Brennstoffzellenheizung mit Photovoltaik

Funktion von Brennstoffzellenheizung mit Photovoltaik

Die Photovoltaikanlage auf dem Dach und die Brennstoffzelle im Keller produzieren beide Strom, der sich im Haus verbrauchen oder in das öffentliche Netz einspeisen lässt. Worin sich beide Technologien unterscheiden, erklären wir anhand der Funktionsweisen.

Brennstoffzelle erzeugt Wärme und Strom

Eine Brennstoffzelle ist eine Kraft-Wärme-Maschine. Sie erzeugt also nicht nur Strom, sondern auch Wärme zur Beheizung eines Gebäudes. Möglich ist das durch einen elektrochemischen Prozess, bei dem Wasserstoff und Sauerstoff kontrolliert miteinander reagieren. Wie dieser im Detail funktioniert, erklären wir im Beitrag „Funktionsweise der Brennstoffzelle“. Wichtig zu wissen ist an dieser Stelle, dass Brennstoffzellen mit Wasserstoff arbeiten, den sie in der Regel aus konventionellem Erdgas gewinnen.

Photovoltaik wandelt Solarenergie in Strom

Eine Photovoltaikanlage nutzt dagegen regenerative Energieträger zur Stromerzeugung. Dabei fängt sie die kostenfreie Strahlung der Sonne auf und wandelt sie in elektrische Energie um. Genau wie eine Brennstoffzelle entsteht dabei Gleichstrom, der über einen  Wechselrichter  in Wechselstrom umzuwandeln ist.  Wie viel Energie die Anlage dabei gewinnt, hängt neben der solaren Einstrahlung auch von der Neigung, der Ausrichtung der Solarmodule sowie der Dachfläche ab.

Speicher für Brennstoffzellenheizung mit Photovoltaik

Geht es um die Wirtschaftlichkeit, lohnen sich beide Systeme in der Regel am meisten, wenn der Strom auch selbst verbraucht wird. Denn im Gegensatz zur Einspeisevergütung für Photovoltaik-Strom von 11,23 Cent spart das mit rund 29 Cent je Kilowattstunde den aktuellen Strompreis (Stand: März 2019).  Da das Stromangebot und der Stromverbrauch zeitlich oft versetzt auftreten, ist es nötig, die elektrische Energie aus  Brennstoffzellenheizung  mit Photovoltaik zu speichern. Dafür gibt es zwei Möglichkeiten, die wir Ihnen in den folgenden Abschnitten vorstellen:

Batteriespeicher für Strom

Bei der ersten Variante wird der Strom aus Brennstoffzellenheizung mit Photovoltaik in einem typischen Stromspeicher gelagert. Die Geräte können meist so viel Energie bevorraten, dass sich ein typischer Tagesbedarf decken lässt. Mit ihrem schwankenden Angebot erhält die Photovoltaik dabei in der Regel den Vorzug. Wird der Vorrat knapp, liefert die Brennstoffzelle nach.

Wasserstoffspeicher und Elektrolyseur

Die zweite Lösung ist etwas komplexer. Denn neben den typischen Kurzzeitspeichern auf Lithium-Ionen-Basis lässt sich überschüssiger Solarstrom auch in Form von Wasserstoff speichern. Möglich ist das mit einem sogenannten Elektrolyseur. Dieser nutzt den nicht benötigten Strom im Sommer, um Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten. Während der Sauerstoff einfach entweicht, wird der Wasserstoff in einem großen Tank bevorratet. Ohne große Verluste kann er hier eine lange Zeit überdauern, bevor er mit dem Beginn der Heizperiode als Brennstoff der Brennstoffzelle dient.  Die Brennstoffzellenheizung mit Photovoltaik ist so auch Bestandteil eines energieautarken Mehrfamilienhauses in der Schweiz.

Brennstoffzellenheizung mit Photovoltaik – Lohnt sich das?

Ob sich die Verbindung von Brennstoffzellenheizung mit Photovoltaik lohnt, lässt sich nicht pauschal beurteilen. Vor allem die Kombination beider Technologien über einen  Stromspeicher  führt aus wirtschaftlicher Sicht nicht selten zu Problemen. So kann die Photovoltaikanlage den Stromeigenverbrauch der Brennstoffzelle senken. Die  stromerzeugende Heizung  erzielt niedrigere Gewinne und die  Amortisationszeit  steigt. Die hohen Kosten beider Technologien verstärken diesen Effekt.

Interessanter ist dagegen die Verknüpfung über einen Wasserstoffspeicher. Denn dabei lässt sich ein großer Teil der Sommersonne auch im Winter zur Strom- und Wärmeerzeugung nutzen. Die Brennstoffzelle arbeitet mit regenerativem Wasserstoff und der Verbrauch fossiler Energieträger sinkt. Aus wirtschaftlicher Sicht dürften sich aber auch bei dieser Variante lange Amortisationszeiten einstellen. Grund dafür sind vor allem die hohen Kosten für die Speichertechnik und die Brennstoffzellenheizung mit Photovoltaik.  

Ob und vor allem für wen es sich lohnt, sollten Sie am besten mit einem Fachmann besprechen. Dafür können Sie sich zum einen an einen Energieberater oder an einen Installateur wenden.