Autarkes Eigenheim mit Photovoltaikmodulen in der Fassade

In Bobingen im Schwabenland hat Paul Kammerer sein Elternhaus aus den 1980er Jahren in ein modernes Smart-Home mit Solarenergieversorgung umgebaut. Durch die Photovoltaikmodule auf dem Dach und an der Fassade und einem E3/DC-Hauskraftwerk kann er fast die Hälfte des Energiebedarfs für Wärme, Strom und E-Mobilität auf klimafreundliche Weise decken.

Der Kontrast zwischen Kammerers Haus und dem Nachbarhaus könnte nicht größer sein. Das Haus von Paul Kammerer ist zum großen Teil verglast – auf der Westseite mit schwarzen PV-Modulen im Dach und in der Fassade, zur Südseite mit einer großen Glasfläche, die bis unter den Giebel reicht. Direkt daneben steht ein Einfamilienhaus in herkömmlicher Bauweise. Das Satteldach ist mit roten Ziegeln bedeckt, Gauben und ein Kamin ragen empor, die Fassade ist weiß und passt zu den Balkonen aus hellem Holz. Etwa so sah auch das Haus von Kammerer bis 2019 aus. Es entsprach der traditionellen Bauweise in der schwäbischen Kleinstadt Bobingen.

Als IT-Experte entschied Kammerer, das Elternhaus aus den 1980er Jahren, in dem er mit seiner Familie wohnen würde, in ein Eigenheim seiner Träume zu verwandeln. Heute lebt die Familie in einem sanierten Einfamilienhaus, das sowohl optisch als auch energetisch mit den anspruchsvollen Neubauten mithalten kann. Dank Photovoltaikanlage, E3/DC-Hauskraftwerk und Grundwasser-Wärmepumpe kann die Familie fast die Hälfte ihres Energiebedarfs für Wärme, Strom und E-Mobilität aus Solarenergie decken und Kammerer will diesen Anteil noch erhöhen.

Paul Kammerer und seine Frau Angelika Hübner legen beide Wert auf Technik und Ästhetik. Als beide Kontakt zum Architekten Rainer Drasch aufnahmen, hatten sie bereits klare Vorstellungen für ihr neues Zuhause. Die Priorität war es, das bestehende Haus nach der Beseitigung aller Mängel und Schäden auf ein energetisch modernes Niveau zu bringen, anstatt es von Anfang an als energetisch autarkes Haus zu konzipieren. Das Ziel war, den Standard eines KfW Effizienzhauses 100 zu erreichen.

Das Paar Paul Kammerer und Angelika Hübner legte beim Umbau ihres geerbten Elternhauses großen Wert auf eine Balance zwischen Design, Komfort und Nachhaltigkeit. Statt eines Totalabrisses und Verwendung von Beton und Kunststoff, wählten sie den Umbau mit Holz und eine möglichst CO2-freie Energieversorgung. Ihre Ziele wurden während der Planung und Bauarbeiten übertroffen, das Haus erreichte nun den Standard KfW-40 und hat einen relativ hohen Grad an Energieunabhängigkeit für einen Umbau.

Zu Beginn untersuchten die Bauherren und Architekt Drasch, was von dem alten Haus aus dem Jahr 1985 erhalten werden konnte. Das Haus war in sehr schlechtem Zustand und durch mangelhafte Isolierung gab es bereits viele Schäden, so der Eigentümer. Dies führte dazu, dass alles über dem Erdgeschoss und die alte Garage abgerissen wurden. Es blieben jedoch zwei Gebäudeteile: Im größeren Teil blieb der Eingang, der durch eine Verglasung ins Innere des Hauses gebracht wurde. Der kleinere Teil, in dem sich heute das Schlafzimmer der Eltern befindet, wurde um einen Meter verlängert und an die Linie des Hauptgebäudes angepasst. Das neue Gebäude hat ungefähr 400 Quadratmeter beheizte Wohn- und Nutzfläche, die über Keller, Erd- und Obergeschoss verteilt sind.

Gebäudeintegrierte Photovoltaik

„Ein Haus ohne Photovoltaik ist heute nicht mehr zeitgemäß“, stand für Kammerer fest – und ebenso, dass die Solarmodule aus Gründen der Ästhetik schwarz sein sollten. Da seine Frau und er möglichst viel Energie selbst erzeugen wollten, sollte die Photovoltaikanlage zudem möglichst groß sein. Für den Architekten Rainer Drasch wurde dies zu einer Herausforderung. Wie seine Auftraggeber legt er Wert auf eine hohe Ästhetik, und die Tüftelei, wie und wo Solarmodule mit möglichst viel Gesamtleistung optisch ansprechend installiert werden könnten, begann.

