Mikro-BHKW mit 26,3 % elektrischem Wirkungsgrad

Es könnte eine Initialzündung für den Einsatz der Kraft-Wärme-Kopplung im Einfamilienhaus sein – das erste Mikro-BHKW mit Gas-Verbrennungsmotor, das dem Markt jetzt zur Verfügung steht. Seine reinen Leistungsdaten könnten selbst hartgesottene BHKW-Kritiker überzeugen: Bei 1 kW elektrischer Leistung werden lediglich 2,5 kW thermische Energie produziert. Wer weiß, dass sich ein BHKW in erster Linie durch den selbst genutzten Strom schnell bezahlt macht, weiß auch, dass dieses Verhältnis sehr günstig ist. So haben die aktuell auf den Markt kommenden Mikro-BHKWs mit Stirlingmotor bei 1 kW elektrischer Leistung eine Wärmeabgabe von rund 6 kW.

Was bedeutet das? Eine geringe thermische Leistung heißt gleichzeitig eine lange Laufzeit und damit eine hohe Stromerzeugung. Zum Vergleich: Bei aktuellen Stirling-BHKWs liegt der elektrische Wirkungsgrad bei 10 bis 15 %. Das neue Mikro-BHKW mit Gas-Verbrennungsmotor hat einen elektrischen Wirkungsgrad von 26,3 %. Dieser errechnet sich aus der elektrischen Leistung und dem Gesamtwirkungsgrad von 92 %, der einen Brennstoffeinsatz von 3,8 kW erfordert.

Das System, das unter dem Namen Ecopower 1.0 auf den Markt kommen soll, ist ein intelligentes Kraft-Wärme-Kopplungssystem von Vaillant mit einem bewährten und hocheffizienten Gas-Verbrennungsmotor des weltweit größten Motorenherstellers Honda. Der Motor ist in Japan und den USA bereits in über 100000 Mikro-BHKWs im Einsatz. Das neue Mikro-BHKW steht für eine Klasse von Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen (KWK), die das unterste Leistungssegment abdecken können. Es ist vor allem für den integrierten Einsatz bei Ein-, und Zweifamilienhäusern und mit einem jährlichen Wärmebedarf von 15000 bis 25000 kWh geeignet.

Neben dem KWK-Modul von Honda und einem Wärmeauskopplungsmodul besteht das komplette System aus einem 300 Liter Multi-Funktionsspeicher Allstor mit Trinkwasserstation, einem wandhängenden Gas-Brennwertgerät Ecotec exklusiv für Spitzenlasten sowie der Systemregelung. Die anfallende Wärme bei der Produktion des Stroms im BHKW wird über einen Kühlkreislauf zum Wärmeauskopplungsmodul transportiert. Dort erfolgt die Übergabe der Wärme im Plattenwärmeübertrager an das Heizungswasser, welches dann im Speicher eingeschichtet wird. Die thermische Leistungsabgabe wird dabei sowohl aus dem Motorraum, der Ölwanne und dem Abgas-Wärmetauscher über ein Kühlmittel abgeführt.

Optimiertes Zusammenspiel der Systemkomponenten

Das Wärmeauskopplungsmodul wird zur Systemtrennung zwischen dem Kühlwasser aus dem BHKW sowie dem Heizkreis eingesetzt. Über ein Regelventil wird eine konstante Rücklauftemperatur für das BHKW von über 65 °C sicher gestellt, damit der Motor immer im leistungsoptimalen Bereich läuft. Dementsprechend sorgt beim Anlaufen des Motors ein kleiner Kühlkreislauf dafür, dass – ähnlich wie in einem Kfz – der Motor zunächst die optimale Betriebstemperatur erreicht. Erst anschließend wird der große Kühlkreislauf aktiviert und die Wärme an das Wärmeauskopplungsmodul weitergeführt.

Zwei integrierte Pumpen mit geringer Leistungsaufnahme sorgen für die Umwälzung des Heizwassers und des Kühlmittels. Der Anschluss an den Systemregler erfolgt über einen vorkonfigurierten Kabelbaum.

