Eine Brennstoffzellenheizung versorgt Ihr Haus nicht nur mit ausreichend Wärmeenergie, sondern auch mit Strom. Sie basiert nicht auf eine klassische Verbrennung, sondern auf eine elektrochemische Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff. Wie eine Brennstoffzellenheizung genau funktioniert und für wen sich eine Anschaffung besonders lohnt, finden Sie im folgenden Artikel heraus.
Alles auf einen Blick:
- Eine Brennstoffzellenheizung produziert durch kalte Verbrennung Strom- und Wärmeenergie.
- Abhängig vom Heizungsmodell liegt die Lebensdauer einer Brennstoffzellenanlage bei mindestens 15 Jahren.
- Die Kosten für eine neue Brennstoffzellenheizung liegen zwischen 20.000 und 40.000 Euro.
- Die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) bietet finanzielle Unterstützung beim Kauf einer Brennstoffzellenanlage.
Aufbau und Funktion
Brennstoffzellenanlagen nutzen die Kraft-Wärme-Kopplungstechnik und bieten dadurch den Vorteil, gleichzeitig Strom- und Wärmeenergie zu erzeugen. Durch eine elektrochemische Reaktion von Sauer- und Wasserstoff wird die Energieproduktion angetrieben. Sie erreichen beinahe einen Wirkungsgrad von bis zu 90 Prozent.
Was ist eine Brennstoffzelle?
Brennstoffzellenheizungen produzieren nicht nur Wärmeenergie, sondern auch Strom. Diese Heizungsanlagen basieren also auf der Technik der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK). Diese Heizungsart wird nicht durch eine klassische Verbrennung, sondern durch die sogenannte kalte Verbrennung angetrieben.
Der kalte Verbrennungsprozess findet im Herzen der Heizungsanlage statt: der Brennstoffzelle. Sie setzt sich aus einer Anode und einer Kathode zusammen. Die beiden Elektroden stehen sich gegenüber und sind von einer ionendurchlässigen Membran (Elektrolyt) getrennt. Für die Produktion von Energie wird der Brennstoffzelle getrennt Wasserstoff und Sauerstoff zugeführt. Der Sauer- und Wasserstoff wird davor aus dem Brennstoff Gas gewonnen.
In der Anode wird der Wasserstoff in Elektronen und Protonen zerlegt. Die Elektronen gelangen über einen Leiter zur Kathode. Bei diesem Schritt entsteht Gleichstrom. Die aus dem Wasserstoff gewonnen Protonen bahnen sich ihren Weg durch den Elektrolyten zur Seite der Kathode. Dort gehen die Protonen eine Verbindung mit Sauerstoff ein und es entstehen Wassermoleküle. Die Wasserstoffmoleküle nehmen zusätzlich ein Elektron auf und es kommt zur einer Knallgasreaktion. Dabei entsteht erwärmtes Wasser.
Eine Brennstoffzellenheizung besitzt einen besonders hohen Wirkungsgrad von mehr als 90 Prozent. Nur circa 10 Prozent der aufgewendeten Energie gehen verloren. Da bei der Verbrennung nur Wasserdampf als einziges Nebenprodukt entsteht, ist sie zudem auch besonders umweltfreundlich.
Wie funktioniert eine Brennstoffheizung?
Eine Brennstoffzellenheizung nutzt Erdgas als Brennstoff, um Sauer- und Wasserstoff zu gewinnen. Durch kalte Verbrennung produziert sie daraus Strom- und Wärmeenergie. Der Umwandlungsprozess kann in folgende Schritte eingeteilt werden:
- Gewinnung von Wasserstoff aus Erdgas: Im Reformer der Brennstoffzellenanlage beginnt der Prozess der Energiegewinnung. Hier wird der Brennstoff Erdgas mit Wasserdampf vermischt und in die Brennstoffzelle weitergeleitet.
- Stromproduktion durch kalte Verbrennung in der Brennstoffzelle: Im nächsten Schritt werden Wasserstoff und Sauerstoff separat in die Elektroden geführt. In der Anode zerfällt der Wasserstoff in Elektronen und Protonen. Die aus dem Wasserstoff gewonnen Elektronen werden über einen Leiter zur Kathode geführt, wodurch Gleichstrom entsteht.
- Umwandlung von Gleich- in Wechselstrom im Inverter: Danach kommt der Gleichstrom in den Inverter. Er wandelt den Gleichstrom nun in Wechselstrom um. Nun können Sie die elektrische Energie entweder in das öffentliche Stromnetz weiterleiten oder den Strom sofort für den Eigenverbrauch nutzen. Ob Sie die elektrische Energie nun einspeisen oder selbst nutzen, wird jeweils von einem Stromzähler gemessen.
- Produktion von Wärmeenergie: Die Protonen bewegen sich durch den Elektrolyten zur Kathode, die gleichzeitig mit Sauerstoff versorgt wird. Hier gehen Protonen und Sauerstoff eine Verbindung ein und nehmen gleichzeitig ein Elektron auf, der über den Leiter zugeführt wurde. Es kommt dabei zu einer Knallgasreaktion und erwärmtes Wasser, sprich Wärmeenergie entsteht.