Aus mehreren Optionen entschieden sie sich dafür, die Westseite des größeren Baukörpers komplett für die Solarstromerzeugung zu nutzen. Kammerer fand im Internet die monokristallinen BIPV-Module von 3S-Swiss Solar Solutions und kontaktierte den Ingolstädter Solarfachbetrieb Bauer Energietechnik, der die Module des Schweizer Herstellers in Deutschland vertreibt. Mit den kleinteiligen Abmessungen von 130 x 87,5 cm passten sie perfekt, Sonderanfertigungen waren nicht nötig. Die rahmenlosen Module wurden vollflächig in das Dach und in die Fassade integriert. Von einem Lieferanten konnte der Schweizer Modulhersteller auch zwei passende Dachfenster beisteuern, die optisch perfekt in das Solardach integriert wurden. Die 99 gebäudeintegrierten Module im Dach und in der Fassade haben eine Gesamtleistung von 18,81 Kilowatt (kW). An der Fassade ist der Solarertrag vergleichsweise niedriger, dafür ist die senkrechte Fläche bei tiefstehender Sonne im Winter von Vorteil.

„Die Gebäudeintegration sollte mehr Schule machen“, betont Ferdinand Bauer von Bauer Energietechnik, der auf die Gebäudeintegration von PV-Anlagen spezialisiert ist. „Damit spart man auch Materialien.“ Auch Architekt Drasch ist zufrieden: „Früher wurden Module nach Belieben auf den Dächern verteilt, da hat sich viel getan in der Zwischenzeit.“ Wichtig für die Planung seien sehr gute technische Informationen zu den Modulen, und die habe er von der Firma Bauer erhalten. Außerdem, so rät er, sollten Architekten möglichst früh in die Planung einbezogen werden.

Speichersystem mit Notstromfunktion

Für eine möglichst hohe Eigenversorgung mit Solarstrom ist ein Energiespeichersystem erforderlich. Ist der Strombedarf hoch, wie es hier aufgrund der Größe des Hauses, der Wärmepumpe, des Elektroautos, aber auch zahlreicher beruflich und privat genutzter Geräte und Unterhaltungselektronik der Fall ist, muss der Speicher entsprechend groß ausgelegt werden. Kammerers Entscheidung fiel auf ein Hauskraftwerk S10 E Pro von E3/DC. Dazu riet auch Ferdinand Bauer, der schon an die 450 E3/DC-Speicher verbaut hat. „Ein DC-gekoppeltes System war das erste Kriterium, außerdem sprach die All-in-one-Bauweise für E3/DC und die Pro-Serie eignet sich sehr gut bei hohem Stromverbrauch.“

Die Akkus im Hause Kammerer haben eine nutzbare Speicherkapazität von 17,5 Kilowattstunden (kWh) und können eine Spitzenlast von 9 Kilowatt abdecken. Zudem ist der Speicher insel- und notstromfähig. In dem Speichersystem befindet sich auch der Wechselrichter für die Dachanlage. Er wird durch einen zweiten Wechselrichter für die Fassadenanlage ergänzt.

Im Technikraum hängt auch der Schrank mit dem KNX-System für die Haussteuerung und das Energie- und Klimamanagement. Das System steuert den Energiespeicher, die Wärmepumpe, die Verschattung der Fenster und zahlreiche andere technische Geräte im Smart-Home. Die Regelung sorgt auch dafür, dass überschüssiger Solarstrom als Wärme eingespeichert wird. Der Pufferspeicher hat ein Fassungsvermögen von 900 Litern, der Warmwasserspeicher fasst 300 Liter.

Gute Voraussetzungen für Grundwasser-Wärmepumpe

Kammerer hatte günstige Voraussetzungen für eine Grundwasser-Wärmepumpe, die nun bei ihm im Keller steht. Der Untergrund ist kiesig und im Garten konnte er einen 14 Meter tiefen Brunnen bauen. Vier Kubikmeter Grundwasser mit einer Temperatur von ca. 10 Grad werden pro Stunde angesaugt. Das auf 4 Grad abgekühlte Wasser fließt im hinteren Teil des Gartens wieder in den Erdboden. Der COP – die Kennzahl, die bei Wärmepumpen das Verhältnis von Nutzwärme zur aufgewendeten elektrischen Energie beziffert – liege bei bis zu 6,7. Kammerer begründet dies mit der Qualität der Wärmepumpe und dem Grundwasserbetrieb. Reduziert wird der Wärmebedarf in dem Gebäude durch die Glasfassade auf der Südseite, die hohe passive Solargewinne bringt.

Eine Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung komplettiert das Energiesystem, sie kommuniziert auch mit der Wärmepumpe. „Kontrollierte Wohnraumlüftung ist heute Standard“, sagt Architekt Drasch. Bei luft- und winddichter Dreischeibenverglasung sei ein gutes Lüftungskonzept aber auch notwendig, um Schimmel vorzubeugen.

