Regelung verteilt die Aufgaben
Eine Systemregelung sichert das 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 für die 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. So kann die Energie im Pufferspeicher optimal genutzt werden. Im Gegensatz zu üblichen Tank-in-Tank- und Frischwasser-Systemen wird ein Nachladen des Pufferspeichers durch das Gas-Brennwertgerät komplett vermieden, was zu der beachtlichen Effizienzsteigerung beiträgt. Das lässt sich anhand von zwei Betriebszuständen der Anlagen verdeutlichen:
- Zustand A: Ist die Pufferspeichertemperatur höher als die vom Heizkreis oder Warmwasserbereiter angeforderte Solltemperatur, bleibt das Brennwertgerät außer Funktion. Die geforderte Solltemperatur wird im Mischventil aus heißer Puffertemperatur und Rücklauftemperatur gemischt.
- Zustand B: Reicht die Temperatur im Pufferspeicher nicht zur Deckung der Solltemperatur im Heizkreis oder der Warmwasserbereitung aus, wird modulierend nur die Wärmemenge konventionell durch das Brennwertgerät beigesteuert, die auch benötigt wird.
Erzeugung passt zum Verbrauch
Die Buderus-Demonstrationsanlagen werden messtechnisch ausführlich überwacht, um die Energieflüsse zu dokumentieren.
Die Ergebnisse der ersten Anlagen stimmen nach mehr als einem halben Jahr Laufzeit durchweg positiv. Erzeugungs- und Verbrauchsprofil in den getesteten Anlagen passen gut zusammen. Im Durchschnitt werden 50 bis 80 Prozent des Haushaltsstrombedarfs durch die Brennstoffzellen-Energiezentrale gedeckt. Eine Demonstrationsanlage hat beispielsweise im September 2014 etwa 75 Prozent des Haushaltsstrombedarfs gedeckt.
Der Anteil des Eigenverbrauchs, also der Nutzung des durch die Energiezentrale erzeugten Stromes im Gebäude, ist abhängig vom elektrischen Tageslastgang des jeweiligen Gebäudes.
Die Brennstoffzelle deckt die Grundlast des Gebäudes vollständig ab. Bedarfsspitzen werden über das öffentliche Netz abgefangen und der Strom-Überschuss wird ins öffentliche Netz eingespeist. In Gebäuden mit mittlerem und höherem Stromverbrauch sowie bei höherer Strom-Grundlast ist die Eigenverbrauchsquote tendenziell höher als bei Gebäuden mit sehr niedriger Strom-Grundlast. Die Brennstoffzellen-Energiezentrale wird, wie die überwiegende Zahl der Anlagen zur dezentralen Stromerzeugung in Ein- und Zweifamilienhäusern, wärmegeführt betrieben. Das bedeutet, dass die Energiezentrale nur in Betrieb ist, wenn auch eine Wärmeabnahme im Gebäude durch Heizung oder Warmwasserbereitung erfolgt. Vorteil der Brennstoffzellen-Technologie ist die relativ niedrige thermische Leistung bei zugleich hohem elektrischem Wirkungsgrad, wodurch ein sinnvoller Betrieb mit langen Laufzeiten in Ein- und Zweifamilienhäusern möglich wird. Hier ist die Brennstoffzellen-Technologie im Vergleich zu anderen Technologien der dezentralen Stromerzeugung mit Verbrennungs- oder Stirlingmotor deutlich im Vorteil, weil bei diesen eine höhere thermische Leistung vorhanden ist. Der Pufferspeicher entkoppelt die Wärmeerzeugung vom Wärmebedarf des Gebäudes, indem er überschüssige Wärme zwischenspeichert. Sobald dauerhaft keine Wärme mehr abgenommen wird und der Pufferspeicher vollgeladen ist, sinkt die Leistung der Brennstoffzelle (Modulation) beziehungsweise das System wird abgeschaltet. Auf Grund des hohen elektrischen Wirkungsgrades bei Brennstoffzellen des Typs SOFC werden sehr lange Laufzeiten ohne Abschalten erreicht. Bereits in den ersten Monaten ließ sich anhand der Demonstrationsanlagen nachweisen, dass bei einwöchiger Abwesenheit der Bewohner in der Übergangszeit die Brennstoffzelle in Betrieb bleibt. Bei längerer Abwesenheit im Hochsommer schaltet die Brennstoffzelle einmalig ab und geht nach Rückkehr der Bewohner wieder in Betrieb. Im Winter bleibt die Brennstoffzelle auch bei längerer Abwesenheit dauerhaft in Betrieb.
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