- Speicherung von Wärme im Puffer: Mithilfe von Wasser, welches hier als Trägermedium zum Einsatz kommt, wird die produzierte Wärmeenergie in einen Wärmetauscher weitergeleitet. Der Pufferspeicher speichert das erwärmte Wasser für das Heizen oder das Warmwasser.
Welche baulichen Voraussetzungen muss Ihr Haus für eine Brennstoffheizung erfüllen?
Damit eine Brennstoffzellenanlage installiert werden kann, muss in Ihrem Haus ein Gasanschluss vorhanden sein. Die Anlage wird schließlich durch Erdgas angetrieben.
Da eine gewisse Menge Strom und Wärme produziert wird und der Anlage entsprechend abgenommen werden muss, sollten Sie zusätzlich über eine Zentralheizungsanlage mit zentraler Warmwasserbereitung verfügen oder diese einbauen lassen.
Die Anlage produziert in den warmen Sommermonaten die gleiche Menge an Energie. Da zu dieser Zeit die Heizungen nicht genutzt werden, ist es sinnvoll einen Wärmespeicher zu installieren. Das hat den großen Vorteil, dass Sie von Ihrer Anlage weiterhin mit elektrischer Energie versorgt werden und die thermische Energie dabei nicht verloren geht.
Welche Brennstoffzellenarten gibt es?
Es gibt eine Reihe von verschiedenen Heizungsarten, die durch Brennstoffzellentechnik angetrieben werden. Daraus haben sich die Brennstoffzellenarten PEMFC und SOFC besonders hervorgetan. PEMFC steht für Proton Exchange Membrane Fuel Cell (Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzelle). Dabei handelt es sich um eine Niedertemperatur-Brennstoffzelle. Die Abkürzung SOFC steht für Solid Oxide Fuel Cell (Festoxid-Brennstoffzelle). Eine SOFC ist eine Hochtemperatur-Brennstoffzelle.
Während sich die Schritte der elektrochemischen Reaktionen von Wasserstoff und Sauerstoff und die Funktionsweise gleichen, unterscheiden sich die Modelle hauptsächlich baulich voneinander und arbeiten mit verschieden hohen Temperaturen. Welche Brennstoffzelle am besten für Sie geeignet sind, kann Ihnen ein Energieberater oder ein Fachbetrieb am besten sagen.
Rentabilität
Eine Brennstoffzellenheizung zahlt sich besonders bei einem hohen Energieverbrauch aus. Allgemein lässt sich eine Brennstoffzelle jedoch gut an den individuellen Verbrauch anpassen. Bei regelmäßigen Wartungskontrollen kann die Lebensdauer einer Brennstoffzellenheizung bei bis zu 20 Jahren liegen.
Für wen lohnt sich eine Brennstoffheizung?
Die Rentabilität dieses Brennstoffes ist besonders von dem Eigenverbrauch von Strom und Wärme abhängig. Brennstoffzellenanlagen zeichnen sich durch einen sehr hohen Wirkungsgrad aus. Für eine reibungslose Funktion muss die erzeugte Strom- und Wärmeenergiemenge durchgehend abgenommen werden. Ist der Eigenverbrauch ein Strom und Wärme konstant hoch, zahlt sich eine Brennstoffzelle aus.
Diese Anlagen eignen sich am besten für Haushalte, die ganzjährig einen sehr hohen Stromverbrauch und Wärmebedarf haben. Das betrifft zum Beispiel Ein- oder Zweifamilienhäuser oder gewerblich genutzte Gebäude. Ein Energieexperte kann Sie am besten beraten, ob eine Brennstoffzellenheizung für Ihren Haushalt sinnvoll ist.
Wie viel Strom produziert eine Brennstoffheizung
Ihr Stromverbrauch ist ein wichtiger Maßstab, um eine Brennstoffzelle mit der richtigen Leistung zu finden. Wie viel Strom eine Brennstoffzellenheizung erzeugt, hängt mit der Leistung und Technik der verbauten Brennstoffzellen zusammen. Besitzt eine Brennstoffzelle beispielsweise eine Leistung von 750 Watt kann jährlich mehr als 5.000 Kilowattstunden Strom produziert werden – vorausgesetzt, die Anlage ist mehr als 7.000 Stunden im Jahr mit maximaler Leistung in Betrieb
Eine Brennstoffzelle mit 750 Watt ist gut geeignet für ein Einfamilienhaus. Hier ist sie in der Lage, 70 bis 90 Prozent des Strombedarfs zu decken. Der zur Verfügung stehende Brennstoffzellenstrom kann in einem Haushalt aber nicht sofort vollständig genutzt werden. Denn nicht alle elektrischen Haushaltsgeräte laufen zur gleichen Zeit, während der Strom erzeugt wird. Der Kauf eines Stromspeichers ist daher sinnvoll, um die überschüssige elektrische Energie für einen späteren Zeitpunkt zu speichern.
