Brennstoffzellen: Hocheffiziente Strom- und Wärmeerzeugung im eigenen Haus

Eine Brennstoffzelle ist eine KWK-Anlage, die die chemische Energie eines Brennstoffs im Gegensatz zu moterbetriebenen BHKWs direkt in Elektrizität und Wärme umwandelt.

KWK-Anlagen sind eine attraktive Möglichkeit, ein dauerhaft umwelt-gerechtes und flexibles Energiesystem zu gewährleisten und einen Teil des Energiebedarfs sicher und hocheffizient bereitzustellen.

Im größeren und mittleren Leistungsbereich (Industrie, Gewerbe, Quartiersversorgung) kommen vor allem Verbrennungsmotoren (Otto-Motoren) in Blockheizkraftwerken als KWK-Anlagen zum Einsatz. Im sehr kleinen Leistungsbereich für Wohngebäude und Kleingewerbe werden dagegen zunehmend stationäre Brennstoffzellen interessanter. Eine Brennstoffzelle erzeugt Strom und Wärme ohne Verbrennung in einer chemischen Reaktion.

Dabei weist die Brennstoffzelle im Gegensatz zu den anderen KWK-Anlagen aufgrund ihrer direkten elektro-chemischen Umwandlung weniger Prozessstufen bei der Strom- und Wärmeerzeugung auf. Im Wesentlichen besteht sie aus zwei Elektroden – der Anode und der Kathode –, welche von einem Elektrolyten getrennt werden. Der der Anode kontinuierlich zugeführte Wasserstoff wird mit einem Katalysator in Elektronen und Protonen zerlegt. Während die Protonen durch den

Elektrolyten zur Kathode transportiert werden, verrichten die Elektronen auf ihrem Weg über einen externen Stromkreis zur Kathode elektrische Arbeit. An der Kathode verbinden sich Protonen und Elektronen mit dem zugeführten Sauerstoff zu Wasser(dampf).

Da der benötigte Wasserstoff für die Brennstoffzellen in aller Regel nicht direkt zur Verfügung steht, wird dieser innerhalb der Brennstoffzelle aus einem Brenngas hergestellt. Dieser Prozess nennt sich Reformierung und ermöglicht den Betrieb einer Brennstoffzellenheizung mit Erdgas oder Flüssiggas.

Wenn Sie mehr über die Geschichte, die verschiedenen Brennstoffzellentypen oder Erdgas als Basis wissen möchten, dann klicken Sie bitte hier (Flash-Plugin erforderlich).

Brennstoffzellen sind in Leistungsgrößen von weniger als 1 kWel bis zur mehr als 1 MWel am Markt verfügbar. Dabei entwickelt sich heute insbesondere die durch Förderprogramme unterstützte Anwendung in Ein- und Zweifamilienhäusern schnell und verschafft dieser hocheffizienten Anwendung große Aufmerksamkeit.

Broschüre

Brennstoffzellen für die Hausenergieversorgung
In der laufend aktualisierten Broschüre finden Sie Herstellerangaben und die technologischen Prinzipien von Brennstoffzellen. Darüber hinaus...

ASUE Broschüre Brennstoffzellen für die Hausenergieversorgung

Grafik

Aufbau einer erdgasbetriebenen Brennstoffzellenanlage
Brennstoffzellen sind äußerst effiziente und umweltschonende Energieum-wandlungsmaschinen. Bedingt durch ihr Funktionsprinzip zeichnen sie sich durch hohe Wirkungsgrade und niedrige...

ASUE Grafik Prinzip und Prozess einer Brennstoffzelle

Für wen eignen sich Brennstoffzellen?

Neubau & Sanierung

Brennstoffzellen eignen sich sowohl als Heizung für das neugebaute Gebäude mit hohem Energiestandard als auch als Modernisierungsmaßnahme für das Bestandsgebäude. Die meisten Modelle am Markt setzen Erdgas als Energie-träger ein. Für diese Typen ist ein Erdgasanschluss nötig. Als Ersatz für die bestehende Ölheizung in Gebäuden ohne Erdgasanschluss gibt es aber auch Brennstoffzellen, die mit Flüssiggas arbeiten. Hiervon profitieren vor allem etwas abgelegene Häuser. Auch die Größe des Gebäudes spielt zunächst keine Rolle, denn es gibt unterschiedliche Modelle für den Einsatz im Einfamilienhaus bis hin zum kleineren Gewerbebetrieb.

Integrierte Geräte mit Spitzenlastwärmeerzeuger

Die Wärmeerzeugung in der Brennstoffzelle steht in einem festen Verhältnis zur Stromerzeugung und liefert vor allem die Wärme für die Grund- und Mittellast des Gebäudes.

Damit das Gebäude auch an sehr kalten Tagen ausreichend mit Wärme versorgt wird, sind viele Brennstoffzellenheizungen mit einem Spitzenlastbrenner und einem Warmwasserspeicher im Gerät ausgestattet. Die Brennstoffzellenheizung wird damit zum vollwertigen Ersatz für die bestehende Heizung.

Auch Beistellgeräte zur bestehenden Heizung sind möglich

Allerdings ist es auch möglich, eine Brennstoffzelle mit einer noch funktionierenden Heizung zu kombinieren. Hier spricht der Fachmann von einem „Beistellgerät“, welches ohne den Spitzenlastbrenner und ohne den Warmwasserspeicher in das bestehende Heizungssystem integriert wird. Die erzeugte Wärme der Brennstoffzelle wird der Wärme im bestehenden Heizkreissystem beigemischt, so dass die alte Heizung seltener betrieben werden muss. Auf diese Weise lässt sich bereits vor der umfassenden Heizungs-erneuerung eigener Strom erzeugen und gleichzeitig die Effizienz der alten Heizung steigern.

Broschüre

Wirtschaftliches Sanieren mit Brennstoffzelle – Das Einfamilienhaus
Für Eigentümer von älteren Einfamilien-häusern gibt es eine Reihe von
technischen Möglichkeiten, den Energieverbrauch maßgeblich zu senken und...

Wirtschaftliches Sanieren mit Brennstoffzelle: Das Einfamilienhaus

Betriebsweisen von Brennstoffzellen

Den selbst erzeugten Strom direkt im Haus verbrauchen

Der in der Brennstoffzelle erzeugte Strom kann im Haus selbst genutzt oder in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden. Es empfiehlt sich, einen möglichst hohen Anteil des selbst erzeugten Stroms im Haus zu nutzen, um damit die Stromrechnung zu verringern. Nur wenn die Brennstoffzelle mehr Strom erzeugt, als gerade im Haus benötigt wird, sollte dieser eingespeist werden.

Denn für diesen eingespeisten Strom gibt es zwar eine gesetzlich garantierte Einspeisevergütung vom örtlichen Stromnetzbetreiber. Da sich diese aber an den Börsenpreisen für Grundlaststrom orientiert, lohnt sich normalerweise eher die Selbstnutzung.

In Zukunft wird die Bedeutung von selbst erzeugtem Strom noch zunehmen, wenn Elektroautos als Verbraucher im Haushalt dazu kommen.

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Stromganglinie und Stromerzeugung in einem Mehrfamilienhaus
Je nach Bedarf im Gebäude kann der erzeugte Strom selbst verbraucht oder in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden.

ASUE Grafik Eigenverbrauch und Einspeisung einer Brennstoffzelle