Innovative Mikro-KWKs mit Brennstoffzelle

Arten von Mikro-KWK

Mikro-KWKs sind Geräte zur Kraft-Wärme-Kopplung im unteren Leistungsbereich. Sie können oft nicht mehr als 15 Kilowatt elektrische Leistung liefern und eignen sich daher für den Einsatz in Wohngebäuden und kleineren Industrie- sowie Gewerbeanlagen. Je nach Funktion lassen sich dabei folgende Typen unterscheiden:

• Blockheizkraftwerke (BHKW)
• Geräte mit Stirlingmotor
• Mikro-KWKs mit Brennstoffzelle

Blockheizkraftwerke mit Verbrennungsmotor

Ein  Blockheizkraftwerk  oder BHKW besteht einfach beschrieben aus einem Verbrennungsmotor, einem Stromgenerator und einem System aus Wärmeübertragern. Der Motor funktioniert dabei wie im Auto. Er wandelt chemische Energie durch eine Verbrennung in mechanische und überträgt diese auf den Generator. Dieser erzeugt wiederum Strom, der sich im Haus verbrauchen lässt. Die dabei entstehende Abwärme gelangt über Wärmeübertrager in das Heizsystem und sorgt für warmes Wasser und kuschelige Temperaturen im Haus.

Stirling-Heizgeräte mit externer Verbrennung

Stirling-Heizgeräte arbeiten mit externer Verbrennung. Dabei wandelt ein Brenner die chemische Energie der eingesetzten Rohstoffe in thermische um und überträgt diese auf den  Stirlingmotor. In diesem befindet sich Luft, deren Volumen sich durch den speziellen Aufbau ständig vergrößert und verringert. Die dabei entstehende Bewegung von miteinander verbundenen Kolben treibt auch hier einen stromerzeugenden Generator an, während die Abwärme auf das Heizsystem übergeht.

Innovative Mikro-KWKs mit Brennstoffzelle

Brennstoffzellen kommen im Vergleich dazu komplett ohne eine konventionelle Verbrennung aus. Denn sie basieren auf einer elektrochemischen Reaktion, bei der Wasserstoff und Sauerstoff in einzelnen Zellen miteinander reagieren. Durch den speziellen Aufbau  lassen sich Explosionen, wie sie viele aus der Knallgasreaktion kennen, sicher vermeiden und es entsteht Strom und Wärme. Wie eine Brennstoffzellenheizung im Detail funktioniert, erklären wir im Beitrag „Funktionsweise der Brennstoffzelle“.

Besonderheiten der Brennstoffzellenheizung

Mikro-KWKs mit Brennstoffzelle haben einige Vorteile gegenüber anderen Arten der stromerzeugenden Heizung. Beispiele dafür sind:

• ein hoher elektrischer Wirkungsgrad
• der leise und saubere Betrieb

Im Vergleich zu anderen KWK-Geräten erreichen Brennstoffzellenheizungen einen besonders hohen elektrischen Wirkungsgrad. Sie erzeugen dabei in der gleichen Laufzeit mehr Strom und damit auch höhere Einsparungen als BHKWs oder Stirling-Geräte. In den Reaktionszellen selbst befinden sich keine beweglichen Teile, wodurch Mikro-KWKs mit Brennstoffzelle in Betrieb nicht nur leise, sondern auch wartungsarm sind. Da die elektrochemische Reaktion im Inneren neben Strom und Wärme nur Wasser erzeugt, entlasten die Geräte außerdem auch die Umwelt.

Übrigens:  Um möglichst hohe Laufzeiten zu erreichen und viel Strom zu erzeugen, decken Brennstoffzellenheizungen nur die Grundlast des Wärmebedarfs in einem Haus. In einem zusätzlich nötigen  Spitzenlastkessel  entstehen dabei trotzdem Abgase und Geräusche.

Einsatzbereiche von Mikro-KWKs mit Brennstoffzelle

Die innovativen Heizgeräte erzeugen im Vergleich zur Wärme auch viel Strom. Sie arbeiten dabei mit niedrigeren Laufzeiten wirtschaftlich und lassen sich in neuen sowie alten Gebäuden einsetzen. Da der finanzielle Nutzen dennoch stark von den individuellen Voraussetzungen abhängt, empfehlen wir Bauherren und Hausbesitzern die Beratung durch einen erfahrenen  Installateur. Dieser kann das bestehende oder geplante Haus genau unter die Lupe nehmen und feststellen, ob die Technik dazu passt.

Einsatzbereiche von Mikro-KWKs ohne Brennstoffzelle

Im Vergleich zu einer Mikro-KWK mit Brennstoffzelle erzeugt ein Mikro-BHKW weniger Strom und dafür mehr Wärme. Da die Investitionskosten relativ hoch sind (20.000 - 35.000 Euro), lohnt sich der Betrieb nur dann, wenn die Mikro-KWW-Anlage möglichst lange Laufzeiten hat. Das bedeutet gleichzeitig, dass der Strom- und Wärmebedarf möglichst oft vorhanden sein muss. In einem typischen Haushalt mit geringem Bedarf an Heiz- und Warmwasser rechnet sich der Betrieb kaum. Für Betreiber von Schwimmhallen oder Besitzer von großen Wohngebäuden mit zentraler Warmwasserbereitung kann die Anlage hingegen wirtschaftlich arbeiten.  

Kosten und Fördermittel der Brennstoffzellenheizung

Mit Kosten von mehr als 30.000 Euro sind Mikro-KWKs mit Brennstoffzelle die teuerste Art der stromerzeugenden Heizung. Grund dafür sind die vergleichsweise kleinen Herstellungszahlen der noch jungen Technik. Damit diese steigen und die Preise sinken, fördert der Staat den Einbau einer Brennstoffzelle, wenn diese mit grünem Wasserstoff oder Biomethan arbeitet. Wie Bauherren und Hausbesitzer davon profitieren, zeigen wir im Beitrag „Förderung der Brennstoffzelle“.