Die wichtigsten Brennstoffzellen-Heizgeräte im Vergleich

Die zum Konzern Bosch Thermotechnik gehörenden Marken Buderus und Junkers bieten die Brennstoffzellen-Heizgeräte Logapower, respektive Cerapower FC10 auf Basis einer SOFC-Zelleab voraussichtlich 2016 in Serie an. Bei Geräte sind mit einem elektrischen Wirkungsgrad von 45% und einem Gesamtwirkungsgrad von 85%, einer elektrischen Leistung von 700 Watt_el, Maßen mit 1200 x 600 x 1800 mm, 304 kg Gewicht und einem Warmwasserspeicher von 75 l und einem Pufferspeicher von 135 l nahezu identisch. Lediglich die thermische Leistung kann beim Buderus Geräte mit einer Spitzenlasttherme mit 24 kW_th etwas größer gewählt werden. Preislich sollen diese Brennstoffzellen-Heizgeräte zwischen 20.000 bis 30.000 Euro liegen, ein genauer Preis ist jedoch noch nicht bekannt.

Die Brennstoffzellen-Heizgeräte FC10 von Bosch wurden bereits im Demonstrationsvorhaben ene.field mit dem Energiedienstleister EWE getestet. Bereits zur ISH 2015 stellten Buderus und Junkers zudem die zukünftige Brennstoffzellen-Generation Logapower BZH192iT in einem schwarzen und von Junkers als Cerapower 9000i in einem weißen Gehäuse vor, die aber frühestens in zwei Jahren erhältlich sein werden. Beim Brennstoffzellen-Heizgerät BZH192iT bzw. 9000i handelt es sich um eine verbesserte Revision der bereits aus der FC10 bekannten AISIN-Zelle, die auch in neueren FC10 verbaut wird.

Bosch forscht bereits seit Längerem an Brennstoffzellen-Heizgeräten. Bereits 2002 wurde eine eigene PEM-Brennstoffzelle entwickelt und ab 2004 in Kooperation mit RWE in Feldversuchen getestet. Ab 2008 setzte Bosch dann auf die SOFC-Technik und schloss 2012 eine Kooperation mit Aisin Seiki zur Entwicklung eines Brennstoffzellen-Heizgerätes auf Basis des SOFC-Brennstoffzellenstacks von Kyocera.

Elcore entwickelt und produziert hocheffiziente Energiesysteme mit Brennstoffzellen-Technologie. Dabei konzentriert sich das Unternehmen derzeit auf erdgasbetriebene Kraft-Wärme-Kopplungssysteme für Einfamilienhäuser. Das Elcore 2400 Brennstoffzellen-Heizgerät, das bereits seit 2014 am Markt verfügbar ist, ist Elcores erstes Produkt. Das wandhängende Brennstoffzellen-Heizgerät ist mit einer elektrischen Leistung von 0,3 kW_el und einer thermischen Leistung von 0,7 kW_th auf den Grundenergieverbrauch eines Einfamilienhauses ausgelegt. Das Gerät arbeitet mit einem Gesamtwirkungsgrad von 104% so effizient, dass seine geringe Abwärme zur Gänze für die Warmwasserbereitung genutzt werden kann.

Mit Maßen von 600 x 550 x 1050 mm und einem Gewicht von insgesamt nur 115 kg erreicht das Elcore 2400 Brennstoffzellen-Heizgerät die maximale Anzahl an Betriebsstunden und erzeugt dadurch die größtmögliche Menge an elektrischem Strom. Das Gerät kann jederzeit zusätzlich zur bestehenden Gasheizung installiert werden. Hierfür bietet Elcore spezielle Pakete an. Die thermische Leistung des Zusatzbrenners ist variabel von 2,8 bis 19,5 kW_th oder von 7,8 bis 33,2 kW_th wählbar bzw. durch ein externes Gerät hinzuschaltbar. Ebenso kann entweder ein 500 l fassender Speicher oder ein externer Speicher gewählt werden.

Elcore ist Teil einer unabhängigen privaten Unternehmensgruppe mit Sitz in München, die 2007 von Dr. Manfred Stefener gegründet wurde und heute rund 60 Mitarbeiter beschäftigt. Elcore bietet neben dem Brennstoffzellen-Stack auch die dazugehörigen MEAs (Membran-Elektroden-Einheit) sowie die dafür eingesetzten Elektroden, Katalysatoren und Membranen. In einem weiteren Schritt wird Elcore auch Energiesysteme größerer Leistung für Mehrfamilienhäuser und gewerblichen Einsatz anbieten.

