Brennstoffzellenheizung

Erfahrungen & Bewertungen zu Tobias Beuler

Eine der Neuheiten in der Heizungsbranche ist die Brennstoffzellenheizung. Mit Brennstoffzellenheizungen kann gleichzeitig Strom und Wärme erzeugt werden – vergleichbar mit einem Mini-Kraftwerk. Doch wie funktioniert das und für wen lohnt sich die Anschaffung? Mit dem folgenden Ratgeber möchten wir Hausbesitzer unter anderem auch über die laufenden Kosten, die Vor- und Nachteile sowie die Voraussetzungen für den Einsatz informieren.

Brennstoffzellenheizung: Funktionsweise und Grundprinzipien

Um die Funktionsweise einer Brennstoffzellenheizung zu verstehen, müssen erst einmal die Grundprinzipien des Systems klar sein.

Immer mehr Haushalte entscheiden sich für eine Brennstoffzellen-Heizung und somit für die Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle (PEM). Eine Brennstoffzelle im Inneren einer Heizung kann durchaus mit einer Batterie verglichen werden. Sie hat zwei Elektroden. Am Plus-Pol, der Anode, wird Wasserstoff und am Minus-Pol, der Kathode, wird Sauerstoff zugeführt. Die beiden Stoffe dürfen nicht unkontrolliert aufeinandertreffen, da es ansonsten zu einer Explosion kommt. Aus diesem Grund befindet sich dazwischen ein Elektrolyt, die Polymer Membran. Dies bedeutet, dass das technische Grundprinzip der Brennstoffzellenheizung auf der Umkehrung der Elektrolyse beruht. Bei der Erläuterung der Funktionsweise gehen wir näher darauf ein.

Die Funktionsweise einer Brennstoffzellenheizung erklärt

Als chemische Reaktionsenergie wird in der galvanischen Zelle kontinuierlich Brennstoff wie zum Beispiel Wasserstoff, Butan oder Methanol sowie ein Oxidationsmittel (Sauerstoff aus der Luft) in elektrische Energie umgewandelt (kalte Verbrennung). Bei diesem elektrochemischen Prozess entsteht in der Brennstoffzelle als Abfallprodukt Wärme, die zum Heizen verwendet wird.

Kommt klimaneutral erzeugter Bio-Wasserstoff zum Einsatz, ist das Kernelement der Brennstoffzellen-Heizung eine Niedrigtemperatur-Brennstoffzelle. Ist kein Bio-Wasserstoff vorhanden, kann die Brennstoffzellen-Heizung auch mit fossilem oder biogenem Methan (Erdgas bzw. Bioerdgas) betrieben werden. In diesem Fall wird in der Brennstoffzelle eine wartungsfreie Reformer-Einheit vorgeschaltet, die das Methan in Wasserstoff umwandelt. Des Weiteren wird zur Betriebsführung eine Regelungseinheit und eine elektronische Leistungselektronik benötigt. Damit an kalten Wintertagen alle Bedarfsspitzen abgedeckt werden können, nutzen die meisten Hersteller zusätzlich ein Gas-Brennwertgerät.

Vorteile der Brennstoffzellenheizung

  • Hohe Effizienz – Die Brennstoffzelle hat einen hohen Wirkungsgrad von annähernd 100 %. Im Vergleich dazu kommen konventionelle Blockheizkraftwerke (BHKW) nur auf maximal 90 %.

  • Geringe Umweltbelastung – Erdgas wird aufgrund des hohen Wirkungsgrades fast vollständig verwertet. Dabei verursacht eine Brennstoffzelle deutlich weniger Emissionen als Kraftwerke, die Wärme und Strom getrennt erzeugen.

  • Gleichzeitige Strom und die Wärmeerzeugung – Die Erzeugung von Strom ist ein Nebenprodukt des Prozesses. Dadurch werden Hausbesitzer unabhängiger von den Stromerzeugern, was wiederum die laufenden Energiekosten senkt.