Die Wärmeverbraucher wie Trinkwasserstation und geregelte Heizkreise bedienen sich nach Bedarf am Wärmevorrat des Multi-Funktionsspeichers. Die optimale Regelung der Systemkomponenten des Gesamtsystems erfolgt über den Systemregler. Dieser ist die Kommunikationsschnittstelle für den Fachhandwerker und den Betreiber und verfügt über umfangreiche Funktionen für den Betrieb, die Bedienung und die Fehlerdiagnose. Die Speicherfühler im Multi-Funktionsspeicher melden dem Systemregler, wenn die Solltemperaturen unterschritten werden. Es erfolgt dann eine Wärmeanforderung an die Wärmequellen BHKW und bei Bedarf an das Zusatzheizgerät Ecotec exclusiv. Dabei hat die Wärmeerzeugung über das BHKW absoluten Vorrang. Das Zusatzheizgerät wird nur dann angefordert, wenn Spitzenlastbedarf besteht wie z.B. bei kalten Wintertagen.

Die Temperatur im Pufferspeicher wird durch den Systemregler geregelt. Basisparameter für die Regelung sind die Temperaturen der Speicherfühler und die Systemeinstellungen. Die Speichersolltemperaturen für die einzelnen Schichten werden durch die eingestellten Temperaturwerte für Warmwasser und Heizwasser bestimmt. Melden die Speicherfühler keinen Wärmebedarf mehr, wird – wenn möglich – dennoch Wärme aus dem Blockheizkraftwerk eingelagert. Der Multi-Funktionsspeicher kann dabei bis zu einer Maximaltemperatur von 80 °C geladen werden.

Innovative Regelungstechnik und Auswertungsfunktionen

Die Regelung der Gesamtanlage wird über ein 5,7 Zoll großes Touch-Panel im Systemregler bedient. Hier lässt sich auf einen Blick die gesamte Anlage mit ihrer Funktionalität und hydraulischen Verschaltung sehen und steuern. Auch sind für den Endkunden gleichzeitig zahlreiche Analysetools hinterlegt, mit denen u.a. die Laufzeit oder die Auslastung des BHKW bewertet werden kann. Stromeinspeisungsdiagramme geben weitere Hinweise auf die Arbeit des BHKW im Tagesverlauf. Systemtemperaturen, Heizkurve, Tag- und Nachtbetrieb sowie Sollwerte können komfortabel per Touch-Screen und Drehknopf eingestellt werden.

Im ersten Schritt wird das System ausschließlich in dieser festen Kombination angeboten. „Unser Ziel ist es generell höchste Qualität zu liefern. Deswegen gehen wir derzeit ausschließlich mit einer festen Systemkombination in den Markt. Auch wenn wir zahlreiche Feldtests absolviert haben, können wir gerade bei der Markteinführung eines völlig neuen Systems nicht alle denkbaren objektspezifischen Einsatzbedingungen antizipieren. Mit der festen Systemkombination können wir gewährleisten, dass das neue Mikro-BHKW in allen Fällen robust und hoch­effizient arbeitet“, erläutert Andreas Christmann, Leiter Marketing und Produkt bei Vaillant Deutschland die Unternehmensstrategie. „Wir sehen das aber keinesfalls als Ende der Entwicklung an, sondern arbeiten derzeit beispielsweise aktiv daran, dass künftig alle E-Bus-fähigen Wärmeerzeuger als Spitzenlastgeräte in das System eingebunden werden können.“

Geringer Wartungsaufwand für die neue Technologie

Ein wichtiges Argument ist die Wartung des Systems. Im Gegensatz zu einem Automotor benötigt der eingesetzte Gas-Verbrennungsmotor deutlich weniger Wartung bei längeren Intervallen. Nur alle 6000 Stunden ist eine Wartung erforderlich. Dabei legt das System gleichzeitig fest, was und wie gewartet werden muss – ähnlich wie beim Auto, bei dem mit unterschiedlichen Laufzeiten auch mehr oder weniger Wartungsarbeiten durchzuführen sind.