Die Hexis AG aus Winterthur in der Schweiz, die von Viessmann 2015 komplett übernommen und mit Wirkung vom 01. Juni 2020 von Viessmann an die Dresdener mPower GmbH verkauft wurde, entwickelte das bodenstehenden Brennstoffzellenheizgerät Galileo 1000 N, das 2016 in großen Stückzahlen im Markt verfügbar sein soll. Mit einer Leistung von 1,8 Kilowatt thermisch und 1 Kilowatt elektrisch ist es gut für Bestandsbauten ausgelegt, den Stromgrundbedarf von etwa 4.000 bis 5.000 kWh und den gesamten Wärmebedarf von etwa 15.000 und 30.000 kWh pro Jahr zu decken. Wenn der Gebäudewärmebedarf diesen Wert überschreitet, stellt der im Galileo 1000 N integrierte Gasbrenner weitere 7 bis 21 kW_th Heizleistung bereit.

Galileo 1000 N ist mit Maßen von 620 x 580 x 1650 mm bei einem Gewicht von 210 kg kompakt und vergleichsweise leicht. Im oberen Teil des Brennstoffzellen-Heizgerätes befindet sich das Brennstoffzellen-Modul, das im Servicefall leicht zugänglich ist. Im unteren Teil sind die Komponenten für Stromumwandlung, Wärmeauskopplung und Bereitstellung der Zusatzwärme untergebracht. Als zentrales, tragendes Bauteil dient ein Doppelkammer-Wärmetauscher. In ihm sind der Zusatzbrenner mit Lüfter und Gas-Luft-Verbund sowie die Heizkreispumpe integriert. Über einen Heizwasserkreislauf wird die Abwärme der Brennstoffzelle und des Zusatzbrenners für die Bereitstellung von Raumwärme und Warmwasser genutzt. Die Abgasströme werden in einer Kondensatsammelwanne vereint. Das darin integrierte Brennstoffzellen-Gebläse stellt die vorgewärmte Luft für die Brennstoffzelle bereit. Zur Stromumwandlung von Gleich- in 230-V-Wechselstrom dient ein Wechselrichter.

Im Teillastbereich moduliert das Gerät bei 300 bis 600 Watt elektrisch. Da die SOFC-Brennstoffzelle rund 24 Stunden Vorheizzeit benötigt, ist ein Taktbetrieb ausgeschlossen. Dies schränkt jedoch den Betrieb in der Übergangs- und Sommerzeit stark ein, es sei denn, man setzt es als Grundlastgerät im Zwei- und Mehrfamilienhaus ein. Da die In- und Außerbetriebnahme einem festen Procedere unterworfen ist, muss das Gerät gegen Netzausfall abgesichert werden, eine Funktion, die in der erweiterten Form einen Notstrombetrieb zulässt. Damit wäre auch ein netzautarker Betrieb möglich. Gerade die Notstrom-Option wird heute von vielen potenziellen Käufern von Mikro-KWK geradezu erwartet.

Hexis (Heat Exchanger Integrated Stack) konnte sich seit 1991 durch mehr als 20 Jahre Forschungs- und Entwicklungsarbeit an Hochtemperatur-Brennstoffzellen vom Typ SOFC mit keramischem Elektrolyt und Betriebstemperaturen von 800 bis 900 °C eine starke Position erarbeiten. Zunächst initiierten Forscher und Entwickler der Sulzer AG das Projekt Hexis, das seit 2006 ein selbstständiges Unternehmen war und durch eine Schweizerische Stiftung finanziert wurde. Hexis besitzt eine umfangreiche Labor- und Testinfrastruktur und verfügt über Betriebserfahrungen mit mehr als 100 Brennstoffzellensystemen im Feld. Aufbauend auf einem breiten Know-how für die Integration der Brennstoffzelle in ein System, kann Hexis mit dem Brennstoffzellen-Heizgerät Galileo 1000 N auch bereits auf ein funktionierendes Gerät verweisen. Die weitere Entwicklung und Vermarktung des Hexis Brennstoffzellen-Heizgerätes erfolgt zusammen mit Stiebel Eltron und Hoval.

Das SenerTec Brennstoffzellen-Heizgerät Dachs Innogen nutzt eine Toshiba-Brennstoffzelle mit 0,7 kW elektrischer und 0,96 kW thermischer Leistung. Das zwischen 250 bis 700 Watt modulierende Gerät ist gekoppelt mit einem von 5,2 bis 21,8 kW Heizleistung ausgestattetem Spitzenlast-Brennwertkessel und einem 300 l fassenden Pufferspeicher mit Frischwasserstation. Durch den modulierenden Betrieb kann die Brennstoffzelle auch im Sommer parallel zur Warmwasserbereitung unterbrechungsfrei Strom produzieren.