  • Unkomplizierter Betrieb – Ist die Brennstoffzellen-Heizung erst einmal installiert, läuft sie leise und vor allen Dingen wartungsarm.

Brennstoffzellenheizung vs. herkömmliche Heizsysteme: Vergleich der Vor- und Nachteile

Nicht nur die Brennstoffzellen-Heizung nutzt das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung. Dieses Prinzip ist auch bei den Blockheizkraftwerken im Einsatz. Allerdings gibt es zwischen den beiden Heizsystemen deutliche Unterschiede.

In einem Blockheizkraftwerk wird die Wärmeenergie und der Strom in erster Linie durch die Verbrennung und die mechanische Energie einer Turbine erzeugt. Die Brennstoffzelle dagegen benötigt nur Wasserstoff, welcher aus Erdgas gewonnen wird. Aus diesem Grund ist für die Brennstoffzellen-Heizung auch kein Verbrennungsmotor oder Stirlingmotor nötig. Zur Energiegewinnung ist nur die Brennstoffzelle nötig. Dies bedeutet, dass die Brennstoffzellenheizung auch keine Abgase produziert. Dies ist lediglich der Fall, wenn zur Heizungsunterstützung an sehr kalten Tagen eine Gasbrennwertheizung eingesetzt wird.

Die Brennstoffzellenheizung liegt mit ihrem elektrischen Wirkungsgrad von bis zu 70 % deutlich vor dem Blockheizkraftwerk. Dieses kann nur etwa 1/3 seiner Primärenergie in Strom umwandeln.

Ein weiterer Vorteil der Brennstoffzellenheizung ist, dass sie modular aufgebaut ist. Sie kann somit auch in Einfamilienhäusern zum Einsatz kommen. Das Blockheizkraftwerk dagegen ist nur für mehrere Häuser oder für Wohnblöcke geeignet.

Zusätzlich muss das Blockheizkraftwerk sehr oft gewartet werden, während die Brennstoffzelle nahezu wartungsfrei ist. Es muss lediglich alle 20 Jahre ein Austausch der Brennstoffzelle erfolgen.

Unterschiedliche Arten von Brennstoffzellenheizungen im Überblick

Für den Betrieb einer Brennstoffzellenheizung kommen grundsätzlich Biogas, Erdgas oder Flüssiggas zum Einsatz. Aus diesem Grund ist die Frage nach den verschiedenen Arten von Brennstoffzellen viel wichtiger, denn die Brennstoffzelle muss zu den Bedürfnissen der Nutzer passen.

Es gibt:

  • SOFC-Brennstoffzellen (Hochtemperatur-Brennstoffzellen) – Diese sind günstiger, da sie ohne externen Reformer arbeiten. Jedoch benötigt eine Brennstoffzellenheizung mit diesen Brennstoffzellen sehr lange, um auf die richtige Arbeitstemperatur zu kommen.

  • PEMFC-Brennstoffzellen (Niedertemperatur-Brennstoffzellen)– Diese sind nicht nur teuer, sondern auch schmutzanfällig durch verunreinigtes Gas. Allerdings sind sie einfach aufgebaut, kompakt und erreichen schnell ihre Arbeitstemperatur.

  • Die Tabelle verdeutlicht den Unterschied zwischen den beiden Arten der Brennstoffzellen

Brennstoffzelle SOFC PEMFC
Arbeitstemperatur 650 - 1000 Grad 70 - 90 Grad
Brennstoff Wasserstoff Wasserstoff
-- Erdgas Erdgas
-- Methan Methan
-- - Methanol
Elek. Anlagenwirkungsgrad 33 - 60 % 32 - 37 %

Installation und Betrieb einer Brennstoffzellenheizung

Die Installation der Brennstoffzellenheizung und dem dazugehörigen System muss durch einen geschulten Fachbetrieb erfolgen. Wichtig ist, dass vor dem Betrieb ein hydraulischer Abgleich erfolgen muss. Danach muss die Brennstoffenzellenheizung einen elektrischen Wirkungsgrad von mindestens 32 % sowie einen Gesamtwirkungsgrad von mindestens 82 % aufweisen.

