Unter einem Sonnenhaus versteht die Fachwelt ein Gebäude, dessen Energieversorgung weitestgehend mit Sonnenenergie erfolgt. In Sonnenhäusern gelingt eine weitgehend CO2-freie Versorgung mit Solarenergie für Wärme, Strom und Mobilität. Dafür muss das Sonnenhaus laut Sonnenhaus-Institut drei Kriterien erfüllen, die mit verschiedenen Anlagenkonzepten erfüllt werden können. Fünf Kategorien von Sonnenhäusern hat das Sonnenhaus-Institut definiert.

Das Sonnenhaus: Ein schönes Beispiel.
Charakteristisch für Sonnenhäuser sind große thermische oder photovoltaische Solaranlagen. Foto: Sonnenhaus-Institut e.V./ Petra Höglmeier

Sonnenhaus erfüllt Fast-Null-Kriterium

Die Grundidee der Sonnenhaus-Philosophie besteht darin, einen möglichst niedrigen Primärenergiebedarf vorrangig durch solare Energiegewinnung zu ermöglichen. Dabei wird auch auf eine gut gedämmte Gebäudehülle Wert gelegt. Dem Leitgedanken folgend, hat das Sonnenhaus-Institut drei Kriterien definiert, die bei einem Sonnenhaus erfüllt sein müssen. Sie betreffen den solaren Deckungsgrad, den Primärenergiebedarf und den Dämmstandard.

Solarer Deckungsgrad mindestens 50 Prozent

Der solare Deckungsgrad von 50 Prozent für die Wärmeerzeugung ist das „Markenzeichen“ von Sonnenhäusern. Diese Bedingung gilt für jede der fünf Varianten. So soll der Brutto-Energiebedarf für die Raumheizung und das Warmwasser zu mindestens 50% aus solarer Strahlungsenergie – Solarthermie oder Photovoltaik – gedeckt werden. Die Berechnung des solaren Deckungsgrades erfolgt mit geeigneten Simulationsprogrammen als anteilige Energieeinsparung im Vergleich zu einem Referenzsystem ohne Solaranlage. Somit wird nur der verlustbereinigte, wirklich nutzbare Solarertrag bewertet. Simuliert wird mit standortbezogen Klimadaten und realen Nutzungsrandbedingungen.

Minimaler Primärenergiebedarf

Das zweite Kriterium bezieht sich auf den Primärenergiebedarf. Bei neu gebauten Wohnhäusern soll der im EnEV-Verfahren ermittelte spezifische Primärenergiebedarf 15 Kilowattstunden pro Quadratmeter Gebäudenutzfläche und Jahr (kWh/m²a) nicht überschreiten. Dieser hohe Standard setzt normalerweise eine regenerative Zusatzheizung voraus. Wird dennoch fossil nachgeheizt, zum Beispiel mit einer Gastherme, gilt für diese Variante – „Sonnenhaus f mit fossiler Nachheizung“ – der doppelte Grenzwert von 30 kWh/m²a. Um dies zu erreichen, ist in der Regel ein höherer solarer Deckungsgrad als 50 Prozent, also eine entsprechend größere Solaranlage erforderlich.

Gute Dämmung

Das dritte Kriterium betrifft den Dämmstandard. Der spezifische Transmissionswärmeverlust H´T soll den des EnEV-Referenzgebäudes um mindestens 15 Prozent unterschreiten. Bei sanierten Bestandsgebäuden darf der H’T des Referenzgebäudes um nicht mehr als 15 Prozent überschritten werden. Hintergrund dieser Mindestanforderungen ist es zum einen, der längeren zeitlichen Perspektive von Baumaßnahmen, also der Lebensdauer Rechnung zu tragen, zum anderen einen hohen solaren Deckungsgrad durch eine überdurchschnittlich gute Wärmedämmung überhaupt erst zu ermöglichen.

In der Praxis heißt dies: Ein klassisches Sonnenhaus ist sehr gut gedämmt. Es hat eine große Solarthermieanlage, mit der 50 bis 100 Prozent des Wärmebedarfs erzeugt werden. Der minimale Restwärmebedarf wird im Idealfall regenerativ gedeckt, dafür bieten sich Stückholz- und Pelletskessel an. Die Wärme aus der Solarthermieanlage wird in einem entsprechend dimensionierten Speicher vorgehalten, der in der Regel im Haus aufgestellt wird. So kann die im Sommer produzierte Wärme auch im Winter genutzt werden. Wärmeverluste des Speichers reduzieren zudem den Heizenergiebedarf im Haus. Dazu tragen auch weitere Grundsätze der Solararchitektur bei. Damit die Solarenergie optimal aktiv und passiv genutzt werden kann, werden Sonnenhäuser nach Süden ausgerichtet. Große Fenster- und Türöffnungen auf der Südseite lassen Wärme und Licht in das Gebäude und sie reduzieren den Wärmebedarf.