Das neue Mikro-BHKW ist ein ausschließlich wärmegeführtes System: Der Wärmebedarf des Gebäudes bzw. des Nutzers bestimmt die Laufzeit des BHKW und somit auch die Stromproduktion. An zwei typischen Beispielen zeigen sich die Möglichkeiten des Systems:

• Zugrunde gelegt wird ein Einfamilienhaus von 1956 mit einer Wohnfläche von 130 m² und einem Strombedarf von 4000 kWh/a sowie einem Wärmebedarf von 14000 kWh/a mit dem Standort Essen. Der KWK-Deckungsanteil bezüglich der Wärme, der wichtig für das Erreichen des EEWärmeG-Nachweises ist und bei mindestens 50 % liegen muss, beträgt in diesem Berechnungsfall 83 %. Die durchschnittlichen Vollbenutzungsstunden liegen im Jahr bei rund 4800 Stunden, der Anteil der Stromnutzung bei rund 52 %. Die CO₂-Einsparung gegenüber einem herkömmlichen Gasheizgerät und dem Netz-Strombezug liegt bei ungefähr 1,4 t/a.
• Im zweiten Beispiel wird ein Zweifami­lienhaus mit einer Wohnfläche von 240 m² von 1989 und einem Strombedarf von 6000 kWh/a sowie einem Wärme­bedarf von 21600 kWh/a mit Standort in Essen zugrunde gelegt. Der KWK-Deckungsanteil Wärme liegt bei 66 %, bei Strom ist eine Eigenbedarfsabdeckung von bis zu 72 % möglich. Die durchschnittlichen Vollbenutzungsstunden im Jahr betragen rund 5700 Stunden. Die CO₂-Einsparung gegenüber einem herkömmlichen Gasheizgerät und dem Netz-Strombezug liegt bei 3,1 t/a.

Die Berechnungsbeispiele wurden auf der Basis von Mini-BHKW-Plan erstellt und können je nach Benutzerverhalten abweichen.

Auch für die Modernisierung ein optimales System

„Das neue Mikro-BHKW ist ein ideales System für die Modernisierung“, erläutert Christmann dazu. „Wir bieten hier eine ideale Lösung für Gebäude, bei denen eine Vorlauftemperatur von 35 °C zu niedrig wäre, um den gewünschten Wärmekomfort zu erreichen. Ist in einem Gebäude aber teilweise eine Fußbodenheizung verlegt, können wir aufgrund der Ausstattung des Systems mit bis zu zwei Mischerkreisen die Systemtemperaturen entsprechend genau abführen.“

Mit einem aufgrund der äußerst unsteten Förderpolitik des Bundes volatilen Markt rechnen die Remscheider bei ihrem neuen Mikro-KWK-System nicht. Als Grund dafür nennt Christmann: „Gerade das oft zitierte Impulsprogramm basiert auf der elektrischen Leistung des BHKW. Da macht es einen deutlichen Unterschied, ob ich ein BHKW mit 1 oder 10 kW elektrischer Leistung einsetze. Vielmehr gewinnen die regionalen Förderinstrumente der Energieversorger und Stadtwerke sowie die Zuschüsse der KfW an Relevanz. Und wenn wir die derzeitige Marktsituation mit der von 2008 vergleichen, also bevor das Impulsprogramm aufgelegt wurde, dann ist trotz allem noch ein nachhaltiges Wachstum selbst bei den größeren BHKWs vorhanden. Wenn der Strompreis aber weiter steigen wird, dann wird die Eigenerzeugung und Nutzung von Strom einen weiteren deutlichen Preisvorteil liefern. Wir müssen zudem dahin kommen, dass große Stromverbraucher im Haushalt wie Waschmaschine, Trockner und Geschirrspüler gezielt dann gestartet werden, wenn der Strom auch durch das BHKW produziert werden kann.“

