Brennstoffzellenheizung – Wärme und Strom dezentral erzeugen

Hausbesitzer, die die steigenden Kosten für Wärme und Strom satt und keine Scheu vor innovativer Technik haben, sollten sich mit dem Thema Brennstoffzellenheizung befassen: Brennstoffzellen-Heizgeräte arbeiten gemäß dem Funktionsprinzip der Kraft-Wärme-Kopplung und produzieren in einem einzigen Arbeitsschritt klimafreundliche Heizwärme und elektrischen Strom.

24.08.2018
Mit seiner Brennstoffzellenheizung Vitovalor PT2 hat Viessmann als erster Hersteller in Deutschland ein in Serie produziertes Brennstoffzellen-Heizgerät für Ein- und Zweifamilienhäuser auf den Markt gebracht. Foto: Viessmann | Zur Fotostrecke

Zusammenfassung:

  • Eine Brennstoffzellenheizung erzeugt dank Kraft-Wärme-Kopplung nicht nur Wärme, sondern gleichzeitig auch elektrischen Strom. Dadurch ist diese spezielle Heizung sehr energieeffizient.
  • Den hohen Kosten für den Einbau einer Brennstoffzellenheizung steht eine massive Förderung durch die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW-Bank) gegenüber.
  • Für den Betrieb einer Brennstoffzellenheizung braucht es einen Erdgasanschluss sowie ausreichend Platz, um einen Pufferspeicher aufstellen zu können.

Die Kosten für Heizöl und Erdgas liegen bereits heute auf einem hohen Niveau und werden in nicht allzu ferner Zukunft, von Schwankungen einmal abgesehen, eher steigen denn fallen. Für Hausbesitzer, die sich endgültig aus dieser Preisspirale verabschieden und trotzdem nicht auf komfortable Wärme verzichten möchten, wurde die Brennstoffzellenheizung entwickelt. Diese liefert nicht nur kostengünstige und klimafreundliche Heizwärme, sondern gleichzeitig auch noch elektrischen Strom. Der Strom kann gegen eine Vergütung in das öffentliche Netz eingespeist oder aber selbst verbraucht werden.

Wie funktioniert eine Brennstoffzellenheizung?

Die Funktionsweise einer Brennstoffzellenheizung beruht auf dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung. Damit ist sie rein technisch betrachtet im Grunde nichts anderes als ein Mikro-Blockheizkraftwerk (Mikro-BHKW). Anders aber als bei einem klassischen Mikro-BHKW, wird bei einem Brennstoffzellen-Heizgerät kein Generator angetrieben, um Heizwärme und elektrischen Strom zu erzeugen. Vielmehr macht sich die Brennstoffzellenheizung eine einfache chemischen Reaktion zunutze.

Brennstoffzellenheizung Dachs InnoGen von SenerTec
Zukunftsweisend, effizient und umweltschonend: Der neue Dachs InnoGen mit Brennstoffzellen-Technologie bietet Eigentümern von Einfamilienhäusern hohe Einsparpotenziale. Foto: SenerTec

In einem ersten Schritt wird in der Brennstoffzellenheizung durch die Umwandlung von Erdgas Kohlendioxid und Wasserstoff freigesetzt. Der Wasserstoff reagiert anschließend in der Brennstoffzelle mit von außen zugeführtem Sauerstoff. Bei diesem Prozess entsteht neben Wasser, das kontinuierlich aus der Brennstoffzelle abgeführt werden muss, auch Wärme und Gleichstrom. Die Wärme wird mittels eines Wärmetauschers an einen Pufferspeicher übertragen, der den Heizkreis speist und das Brauchwasser erwärmt. Der Gleichstrom wird parallel durch einen Wechselrichter in verwertbaren Wechselstrom umgewandelt, der selbst genutzt oder ins öffentliche Netz eingespeist werden kann. Weil die so gewonnenen Energiemengen doch recht überschaubar sind, verfügt ein Brennstoffzellen-Heizgerät nicht nur über eine, sondern gleich über mehrere in Reihe geschaltete Brennstoffzellen. Und da das Leistungsvermögen der Brennstoffzellen nur darauf ausgerichtet ist, den Grundbedarf an Heizwärme und Strom zu decken, ist in die Brennstoffzellenheizung zusätzlich noch ein Gas-Brennwertkessel verbaut, der Wärmebedarfsspitzen abgedeckt. Wird mehr elektrische Energie benötigt als von der Brennstoffzellenheizung geliefert werden kann, wird das öffentliche Stromnetz angezapft.