Das Sonnenhaus: Anlagenschema eines Sonnenhauses mit großer thermischer Solaranlage.
Anlagenschema eines mit Solarwärme beheizten Sonnenhauses. Grafik: Sonnenhaus-Institut e.V.

Photovoltaik im Sonnenhaus

Das Beispiel des klassischen Sonnenhauses zeigt, dass die Sonnenhaus-Kriterien ursprünglich an der Wärmeversorgung orientiert waren. Die Photovoltaik war aber schon immer Teil des Energiekonzeptes der Sonnenhäuser. Schon das 100-Prozent-Sonnenhaus, das Josef Jenni 1989 in Oberburg bei Burgdorf im Schweizer Kanton Bern eingeweiht hat, hatte eine Solarthermie- und eine Photovoltaikanlage für die Eigenversorgung. Ziel des Sonnenhaus-Instituts ist es, die Bewohner mit einem hohen Autarkiegrad mit Wärme, Strom und Mobilität von der Sonne versorgen, gepaart mit niedrigen Folgekosten und einem hohen Wohnkomfort in den Gebäuden.

Fünf Sonnenhaus-Kategorien

Die Solarstromerzeugung ist in den vergangenen zehn Jahren zunehmend populärer geworden, und auch die Kombination von Photovoltaik und Wärmepumpe zur Wärmeversorgung setzt sich immer stärker durch. Dem hat das Sonnenhaus-Institut Rechnung getragen und deshalb im Jahr 2014 fünf neue Sonnenhaus-Kategorien definiert. Die neue Klassifizierung lehnt zudem an die KfW-Effizienzhäuser an, um einen normierten Nachweis zu ermöglichen. Dadurch soll es Energieberatern und Planern möglich sein, mit Zusatzkenntnissen in Solarsimulation die Nachweise zu führen.

Die neuen Kategorien heißen Sonnenhaus Standard, Sonnenhaus f (mit fossiler Nachheizung), Sonnenhaus Plus und Sonnenhaus Autark. Zusätzlich gibt es das Sonnenhaus im Bestand: Die erst genannten technischen Optionen können auch bei bestehenden Gebäuden umgesetzt werden.

Das „Sonnenhaus Standard“ mit Solarthermieanlage und Holzheizung ist der Klassiker unter den Kategorien. Für Bauherren und Sanierer, die mit Erdgas nachheizen wollen, wurde die Variante „Sonnenhaus f mit fossiler Nachheizung“ entwickelt. Gas betrachtet das Sonnenhaus-Institut als Brückentechnologie. Außerdem soll die Gasversorgung auch noch ökologischer gestaltet werden, zum Beispiel mit Biogas oder Power-to-Gas. Sonnenhäuser mit Ölheizungen werden nicht gebaut.

Beim „Sonnenhaus Plus“ werden die Primärenergie-Jahresbilanz des selbst erzeugten Stromes einerseits und die insgesamt verbrauchte Primärenergie inklusive Haushaltsstrom andererseits betrachtet. Ziel ist es, mehr Energie solar zu erzeugen als zu verbrauchen. Im Gegensatz zum „Effizienzhaus-Plus“ bleibt die Endenergie beim Sonnenhaus Plus unberücksichtigt. Die Berechnung erfolgt am Referenz-Klimastandort in Anlehnung an das Bilanzierungsverfahren der EnEV, jedoch mit Einbeziehung des Haushaltsstromes.

Das Sonnenhaus Plus heizt mit Sonnenstrom von der Photovoltaik-Anlage. Grafik: Sonnenhaus-Institut e.V.

Beim „Sonnenhaus autark“ geht das Sonnenhaus-Institut noch einen Schritt weiter. Hier liegt der Schwerpunkt auf der weitgehend netzunabhängigen solaren Eigenstromversorgung mit dem Ziel, einen möglichst hohen Autarkiegrad, das heißt 50 Prozent oder mehr, zu erreichen. Voraussetzung für einen hohen Autarkiegrad ist ein sparsamer Stromverbrauch, zum Beispiel mit hocheffizienten Haushaltsgeräten und der weitgehenden Vermeidung strombasierter Wärmeerzeugung. Die Nutzung von Überschüssen für die Elektromobilität ist eine Option, die bei einigen Sonnenhäusern auch schon angewendet wird.