Der Dachs InnoGen ist ein Niedertemperatur (NT) basierendes PEM Brennstoffzellen-Heizgerät und weist einen elektrischen Wirkungsgrad von 37% bei Volllast und einen Gesamtwirkungsgrad von 90% auf. Die Brennstoffzelleneinheit ist 453 x 728 x 1054 mm groß und die zugehörige Systemtechnik 655 x 1065 x 1800 mm. Das Brennstoffzellenmodul wiegt 115 kg. Die Markteinführung des Brennstoffzellen-Heizgerätes von SenerTec ist für 2016 geplant.

Das Brennstoffzellen-Heizgerät Dachs Innogen basiert auf der ebenfalls zum BDR Thermea-Konzern gehörenden Technologie von Baxi Innotech. Der Dachs Innogen ist daher eine Weiterentwicklung des GAMMA PREMIO, das wiederum auf dem Heizgerät GAMMA 1.0 von Baxi Innotech beruht. Die GAMMA 1.0-Brennstoffzelle war gegenüber der Beta 1.5-Version deutlich kompakter aufgebaut. Mit 1 kW elektrischer und 1,8 kW thermischer Leistung, einem integrierten Brennwertgerät (3,5 bis 15 oder 20 kW), einem Energiemanager und ergänzt um einen Wärmespeicher, konnte dieses Heizsystem bis zu 75 Prozent an Strom und den kompletten Wärmebedarf über das ganze Jahr durch Eigenproduktion erzeugen. Der Gesamtwirkungsgrad betrug 97%.

Ein Vorteil des 1 kW-Brennstoffzellen-Heizgerätes von Baxi Innotech waren die geringen Start-/Stop-Phasen von nur 60 bzw. 30 Minuten, sodass das Gerät auch kurzfristig in Betrieb genommen werden konnte. Der Energiemanager gewährleistete, dass die Brennstoffzelle möglichst lang zwischen 50 und 100% Last betrieben wird, um so eine möglichst hohe Gesamteffizienz des Systems zu erreichen. Mit dieser Funktion war Baxi Innotech anderen Anbietern um einen Schritt voraus, denn die Optimierung von Brennstoffzellen-Heizgerät, Heizsystem und Pufferspeicher sowie die Berücksichtigung typischer Nutzergewohnheiten konnte zur Verlängerung der Jahresbetriebszeiten beitragen.

Die 2014 gegründete Solid Power GmbH ist der deutsche Ableger der italienischen SOLIDpower S.p.A. aus Mezzolombardo. Das Brennstoffzellen-Heizgerät EnGen-2500 basiert auf einer Festoxid (SOFC)-Brennstoffzelle mit einem elektrischen Wirkungsgrad von 50% und einem Gesamtwirkungsgrad von 90%. Mit einer Leistung von 2,5 kW_el und einer Leistung von 2 kW_th kann EnGen-2500 dank einer automatischen Leistungsmodulation zwischen 30 und 100 Prozent bei einer Vorlauftemperatur von bis zu 70 °C auch im Sommer im Warmwasserbetrieb effizient Strom produzieren. Das 630 x 830 x 1700 mm große Gerät ist mit 350 kg vergleichsweise schwer und soll spätestens 2017 erhältlich sein.

Solid Power hat durch Übernahme der Ceramic Fuel Cells GmbH zum 01. Juli 2015 auch das Brennstoffzellen-Heizgerät BlueGEN übernommen. BlueGEN weist einen sehr hohen elektrischen Wirkungsgrad von bis zu 60% bei einem Gesamtwirkungsgrad von bis zu 85% auf. Durch den hohen elektrischen Wirkungsgrad und die damit geringere Wärmeleistung bieten BlueGen-Anlagen die Möglichkeit, ganzjährig Strom zu produzieren.

BlueGen-Geräte basieren auf der SOFC-Brennstoffzellentechnik und haben im optimalen Betriebspunkt eine elektrische Leistung von 1,5 kW_el und eine thermische Leistung von 0,6 kW_th. BlueGen ist mit Maßen von 600 x 660 x 1100 mm und einem Gewicht von ca. 200 kg eine typische Beistell-Lösung, die individuell mit Zusatzbrenner kombiniert werden kann. BlueGen-Geräte haben in den vergangenen Jahren zahlreichen Feldtests bestanden und ist seit 2012 am Markt erhältlich.

