Experten-Ratgeber Mini-BHKW: Technik, Preise und Wirtschaftlichkeit im Vergleich

Warum sich nur auf eine Energieform beschränken, wenn man doch zwei zugleich erzeugen kann? Ein Blockheizkraftwerk, kurz BHKW genannt, macht genau das: Es erzeugt Strom und Wärme. Während die Kraft-Wärme-Kopplung früher nur in Großanlagen eingesetzt wurde, gibt es heute auch schon kleine "mini" BHKW für den Hausgebrauch. Wir erklären Ihnen in diesem Artikel, welches Funktionsprinzip dem Ganzen zugrunde liegt, welche Techniken und Modelle am Markt verfügbar sind und was sie kosten.

Kraft-Wärme-Kopplung (kurz: KWK) ist grundsätzlich ein technisches Funktionsprinzip. Umgesetzt als technische Anlage, dient diese dazu, Strom und Wärme zu gewinnen, indem man einen Brennstoff, zum Beispiel fossile Kohle oder fossiles Erdöl oder erneuerbare Biomasse verbrennt. Die beim Verbrennungsvorgang entstehende Wärme nutzt man entweder, um ein Wärmeüberträgermedium (zum Beispiel Heizwasser und / oder Brauchwasser) zu erhitzen, das dann via Wärmenetz an die Wärmeverbraucher (zum Beispiel angeschlossene Haushalte) verteilt wird. Oder man nutzt es, um eine Turbine anzutreiben, die Strom erzeugt.

Geschieht beides zusammen, also die Erzeugung von Strom und Wärme zugleich, steigert man die Effizienz der Strom- und Wärmeerzeugung erheblich. Dazu muss man wissen, dass bei der herkömmlichen Stromerzeugung bislang nur ein geringer Wirkungsgrad zwischen 30 und 40 Prozent erreicht wird, weil ein Großteil der bei der Stromgewinnung abfallenden Wärme noch ungenutzt entweicht. Je näher der KWK-Prozess dabei am Wärme- und / oder Strom-Verbraucher stattfindet, desto höher ist die Effizienz des Ganzen.

Während typische KWK-Anlage häufig in großen Heizkraftwerken zum Einsatz kommen, kommen Blockheizkraftwerke (BHKW) in kleineren Betriebseinheiten meistens modular (als Block) mit elektrischen Leistungsklassen von 100 kW bis zu 1 MW zum Einsatz. Sie bilden kleinere, kompakte Einheiten, die außerhalb von Heizkraftwerken, in Krankenhäusern, Hotels, Gewerbebetrieben und auch in Wohngebäuden zum Einsatz kommen, um Strom und Wärme am Verbrauchsort zu erzeugen. In Abhängigkeit der Anlagengröße und ihrer elektrischen Leistung unterteilt man Blockheizkraftwerke daher häufig nach ihrer elektrischen Nennleistung in Kilowatt (kW_el) in vier Kategorien:

• Groß-BHKW
• Mini-BHKW
• Mikro-BHKW
• Nano-BHKW

Groß-BHKW sind Blockheizkraftwerke mit einer elektrischen Leistung von i.d.R. deutlich mehr als 50 kW_el. Hierunter versteht man die typischen BHKW, die in Krankenhäusern und Hotels zur primären Wärmeproduktion (wärmegeführter Betrieb) und zur teilweisen oder vollkommen autarken Selbstversorgung als auch zur Notstromversorgung eingesetzt werden.

Als Mini-BHKW beziehungsweise Mini-KWK-Anlage bezeichnet man BHKW, die eine elektrische Leistung zwischen 15 und 50 kW_el liefern. Teilweise werden unter Mini-BHKW auch Anlagen bezeichnet, die auch die Leistungsklassen von 1 bis 15 kW_el umfassen. Geräte mit kleinerer Leistung werden häufig in Mehrfamilienhäusern, BHKW mit elektrischer Leistung von über 25 kW werden in kleineren Gewerbebetrieben eingesetzt.