Auch bestehende Gebäude – wenngleich nicht alle – lassen sich zu weitgehend solar beheizten Gebäuden umbauen, sei es mit einer großen Solarthermieanlage und/oder einer Photovoltaikanlage. Für die „Altbau-Solarisierung“, wie die Mitglieder es nennen, wurde die Kategorie „Sonnenhaus im Bestand“ geschaffen. Bei sanierten Bestandsgebäuden gilt in Bezug auf den Primärenergiebedarf der Grenzwert „EnEV-Referenzgebäude“. Die Einbindung einer Solarsimulation ist im EnEV-Nachweis zulässig und zu empfehlen. Auch Stromgutschriften aus Photovoltaik-Anlagen tragen zur Reduzierung des Primärenergiebedarfes bei. In der Regel kann so der Hilfsstrom für die Anlagentechnik weitgehend bis gänzlich kompensiert werden.

Wärmepumpen in Sonnenhäusern

Die Kombination von Photovoltaik und Wärmepumpe wird immer häufiger bei Sonnenhäusern eingesetzt. Auch in diesem Fall gilt, dass mindestens 50 Prozent des Wärmebedarfs solar gedeckt werden müssen. Dabei legt das Sonnenhaus-Institut Wert darauf, dass die Wärmepumpen solarstromgeregelt sind. Denn nicht zu vergessen ist, dass der Wärmebedarf in Wohnhäusern zu etwa 80 Prozent im Winter anfällt. Während Photovoltaikanlagen etwa 80 Prozent ihres Jahresertrags im Sommer erzeugen. Das heißt, im Normalfall wird der Strom für die Wärmepumpe aus dem öffentlichen Stromnetz bezogen, was wiederum die Grundlast bzw. den Bedarf an konventionell erzeugtem Strom hoch hält. Dies möchte das Sonnenhaus-Institut durch das Nutzen von solarstromgeregelten Wärmepumpen optimieren. Denn das Ziel ist und bleibt ein möglichst niedriger Primärenergiebedarf und das real, also nicht nur bilanziell, und rund ums Jahr.

Die Solarthermie hat aus diversen Gründen einen hohen Stellenwert im Sonnenhaus-Konzept. So haben Solarkollektoren einen hohen Wirkungsgrad: Sie wandeln Strahlungsenergie der Sonne direkt in nutzbare Wärme um. Die Wärme wird in dem umweltfreundlichen, lang erprobten Speichermedium Wasser gespeichert. Außerdem ist davon auszugehen, dass die Strompreise auch weiter steigen werden, unter anderem, da das Betreiben der Netze voraussichtlich in absehbarer Zeit durch Umlagen finanziert werden muss. Solarthermie bleibt davon verschont. Darüber hinaus wird bei der Erzeugung von Solarwärme kein klimaschädliches Kohlendioxid produziert und die natürlichen Ressourcen Öl, Kohle und Gas werden geschont. Letzteres gilt gleichwohl auch für die Photovoltaik, weshalb das Sonnenhaus-Institut die solare Energiegewinnung mittels Solarthermie und Photovoltaik als Eckpfeiler hat.

Solarthermie steigert Effizienz von Wärmepumpen

In der Kombination mit Wärmepumpen können Solarthermieanlagen noch eine weitere Funktion übernehmen: Sie können helfen, die Effizienz von Wärmepumpen deutlich zu verbessern und den Autarkiegrad der Eigenstromversorgung zu erhöhen. Dies hat das Sonnenhaus-Institut in dem „Effizienzhaus Plus Schlagmann/BayWa“ im bayerischen Burghausen bewiesen. Das Einfamilienhaus ist eines von 35 Gebäuden, das nach den Kriterien der Forschungsinitiative „Zukunft Bau“ des Bundesbauministeriums errichtet und zwei Jahre lang wissenschaftlich begleitet wurde. Mitglieder des Sonnenhaus-Instituts haben hier eine Kombination von Solarthermie, Wärmepumpe und Photovoltaik geplant und installiert.

Die Grafik zeigt die empfohlene Ausrichtung der Sonnenkollektoren eines Sonnenhauses.
Die Sonnenkollektoren eines Sonnenhauses sollten möglichst nach Süden hin ausgerichtet sein und möglichst steil mit 60 bis 80° montiert sein, damit sie im Winter viel Wärme von der Sonne ernten können. Grafik: Sonnenhaus-Institut e.V.