Im November 2018 präsentierte SOLIDpower die Brennstoffzelle BlueGen BG-15 als innovative Weiterentwicklung der SOFC-Brennstoffzellentechnologie des Heinsberger Brennstoffzellen-Herstellers.

» Weitere Informationen über das Brennstoffzellen-Heizgerät BlueGEN

Vaillant hat mit verschiedenen Brennstoffzellen-Technologien in europaweiten Feldtests mit 60 Systemen und über 400.000 Betriebsstunden langjährige Erfahrung sammeln können. Darauf aufbauend fokussierte sich Vaillant dann auf die Weiterentwicklung eines Brennstoffzellen-Heizgerätes, das auf einem SOFC-Stackmodul der Sunfire GmbH (vorher Staxera GmbH) basiert. Die mittlerweile 6. Generation des Brennstoffzellen-Heizgerätes G6 von Vaillant ist als bodenstehendes Kompaktgerät konzipiert, bei dem neben dem Brennstoffzellen-Modul auch eine Brennwert-Einheit im Gerät integriert ist.

Das G6 Brennstoffzellen-Gerät besitzt eine elektrische Leistung von 0,8 kW_el und eine thermische Leistung von 1,5 kW_th. Der Zusatz-Gasbrenner weist eine Leistung von 5,8 bis 27 kW_th auf. Ein Speicher kann individuell zum G6 gewählt werden. Mit einem elektrischen Wirkungsgrad von 33% bewegt sich das G6 jedoch im unteren Bereich der Brennstoffzellen. Der Gesamtwirkungsgrad liegt hingegen bei 92%. Das G6 zeichnet sich insbesondere auch durch eine Start-/Stoppfähigkeit aus, die den flexiblen Einsatz in Einfamilienhäusern sicherstellt. Das G6 Brennstoffzellen-Heizgerät von Vaillant soll mit Maßen von 599 x 693 x 1640 mm und mit einem Gewicht von 150 kg spätestens in 2017 am Markt erhältlich sein.

Das Vitovalor 300-P Brennstoffzellen-Heizgerät basiert auf einem NT PEM-Brennstoffzellenmodul. Das Gerät besitzt eine elektrische Leistung von 750 Watt_el, kann 1-mal pro Tag eingeschaltet werden und erzeugt im Tagesverlauf bis zu 15 kWh Strom, womit ein Großteil des Bedarfs im Haushalt gedeckt werden kann. Die Wärmeleistung des Brennstoffzellen-Moduls beträgt 1 kW_th und entspricht dem Grundbedarf eines typischen Einfamilienhauses Gebäudes.

Um auch an besonders kalten Tagen eine komfortable Wärmeversorgung zu gewährleisten, wurde ein Viessmann Gas-Brennwertkessel mit 19 kW_th Wärmeleistung in das Brennstoffzellen-Heizgerät integriert. Dieser schaltet sich bei Bedarf automatisch zu und leistet so insgesamt bis zu 20 kW_th Heizleistung. Hinzu kommen ein Trinkwasser-Ladespeichermit 46 l, der optional auf 300 l erweiterbar ist, und ein Heizwasser-Pufferspeicher mit 170 l. Der elektrische Wirkungsgrad beträgt 37%, der Gesamtwirkungsgrad 90%.

Falls der Energiemanager aktiviert ist, wird ein Einschaltzeitpunkt gewählt, der die Eigenverbrauchsrate optimiert. Hierfür werden die aufgezeichneten Stromverbrauchsdaten und die Temperatur im Pufferspeicher berücksichtigt. Der Energiemanager des Vitovalor 300-P Brennstoffzellen-Heizgerätes ist selbstlernend und braucht daher nicht konfiguriert werden. Falls der Energiemanager ausgeschaltet ist, wird das Brennstoffzellenmodul abhängig von der Temperatur im Pufferspeicher eingeschaltet.

Das Brennstoffzellenmodul wiegt 125 kg und das Spitzenlast-Heizgerät 165 kg. Beide Geräte werden in getrennten Einheiten geliefert, lassen sich separat einbringen und nehmen eine Aufstellfläche von nur 0,65 m² in Anspruch. Die Installation ist wie bei allen Standardkomponenten von Viessmann auf kurze Montagezeiten ausgelegt. Ein KWK-Zähler zur Erfassung der erzeugten Strommenge, Gas- und Wärmemengenzähler sind bereits im Gerät integriert. Das Viessmann Vitovalor 300-P Brennstoffzellen-Heizgerät kostet mit Spitzenlastkessel und 20 kW Leistung rund 28.000 Euro.

» Weitere Informationen über Vitovalor 300-P von Viessmann