Energiebilanz nach einem Jahr

Seit Mai 2021 lebt die Familie in ihrem neuen Haus, das mit einem Bestandshaus aus den 80er Jahren nicht mehr viel gemein hat. Paul Kammerer, seine Frau und ihre zwei Söhne genießen den Wohnkomfort in ihrem hochmodernen Heim, der einen entsprechenden Strombedarf mit sich bringt. Knapp 25.000 kWh Strom verbrauchten sie von August 2021 bis Juli 2022 in dem Haus, davon hatte die Wärmepumpe einen Anteil von 10.800 kWh. Ferdinand Bauer erklärt den hohen Verbrauch damit, dass der Estrich noch bis in den Januar 2022 nachgetrocknet werden musste. Er schätzt, dass der Gesamtbedarf im zweiten Jahr auf circa 18.000 kWh sinken wird. Kammerer führt den Strombedarf weiterhin auf das Elektroauto zurück, dass er früher als geplant angeschafft hat. Zum Aufladen des Akkus des E-Autos ist eine E3/DC Wallbox easy connect mit einer Ladeleistung von maximal 22 kW in der neuen Garage installiert.

Die Photovoltaikanlage erzeugte im betrachteten Zeitraum rund 15.100 kWh Solarstrom. Die Autarkie-Quote lag bei 47 Prozent. Dies ist Kammerer, der ansonsten mit seinem neuen Haus rundum zufrieden ist, allerdings zu wenig. Deshalb plant er schon Erweiterungen. Auf der Ostseite will er im kommenden Frühjahr voraussichtlich weitere Module mit acht Kilowatt Gesamtleistung installieren, selbstverständlich auch wieder schwarze, aber diesmal nicht dachintegriert, da ansonsten das neue Dach nochmals umgebaut werden müsste. Zusätzlich wird das Speichersystem erweitert, was bei der Pro-Serie von E3/DC problemlos möglich ist. Die neue Solaranlage wird AC-seitig an das Hauskraftwerk angeschlossen.

„Energieautarkie stand nicht auf der Anforderungsliste, hat sich aber offenbar aus der Aneinanderreihung der anderen Anforderungen wie ressourcenschonend und nachhaltig Konstruieren und Bauen so ergeben“, fasst Paul Kammerer mit einem Schmunzeln zusammen. Und auch sein oberstes Ziel hat er erreicht: „Wir wollten ein schönes Haus und das haben wir bekommen.“ Dem schließt sich sein Architekt Rainer Drasch an: „Es war eine aufwändige Sanierung, aber mit dem Ergebnis bin ich sehr zufrieden.“

Technische Daten auf einen Blick

Einfamilienhaus Baujahr 1985
Fertigstellung der Sanierung im April 2021

Photovoltaikanlage:
Gebäudeintegrierte PV-Anlage (BIPV) im Westdach und in der West-Fassade
99 Module mit einer Gesamt-Nominalleistung von 18,81 kWp
Ausrichtung: 261° West; Dachneigung 45°, Fassade 90°

Stromspeicher:
E3/DC S10 E Pro (DC-gekoppelt)
Kapazität nominal: 19,5 kWh
Kapazität nutzbar: 17,5 kWh
Spitzenlast 9 kW, Dauerleistung 7 kW
Insel- und notstromfähig, schwarzstartfähig

Wallbox:
E3/DC easy connect
Leistung: bis 22 kW
Rein solare Ladung über S10 E PRO möglich

Haussteuerung:
KNX-System auf Basis GIRA X1 / S1
Weitere KNX-Elemente verschiedener Hersteller
Datenquellen: hauseigene Wetterstation, Online-Wetter-Prognose, Außen- und Innenfühler für Temperatur, KNX-Schnittstellen zur Wärmepumpe, Lüftung und E3/DC sowie Präsenzmelder und Taster
Steuerung des Zusammenspiels von PV-Anlage, Wallbox, Wärmepumpe, Lüftung, Heizung, Kühlung, Beschattung, Belichtung, Fensteröffnung

Heizung / Klima:
Grundwasser-Wärmepumpe mit passiver Kühlfunktion (Hoval)
Kontrollierte Wohnraum-Lüftung mit intelligenter Wärmerückgewinnung und Feuchtigkeitssteuerung

Fußbodenheizung:
Passive Kühlung mit Wärmepumpe / Fußbodenheizung mit Kühlungssteuerung und teilweise automatischer Fensterbetätigung

E3/DC HagerEnergy: www.e3dc.com
Bauer Energietechnik: www.solarcenter.de
Architekturbüro Rainer Drasch: www.the-architect.biz