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Technische Daten von Brennstoffzellen-Heizgeräten
© Daten: Hersteller, Zusammenstellung: BINE

Aufbau eines Brennstoffzellen-Heizgerätes
© HEXIS AG

Schematische Funktionsübersicht einer Brennstoffzellen-Heizanlage im Wohnhaus
© BAXI INNOTECH GmbH

Brennstoffzellen-Heizgerät im Keller
© Vaillant GmbH
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Praxistest Brennstoffzelle fürs Eigenheim

Im Callux-Projekt werden erdgasbetriebene Brennstoffzellen- Heizgeräte im Praxiseinsatz bei Privatkunden erprobt. Am Projekt arbeiten Gerätehersteller sowie Energieversorger mit; auf Projektebene wird es vom Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung (ZSW) koordiniert. Durch dieses Testprogramm konnten die Gerätehersteller erste Kleinserienfertigungen mit den zugehörigen Lieferantenketten aufbauen. Ziel ist es, durch die Daten aus dem Feldtest die Technologiereife nachzuweisen, um anschließend die Serienproduktion eines marktfähigen Produktes angehen zu können. Weitere Maßnahmen, wie die Entwicklung von Normen und Standards sowie Schulung insbesondere der Fachhandwerker, sind in Arbeit. Die neue Technologie wird, begleitet von der NOW (Nationale Organisation Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie), im Rahmen des Nationalen Innovationsprogramms Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (NIP) vorangetrieben.

Ziel des Callux-Projektes ist es, die Geräte zu alltagstauglichen Systemen weiterzuentwickeln. Das im Jahr 2008 gestartete Leuchtturmprojekt der Bundesregierung ist mit 232 bis Ende 2011 bereits installierten BZH der bundesweit größte Praxistest; nach aktuellem Planungsstand sollen bis 2015 insgesamt 550 Geräte sowohl mit PEM- als auch mit SOFC-Technologie eingesetzt werden. Bis Ende 2011 wurden in über 1 Mio. Betriebsstunden über 600.000 kWh Strom erzeugt.

Hersteller und Energieversorger testen die neuen Geräte im Rahmen von Entwicklungs- und Demonstrationsvorhaben. Die im Feldtest eingesetzten Geräte haben im Schnitt bisher zwischen 4.000 und 6.000 Betriebsstunden hinter sich, bei Einzelgeräten liegen bereits Erfahrungen über 15.000 h vor. Mit Stand Mai 2012 laufen in Callux über 230 Anlagen. Inzwischen wurden mit diesen kumuliert mehr als 1.000.000 Betriebsstunden erreicht. Der Energieversorger EnBW konnte mit unterschiedlichen BZ-Systemen bereits in über 400.000 Betriebsstunden Erfahrungen sammeln; eine BZ ist seit über 8 Jahren in Betrieb. Von Gerätegeneration zu Gerätegeneration konnte die Standfestigkeit stark verbessert, die Degradation (auf weniger als 2 % pro 1.000 h) deutlich gesenkt werden. Beim elektrischen Wirkungsgrad liegt der Mittelwert aller Hersteller inzwischen über 33 %, das bedeutet, er ist bei BZ-KWK-Geräten deutlich höher als bei Motor-BHKW, gegenüber Anlagen mit Stirling-Motoren sogar doppelt so hoch. Durch diese hohe Effizienz bei der Erzeugung der höherwertigen elektrischen Energie setzt sich die BZH-Technologie deutlich von den anderen KWK-Anlagen ab.

Die Brennstoffzellengeräte im Feldtest

Die ersten Geräte-Prototypen waren bei den Feldtests noch recht störanfällig, die angestrebte Performance, Leistung und Betriebszeit wurden deutlich unterschritten. Für die aktuelle Anlagen mit einer Leistung von 1,0 kWel geben Hersteller folgende Zielwerte an: Die Lebensdauer soll 40.000 Betriebsstunden übersteigen (bisher sind bereits über 30.000 h erreicht), die Kosten sollen sich halbieren; der Gesamtwirkungsgrad hat inzwischen 97 % erreicht. Abb. 1 vermittelt einen Überblick über die technischen Daten der verschiedenen Systeme, die in unterschiedlichen Projekten erprobt werden.