Mikro-BHKW sind demnach BHKW, deren elektrische Leistung kleiner als 15 kW_el ist und werden daher hauptsächlich im Heizungskeller für die Brauchwassererwärmung und die Raumheizung eingesetzt. Um auch im Sommer auf genügende Laufzeiten des Mikro-KWK-Aggregats zu kommen, sind Mikro-BHKW i.d. R. so ausgelegt, dass die Grundlast an Wärme durch das BHKW bereitgestellt und der Spitzenwärmebedarf für die kalten Wintertage durch einen Zusatzbrenner geliefert wird.

Sogenannte Nano-BHKW werden als Blockheizkraftwerke mit einer elektrischen Leistung von bis zu 2,5 kW definiert. Solche Nano-BHKW unterscheiden sich in Bauform und Technik zum Teil sehr stark von den größeren Mikro- und Mini-BHKW. Aufgrund ihrer sehr geringen Leistung erreichen Sie jedoch einen höheren Ausnutzungsgrad als Mikro- oder Mini-BHKW.

Ein Mini-BHKW hat einen Motor, der den Generator antreibt, der wiederum Strom liefert. Beide Komponenten bilden bautechnisch betrachtet eine komplette Einheit: den Block. Der wird heute schallgedämmt.

Da bei der Erzeugung des Stroms nebenbei auch Wärme entsteht, koppelt man das Mini-BHKW mit geeigneten Wärmetauschern. Sie nehmen die Wärme auf, die zum einen im Kühlwasser der Maschine und zum anderen in den Abgasen steckt, die beim Verbrennen der Brennstoffe anfallen. Hinzu kommt eine Steuerungseinheit, die mal im Block integriert ist, mal nicht. Externe Steuerungen bringt man häufig in extra Stahlschränken unter.

Eine mögliche Klassifizierung von Mini-BHKW unterscheidet die Modelle nach der Art des Antriebs, die für den Generator eingesetzt wird. Bei den BHKW kommen

• Otto-Motoren,
• Dieselmotoren,
• Stirling-Motoren,
• Gasturbinen,
• Dampfmotoren,
• Hubkolbenmotoren (OHV-Motoren),
• Freikolbenmotoren,
• Brennstoffzellen und
• Industrieerdgasmotoren

zur Verwendung.

Am häufigsten kommen als Motoren in Mini-BHKW Ottomotoren und Dieselmotoren zum Einsatz. Weitaus seltener werden Stirlingmotoren, Dampfmotoren, OHV-Motoren, Freikolbenmotoren, Brennstoffzellen oder Industrieerdgasmotoren eingesetzt.

Der Gesamtwirkungsgrad, den man mit einem kleinen BHKW erzielen kann liegt je nach eingesetzter Technik etwa zwischen 80 und 95 Prozent. Die elektrischen als auch die thermischen Wirkungsgrade variieren stark je nach Modell und Motorentechnik.

Aufgrund des hohen Wirkungsgrades im Vergleich zur herkömmlichen Energieerzeugung wird auch weniger Kohlendioxid freigesetzt. Bei einem Mini-BHKW beläuft sich die CO₂-Minderung gegenüber einer konventionellen Stromerzeugung auf mehr als 100 Tonnen pro Jahr.

Ganz klar, wenn ein BHKW sowohl Strom als auch Wärme liefert, kommt es darauf an, welche Größe bei der Regelung der Leistung der Anlage als maßgeblich angesehen wird. Man unterscheidet deshalb unterschiedliche Betriebsarten.

Richtet man die Leistungsabgabe eines BHKW nach dem lokalen Wärmebedarf, spricht man von einem wärmegeführten BHKW. In der Ausführung Mini-BHKW (Konfiguration der Anlage mit einem Aggregat) regelt man dessen Leistungs-Output direkt oder lädt einen Warmwasserspeicherin Intervallen (Intervallbetrieb). Den Strom den eine solche Anlage erzeugt, verbraucht man meist selbst, ein gegebenenfalls erwirtschafteter Stromüberschuss kann in das öffentliche Netz eingespeist werden, so dass er sich verrechnen lässt.

Wird dagegen die Leistungsabgabe des Mini-BHKW danach geregelt, wie hoch der Bedarf an Strom seitens des Verbrauchers ist, handelt es sich um ein stromgeführtes Mini-BHKW. Auch eine Leistungsabgabe, die sich nach dem systemspezifischen Leistungsvermögen des Mini-BHKW richtet, ist eine stromgeführte Betriebsweise. Wird nutzbare Wärme nicht abgegriffen, gibt das Mini-BHKW sie via Notkühler als Abwärme an die Umgebung ab. Das mindert den Wirkungsgrad des Mini-BHKW.

