Brennstoffzellenheizung mit Photovoltaik

Während eine Photovoltaikanlage kostenfreie Energie der Sonne zur Stromerzeugung nutzt, produziert eine Brennstoffzelle Wärme und Strom aus Erdgas. Kombiniert man die Brennstoffzellenheizung mit Photovoltaik, könnten Hausbesitzer zumindest stromseitig energieautark leben. Wie das funktioniert und ob es sich im Einfamilienhaus lohnt, erklären wir in den folgenden Abschnitten.

Funktion von Brennstoffzellenheizung mit Photovoltaik

Die Photovoltaikanlage auf dem Dach und die Brennstoffzelle im Keller produzieren beide Strom, der sich im Haus verbrauchen oder in das öffentliche Netz einspeisen lässt. Worin sich beide Technologien unterscheiden, erklären wir anhand der Funktionsweisen.

Brennstoffzellenheizung mit Photovoltaik auf dem Dach

Brennstoffzelle erzeugt Wärme und Strom

Eine Brennstoffzelle ist eine Kraft-Wärme-Maschine. Sie erzeugt also nicht nur Strom, sondern auch Wärme zur Beheizung eines Gebäudes. Möglich ist das durch einen elektrochemischen Prozess, bei dem Wasserstoff und Sauerstoff kontrolliert miteinander reagieren. Wie dieser im Detail funktioniert, erklären wir im Beitrag „Funktionsweise der Brennstoffzelle“.
Wichtig zu wissen ist an dieser Stelle, dass Brennstoffzellen mit Wasserstoff arbeiten, den sie in der Regel aus konventionellem Erdgas gewinnen.

Photovoltaik wandelt Solarenergie in Strom

Eine Photovoltaikanlage nutzt dagegen regenerative Energieträger zur Stromerzeugung. Dabei fängt sie die kostenfreie Strahlung der Sonne auf und wandelt sie in elektrische Energie um. Genau wie eine Brennstoffzelle entsteht dabei Gleichstrom, der über einen Wechselrichter in Wechselstrom umzuwandeln ist.

Wie viel Energie die Anlage dabei gewinnt, hängt neben der solaren Einstrahlung auch von der Neigung oder der Ausrichtung der Solarmodule ab.

Speicher für Brennstoffzellenheizung mit Photovoltaik

Geht es um die Wirtschaftlichkeit, lohnen sich beide Systeme in der Regel am meisten, wenn der Strom auch selbst verbraucht wird. Denn im Gegensatz zur Einspeisevergütung für Photovoltaik-Strom von 12,30 Cent spart das mit rund 27 Cent je Kilowattstunde den aktuellen Strompreis (Stand: 03-2017).

Da das Stromangebot und der Stromverbrauch zeitlich oft versetzt auftreten, ist es nötig, die elektrische Energie aus Brennstoffzellenheizung mit Photovoltaik zu speichern. Dafür gibt es zwei Möglichkeiten.

Batteriespeicher für Strom

Bei der ersten Variante wird der Strom aus Brennstoffzellenheizung mit Photovoltaik in einem typischen Stromspeicher gelagert. Die Geräte können meist so viel Energie bevorraten, dass sich ein typischer Tagesbedarf decken lässt. Mit ihrem schwankenden Angebot erhält die Photovoltaik dabei in der Regel den Vorzug. Wird der Vorrat knapp, liefert die Brennstoffzelle nach.

Wasserstoffspeicher und Elektrolyseur

Die zweite Lösung ist etwas komplexer. Denn neben den typischen Kurzzeitspeichern auf Lithium-Ionen-Basis lässt sich überschüssiger Solarstrom auch in Form von Wasserstoff speichern. Möglich ist das mit einem sogenannten Elektrolyseur. Dieser nutzt den nicht benötigten Strom im Sommer, um Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten. Während der Sauerstoff einfach entweicht, wird der Wasserstoff in einem großen Tank bevorratet. Ohne große Verluste kann er hier eine lange Zeit überdauern, bevor er mit dem Beginn der Heizperiode als Brennstoff der Brennstoffzelle dient.

Die Brennstoffzellenheizung mit Photovoltaik ist so auch Bestandteil eines energieautarken Mehrfamilienhauses in der Schweiz.

Brennstoffzellenheizung mit Photovoltaik – Lohnt sich das?

Ob sich die Verbindung von Brennstoffzellenheizung mit Photovoltaik lohnt, lässt sich nicht allgemeingültig beurteilen. Vor allem die Kombination beider Technologien über einen Stromspeicher führt aus wirtschaftlicher Sicht nicht selten zu Problemen. So kann die Photovoltaikanlage den Stromeigenverbrauch der Brennstoffzelle senken. Die stromerzeugende Heizung erzielt niedrigere Gewinne und die Amortisationszeit steigt. Die hohen Kosten beider Technologien verstärken diesen Effekt.

Interessanter ist dagegen die Verknüpfung über einen Wasserstoffspeicher. Denn dabei lässt sich ein großer Teil der Sommersonne auch im Winter zur Strom- und Wärmeerzeugung nutzen. Die Brennstoffzelle arbeitet mit regenerativem Wasserstoff und der Verbrauch fossiler Energieträger sinkt. Aus wirtschaftlicher Sicht dürften sich aber auch bei dieser Variante lange Amortisationszeiten einstellen. Grund dafür sind vor allem die hohen Kosten für die Speichertechnik und die Brennstoffzellenheizung mit Photovoltaik.

Alexander Rosenkranz

Fazit von Alexander Rosenkranz

Eine eindeutige Antwort auf die Frage, ob sich die Brennstoffzellenheizung mit Photovoltaik lohnt, gibt es nicht. Die heute noch sehr hohen Kosten der benötigten Technologien dürften aber in vielen Fällen für sehr lange Amortisationszeiten sorgen.

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