Auf dem Süddach wurden 51 Quadratmeter thermische Solarkollektoren installiert. Sie speisen Wärme in einen GFK-Schichtenspeicher mit 48.000 Liter Speicherkapazität ein. Die Wärmepumpe wird ausschließlich durch den Wärmespeicher beziehungsweise die Wärme aus den Kollektoren bedient. Im zweiten Messjahr von Februar 2014 bis Januar 2015 lag der Wärmeverbrauch der Familie bei 12.045 kWh, der Stromverbrauch für die Wärmeerzeugung bei 1.126 kWh. Das ergibt die hohe Arbeitszahl von 10,7. Berücksichtigt man, dass die PV-Anlagen mit einer Gesamtleistung von 10,7 Kilowattpeak noch circa ein Drittel des Stromverbrauchs deckte und nur 743 Kilowattstunden aus dem Netz bezogen werden mussten, ist die Bilanz noch besser. So gerechnet, erreicht die Arbeitszahl Wärmeerzeugung zu Netzstrombezug 16,2.

Über 2.000 Sonnenhäuser

Deutschandkarte mit Verteilung der bereits gebauten Sonnenhäuser.
Sonnenhäuser gibt es in ganz Deutschland. Die meisten stehen aber in Bayern. Grafik: Sonnenhausinstitut e.V.

Über 2.000 weitgehend solar beheizte Häuser sind bisher aus dem Kreis des Sonnenhaus-Instituts entstanden. Überwiegend sind dies Einfamilienhäuser, aber es gibt auch Zweifamilienhäuser und zunehmend auch Mehrfamilienhäuser und Geschosswohnungsbauten. Weiterhin wurden zahlreiche Funktionsgebäude gebaut, wie das Naturpark-Informationshaus im Bayerischen Wald, oder Firmengebäude wie das Sonnen-Zentrum im schwäbischen Rottenburg-Oberndorf.

Durch das Vermessen zahlreicher Sonnenhäuser hatte das Sonnenhaus-Institut bereits festgestellt, dass ein solarer Deckungsgrad von 50 bis 70 Prozent das wirtschaftliche Optimum ist. Zu einem ähnlichen Ergebnis ist das Forschungsprojekt HeizSolar gekommen. Im Rahmen des Forschungsvorhabens in den Jahren 2010 bis 2015 wurden unter Federführung des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) neun weitgehend solar beheizte Ein- und Mehrfamilienhäuser über mehrere Heizperioden wissenschaftlich begleitet. Die Forscher kamen zu dem Ergebnis, dass sich das Sonnenhaus-Konzept besonders gut mit dem Effizienzhaus-Standard KfW 55 kombinieren lässt und dass ein solarer Deckungsgrad von 60 Prozent die attraktivste Lösung ist.

100 Prozent Sonne sind zwar möglich, das wirtschaftliche Optimum liegt aber bei 50 bis 70 Prozent Solaranteil an der Energieversorgung. Grafik: Sonnenhaus-Institut e.V.

Das Sonnenhaus-Institut arbeitet daran, die Kosten für die Sonnenhaus-Technik zum Beispiel durch Standardisierung von Komponenten zu reduzieren. Die Mehrkosten im Vergleich zu einer konventionellen Heizung können allerdings durch die derzeit sehr hohe Förderung im Marktanreizprogramm, niedrige Bauzinsen und die Einsparung von Energiekosten kompensiert werden.

Je größer, desto wirtschaftlicher

Dem Prinzip der Skalierung entsprechend gilt auch für Sonnenhäuser: Je größer das Gebäude, desto höher ist die Wirtschaftlichkeit. Deshalb hat das Sonnenhaus-Institut Interesse daran, dass weitere Mehrfamilienhäuser und auch ganze Siedlungen mit Sonnenhäusern errichtet werden. Erste Projekte gibt es bereits: So hat Josef Jenni beispielsweise an seinem Schweizer Standort das erste ausschließlich solar beheizte Mehrfamilienhaus Europas gebaut. 2007 war das Gebäude mit acht Wohnungen bezugsfertig. 2013 war Spatenstich für zwei weitere Mehrfamilien-Sonnenhäuser nach dem gleichen Konzept im „Solarpark Burgdorf“. Sie wurden 2015 fertiggestellt. Bei diesen beiden Häusern profitierte Jenni von den Erfahrungen mit dem ersten Mehrfamilienhaus. Die Kollektorfläche und der Speicher wurden deutlich kleiner dimensioniert.

Autorin: Ina Röpcke ist geprüfte Fachkraft für Solartechnik und als Fachjournalistin und PR-Beraterin in den Bereichen Erneuerbare Energien / Energieeffizienz / Nachhaltiges Bauen tätig.

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