärmepumpe nicht nur als „Getriebe“ für die thermische Verwertung von Solarstromüberschüssen dient, sondern zugleich und in erster Linie auch als redundanter Wärmeerzeuger in sonnenarmen Zeiten, sowie im Umkehrbetrieb zur sommerlichen Raumkühlung mit Solarstrom.

Strom hat als Energieträger zudem vielfältige Anwendungsmöglichkeiten, aus denen sich Synergieeffekte ergeben. Also kann man durchaus von einer abgerundeten, solaren „All-Inklusive-Eigenversorgung“ für Wohnen und Mobilität sprechen, die sowohl hinsichtlich des Selbstversorgungsgrades, als auch mit Blick auf das Kosten-Nutzungsverhältnis attraktiv erscheint.

 

Digitales Energie-Management

Eine herausragende Bedeutung kommt zudem im Solarstrom-Sonnenhaus dem Energie-Management-System („EMS“) zu. Die Komplexität des Versorgungssystems erfordert eine weitgehend zentrale Steuerung der Komponenten und Verbraucher, sowie die Überwachung, Optimierung und Priorisierung der Energieflüsse, mit dem vorrangigen Ziel Stromerzeugung und Verbrauchsprofil aufeinander abzustimmen.

Diesbezügliche Monitoring-Daten und Energieflüsse können dem Nutzer – in Echtzeit visualisiert – über eine App zur Überwachung und ggf. Parametrierung bereitgestellt werden.
Der Energiemanager sollte idealerweise über offene Schnittstellen verfügen, um Verbraucher aller Art und Geräte verschiedener Hersteller integrieren zu können. Einige dieser Komponenten wie Wechselrichter, Batteriespeichersysteme (BSS), Wallboxen oder auch Wärmepumpen verfügen bereits über mehr oder weniger relevante Steuerungsfunktionen, müssen aber auch untereinander kommunizieren können.

So geht es bei der Wärmepumpe vor allem darum, deren Betriebszustand an die PV-Produktion anpassen zu können, z.B. durch Überhöhung der Speicher-Solltemperaturen bei PV-Überschuss oder durch Taganhebung der Heiztemperaturen (Speicherung in der Gebäudemasse).

Kommentar:
Die fortlaufend optimierte Entwicklung von effizienten Wärmepumpen sowie entsprechender EMS-Systeme und andereseits der permanenten Preisverfall bei Batteriespeichern und PV-Modulen wirken als mächtiger Treiber für das Gesamtsystem „PV-Sonnenhaus mit WP“.

 

Das Sonnenhaus und die Netze

Im Zuge der Elektrifizierung der Energiewende, einhergehend mit dem Ausbau der Windenergie und Photovoltaik einerseits, und dem Ausstieg aus Kern- und Kohlekraft andererseits, stellen sich neue Herausforderungen hinsichtlich der Versorgungssicherheit und Netzstabilität. Gleichzeitig steigt der Strombedarf durch neue Verbraucher wie Wärmepumpen und Elektroautos, aber auch elektrifizierte Prozesse in der Industrie und die zunehmende Digitalisierung in allen Bereichen.

Mit dieser rasanten Entwicklung hält die Infrastruktur in Deutschland vieler Orts noch nicht Schritt. Dauerthemen in diesem Zusammenhang sind der Ausbau der Netzinfrastruktur (insbesondere der Verteilnetze) sowie der Bedarf an Stromspeicherkapazitäten und regelbaren Kraftwerken zur Überbrückung von „Dunkelflauten“.

Kommentar:
Aber auch private Haushalte können einen wesentlichen Beitrag zur Netzstabilität leisten, indem sie vor Ort erzeugte (Solar-)Energie direkt verbrauchen und Überschüsse thermisch oder / und elektrisch zwischenspeichern. Dabei geht es um Lastvermeidung und Lastverschiebung einerseits, und um zeitverzögerte (antizyklische) Netzeinspeisung von PV-Strom andererseits mit jeweils glättender Wirkung auf die Verbrauchs- und Erzeugungsspitzen in den Verteilnetzen. Wenn dieses dezentrale Energieversorgungssystem dann auch noch über eine netzdienliche Anschlussmöglichkeit verfügt, kommt auf den – im Sonnenhaus ohnehin großzügig bemessenen – Energiespeicher über den Eigennutzen hinaus eine noch bedeutendere Rolle in der Energiewende zu.

Text: Wolfgang Hilz
2026

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Welchen besondern Nutzen bietet das Sonnenhaus seinen Bewohnern ?

Dass Bau- und Heizkonzepte in der „Champions-League“ der Hocheffizienzhäuser eine erhöhte Investitionsbereitschaft erfordern, überrascht nicht. Langfristige Unabhängigkeit vor Krisen und steigenden Energiepreisen bei dennoch höchstem Wohnkomfort gibt es nicht zum Nulltarif. In wieviel Jahren sich die Mehrinvestition für eine großen Solaranlage auch immer rechnen wird (was kaum vorhersehbar ist), kann eines doch als nahezu zweifelsfrei angenommen werden: die mit der Verteuerung von Energie steigende Rendite des eingesetzten Kapitals. Denn es gibt keinen Grund anzunehmen, dass die weltweit zunehmende  Energienachfrage einerseits und die Rohstoffknappheit andererseits nicht zu einem weiteren Anstieg der Preise für fossile Energieträger führen wird. Auch die Energiewende und der damit verbundene Infrastrukturausbau kosten sehr viel Geld, das größtenteils der Stromverbraucher aufbringen muss.
Das ressourcenschonende Sonnenhaus-Energiekonzept befreit seine Bewohner von Zukunftsbelastungen dieser Art und ermöglicht auf diese Weise eine langfristig angelegte Altersvorsorge.

Wenn sich aber die Energiediskussion nur auf die für das Heizen und aus dem Stromnetz entnommene Energiemenge reduziert, läuft sie eingleisig. Sie ignoriert zugleich wichtige Fragen zur Sinnlichkeit des Wohnens. Und wenn es um die Unmengen an verbauter grauer Energie geht, bleibt sie oft sogar stumm. Wohnhäuser baut man nicht um ausreichend  Montageflächen für Solarmodule zu generieren, einen großen Wassertank aufnehmen oder Rohrleitungen und Lüftungskanäle verlegen zu können. Man baut sie für Menschen und deren Wohnbedürfnisse. Menschen wollen frei atmen, ein gesundes Wohnklima, reichlich Tageslicht, wohlige Wärme im Winter, aber möglichst auch angenehme Kühle im Sommer. Vor allem aber wollen sie als Individuen selbst und frei entscheiden können, was ihnen gerade gut tut und was nicht. Sie wollen also weder von der Technik beherrscht werden, noch ständig Sparzwängen oder anderen Einschränkungen ausgesetzt sein.

„Solares Bauen“ im weiter gefassten Sinn geht also über die bloße Einhaltung von Energiestandards weit hinaus. Es bezieht in dem Wort „Energieverbrauch“ die Ökobilanz der Baustoffe und ihre Auswirkung auf das Wohnklima mit ein. Und mit „Solar“ meint es auch das Bedürfnis der Bewohner nach einem „sonnigen“, wohligen, vielleicht sogar ein wenig archaischen Lebensgefühl:  Wärmende Strahlen von der Sonne, aus Böden und Wänden,  oder von einem sichtbaren, knisternden Feuer im Kachelofen;  komfortable Raumtemperaturen und ausgiebiges Duschen ohne Sparzwang dank solar erwärmtem Wasser, freies Fensterlüften nach Bedarf anstelle mechanisierter Zwangsbeatmung.

Text: Wolfgang Hilz