Was ist eine Brennstoffzelle?
Die Energiegewinnung einer Brennstoffzelle ähnelt eher dem einer Batterie denn einem Blockheizkraftwerk. Es ist eine KWK-Anlage von 1kW bis 30kW, welche auf einer chemischen Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff basiert. Das Besondere an dieser Energiegewinnung ist die gleichzeitige Erzeugung von Strom, Wärme und Wasser. Der technische Vorgang und Wirkungsgrad liegt dabei bei nahezu 100 Prozent. Um jedoch Wasserstoff und Sauerstoff miteinander reagieren zu lassen, muss ein vorgeschalteter Katalysator Erdgas- oder Biogas in Wasserstoff umwandeln.
Folgende Geräte eignen sich zur Ergänzung einer Brennstoffzelle für ein autarkes Energie- und Heizsystem:
Wie funktioniert eine Brennstoffzelle?
Die Wandlung von Wasserstoff in Wärme und elektrischem Strom wird als “kalte Verbrennung” bezeichnet. Die galvanische Reaktion erfolgt zwischen Plus- und Minuspol – also Anode und Kathode. Die chemischen Elemente Wasserstoff und Sauerstoff werden mittels Elektroden zusammengeführt. Die chemische Ladung der Bestandteile reagiert aufeinander. In diesem chemischen Prozess entsteht Strom, Wärme und Wasser. Damit jedoch Wasserstoff der Brennstoffzelle erzeugt werden kann, muss eine Zuleitung durch Erd- oder Biogas vorhanden sein. Bei vielen Anlagen, wird auch ein zusätzlicher Kaltwasseranschluss benötigt, da vielmals das entstehende Kondensat nicht ausreicht um die Wasserversorgung für den chemischen Prozess konstant aufrecht zu erhalten. Dieses zugeleitete Gas erzeugt den einzigen Verbrauchs- und Emissionswert dieser Anlage. Jedoch entsteht als “Abfallprodukt” hauptsächlich Wasserdampf, der über den Schornstein abgeführt wird.
Was sind die Einsatzgebiete der neuen Technologie?
Moderne Brennstoffzellen werden in vier Bereichen eingesetzt und hierfür weiterentwickelt:
✔ Energieautarke Systeme: Unterwasser-Anwendungen und Raumfahrt, hier werden Alkalische Brennstoffzellen (AFC) mit enormer Brennstoffeffizienz eingesetzt
✔ Fahrzeugantrieb: Einsatz von Membran-Brennstoffzelle (PEMFC) aufgrund ihrer hohen Leistungsdichte
✔ Mobile Anwendungen: Laptops, Smartphones etc. als jüngstes Arbeitsgebiet der Brennstoffzellentechnologie
✔ Stationäre Anwendungen: der Einsatzbereich fängt bei kleinen Systemen wie in Einfamilienhäusern mit einer Leistung von zwei bis fünf Kilowatt elektrischer Leistung an und reicht hin bis zu Systemen mit mehreren hundert Kilowatt wie in Krankenhäusern, Schwimmbädern oder für die Versorgung von kleinen Kommunen
Brennstoffzellenheizung
Die Funktionsweise einer Brennstoffzellenheizung unterscheidet sich von der einer Öl- oder Gasheizung. Bevor Sie sich eine Brennstoffzellenheizung kaufen, sollten Sie wissen, was alles zu der Anlage gehört: In eine Heizanlage werden neben der eigentlichen Brennstoffzelle noch z.B. eine Gasbrennwertheizung, ein ausreichend dimensionierter Pufferspeicher und ein Warmwasserspeicher verbaut. Um den Strom nutzen zu können, muss ein Wechselrichter zwischengeschaltet werden und ggf. ein Stromspeicher eingerichtet werden. Der Umfang des Brennstoffzellen-Heizungssystems hängt mit der wirtschaftlichen Leistung zusammen.
Damit die Brennstoffzelle wirtschaftlich arbeitet, muss sie idR dauerhaft im idealen Leistungsfenster betrieben werden. Um kurzzeitig erhöhten Bedarf abzudecken, sollte eine Gasbrennwertheizung als Spitzenlastgerät eingesetzt werden. Der Pufferspeicher und der Wasserspeicher dienen der Nutzung des durch die Brennstoffzelle erzeugten Warmwassers. Der erzeugte Strom versorgt Ihren Haushalt oder mehrere Haushalte autark. Ungenutzter Strom kann verkauft werden. Alle benötigten Komponenten einer Brennstoffzellenheizung sind heutzutage in einem kompakten Aggregat integriert. Hieraus ergeben sich neben einer einfachen Installation auch weniger Platzbedarf und weniger Kosten.
