Die Brennstoffzelle: Aufbau, Vorteile & Förderungsnews

Brennstoffzellen arbeiten nach dem gleichen Prinzip wie ein BHKW. So wird über die Kraft-Wärme-Kopplung gleichzeitig Strom und Wärme erzeugt. Wichtige Informationen zum Aufbau einer Brennstoffzelle zeigt Kesselheld im kompakten Überblick. Lesen Sie hier auch alles zu den Vor- und Nachteilen und zur Förderung.

Aufbau der Brennstoffzelle und Unterschied zu einem herkömmlichen BHKW

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Wie funktioniert das BHKW?

Bei einem BHKW wird Holz, Gas, oder Öl als Brennstoff genutzt. Durch dessen Verbrennung entsteht Wärme, die als thermische Energie bezeichnet wird. Diese Wärme setzt den Motor des Kraft-Wärme-Kopplungssystems in Funktion. Ein angekoppelter Generator wandelt die Bewegung des Motors in elektrische Energie bzw. Strom um. Bei der Stromerzeugung fällt also immer auch Wärme an, die herkömmliche Kraftwerke im Vergleich zu einem BHKW nicht nutzen.

Mit dieser zusätzlichen Verwendung der thermischen Energie erreichen BHKWs hohe Wirkungsgrade von 80 bis 90 Prozent.

Aufbau der Brennstoffzelle – Wie funktioniert die Wärmeerzeugung

Brennstoffzellen sind eine Unterart von Mikro-Kraft-Wärme-Kopplunsanlagen. In Ein- und Zweifamilienhäusern decken Sie den Grundlastbedarf an Wärme ab. Um eventuelle Wärmespitzen abdecken zu können, werden Brennstoffzellenheizungen häufig in Kombination mit einer Gasbrennwertheizung betrieben.

Grundsätzlich bestehen Brennstoffzellen aus zwei Arten von Elektroden. Diese werden durch eine Membran räumlich voneinander getrennt, sodass zwei Seiten entstehen. Die erste bildet die sogenannte Kathode, die andere die Anode. Beim Betrieb trifft der gasförmige Wasserstoff auf die Anode und zerfällt in Elektronen und Protonen. Letztere gelangen durch die Membran auf die andere Seite. Die Elektronen wandern über einen äußeren Stromkreis zur Kathode und erzeugen dabei elektrische Energie. An der Kathode bilden Protonen, Elekronen und Sauerstoff eine Einheit und werden zu Wasser. Entsprechende Gasdiffusionsanlagen sorgen für die Verteilung der Reaktionsgase.

Ablauf bei der Wärmegewinnung

Aus dem hauseigenen Gasanschluss für das Erdgas gewinnt die Brennstoffzelle Wasserstoff. Die beiden Chemikalien Wasserstoff und Sauerstoff reagieren beim Aufeinandertreffen und es entsteht Wärmeenergie über die sogenannte kalte Verbrennung. Anders als bei einem BHKW wird die Brennstoffzelle kontinuierlich immer wieder mit den beiden Chemikalien versorgt. Weiterer Vorteil ist, dass keine Verbrennung notwendig ist, um Wärmeenergie zu erzeugen. Über einen Kühlkreislauf der Brennstoffzelle wird die so gewonnene Wärme ausgekoppelt und für Heizzwecke nutzbar gemacht. Doch was genau unterscheidet das Brennstoffzellen BHKW von herkömmlichen KWK-Anlagen? Im Gegensatz zu einem BHKW wird die Energie aus den Brennstoffen bei einer Brennstoffzellenheizung ohne Umwege direkt in Strom umgewandelt. Es entstehen keine Wärme- und Energieverluste und der Wirkungsgrad der Brennstoffzelle steigt

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Die Vorteile einer Brennstoffzelle im Überblick

  • Reduzierte Kosten, da kein Strombezug vom öffentlichen Grundversorger erforderlich ist / Unabhängigkeit vom Stromversorger
  • steigende Ökobilanz: die höheren Wirkungsgrade sorgen für geringere Kohlenstoffdioxid- Emissionen
  • gegenüber einem Brennwertgerät können mit einer Brennstoffzelle zwischen 21 Prozent und 40 Prozent der Treibhausgasemissionen eingespart werden
  • Die Brennstoffzelle sorgt für eine Entlastung der Stromnetze
  • Brennstoffzellenheizung lässt sich mit einer Solaranlage koppeln

