Brennstoffzellen-Heizung: Mini-Kraftwerk im Haus

Zukunftstechnologie Brennstoffzelle? Eigentlich ist sie gar nicht mehr so neu. Schon seit der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts ist das Prinzip durch die Experimente von Christian Friedrich Schönbein und Sir William Robert Grove bekannt. Die erste funktionstüchtige Brennstoffzelle gab es 1959. Weit verbreitet ist die Technik inzwischen in der Raumfahrt, der Automobilindustrie und bei der Bahn. Seit 2014 wird sie auch im Heizungsbau genutzt. Doch wie funktioniert nun dieses kleine Kraftwerk im Haus?

Die Brennstoffzelle funktioniert mit der kalten Verbrennung durch eine elektrochemische Reaktion der Elemente Wasserstoff und Sauerstoff. Wasserstoff reagiert dort mit dem Sauerstoff aus der Umgebungsluft, dabei entstehen Strom und Wärme sowie als Nebenprodukt Wasserdampf. Eine Verbrennung wie bei konventionellen Heizgeräten findet nicht statt, weshalb der Prozess auch als kalte Verbrennung bezeichnet wird.

Da Wasserstoff nicht in der Form verfügbar ist, wie er für die Heizgeräte benötigt wird, läuft der Betrieb über Erdgas. Aus dessen Hauptbestandteil, Methan (CH4), wird Wasserstoff gewonnen. Dazu wird das Erdgas innerhalb der Geräte entsprechend aufbereitet. Elektrolyte sorgen dafür, dass es bei der Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff nicht zu einer Knallgasreaktion kommt.

Das Heizungsbau-Team von Rödl energie verbaut derzeit den Vitovalor PT2 von Viessmann mit einer PEM-Brennstoffzelle (Polymer-Elektrolyt-Membrane). Sie verwendet eine Kunststoffmembran als Elektrolyt. Mit Betriebstemperaturen zwischen 60 und 90 Grad Celsius, kurzen Startzeiten und einer hohen Zahl möglicher Start-Stopp-Zyklen ist sie besonders für die Beheizung moderner Neubauten und für energetisch sanierte Bestandsgebäude geeignet.

Die Brennstoffzelle im Vitovalor PT2 wurde ursprünglich von Panasonic entwickelt und kam in Japan bereits tausendfach zum Einsatz. Sie ist für eine Nutzungsdauer von mehr als 80.000 Betriebsstunden ausgelegt und erzeugt über den Tag bis zu 18 Kilowattstunden Strom. Damit kann ein Großteil des Energiebedarfs im Haushalt gedeckt werden, zumal diese Anlage stromoptimiert arbeitet.

Leistungsabgabe und Betriebsdauer der Brennstoffzellen-Heizung richten sich zunächst nach dem aktuellen Wärmebedarf des Hauses. Zusätzlich sorgt ein in der Systemregelung integrierter, lernfähiger Energiemanager für eine bedarfsgerechte Stromproduktion. Er erfasst im Tagesverlauf den im Haushalt benötigten Strom und erstellt daraus ein individuelles Stromprofil. Unter Berücksichtigung der Temperaturen im Heizwasser-Pufferspeicher ermittelt er dann den passenden Einschaltzeitpunkt für eine maximale Eigenverbrauchsrate. So lassen sich bis zu 60 Prozent des selbst erzeugten Stroms im eigenen Haus nutzen.

Über den Großteil des Tages reicht die Stromproduktion aus, um den Bedarf zu decken. Lediglich in Spitzenzeiten, zum Beispiel frühmorgens und abends, muss Strom aus dem öffentlichen Netz bezogen werden. Dafür wird in den Nachtstunden überschüssiger Strom in das öffentliche Netz eingespeist und vergütet. Mit einem zusätzlichen Stromspeicher kann der Eigenverbrauchsanteil auf bis zu 85 Prozent gesteigert werden. Statt den Überschussstrom einzuspeisen, wird er im Stromspeicher zur Deckung späterer Strom-Verbrauchsspitzen bevorratet oder einer Ladestation für Elektromobile zur Verfügung gestellt.

Zum Brennstoffzellenmodul gehören ein Spitzenlastmodul mit Gas-Brennwertkessel zur Deckung von Wärmebedarfsspitzen, Trinkwasserspeicher (220 Liter) und die Systemregelung. Beide Module sind komplett vormontiert und benötigen lediglich 0,72 Quadratmeter Aufstellfläche.

Technische Daten des Viessmann Vitovalor PT2:

Energieeffizienzklasse A++

Brennstoffzellenmodul: Elektrische Leistung 750 Watt / Thermische Leistung 1,1 kW

Gas-Brennwert-Spitzenlastkessel: Thermische Leistung 11,4 bis 30,8 kW

Quelle: Viessmann.

Weitere Informationen zur Funktionsweise der Brennstoffzelle unter
https://www.viessmann.de/de/wohngebaeude/kraft-waerme-kopplung/mikro-kwk-brennstoffzelle/vitovalor/funktionsweise.html