Brennstoffzellenheizung Kosten
Der Preis bei der Anschaffung eines Heizsystems mit Brennstoffzellen variiert je nach Modell, Leistung und baulichen Voraussetzungen. Weitere Faktoren sind vorhandene Wasserspeicher, Brennwertkessel oder Photovoltaikanlagen. Generell sollten Sie jedoch für die Anschaffung und fachgerechte Installation eines Brennstoffzellen Heizsystems mit Gesamtausgaben von 25.000 Euro bis über 45.000 Euro rechnen. Diese Summe macht es zu einer der aktuell teuersten Heiztechniken.
Der Grundpreis einer Brennstoffzellenheizung liegt bei etwa 25.000 Euro. Hinzu kommen aber bauliche Voraussetzungen wie ein Gasanschluss, ein Schornstein, Zusatzgeräte wie Zusatzbrennwertkessel, Warmwasserspeicher und Pufferspeicher. Diese notwendigen Faktoren belaufen sich auf zusätzliche Anlagekosten zwischen 4.000 Euro und über 8.000 Euro. In derselben Höhe werden die Installationskosten hochgerechnet. Je nach Anbieter und Installationshöhe beläuft sich eine realistische Investitionssumme auf 35.000 Euro bis 50.000 Euro. Zu der einmaligen Investitionssumme kommen jährliche Wartungskosten und der individuelle Gasverbrauch hinzu.
Aber: Eine mögliche Einspeisevergütung, Förderungen wie KWK und KfW sowie eine Energiesteuerrückerstattung summieren sich pro Jahr. Auf diese Weise erzielen Sie beachtliche Einsparungen und die Anschaffungskosten amortisieren sich bereits in 7 bis 15 Jahren bei sachgemäßer und vollständiger Nutzung.
Brennstoffzellenheizung Förderung
Der Staat fördert nachhaltige und ressourcenschonende Heiztechnologien. Und dies mit bis zu 40 Prozent. Hierfür gibt es zwei klassische Optionen:
- die Förderung durch das KfW-Programm 433/430, wenn Sie für ein Wohngebäude Brennstoffzellen erwerben.
- Die KWK-Förderung des BAFA wird über die Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) für alle Heizungsarten vergeben. (Stand 01.03.22 Ausgesetzt)
Bei der KfW-Förderung gilt ein Grundbetrag von 5.700 Euro mit zzgl. 450 Euro pro 100 Watt elektrischer Leistung. Das Programm der KfW kann vorteilhafter sein als die Förderung durch die KWK. Die Vergütung pro kWh nach dem KWK-Gesetz ist mit den Förderungsmitteln der KfW kombinierbar. Andere Instrumente der Förderung sind allerdings nicht mit der KfW kombinierbar, weshalb es je nach Region sinniger ist, die BAFA-Förderung zu wählen. Diese ist mit anderen Fördergeldern frei kombinierbar. Zusätzlich zu den oben genannten fördert auch das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) Investitionen von privaten Haushalten in die Brennstoffzellentechnologie. Dazu kommen Landesförderungen, die sich teilweise direkt an Kaufende wenden oder indirekt über die Hersteller und Fachbetriebe fließen.
Brennstoffzelle für die Stromerzeugung
Ein Kostenfaktor bei der Anschaffung von Mini-KWK-Anlagen, also Brennstoffzellen, ist der Stromspeicher oder ein konstanter Mindestbedarf an Strom. Zusätzlich muss ein Wechselrichter verbaut sein. Bei der galvanischen Reaktion wird meist mehr Strom erzeugt, als vom Betreiber selbst verbraucht wird. Dieser Überschuss wird dann ins Netz eingespeist oder aber in einem eigenen Stromspeicher für den Eigenverbrauch gespeichert. Speisen Sie den Stromüberschuss ins Netz ein, können Sie eine Einspeisevergütung erhalten. Dieser verkäufliche Überschuss trägt zur Wirtschaftlichkeit bei. Sollte der erzeugte Strom allerdings nicht ausreichen, können Sie diesen noch durch eine Photovoltaikanlage ergänzen. Auf diese Weise lassen sich auch weitere Fördermodelle zur KfW-Förderung 433 kombinieren. Höhere Rentabilität erhalten Sie durch den kompletten Eigenverbrauch und die Autarkie vom Stromanbieter.