Ein Vorteil der Brennstoffzellenheizung gegenüber einem klassischen Mikro-BHKW mit Verbrennungsmotor besteht vor allem in ihrem hohen Wirkungsgrad und ihrem vergleichsweise geringen Schadstoffausstoß. Der Ausstoß an klimaschädlichem Kohlendioxid ist nämlich nur etwa halb so hoch wie der einer Gas-Brennwertheizung. Des Weiteren sind in einer Brennstoffzellenheizung deutlich weniger bewegliche Teile verbaut, die im Laufe der Zeit verschleißen könnten. Das hat zur Folge, dass sich der Wartungsaufwand der Anlage in Grenzen hält und eine höhere Lebensdauer des Brennstoffzellen-Heizgeräts berechtigterweise angenommen werden darf.

Die Kosten für eine Brennstoffzellenheizung

Hausbesitzer, die Interese für den Einbau einer Brennstoffzellenheizung zeigen, werden bereits nach kurzer Recherche feststellen, dass es sich hierbei nicht gerade um preiswerte Heiztechnik handelt. Leider ist genau das Gegenteil der Fall: Die Kosten für ein Brennstoffzellen-Heizgerät übersteigen die für einen klassische Öl- oder Gas-Brennwertkessel bei Weitem. Selbst die Kosten für eine Luft-Wasser-Wärmepumpe, die jetzt nicht unbedingt als unerheblich zu bezeichnen sind, werden von einer Brennstoffzellenheizung noch deutlich in den Schatten gestellt. Wie das unabhängige Verbraucherinformationsportal co2online verlautbaren lässt, muss für eine Brennstoffzellenheizung inklusive Einbau mit Kosten in Höhe von mindestens 30.000 Euro bis 35.000 Euro gerechnet werden. Positiv ist an dieser Stelle jedoch zu vermerken, dass der Markt für Brennstoffzellen-Heizgeräte in den vergangenen Jahren an Fahrt aufgenommen und eine Preiskorrektur nach unten stattgefunden hat.

Baulexikon

  • Kraft-Wärme-Kopplung: Die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) ist eine Energieumwandlungstechnologie, die zum Ziel hat, die eingesetzten Ressourcen so effizient wie möglich zu nutzen. So wird die bei der Erzeugung von Strom (der in das öffentliche Netz eingespeist wird) entstehende Abwärme nicht in die Umwelt entlassen, sondern zur Beheizung von Gebäuden und Warmwasserbereitung herangezogen. Auf diese Weise lassen sich dank KWK Wirkungsgrade von 90 Prozent und mehr erreichen.
  • Mikro-Blockheizkraftwerk: Mikro-Blockheizkraftwerke (Mikro-BHKW) produzieren mit Hilfe der Kraft-Wärme-Kopplung Strom und nutzen dabei zusätzlich die anfallende Abgaswärme für die Heizung und die Warmwasserbereitung. Durch die doppelte Verwertung des Brennstoffs weist ein Mikro-BHKW eine beachtliche Energieausbeute von bis zu 90 Prozent auf. Das Funktionsprinzip ist relativ simpel: Ein Motor treibt einen Generator an, der die mechanische Energie in elektrischen Strom umwandelt. Die bei diesem Prozess anfallende Abwärme wird über einen Wärmetauscher dem Heizkreislauf zur Verfügung gestellt. Mikro-Blockheizkraftwerke haben ein Leistungsvermögen von bis zu 15 Kilowatt elektrischen Strom.
  • Pufferspeicher: Pufferspeicher bevorraten die überschüssige Wärme einer Heizungsanlage und geben diese bei Bedarf wieder an den Heizkreislauf ab. Auf die Taktung des Brenners (hohe Taktraten steigern den Energieverbrauch!) wegen Überhitzung kann verzichtet werden. Auch wäre der Betrieb eines bivalenten Heizsystems mit regenerativen Energiequellen ohne Pufferspeicher nicht denkbar.
Brennstoffzellenheizung Logapower FC10
Die Energiezentrale Logapower FC10 ist die zukunftsweisende Lösung für effiziente und umweltschonende Energienutzung. Diese stromerzeugende Heizung gewinnt mit einer Brennstoffzelle sowohl Wärme für die Heizung als auch Strom. Foto: Buderus/Bosch Thermotechnik

