Brennstoffzelle in der Praxis

Rund 15 km östlich von Stuttgart liegt Weinstadt im Remstal, einem der größten Weinbaugegenden Baden-Württembergs. Dort läuft im sanierten Einfamilienhaus der Familie Friede eine besondere Heizungsanlage: Im Keller arbeitet ein Prototyp der Buderus-Energiezentrale Logapower FC10, ein Heizsystem mit Brennstoffzellentechnologie. Damit erzeugt die Familie Wärme und Strom. 70 Demonstrationsanlagen wird Bosch Thermotechnik insgesamt im Rahmen des Projekts Ene.field realisieren. Ene.field ist ein europäisches Demonstrationsprogramm für brennstoffzellenbasierte Lösungen zur dezentralen Strom- und Wärmeerzeugung.

Die Kosten für Wärme und Strom deutlich senken – das hatte sich Familie Friede bei der Sanierung ihres Einfamilienhauses aus dem Jahr 1957 zum Ziel gesetzt. Nachdem neue Fenster eingebaut, Wände und Kellerdecke gedämmt waren, kam mit der Energiezentrale Logapower FC10 nun eine besonders innovative Heiztechniklösung zum Zuge. „Uns ging es außer um mehr Unabhängigkeit von steigenden Energiepreisen auch darum, auf energetisch optimale Technik zu setzen“, sagt Hauseigentümer Dr. Wolfgang Friede, der Entwicklungsingenieur bei der Bosch-Gruppe ist. „Zudem sollte sich das Gerät platzsparend am gleichen Ort wie das bisher vorhandene Brennwertgerät aufstellen und der vorhandene Gasanschluss nutzen lassen.“ Gleich mehrere Anforderungen, die die Energiezentrale erfüllt. So ist sie mit einer Aufstellfläche von nur 0,7 m² ein kompaktes System, das sich ideal für die Modernisierung eignet. Klaus Schuster, Außendienstmitarbeiter der Buderus-Niederlassung Esslingen, hebt hervor, dass sämtliche Komponenten modular aufgebaut und in einem Gehäuse vormontiert sind – das spart nicht nur Platz, sondern macht auch die Montage für Handwerkspartner einfach. Denn durch vorgefertigte Rohrgruppen entfallen aufwendige Verrohrungsarbeiten.

Herzstück der Anlage ist die Brennstoffzelle

Im Inneren der Energiezentrale steckt eine Kombination aus neuester Brennstoffzellentechnologie und bewährter Gas-Brennwerttechnik. Herzstück der Logapower FC10 ist die keramische Festoxid-Brennstoffzelle, auch Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) genannt. SOFC-Brennstoffzellen verwenden keramische Materialien im sogenannten Zellstapel und arbeiten bei 700 °C. Sie sind dadurch effizienter und der elektrische Wirkungsgrad ist höher als bei Brennstoffzellen auf Polymerbasis. Unter dem Gehäuse stecken außer der Brennstoffzelle zudem ein Gas-Brennwert-Hybridgerät Logamax plus GBH172, ein 75-l-Warmwasserspeicher sowie ein 135-l-Pufferspeicher.

Die Systemregelung sichert das effiziente Zusammenspiel der Komponenten. Die Aufgaben sind dabei klar verteilt: „Die Brennstoffzelle arbeitet rund um die Uhr und speichert die entstehende Wärme im Pufferspeicher. Diese wird von dort für Raumheizung und Warmwasserbereitung genutzt. Das Gas-Brennwert-Hybridgerät heizt über ein integriertes Mischventil nur bei Bedarfsspitzen nach – wenn beispielsweise kurzfristig eine größere Menge warmes Wasser benötigt wird, wodurch die Energie im Pufferspeicher optimal ausgenutzt wird“, erklärt Lucas Ronzheimer, Produktmanager Brennstoffzelle bei Buderus. Die Brennstoffzelle wandelt die im Erdgas gespeicherte Energie in elektrische Energie um. Ein Inverter wandelt anschließend den von der Brennstoffzelle produzierten Gleichstrom in Wechselstrom um, der entweder direkt verbraucht oder ins Netz eingespeist wird.

„Im Vordergrund steht die Eigennutzung des Stromes. Nur wenn keine Abnahme im Haus erfolgt, wird der überschüssige Strom ins öffentliche Netz eingespeist und staatlich garantiert vergütet“, betont Wolfram Faas, Entwicklungsingenieur bei Bosch Thermotechnik. Die elektrische Leistung der Brennstoffzelle beträgt 0,7 kW, gemeinsam bringen es Brennstoffzelle und angebundenes Gas-Brennwertgerät auf eine Nennwärmeleistung von bis zu 25 kW_th. Mit einem elektrischen Wirkungsgrad von bis zu 45 % und einem Gesamtwirkungsgrad von 90 % gehört die Brennstoffzelle zu den effizientesten Systemen zur dezentralen Strom- und Wärmeerzeugung.

Einfache Installation in vier Schritten

Die Einbringung des Gerätes in den Heizungskeller von Familie Friede war einfach, denn die Energiezentrale wurde in vier Modulen geliefert. Die Außenmaße des Gesamtsystems betragen 1200 x 1800 x 600 mm (B x H x T). Montiert wurde die Anlage in Weinstadt in vier Teilschritten: „Zuerst haben wir den Pufferspeicher ausgerichtet. Im zweiten Schritt wurde das Brennstoffzellenmodul aufgestellt und fixiert“, erklärt Thorsten Herold, Projektleiter der Wilhelm Schetter GmbH Haustechnik.

Nachdem die Verkleidungsteile angebracht waren, haben die Installateure der Firma Schetter im dritten Schritt neben dem Brennstoffzellenmodul und dem Pufferspeicher den 75-l-Schichtladespeicher platziert und ausgerichtet. „Zuletzt wurde das Brennwertgerät Logamax plus GBH172 montiert und damit das Gesamtsystem vervollständigt. Weil alle Module aufeinander abgestimmt sind, ließen sie sich mit den mitgelieferten Rohrgruppen einfach und schnell verbinden. Aufwendige Verrohrungen und Planungen der Hydraulik waren nicht nötig. Danach haben wir uns, wie auch bei herkömmlichen Systemen, um die Anbindung von Abgassystem, Membran-Ausdehnungsgefäß und Heizkreis gekümmert“, sagt Herold. Die elektrische Installation sowie die Netzanbindung der Energiezentrale übernahm der Fachbetrieb Elektrotechnik Andreas Kammleiter aus Weinstadt.

Familie Friede heizt mit der Logapower FC10 energiesparend und komfortabel, vom Betrieb im Heizungskeller ist im Wohnbereich nichts zu hören. „Durch die eigene Stromproduktion wollen wir uns unabhängiger von Strompreisen machen“, sagt Dr. Friede. Voraussichtlich lassen sich die Energiekosten um 800 bis 1300 Euro pro Jahr senken. Die Erfahrungen mit der Demonstrationsanlage werden dann zeigen, inwieweit sich diese Erwartungen an die Energiezentrale mittel- und langfristig erfüllen werden.