Brennstoffzelle Haus: worauf muss ich achten?
Das A und O für den wirtschaftlichen Betrieb einer Brennstoffzellen-Heizungsanlage hängt von einer sehr exakten Planung ab. Hierzu muss eine professionelle und genaue Berechnung des Gesamtsystems auf Strom- und Wärmeseite mit exakten Angaben zum erwarteten Bedarf erfolgen. Es gibt unterschiedliche Typen von Brennstoffzellen für Ein- und Mehrfamilienhäuser, welche sich durch die Art des eingesetzten Elektrolyts unterscheiden. Diese drei Schwerpunkte werden heutzutage verwendet:
- SOFC – Festoxidbrennstoffzelle
- PEMFC (auch PEFC) – Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle
- MCFC – Schmelzkarbonat-Brennstoffzelle
Sie differenzieren voneinander durch die Herstellung, dem Wirkungsgrad, der Betriebstemperatur und anderen Faktoren. Überlegen Sie Brennstoffzellen von Buderus zu kaufen, setzen Sie auf eine SOFC-Brennstoffzelle auf Keramikbasis. Bei dieser Technologie werden sehr hohe elektrische Wirkungsgrade erzielt. Neben der richtigen Auswahl der Brennstoffzelle muss je nach Typ ein Erdgasanschluss oder Anschluss über die Zulieferung von Biogas vorhanden sein.
Die eigene Unabhängigkeit von großen Energieversorgern ist ein entscheidendes Argument. Überdies sprechen für ein Heizungssystem auf Basis von Brennstoffzellen der wartungs- und verschleißarme Langzeitbetrieb. Ebenso sind die laufenden Betriebskosten deutlich geringer als bei einer Gasheizung oder Ölheizung. Die Installation der Brennstoffzellen-Anlage ist dabei nicht, oder selten, größer als bei einer Gasbrennwertanlage. So sind in einer Logapower Energiezentrale das Logamax Gas-Brennwert-Hybridgerät, ein Pufferspeicher, ein Warmwasserspeicher und eine Brennstoffzelle in einer kompakten Einheit untergebracht. Dies spart Platz im Heizungskeller. Und es entfallen kostspielige Montagearbeiten und Zuleitungen.
Die richtige Auswahl fürs Einfamilienhaus
Damit sich die Anschaffung einer Brennstoffzelle bzw. einer Brennstoffzellenheizung auch rentiert, sollte in Ihrem Haus auch ein gewisses Verbrauchslevel vorliegen. Moderne Heizungen mit Brennstoffzellen sind allerdings auf den Verbrauch und den Bedarf eines Ein- oder Zweifamilienhauses optimiert. Bauen Sie allerdings ein Niedrigenergie- oder Passivhaus, sollten Sie vorher prüfen ob es sich später rentiert eine Brennstoffzellenheizung zu kaufen.
Für Einfamilienhausbesitzer oder Käufer, welche im Begriff stehen die alte Heizung auszutauschen und/oder mitten in einer Sanierung sind, kann eine Heizung mit Brennstoffzelle die optimale Lösung sein. Hierzu sollten idealerweise bereits genannte Punkte wie ein Erdgasanschluss und ein Schornstein vorhanden sein oder Sie müssen diese einplanen. Liegen genannte Faktoren nicht vor, ziehen Sie besser Alternativen wie Photovoltaikanlagen, Solarthermieanlagen und Wärmepumpen in Betracht.
Brennstoffzellen im Mehrfamilienhaus
Mehrfamilienhäuser, gerade Altbauten, haben einen hohen und konstanten Bedarf an Wärme und Strom. Dies erfüllt eine der beiden wichtigen Bedingungen für den Kauf einer Brennstoffzelle: der regelmäßige Wärmebedarf. Es ist unwahrscheinlich, dass die produzierte Wärme ungenutzt bliebe. Ebenfalls wird in einem Mehrfamilienhaus die Warmwasserversorgung fast immer zentral geregelt, wie durch einen Warmwasserspeicher. Dies wäre eine weitere Bedingung. Insbesondere der erzeugte Strom ist ideal für Mehrfamilienhäuser: es ist unwahrscheinlich, dass überschüssiger Strom produziert wird, da ein hoher Bedarf besteht.
