Die Brennstoffzelle: Funktion und Einsparpotenzial

Bei einer Brennstoffzelle handelt es sich um ein Heizsystem, welches das Funktionsprinzip der Kraft-Wärme-Kopplung nutzt. Das heißt, sie erzeugt sowohl Strom als auch Wärme. Für diese Strom- und Wärmeproduktion benötigt die Brennstoffzelle Sauerstoff und Wasserstoff. Letzterer wird zuvor aus Erdgas gewonnen und in der Brennstoffzelle selbst umgewandelt beziehungsweise reformiert. Als Nebenprodukt entsteht Wasser.

Die Brennstoffzelle im serienmäßigen Einsatz

Als Heizgerät ist die Brennstoffzelle erprobt und vielfach im zuverlässigen Betrieb. Allein in Japan sind seit 2009 bereits mehr als 123.000 Geräte von verschiedenen Herstellern für stationäre Anwendungen verkauft worden (Stand 01/2015). Die speziell für Ein- und Zweifamilienhäuser entwickelten und optimierten Viessmann Brennstoffzellenheizungen Vitovalor PT2 und Vitovalor PA2 arbeiten mit einem sehr hohen Gesamtwirkungsgrad und sind für eine strom-optimierte Betriebsweise ausgelegt.

Brennstoffzellen liefern aber auch Energie zum Antrieb von Fahrzeugen und Schiffen sowie zur Stromversorgung in der Luft- und Raumfahrt. Weitere Einsatzbereiche sind Mobiltelefone (Akkus), Verkehrsmanagement, Sicherheit und Überwachung, Windkraft und Telekommunikation. Ebenso sind Brennstoffzellen im Freizeitsektor zur Stromversorgung zu finden (z. B. in Reisemobilen, Segelbooten, Ferienhäusern und Berghütten).

Elektroauto zu Hause laden: So geht's

Gewusst wie: Praktisch jedes Haus (Neubau oder Modernisierung) kann Öko-Strom für die Familie und das Elektroauto produzieren – mit Brennstoffzelle, Stromspeicher, Solarzellen und der richtigen Technologie lassen sich Strom- und Benzinkosten maximal reduzieren. Andreas Czylwick, unser Experte für Strom und Wärmesysteme, erklärt wie das geht und wie es sich rechnet.

Die Strom- und Wärmeerzeugung der Brennstoffzelle beruht auf einer elektrochemischen Reaktion der beiden Elemente Sauerstoff und Wasserstoff. Eine Verbrennung wie bei konventionellen Heizgeräten findet nicht statt, weshalb der Prozess auch als kalte Verbrennung bezeichnet wird.

Betriebsweise der Brennstoffzelle im Verlauf eines Tages

​​Über einen Großteil des Tages reicht die Stromproduktion der Brennstoffzellenheizung aus, um den Bedarf zu decken. Lediglich in den Spitzenzeiten muss Strom aus dem öffentlichen Netz bezogen werden. Dafür wird in den Nachtstunden überschüssiger Strom abgegeben und vergütet. So macht die Brennstoffzellenheizung seine Betreiber unabhängiger von steigenden Strompreisen.

Vitovalor PT2 und Vitovalor PA2

Mit der Vitovalor PT2, Nachfolgemodell der Vitovalor 300-P, und der Vitovalor PA2, Beistellgerät zur Ergänzung einer bestehenden Heizung, bietet Viessmann zwei effiziente Lösungen für die Strom- und Wärmeproduktion in Ein- und Zweifamilienhäusern.

Die kompakte Brennstoffzellenheizung Vitovalor PT2

Die Vitovalor PT2 ist die ideale Energiezentrale für das moderne Einfamilienhaus. Das System vereint Wärme- und Stromerzeugung auf kleinstem Raum. Die Brennstoffzellenheizung hat im Vergleich zu bestehenden Lösungen mit Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) einen deutlich höheren elektrischen Wirkungsgrad. Dadurch ist die Wärmeauskopplung geringer und das Brennstoffzellen-Heizgerät besonders zum Einsatz im Neubau und renovierten Gebäudebestand geeignet.

Die Viessmann Brennstoffzellenheizung besteht aus zwei Einheiten, die sich getrennt voneinander transportieren lassen. Dies ermöglicht eine schnelle und problemlose Montage auch in engen Kellerräumen. In der einen Einheit befindet sich der Warmwasserspeicher aus Edelstahl mit 220 Litern Inhalt, in der anderen Einheit sind der Gas-Brennwertkessel zur Spitzenlastabdeckung, die Regelung für den witterungsgeführten Betrieb mit großem Farb-Touch-Display sowie das Brennstoffzellenmodul mit Reformer, Inverter und Brennstoffzellen-Stack (eine Aneinanderreihung von vielen Brennstoffzellen) verbaut. Die kompakte Einheit ist optisch aufeinander abgestimmt und benötigt eine Aufstellfläche von nur 0,72 Quadratmetern.