Förderung für Brennstoffzellen-Heizgeräte

Den hohen Kosten für eine Brennstoffzellenheizung steht die massive Förderung solcher Anlagen durch Bund und Länder gegenüber. Damit wird der große Preisunterschied zu anderen Heizungen schon deutlich geringer. Seit August 2016 unterstützt die KfW-Bank mit ihrem Programm Energieeffizient Bauen und Sanieren – Zuschuss Brenn­stoffzelle die Markteinführung der innovativen, stromerzeugenden Brennstoffzellen-Heizgeräte.
In der Genuss der Förderung im Rahmen des KfW-Zuschusses 433 können Besitzer von Ein- und Zweifamilienhäuser gelangen. Auch Wohneigentümergemeinschaften steht die Möglichkeit offen, sich um eine Förderung zu bewerben. Gefördert werden stationäre Brennstoffzellenheizungen, die in der Leistungsklasse von 0,25 bis 5,0 Kilowatt elektrischer Leistung angesiedelt sind. Das Förderangebot gilt sowohl für den Einbau der Heizung in neue als auch in bestehende Wohn- und Nichtwohngebäude. Als förderfähige Ausgaben gelten dabei die Kosten für die Brennstoffzellenheizung und ihr Einbau. Des Weiteren sind die Kosten für den Wartungsvertrag in den ersten zehn Jahren sowie das Honorar für den verpflichtend vorgeschriebenen Energieeffizienz-Experten förderfähig.
Die Höhe der KfW-Förderung richtet sich dabei nach der Leistungsklasse der Brennstoffzelle und nach der Höhe der förderfähigen Gesamtkosten. Der Zuschuss beläuft sich laut KfW-Bank aktuell (November 2018) auf 7.050 bis 28.200 Euro. Wer möchte, kann die Förderung für seine Brennstoffzellenheizung auch noch mit der Förderung für KWK-Anlagen nach dem Gesetz für die Erhaltung, die Moder­nisierung und den Ausbau der Kraft-Wärme-Kopplung (KWKG) des Bundes­amtes für Wirt­schaft und Ausfuhr­kontrolle (BAFA) kombinieren. Dieses Gesetz verpflichtet den Stromnetzbetreiber dazu, den durch eine Brennstoffzellenheizung produzierten elektrischen Strom „vorrangig abzunehmen und zu vergüten.Elektrische Energie, die in das allgemeinen Stromnetz eingespeist wird, wird aktuell mit 8 Cent pro Kilowattstunde vergütet. Für selbst verbrauchten Strom erhält der Anlagenbetreiber immerhin noch einen Aufschlag 4 Cent pro Kilowattstunde.Wer eine Förderung für sein Brennstoffzellen-Heizgerät beantragen möchte, der muss in einem ersten Schritt einen Experten für Energieeffizienz beauftragen. Als nächstes gilt es einen Förderantrag über das KfW-Zuschussportal zu stellen. Liegt die Zusage über die Förderung vor, kann mit der Installation der Heizung begonnen werden. Wurde ein hydraulischer Abgleich an der neuen Brennstoffzellenheizung vorgenommen, können im Anschluss die bewilligten Fördermittel ausbezahlt werden.

Neben der Förderung durch staatliche Stellen lohnt sich auch die Suche nach Fördermöglichkeiten aus privater Hand: Manche Energieversorger bieten Hausbesitzern eine finanzielle Unterstützung bei der Installation eines Brennstoffzellen-Heizgeräts, die auch mit der „offiziellen“ Förderung kombiniert werden kann.

Strom mit der eigenen Heizung erzeugen!

Die Investition in eine neue Heizung, die gleichzeitig Wärme und Strom erzeugt, kann sich bezahlt machen.

Vitovalor 300-P, die Brennstoffzelle von Viessmann, ist die ideale Energiezentrale für das moderne Einfamilienhaus und Zweifamilienhaus. Das System vereint Wärme- und Stromerzeugung auf kleinstem Raum. Vitovalor 300-P hat im Vergleich zu bestehenden Lösungen mit Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) einen deutlich höheren elektrischen Wirkungsgrad.

Brennstoffzellenheizung CeraPower FC von Junkers
Die stromerzeugende Heizung CeraPower FC arbeitet auf Brennstoffzellenbasis. Das Gerät zur dezentralen Strom- und Wärmeerzeugung eignet sich für Ein- und Zweifamilienhäuser im Neubau genauso wie für Bestandsgebäude. Foto: Junkers

Brennstoffzellenheizung: Das müssen Sie vor dem Umstieg beachten

Hausbesitzer, die sich vielleicht mit dem Gedanken tragen, ihre in die Jahre gekommene Heizung durch eine moderne Brennstoffzellenheizung zu ersetzen oder ihren Neubau mit einer solchen Anlage auszustatten, sollten sich vor dem Kauf ein paar wichtiger Voraussetzungen bewusst sein, die für einen erfolgreichen Umstieg erfüllt sein müssen.
Ein Augenmerk sollte auf alle Fälle auf die baulichen Gegebenheiten gerichtet werden: Ist ausreichend Platz im Heizungskeller vorhanden, um überhaupt die Brennstoffzellenheizung samt notwendigem Pufferspeicher zu beherbergen? Außerdem von zentraler Bedeutung: Verfügt das zu beheizende Gebäude über einen Gasanschluss und über einen entsprechenden Schornstein, der für den Betrieb mit einer Brennwertheizung ausgelegt ist? Übrigens: Sollte kein Gasanschluss zur Verfügung stehen, lässt sich dieser Mangel problemlos durch ein Flüssiggastank im Garten kompensieren. Einen Schornstein so umzurüsten, dass er kompatibel zu den Anforderungen eines Brennwertgeräts ist, ist auch keine große Sache: weder konstruktiv noch finanziell.

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