Damit genug Wärme und Strom für alle Parteien zur Verfügung stehen und eine Rentabilität durch die Brennstoffzellenheizung entsteht, muss ein Fachmann alle Faktoren genau berechnen. Grundsätzlich gilt, dass durch den Eigenverbrauch des erzeugten Stroms bereits enorm an Kosten für Strom gespart wird, welches Sie auch Ihren Mietern und Mieterinnen weitergeben können. Meist müssen jedoch mehrere Brennstoffzellen in Kaskadenschaltung installiert werden, um dem erhöhten Verbrauch von unterschiedlichen Wohneinheiten gerecht zu werden. Empfehlenswert ist die zusätzliche Installation einer Photovoltaikanlage, um eine nahezu komplette Autarkie vom Stromnetz zu erreichen.
Damit jedoch rechtlich der erzeugte Strom “abgerechnet” werden kann, sollten Sie die Beratung durch einen Experten hinzuziehen, da unterschiedliche Lösungen mit unterschiedlichen finanziellen, rechtlichen und steuerlichen Bedingungen verbunden sind. Auch müssen spezielle Stromzähler installiert werden, um die Einspeise-Mengen sowie den Netzbezug oder den Stromverbrauch der Mieter:innen korrekt abrechnen und verrechnen zu können.
Was sind die Vor- und Nachteile?
Die Vorteile der neuen Technologie zahlen sich besonders im langfristigen Betrieb und die dadurch monatlich entstehende Kostenersparnis für Ausgaben wie Strom, Gas und Wartung aus. Es gibt aber auch Nachteile, welche bedacht werden sollten, bevor Sie eine Brennstoffzelle kaufen.
Die Vorteile:
- Kostenersparnis langfristig durch gesparte Strommengen
- geringe Emissionen und Betriebskosten
- enormer Wirkungsgrad in Bezug auf Wärme und Strom
- wartungsarmer, geräuschloser Betrieb
- hohes Entwicklungspotential
- im Vergleich zu BHKW erhebliche Stromproduktion und Wärmeerzeugung im Verhältnis
- ggf. produzierter Stromüberschuss, welcher gegen Bezahlung ins Stromnetz eingespeist werden kann
- hohe Autarkie von Energielieferanten
- Fördermöglichkeiten durch Bund und Länder für regenerative Energiegewinnung
Es gibt allerdings auch Faktoren, welche zu einer Entscheidung gegen eine Brennstoffzellenheizung führen:
Die Nachteile:
- hohe Anschaffungskosten
- ggf. hohe zusätzliche Anschaffungskosten für Pufferspeicher, Warmwasserspeicher, Photovoltaikanlage und Stromspeicher, und etwaige Installationskosten für Gasanschluss, Schornsteinausbau, etc.
- Gewinnung des notwendigen Wasserstoffs aus fossilem Brennstoff Erdgas, Flüssiggas oder Biogas
- wenig Daten für den tatsächlichen Langzeitbetrieb über Jahrzehnte
- Gasanschluss erforderlich
Brennstoffzellen kaufen von Buderus
Ob der Kauf einer Brennstoffzelle als Heiz- und Energiegewinnungssystems für Sie infrage kommt, hängt von individuellen Faktoren ab. Ein wichtiger Faktor sind die zur Verfügung stehenden monetären Mittel. Weitere wichtige Faktoren sollten die notwendigen Voraussetzungen für die Anlage sein. Sind alle Faktoren abgewogen und Sie möchten eine Brennstoffzellenheizung kaufen, erhalten Sie mit den Komplettanlagen von Buderus Heizung ein sicheres und langlebiges System. Nutzen Sie die verschiedenen Fördermittel, welche Sie direkt von Land und Bund beziehen aber auch mithilfe von Buderus beziehen können. Den hohen Ausgaben stehen eine hohe finanzielle Unterstützung und langfristige Kostenersparnis, durch erhebliche Unabhängigkeit von Stromanbietern, entgegen. Unser Team des SanHe Heizungs-Onlineshops berät Sie gern bei spezifischen Fragen rund um Brennstoffzellen und andere regenerative Heiz- und Energiegewinnungssysteme. Nutzen Sie hierzu einfach unseren Kontakt.