Wichtig: Brennstoffzellen sollten mit einem Pufferspeicher betrieben werden. Die Anlagen haben lange Anlaufzeiten und verbrauchen während dieser Zeit kostbaren Strom. Daher arbeiten sie lediglich dann wirtschaftlich effizient, wenn sie im Vollastbetrieb eingesetzt werden. Ein ständiges An- und Ausschalten ist daher im Hinblick auf die Stromkosten nicht effizient. Auch wenn die Brennstoffzelle dabei eine über den Bedarf hinausgehende Wärmeenergie bereitstellt, resultieren keine Wärmeverluste. Denn der Pufferspeicher lagert diesen Überschuss und stellt ihn bedarfsgerecht zur Verfügung.

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Nachteile der Brennstoffzelle

  • hohe Anschaffungskosten in Höhe von ca. 20.000 Euro
  • für die Gewinnung von Strom aus Brennstoffzellen muss ein Preis pro produzierte Kilowattstunde gezahlt werden
  • Anlagen sind mit reinem Brenngas zu beschicken, sonst entstehen Ablagerungen
  • Brennstoffzellen müssen regelmäßig gewartet werden
  • Die Brennstoffzellentechnik ist bisher eher ein Nischenmarkt. Dennoch ist Viessmann bereits ein Hersteller für Brennstoffzellen

Brennstoffzellenförderung nach dem KWK-Gesetz

Nach dem KWK Gesetz 2016 erhalten Heizungskunden eine Stromvergütung. Dies gilt für neue, modernisierte und nachgerüstete KWK Anlagen, die ab dem 1.1.2016 im Dauerbetrieb laufen. Ebenfalls unter diese Vergütung fallen Gas-KWK Anlagen mit einer Leistung von über 2 MW. Die Stromvergütung wird ausgezahlt, wenn das BAFA die Anlage als förderungswürdig ansieht. Zudem muss das KWK Strom auf Basis von Biomasse, gasförmigen oder flüssigen Brennstoffen Strom gewinnen.

Zuschuss für die Netzeinspeiszung

KWK Leistung Zuschuss in ct/kWh
bis zu 50 kW 8
50-100 kW 6
100-250 kW 5
250 kW – 2 MW 3,1

Zuschuss für den Eigenverbrauch:

KWK Leistung Vergütung in ct/kWh
bis zu 50 kW 4
50-100 kW 3

Hinzu kommt der Baseload Preis von 2,479 (Stand 2. Quartal 2016). Hierbei handelt es sich um einen Durchschnittspreis an der Leipziger Strombörse. Dieser wird jedes Quartal neu festgelegt.

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Beispielrechnung KWK-Zuschlag

KWK Zuschlag für Leistung bis 50 kW 8 ct/kWh
Baseload Preis       2,479 ct
Vermiedene Netzentgelte         0,5 ct
Einspeisevergütung 10,979 ct /kWh

Förderung für Brennstoffzellen aus dem Anreizprogramm Energie Effizienz – KFW Programm 433

Für Brennstoffzellenbesitzer gibt es aktuelle News: Denn seit dem 01.08.2016 wird das BHKW der Zukunft über das Anreizprogramm Energieeffizienz (APEE) des Bundeswirtschaftsministeriums gefördert. Heizungskunden erhalten einen Festbetrag und einen Zuschuss der von der Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle abhängt. Der Festbetrag beläuft sich auf eine Höhe von 5.700 Euro, sofern die Anlage eine Leistung von 0,25 bis 5,0 kWel erbringt.
Für den leistungsabhängigen Betrag gilt, dass pro 100 Watt Leistung 450 Euro an den Brennstoffzellenbesitzer ausgezahlt werden. Beachten Sie jedoch, dass maximal 40 % (max. 28.200 Euro) der förderfähigen Kosten je eingebauter Brennstoffzelle bezuschusst werden.