Schon 600 Fachhandwerker stehen in den Startlöchern

Stringent hat das Remscheider Unternehmen die Trainingsmaßnahmen zum Mikro-KWK System geregelt. Voraussetzung, um am eigentlichen Training teilzunehmen, ist die erfolgreiche Ablegung einer Prüfung bei einem Online-Training. „Wir wollen gerade im komplexen Bereich der KWK eine gemeinsame Wissensbasis für alle Teilnehmer des eigentlichen Trainings schaffen. Dies erreichen wir durch ­eine aufwendig gestaltete, interaktive Online-Plattform, die in sieben Kapiteln Basis-Wissen zum neuen Ecopower 1.0 vermittelt“, beschreibt Christmann das Schulungskonzept.

Rund 600 Fachhandwerkspartner hatten sich im Rahmen der insgesamt 18 Auftaktveranstaltungen zur Qualifizierung für das neue System bereits angemeldet. Voraussetzung für das erfolgreiche Absolvieren des Online-Trainings und damit für die Anmeldung zum anschließenden Praxis-Training ist das Bestehen der Wissenstests, bei dem die Teilnehmer nach jedem Kapitel das Erlernte unter Beweis stellen können.

„Der große Vorteil für unsere Fachhandwerkspartner ist die freie Zeiteinteilung mit dem Online-Trainingsprogramm. Beim anschließenden zweitägigen Praxis-Training für das Mikro-KWK-System erlernen die Teilnehmer unter anderem die Installation und Wartung. Die ersten fünf Inbetriebnahmen und Wartungen absolviert der Fachhandwerks­partner dann zusammen mit dem Vaillant-Kundendienst.

Der BHKW-Markt bietet jetzt erstmals eine wirtschaftliche Lösung für Standard-Einfamilienhäuser. Das neue Mikro-BHKW mit Gas-Verbrennungsmotor erreicht einen marktweit einmaligen elektrischen Wirkungsgrad, der die besonders hohe Effizienz plastisch verdeutlicht. Bedingt durch die geringe, für kleine Objekte optimierte elektrische Leistung besteht keine ausgeprägte Abhängigkeit von einer unsteten Förderpolitik. Durch ein stringentes Trainingskonzept kann der Hersteller höchste Qualität in der Planung und Installation garantieren.

KWK-Nutzung

Schwindende Rohstoffvorräte bei gleichzeitig weltweit wachsendem Bedarf und stetig steigende Energiekosten bestimmen unsere zukünftige Energieversorgung. Angesichts dieser Rahmenbedingungen rechnen namhafte Experten damit, dass die mit hohen Energieverlusten und Schadstoffemissionen behaftete, herkömmliche Energieversorgung nicht aufrechterhalten werden kann.

Der Verbrauch von Primärenergie in Deutschland ist entgegen dem globalen Trend seit Jahren rückläufig. Der Anteil von erneuerbaren Energien an der Wärmeversorgung soll im gesamten Gebäudebestand auf 14 % steigen (Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz, EEWärmeG). Die Bundesregierung fördert die dezentrale Kraft-Wärme-Kopplung mit dem KWK-Gesetz. Dieses hat das Ziel, den Stromanteil aus Kraft-Wärme-Kopplung in Deutschland bis 2020 von heute rund 12 auf 25 % zu erhöhen. Der Einsatz eines KWK-Systems bedeutet daher eine größere Unabhängigkeit von den steigenden Energiepreisen und bietet gleichzeitig die Chance, einen direkten Beitrag zum Umweltschutz zu leisten.

Förderprogramme für KWK

Nach dem Kraft-Wärme-Kopplungs-Gesetz (KWKG) vom 1. Januar 2009 werden Ecopower BHKWs aufgrund ihrer Bedeutung für den Umwelt- und Ressourcenschutz erheblich gefördert.

Einspeisevergütung: Die Vergütung ist zeitlich unbefristet. Sie richtet sich nach dem Strompreis, der an der Leipziger Strombörse gehandelt wird. Der Preis wird quartalsweise neu bestimmt.