Baxi Innotech Gamma 1.0: Das Niedertemperatur (NT)- PEM Brennstoffzellen-Heizgerät der aktuellen Testgerätegeneration wird seit 2009 in Einfamilienhäusern erprobt. Es ist deutlich kleiner und leistungsfähiger und hat eine höhere Lebensdauer als die seit 2005 im Feldtest getesteten Vorläufermodelle. Es wird als Komplettsystem aus Brennstoffzellen-Heizgerät mit integriertem Brennwertgerät, Energiemanager und Wärmespeicher eingesetzt. Die Anlage kann den Wärmebedarf zu 100 %, den Strombedarf zu über 75 % decken. Sie erreicht hohe Wirkungsgrade bei Voll- und Teillast und kann ganzjährig bedarfsgerecht moduliert werden.

Ceramic Fuel Cells BlueGen–Mikrokraftwerk: (nicht bei Callux beteiligt) Nach zahlreichen Feldtests über 500.000 Stunden bei Kunden in neun Ländern ist seit Beginn 2012 die erste Kleinserie von 1.000 Geräten des SOFC-Brennstoffzellen-Systems auf dem Markt, die hauptsächlich in Deutschland, den Niederlanden und Großbritannien eingesetzt werden sollen. Diese können als Beistellgerät in bestehende Heizsysteme eingebunden und über Internet ferngewartet und -gesteuert werden. Die Firma entwickelt gemeinsam mit Energieversorgern und einem Heizkesselhersteller aus dem System ein komplettes BZH.

Hexis Galileo 1000 N: Das Gerät besteht aus dem SOFC-Brennstoffzellen-Modul sowie den Komponenten für Stromumwandlung, Wärmeauskopplung und Bereitstellung der Zusatzwärme. Zentrales, tragendes Bauteil ist ein Doppelkammer-Wärmetauscher, in dem der Zusatzbrenner mit Lüfter und Gas-Luft-Verbund sowie die Heizkreispumpe integriert sind. Es ist dafür ausgelegt, den Stromgrundbedarf (4.000 – 5.000 kWh/a) und den gesamten Wärmebedarf (15.000 – 30.000 kWh/a) eines typischen mitteleuropäischen Einfamilienhauses zu decken.

Vaillant-Brennstoffzellen-Heizgerät: Nach umfangreicher Technologieevaluierung und europaweiten Feldtests mit 60 Systemen in über 400.000 Betriebsstunden konzentrierte sich das Unternehmen auf die Weiterentwicklung eines Brennstoffzellen-Heizgerätes, das auf der SOFC-Technologie basiert. Kern des Systems ist ein Stackmodul der Staxera GmbH. Weitere Komponenten wurden in Kooperation mit dem Fraunhofer IKTS entwickelt. Das Gerät wird wandhängend montiert, Starten und Stoppen des Systems ist ohne nennenswerte Einbußen bei der elektrischen Leistung möglich. Wartungsintervalle sind mit 10.000 Stunden angegeben. Die Kaltstartzeit konnte inzwischen auf 2 – 3 Stunden verkürzt werden. Anfang 2012 wurde gemeinsam mit EnBW das erste wandhängende Feldtestgerät in Betrieb genommen, nach 24 Geräten im ersten Schritt werden bis 2013 im Rahmen von Callux 120 BZH getestet.

Projektinfo 05/2012:
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Adressen

Geräteentwicklung
BAXI INNOTECH GmbH

Projekt-Koordination Callux
ZSW Baden-Württemberg

Service

BINE-Projektinfo 05/2012
(PDF, 4 Seiten, 1,1 MB)

Links

Praxistest
Weblink zu Website des Projektes Callux, Praxistest Brennstoffzelle fürs Eigenheim

Ceramic Fuel Cells
Website des Entwicklers und Herstellers Ceramic Fuel Cells

Hexis AG
Website des Entwicklers und Herstellers Hexis AG

Now GmbH
Website der Nationalen Organisation Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie

Initiative Brennstoffzelle
Website der Initiative Brennstoffzelle

Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu den Projekten

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