Vaillant

Brennstoffzellen werden Hauskraftwerke

10. August 2016, 14:10 Uhr | Hagen Lang
Aufbau des aktuellen XellPower BZ-Heizgeräts. Unten befindet sich das Brennstoffzellensystem, oben das Gas-Brennwertgerät.
© Vaillant GmbH

Heizungshersteller Vaillant bietet jetzt ein Heizgerat auf Brennstoffzellen-Basis (BZH). Die Vaillant-Entwickler haben eine Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC) in einem kompakten Gehäuse untergebracht und erreichen mit der Mini-KWK-Anlage einen hervorragenden Wirkungsgrad.

Das als Mini-KWK-Anlage arbeitende Gerät hat eine elektrische Leistung von 0,7 kW sowie eine Wärmeleistung von 1,3 kW und erzielt einen elektrischen Wirkungsgrad von 33 Prozent und einen Gesamt-Wirkungsgrad von 90 Prozent. Für die Deckung eines höheren Energiebedarfes ist ein Gas-Brennwert-Heizgerät integriert. Gegenüber den ursprünglichen Entwürfen konnten die Herstellungskosten des Vaillant-Gerätes durch Rückgriff auf Standardkomponenten aus Geräten der Firma und eine Unterdruck-Konstruktion mittlerweile um über 60 Prozent reduziert werden.

Im Brennstoffzellen-Heizgerät wird Erdgas zunächst mittels eines Reformers in einer katalytischen partiellen Oxidation (CPOx) in ein wasserstoffreiches Gas gewandelt, das anschließend im Brennstoffzellen-Stack in einer elektrochemischen Reaktion mit dem Luftsauerstoff reagiert. Hierbei entsteht Wasserdampf und Restgas, das im Nachbrenner verbrannt wird. Die Brennstoffzellen-Stacks stammen von der Firma Sunfire.

Neben der Wärme erzeugt das BZH Gleichstrom, der in einem Wechselrichter in nutzbaren Wechselstrom gewandelt wird. Ein Wärmetauscher macht die Abwärme von Brennstoffzelle und Nachbrenner für die Heizung und Warmwasseraufbereitung verfügbar. Dadurch ergeben sich gegenüber aktueller Brennwerttechnik eine Energiekostenreduktion um 25 Prozent und eine Reduktion der CO2-Emissionen um ca. 50 Prozent.

Stack im Labor
Ein Entwickler misst seinen Stack.
© Fraunhofer IKTS

»Da alle Anlagenkomponenten im Unterdruck arbeiten, reicht ein Abgasgebläse in Verbindung mit wenigen Temperatursensoren, wir brauchen keine weiteren Schutzmaßnahmen oder Sensoren«, sagt Jochen Paulus, Leiter Technologie Entwicklung Brennstoffzelle bei Vaillant. Unter Druck arbeitende Systeme benötigen dagegen aufwendige Schutzmaßnahmen gegen einen Gasaustritt.

Im von der Bundesregierung geförderten Callux-Projekt wurden 2008-2015 500 Brennstoffzellen-Heizgeräte in Ein- und Zweifamilienhäusern installiert und erprobt. Fünf Millionen Betriebsstunden absolvierten die BZH und drei Millionen kWh elektrische Energie wurden produziert.

Dank der Projekterfahrungen konnten die Geräteabmessungen und –gewichte halbiert werden. Ferner wurde die Anbindung an die Haustechnik stark vereinfacht, der Wartungsbedarf verringert sowie die jährlichen Betriebszeiten durch bedarfsgerechte Modulation gesteigert. Stacklaufzeiten von ca. 10.000 h wurden nachgewiesen und Stack-Degradationsraten von unter 0,2 % pro 1.000 Betriebsstunden ermittelt.

Die Hersteller Buderus, Elcore, Hexis, Senertec, Solidpower, Vaillant und Viessmann zeigten bereits auf der Hannover-Messe 2016 Brenstoffzellen-Heizgeräte. Herausfordernd wird für die Hersteller die weitere Senkung der Herstellungskosten in der Serienfertigung und die Erhöhung der Lebensdauer der Brennstoffzellen von derzeit 20.000 auf gewünschte 60.000 Stunden. Preislich liegen die BZH-Systeme zurzeit bei ca. 20.000 Euro.


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