Systemdarstellung der Vitovalor PT2

[1] Grundgerät mit Brennstoffzellenmodul und Gas-Brennwertgerät
[2] Speichertower
[3] Kommunikationsschnittstelle
[4] Integrierter Nettostromzähler
[5] Router
[6] Stromnetz im Haus
[7] Internet
[8] ViCare App
[9] Öffentliches Stromnetz

Produktschnitt Vitovalor PT2

Vitovalor PA2 als Erweiterung

Die Viessmann Vitovalor PA2 ist eine ideale Ergänzung zu einer Bestandsanlage. Sie ist ein kompaktes System, welches aus dem Brennstoffzellenmodul, integriertem Reformer, Regelung und Komponenten der Hydraulik und Sensorik besteht. Anders als bei der Vitovalor PT2 ist der Gas-Brennwertkessel nicht integriert. 

Der Gas-Brennwertkessel dient in erster Linie der Wärmeabdeckung in Spitzenlastzeiten. Also dann, wenn es draußen sehr kalt ist oder wenn kurzzeitig viel Warmwasser benötigt wird. Gas-Brennwertkessel und Brennstoffzellenmodul werden über eine gemeinsame Gasleitung versorgt. Sie teilen sich auch ein gemeinsames Abgassystem, wodurch der Montageaufwand genauso gering ist wie bei einem Gas-Brennwert-Wandgerät. Für die Vitovalor PA2 gilt dies insbesondere für die Vitodens 200-W ab dem Baujahr 2011.

Produktschnitt Vitovalor PA2

Bewährt und zuverlässig: Brennstoffzellentechnologie von Viessmann und Panasonic

Zuverlässigkeit und Langlebigkeit haben bei den Innovationen von Viessmann oberste Priorität. Auch bei Brennstoffzellenheizungen setzt Viessmann auf bewährte Technik. Deshalb wurden diese in Kooperation mit Panasonic entwickelt. Von dem japanischen Konzern stammt das Brennstoffzellenmodul der Vitovalor. Für den dortigen Markt hat Panasonic mittlerweile mehr als 34.000 Geräte in Serie gefertigt.

Gibt es eine staatliche Förderung für die Vitovalor?

Finanzielle Unterstützung gibt es über die Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG). Welche Fördervoraussetzungen gelten, mit welcher Förderhöhe Sie rechnen können und weitere Details erfahren Sie in unserem Beitrag zur Förderung der Brennstoffzellenheizung.

Wasserstoff …

• ist ein Energieträger mit der höchsten gewichtsbezogenen Energiedichte
• ist ein chemisches Element mit dem Symbol H
• besteht aus einem Proton und einem Elektron
• hat die Ordnungszahl 1 – sie beschreibt die Anzahl der Protonen im Atomkern eines chemischen Elements – daher auch Protonenzahl genannt
• ist das häufigste chemische Element im Universum
• erzeugt kein CO₂, da H₂ keinen Kohlenstoff enthält

Wasserstoff ist in unserem Alltag kaum bekannt. Vielmehr erfährt H₂ Vorurteile, die meistens auf Unwissenheit oder falschen Informationen beruhen. Als Brennstoff hat er jedoch zahlreiche Vorteile.

Wasserstoff …

• entzündet sich nicht selbst
• zerfällt (wie z.B. Acetylen) nicht
• oxidiert nicht und ist damit kein Brandbeschleuniger
• ist nicht giftig, ätzend oder radioaktiv
• ist geruchlos
• verunreinigt kein Wasser
• schädigt weder Natur noch Umwelt
• ist nicht krebserregend
• verbrennt rückstandsfrei

Als Kraftstoff im Straßenverkehr und als Speichermedium in der Energieversorgung wird Wasserstoff in den kommenden Jahren eine immer wichtigere Rolle spielen. Bereits heute werden die Brennstoffzellen in Fahrzeugen vielfach mit Wasserstoff angetrieben. Etwa in Omnibussen im öffentlichen Nahverkehr. Hier hat es bisher keinerlei Zwischenfälle gegeben. Denn Wasserstoff ist sicher – von allein explodiert er nicht. Dafür müsste zusätzlich ein Oxidator (z.B. Luft oder reiner Sauerstoff) und eine Zündquelle vorliegen (Zündgrenze in Luft: 4 bis 75 Volumenprozent).