KWK-Zuschuss: Dieser ist befristet auf zehn Jahre – bezogen sowohl auf den ins Netz eingespeisten als auch auf den selbst genutzten Strom. Der Zuschuss beträgt 5,11 Cent/kWh.

Entgelt für vermiedene Netzkosten: Erstattung für vermiedene Netznutzungsentgelte in Höhe von 0,6 bis 1,5 Cent pro kWh durch den Energieversorger.

Erstattung der Energiesteuer: Sie wird bezogen auf die kWh Erdgas. Die Erstattung beträgt 0,55 Cent/kWh und erfolgt auf Antrag für ein Jahr rückwirkend. Die für die Abwicklung zuständige Behörde ist das Hauptzollamt.

Stromsteuer: Der Nutzer zahlt keine Stromsteuer auf seinen selbst erzeugten Strom.

KfW-Förderprogramme: Die KfW vergibt sowohl bei der energetischen Sanierung als auch beim Neubau zinsgünstige Darlehen, für die ergänzend Tilgungszuschüsse gewährt werden können. Ein Beispiel hierfür ist das Programm „Wohnraum modernisieren“. Die Höhe des Zuschusses richtet sich dabei nach der erreichten Energieeffizienz des Gebäudes. Dabei gilt: je besser der Effizienzstandard, desto attraktiver die Förderung. Genauere Informationen bietet die Seite: www kfw-mittelstandsbank.de.

Regionale Programme: Ergänzend zu diesen bundesweiten Förderungen werden Ecopower BHKWs auch auf regionaler Ebene mit vielfältigen Programmen gefördert.

Förderdatenbank

Damit in der Vielfalt der Förderlandschaft kein Programm unberücksichtigt bleibt, bietet Vaillant seinen Kunden das Vaillant-Förderwunder, welches bei der Ermittlung und Beantragung von Fördergeldern behilflich ist. Berücksichtigt werden bei der kostenfreien Serviceleistung sämtliche bundesweiten, regionalen und lokalen Förderprogramme, die bei der Anschaffung eines Ecopower einen Zuschuss gewähren. Interessenten können sich über ihren Heizungsfachbetrieb an das Förder-Wunder wenden.

Darüber hinaus bietet Vaillant mit seiner neuen Dienstleistung Servicewunder Endkunden auch die Möglichkeit, gegen eine geringe Servicepauschale alle darüber hinaus notwendigen Formalitäten, beispielsweise mit dem Hauptzollamt, Strom- und Gasversorger, zu übernehmen. Erfasst werden durch diesen Service auch jährlich wiederkehrenden Anträge, beispielsweise für die Energiesteuer-Rückerstattung.

Funktionsweise des BHKW

Kraft-Wärme-Kopplung ist die gleichzeitige Erzeugung von Strom und Wärme in einem Gerät. Kraft-Wärme-Kopplung hilft:

die Energieeffizienz im Vergleich zur zentralen Stromerzeugung zu steigern,

die Emissionen zu reduzieren,

Energieressourcen einzusparen,

Übertragungsverluste zu vermeiden.

Speziell entwickelte Gas-Verbrennungsmotoren treiben einen Generator zur Stromerzeugung an. Die dabei entstehende Abwärme wird zur Heizung und Trinkwasserbereitung verwendet. Auf diese Weise wird die eingesetzte Energie doppelt genutzt und so ein Gesamtwirkungsgrad von bis zu 92 % erzielt.

Ein Ecopower-BHKW ist nicht größer als der gewohnte Heizkessel. Auch die Bedienung und die Wartung sind genauso einfach wie bei einem modernen Heizgerät.

Dipl.-Kfm. Martin Schellhorn ist Fachjournalist und Inhaber der Fachpresseagentur Kommunikations-Management Schellhorn, 45721 Haltern am See, Telefon (0 23 64) 10 81 99 martin.schellhorn@die-agentur.sh http://www.die-agentur.sh