Der Wärmebedarf ist auch bei stromorientiert betriebenen Mini-BHKW die Steuerungsgröße erster Wahl. Allerdings versucht man mit der Regelung, die Stromlast weitgehend zu deckeln. Wird Strom benötigt, läuft das BHKW. Die dabei erzeugte Wärme führt man entweder der direkten Nutzung zu oder man speichert sie in einem Zwischenlager (Pufferspeicher). Ein derart stromorientiert betriebenes Mini-BHKW hat keinen Notkühler. Zu Zeiten, in denen die Stromlast niedrig ist, deckt man den Bedarf an Wärme aus dem Pufferspeicher, erst dann startet das Mini-BHKW seinen Betrieb. Das heißt: Mit Stromorientierter Betriebsart maximiert das Mini-BHKW den Anteil an Verbrauch des eigens erzeugten Stroms, also den Eigenverbrauch – wobei kaum Verluste beim Wirkungsgrad auftreten.

Gibt eine Zentrale das Leistungsniveau für mehrere BHKW an, bedeutet das netzgeführten Betrieb der Anlagen. Dahinter steckt im Kern die Idee eines virtuellen Kraftwerks. Auch diese Betriebsweise braucht einen Pufferspeicher, a man anders nicht Wärmeerzeugung und Wärmelast (Angebot und Nachfrage) zeitlich entkoppeln kann.

Dank eines Pufferspeichers kann das Mini-BHKW auch ohne Spitzenlastkessel betrieben werden, im sogenannten monovalenten Betrieb. Um das zu realisieren, richtet man das Mini-BHKW nicht nach der Grundlast des Wärmeenergiebedarfs aus, sondern nach der Spitzenlast. Allerdings kommt es in dieser Betriebsweise zu häufigerem Ein- und Ausschalten des Mini-BHKW, das sogenannte Takten. Das Takten ist insofern unerwünscht, als dass es die Lebensdauer der Geräte verkürzt und auch mehr Brennstoff verbraucht wird.

Daher wird ein Mini-BHKW üblicherweise nicht als einziger Wärmeerzeuger im Heizungssystem betrieben. Da man es meist so auslegt, dass es selbst dann, wenn es volle Kraft fährt, nicht den Spitzenbedarf der Verbraucher deckt, braucht man einen Spitzenlastkessel. Dann handelt es sich um einen bivalenten Betrieb.

Die Preise für Mini-BHKW variieren vor allem hinsichtlich der verwendeten Motoren-Technik und der Leistungsstärke. Zudem ist der zur Spitzenlastabdeckung benötigte Heizkessel teilweise im Gerät integriert, was wiederum einen höheren Preis rechtfertigt.

* Quelle: Verbraucherzentrale Nordrhein-Wetsfalen (Stand: August / September 2013)

Neben den Anschaffungskosten sollten aber immer auch die Installationskosten berücksichtigt werden. So kann es sein, dass bei einigen Mini-BHKW-Modellen umfangreichere Änderungen im hydraulischen-, elektrischen-, oder dem Abgassystem erforderlich sind und daher auch die Installationskosten stark variieren. Auf der anderen Seite können auf den ersten Blick teurere BHKW, die jedoch keine dementsprechenden Installationskosten nach sich ziehen, eine um viele tausend Euro günstigere Lösung darstellen.

Zudem sind auch die während des Betriebes der Anlage anfallenden Wartungskosten für die Gesamtkostenermittlung von Bedeutung. Für Mini-BHKW empfiehlt sich der Abschluss eines Vollwartungsvertrages, bei dem der Anbieter die durchgehende Betriebsbereitschaft des BHKWs sicherstellt. Hierfür ist für ein Klein-BHKW mit einer elektrischen Leistung von 5 kW und einer Laufzeit von 5.000 Stunden (in etwa der Verbrauch eines Mehrfamilienhauses) mit Wartungskosten von rund 900 bis 1.000 Euro pro Jahr zu rechnen.