Wie lange hält eine Brennstoffzellenheizung?
Wie lange Sie eine Brennstoffzellenheizung nutzen können, ist vom Hersteller und der Anlagenpflege Ihrerseits abhängig. Eine Brennstoffzellenanlage kann eine Lebensdauer von mindestens 15 Jahren haben. Durch eine regelmäßige Wartung können Sie diese erhöhen und dadurch gleichzeitig einen reibungslosen Betrieb sicherstellen. Auf diesem Weg können Sie Ihre Anlage auch über 20 Jahre nutzen.
Kosten und Förderung
Die Anschaffung einer neuen Heizung ist mit hohen Investitionskosten verbunden. Faktoren wie Anlagengröße, Montage und Brennstoffpreise fließen in die Kosten mit ein. Die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) bietet jedoch eine attraktive finanzielle Förderung für den Kauf einer Brennstoffzellenanlage an.
Wie viel kostet eine Brennstoffheizung?
Die Kosten setzen sich aus verschieden Faktoren wie Anlagegröße, Verbrauch, Installation und den Brennstoffpreis zusammen. Eine Brennstoffzelle kann circa zwischen 20.000 und 40.000 Euro kosten.
Zusätzlich kommen die jährlichen Wartungskosten zwischen 400 und 700 Euro hinzu. Eine Brennstoffzellenheizung ist eine teure Anschaffung, die aber großzügig gefördert wird. Sie können mit einer finanziellen Förderung von bis zu circa 40 Prozent rechnen.
Wie wird der Kauf einer Brennstoffheizung finanziell gefördert?
Die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) bietet mit dem Programm „Energieeffizient Bauen und Sanieren – Zuschuss Brennstoffzelle“ eine finanzielle Förderung. Die KfW fördert stationäre Brennstoffzellenheizungen, die sich zu den Leistungsklassen von 0,25 bis 5,0 Kilowatt elektrischer Leistung zuordnen können.
Die Förderung setzt sich aus einem Grundbetrag von 6.800 Euro und zusätzlichen 550 Euro pro angefangener 100 Watt elektrische Leistung zusammen. Der Zuschuss liegt bei 40 Prozent der förderfähigen Gesamtkosten. Zu die Gesamtkosten zählen die Ausgaben für die Anschaffung, den Energieberater sowie einen verpflichtenden Wartungsvertrag mit einer Mindestlaufzeit von 10 Jahren.
Folgende Voraussetzung müssen Sie für die KfW-Förderung erfüllen:
- Der Förderantrag muss vor dem Einbau Ihrer neuen Heizung bei der KfW gestellt werden.
- Einen Vollwartungsvertrag für mindestens zehn Jahre muss unterzeichnet werden.
- Die Heizung muss von einem Fachbetrieb installiert werden, der von dem Anlagenhersteller geschult wurde.
- Ein hydraulischer Abgleich der neuen Brennstoffzellenheizung ist verpflichtend.
- Die Heizung muss einen Gesamtwirkungsgrad von mindestens 82 Prozent nachweisen.
- Der elektrische Wirkungsgrad muss mindestens bei 32 Prozent liegen.
Im Nomalfall erfüllen neue Brennstoffzellenanlagen automatisch diese Voraussetzungen.
Wer installiert eine Brennstoffheizung?
Die Einbaukosten durch einen Experten sind unter anderem von der Anlagengröße und den benötigten Arbeitsstunden abhängig. Im Durchschnitt berechnen Heizungsinstallateure einen Stundensatz von bis zu 70 Euro.
Zusätzlich kommen noch die Kosten für den Anschluss der Heizkörper hinzu. Wenn für die Heizungsmontage bauliche Anpassungen notwendig sind, müssen Sie entsprechend mit zusätzlichen Kosten rechnen. Insgesamt können die professionelle Montage und Inbetriebnahme circa zwischen 3.000 und 5.000 Euro liegen.
Fazit
Eine Brennstoffzellenheizung versorgt Ihr Haus mit ausreichend Wärme- und Stromenergie. Aus Gas gewinnt die Heizungsanlage Wasserstoff und Sauerstoff, die durch die sogenannte kalte Verbrennung in der Brennstoffzelle in Energie umgewandelt werden. Umso höher der Bedarf an Energie ist, desto mehr zahlt sich die Brennstoffzellenheizung aus. Die Kosten für einen Brennstoffzelle liegen ungefähr zwischen 20.000 bis 40.000 Euro. Die KfW bietet ein lukratives finanzielles Förderprogramm, welches bis zu 40 Prozent der Gesamtkosten bezuschusst. Speisen Sie Ihre Stromenergie in das öffentliche Netz ein, können Sie zusätzlich Kosten sparen. Wenden Sie sich am besten an einen unabhängigen Energieberater und informieren Sie sich, ob sich eine Brennstoffzelle für Ihren Bedarf rentiert.
