Energiekonzept mit Brennstoffzelle und Feststoff-Wärmespeicher

Brennstoffzellenheizgerät, Feststoff-Wärmespeicher, Solarthermie-Kollektoren sind die Komponenten des Energiesystems der Hoffmanns in Sachsen-Anhalt.

Ein gemütliches Fachwerkhaus hat sich die Familie Hoffmann in Kötschlitz in Sachsen-Anhalt gebaut – ein Bautyp mit langer Tradition in der Region. Bei der Energietechnik setzen die Hoffmanns dagegen ganz auf Innovation: Ein von Norbert Hoffmann selbst konzipiertes, einzigartiges System mit einer Solidpower-Brennstoffzelle als Kernkomponente versorgt die Familie mit Wärme und Strom.

Das Energiesystem ist gleich in mehrerer Hinsicht bemerkenswert. So hat Hoffmann unter der Bodenplatte des 147 m² großen Hauses Ziegel aus einem Abbruchhaus geschichtet, die als saisonaler Wärmespeicher dienen. Beladen wird dieser Feststoffspeicher mit Betonkern durch eine 15 m² große Solarthermie-Anlage auf dem Dach. Drei Jahre wird es dauern, bis der im Mai 2019 in Betrieb genommene Speicher mit einer Zieltemperatur von 60 °C im Kern voll geladen ist. Dann, so Hoffmann, kann die Familie ihre Fußbodenheizung den ganzen Winter ausschließlich mit Sonnenwärme betreiben. Dabei kommt ihr zugute, dass der Wärmebedarf mit vier Kilowattstunden pro Quadratmeter und Jahr äußerst gering ist.

In der ersten Ladephase werden die Solarkollektoren durch eine kleine Wärmepumpe unterstützt. Den Strom dafür – wie für alle anderen Geräte im Haus – liefert eine "Bluegen"-Brennstoffzelle von Solidpower, die mit Erdgas per Festoxid-Technologie (SOFC) hocheffizient Strom erzeugt. "Ich habe mir alle am Markt verfügbaren Produkte angeschaut. Für den »Bluegen« habe ich mich dann vor allem deshalb entschieden, weil er einen so hohen elektrischen Wirkungsgrad hat. Das ist energietechnisch wie wirtschaftlich von Vorteil. Die Wärmeerzeugung ist für uns dagegen nur von untergeordneter Bedeutung", erklärt Hoffmann. Die Abwärme des Brennstoffzellenheizgeräts dient vor allem der Brauchwarmwasserbereitung – sie fließt über einen Wärmeübertrager in einen rund einen Kubikmeter fassenden Schichtwasserspeicher. Ist dieser voll geladen, wird die überschüssige Wärme in den Feststoffspeicher unter dem Haus geleitet.

Ein Mann steht auf der Vortreppe eines Hauses.
Quelle: Solidpower
Hoffmanns Energiesystem fußt unter anderem auf einer Solidpower-Brennstoffzelle. Der Bauherr hat zudem unter der Bodenplatte des 147 m² großen Hauses Ziegel aus einem Abbruchhaus geschichtet, die als saisonaler Wärmespeicher dienen. Beladen wird dieser Feststoffspeicher mit Betonkern durch eine Solarthermieanlage.

Viel Strom für das Netz

Tagtäglich liefert die Solidpower-Brennstoffzelle rund 36 kWh Strom. Davon kann Hoffmann bis zu 30 kWh ins öffentliche Netz einspeisen. Dafür erhält er, dank staatlicher Förderung, eine attraktive Vergütung. Etwa 90 Prozent ihres Strombedarfs kann die dreiköpfige Familie auf das Jahr gerechnet perspektivisch mit der Brennstoffzelle decken, rechnet Hoffmann vor. Nur wenn Stromfresser, wie der Induktionsherd oder der Backofen in Betrieb sind, muss die Familie elektrische Energie aus dem Netz beziehen. Wegen der Wärmepumpe ist der Autarkiegrad derzeit allerdings noch ein wenig geringer. Ist der unterirdische Speicher dann auf der Zieltemperatur, wird sie nicht mehr oder nur noch sehr selten benötigt. Dann verdienen die Hoffmanns mit ihrer Brennstoffzelle Geld: "Die Erlöse aus dem eingespeisten Strom werden höher liegen als die Kosten für das Gas und für die wenigen Kilowattstunden Strom, die wir noch aus dem Netz beziehen müssen", so Hoffmann.

Ein Brennstoffzellen-Heizgerät in einem Heiztechnikraum.
Quelle: Solidpower
Die Abwärme des Brennstoffzellenheizgeräts dient vor allem der Brauchwarmwasserbereitung – sie fließt über einen Wärmeübertrager in einen rund einen Kubikmeter fassenden Schichtwasserspeicher. Ist dieser voll geladen, wird die überschüssige Wärme in den Feststoffspeicher unter dem Haus geleitet.

Doch es sind nicht nur wirtschaftliche Gründe, die erklären, warum Hoffmann auf ein Brennstoffzellenheizgerät setzt. "Mir ist es wichtig, jederzeit meinen eigenen Strom erzeugen zu können. Das verschafft uns Unabhängigkeit", erklärt er. Aber wäre das nicht auch mit einer Photovoltaik-Anlage und einem Batteriespeicher möglich? Für Hoffmann keine Option – "schon allein, weil es für die Entsorgung von PV-Modulen bis heute keine befriedigenden Lösungen gibt."

Nach dem Vorbild seiner eigenen Energieversorgung hat Hoffmann bereits zwei ähnliche Systeme für andere Häuser in seiner Nachbarschaft konzipiert – quasi nebenberuflich, denn Hoffmann arbeitet eigentlich in der Versicherungsbranche. "Ich habe mir das nötige Wissen angelesen", erklärt er.

Brennstoffzellen hätten ihn schon seit jeher fasziniert. Deshalb hat er sein Konzept gewissermaßen um die Brennstoffzelle herum entwickelt. Eine Simulation an der Beuth Hochschule für Technik, Berlin, hat dann gezeigt, dass das System auch unter widrigsten Bedingungen ausreichend Wärme und Strom bereitstellen kann. Dass es schließlich Realität wurde, hat Hoffmann jedoch auch seinem Architekten zu verdanken. "Der hat gesagt: Das geht nicht – für mich der beste Grund, es trotzdem zu tun. Denn gegen »geht nicht« habe ich eine Aversion!"

Weiterführende Informationen: https://www.solidpower.com/

Donnerstag, 11.06.2020