Die Energiesteuer, die über die Brennstoffe wie Heizöl oder Gas zum Betrieb des Mini-BHKW gezahlt wurde, lässt sich innerhalb des Abschreibezeitraums (10 Jahre) vollständig, danach teilweise rückerstatten. Nach dem aktuell gültigen Gesetz wird für Heizöl ein Betrag von 6,135 Cent pro Liter erstattet, für Erdgas werden 0,55 Cent pro Kilowattstunde erstattet. Bei Flüssiggas sind es 6,06 Cent pro Kilogramm.

Die Wirtschaftlichkeit von BHKW wird in der Regel von der Auslastung und der größtmöglichen Nutzung der produzierten Wärme und des Stroms sowie von den Stromerlösen des nicht selbst genutzten Stroms bestimmt.

Um trotz der typischen Abnahmesituation in einem Privathaushalt das Mini-BHKW optimal auszulasten, wird es so ausgelegt, dass die thermische Leistung des BHKW 10% bis 30% der benötigten Spitzenwärmeleistung beträgt. Bei hohem Wärmebedarf wird dann der Spitzenlastkessel zugeschaltet. Ein so ausgelegtes Mini-BHKW mit 6 kW thermischer Leistung erreicht dann rund 5.000 Betriebsstunden im Jahr und kann dann 30% der maximalen Heizlast des Gebäudes übernehmen sowie rund 75% des jährlichen Energiebedarfs für Heizung und Warmwasser abdecken.

Mini-BHKW bis 20 kW_elwerden vom Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) gefördert. Mit dem Mini-KWK-Programm sollen zusätzlich zum Kraft-Wärme-Kopplungs-Gesetz Impulse für den breiten Einsatz auch von kleinen KWK-Anlagen gegeben werden. Nach diesem Förderprogramm können neue Mini-Blockheizkraftwerke bis 20 kW_elin bestehenden Gebäuden einen einmaligen Investitionszuschuss erhalten, der nach der elektrischen Leistung der Anlagen gestaffelt ist. Als bestehendes Gebäude gilt ein Gebäude, für das der Bauantrag vor dem 1. Januar 2009 gestellt bzw. die Bauanzeige vor dem 1. Januar 2009 erstattet wurde.

Die Förderung wird als Festbetrag durch nicht rückzahlbare Zuschüsse gewährt. Die Höhe des Zuschusses hängt von der elektrischen Leistung des Mini-BHKW ab:

Der Zuschuss für ein Mini-BHKW mit einer Leistung von z. B. 7,4 kW_el wird wie folgt berechnet:

Zum Zuschuss für die vollen 7 kW_el in Höhe von 3.100 Euro kommt ein Teilbetrag von 40 Euro (0,4 kW_el × 100 Euro/kW_el). Insgesamt beträgt die Basisförderung für ein Mini-KWK-BHKW mit 7,4 kW_el somit 3.140 Euro.

Besonders energieeffiziente Mini-BHKW können zusätzlich zur Basisförderung ein Bonus als prozentualen Aufschlag auf die Basisförderung erhalten. Der Wärmeeffizienzbonus wird für Mini-BHKW gewährt, die mit einem (zweiten) Abgaswärmetauscher zur Brennwertnutzung ausgestattet und an ein hydraulisch abgeglichenes Heizungssystem angeschlossen sind. Der Wärmeeffizienzbonus beträgt 25 Prozent der Basisförderung.

Der gesamte Zuschuss für die Mini-KWK-Anlage mit einer Leistung von 7,4 Kilowatt elektrisch bestehend aus Basisförderung und Wärmeeffizienzbonus beläuft sich auf 3.925 Euro. Zur Basisförderung von 3.140 Euro kommt der Wärmeeffizienzbonus von 785 Euro.

Der Stromeffizienzbonus wird für Anlagen mit einem besonders hohen elektrischen Wirkungsgrad gewährt beträgt 60 Prozent der Basisförderung.

Für ein Mini-BHKW mit einer Leistung von z. B. 1,5 kW_el wird zusätzlich zur Basisförderung von 2.050 Euro ein Stromeffizienzbonus von 1.230 Euro, insgesamt also 3.280 Euro gewährt. Den Stromeffizienzbonus gibt es derzeit jedoch aufgrund der Anforderungen nur für Geräte mit Brennstoffzellen.