Voraussetzungen für einen effizienten Betrieb einer Brennstoffzellenheizung

Hausbesitzer, die sich zum Kauf einer Brennstoffzellenheizung entscheiden, müssen bereits im Vorfeld ein paar wesentliche Punkte beachten.

  • Im Haus muss ein Gasanschluss vorhanden sein

  • Im Haus muss es eine zentrale Heizungsanlage für Warmwasser und Raumwärme geben oder in Planung sein

  • Es muss ein Wärmespeicher in das System integriert werden

  • Eine Zusatzheizung sollte installiert werden

Da bei der Brennstoffzellenheizung mit Wasserstoff geheizt wird, ist ein Gasanschluss zwingend nötig. Der Wasserstoff wird dazu mithilfe von Wasserdampf im Reformer aus dem Gas gewonnen.

Ebenso wichtig ist die zentrale Anlage, die die Brennstoffzellenheizung arbeitet nur dann effizient, wenn Wärme und Strom auch abgenommen werden können. Der Strom kann dabei in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden, während die Wärme der Brennstoffzellen-Heizungen im Haus abgenommen werden muss. Aus diesem Grund ist auch die richtige Auslegung der Anlage sehr wichtig. Experten raten daher immer zu einer Komplettlösung für Brennstoffzellen-Heizungen, was wiederum auch dafür sorgt, dass die Unabhängigkeit von Energieversorgern und den damit verbundenen Energiepreisen erhöht wird.  

Durch den Wärmespeicher (Pufferspeicher) und die Zusatzheizung wird für eine lange und gleichmäßige Laufzeit der Heiztechnik gesorgt. Brennstoffzellen sind für den Grundlast-Wärmebedarf ausgelegt. Wird in der kalten Jahreszeit der Bedarf überschritten, schaltet sich automatisch die Zusatzheizung ein.

Kostenfaktoren einer Brennstoffzellenheizung: Was Sie beachten sollten

Wie bei allen anderen Heizsystemen setzt sich die Brennstoffzellenheizung aus verschiedenen Komponenten zusammen. Wir haben uns die einzelnen Kostenfaktoren sowie die staatliche Förderung für das Heizsystem näher angeschaut

Die Kosten für das Heizgerät

Für ein Einfamilienhaus liegen die Kosten für das Heizgerät für ein solches Heizsystem im Schnitt zwischen 20.000 bis 25.000 Euro. Je nach Region, Dienstleister und Hersteller können die Preise hier stark variieren. Daher können wir auch nur grobe Richtwerte nennen, die lediglich zur Orientierung dienen sollen. Genaue Kosten erfahren Hausbesitzer im Rahmen einer individuellen Beratung vor Ort durch einen qualifizierten Fachbetrieb.

Die Kosten für den Betrieb

Die Betriebskosten für die Brennstoffzellenheizung setzen sich aus den Brennstoffkosten, den Vergütungen sowie den individuellen Einsparungen zusammen. Hausbesitzer können sehr große Einsparungen erzielen, wenn sie möglichst viel des erzeugten Stroms auch selbst nutzen.

Beim aktuellen Strompreis von ca. 43 Cent pro Kilowattstunde liegt die Einspeisevergütung gemäß dem KWK-Gesetz bei 10 bis 12 Cent je Kilowattstunde.

Für die Betriebskosten der Brennstoffzellenheizungen spielen folgende Faktoren eine wichtige Rolle:

  • Energetischer Zustand des Hauses

  • Heizverhalten der Bewohner

  • Menge des selbstgenutzten Stroms

Die Kosten für den Gasanschluss

Der Gasanschluss besteht aus zwei Teilen. Der erste Teil liegt zwischen Straße und Gebäude und wird als Hausanschlussleitung bezeichnet. Gestellt wird diese Hausanschlussleitung vom Versorger. Die Kosten liegen zwischen 1.500 und 3.000 Euro.

Der zweite Teil besteht aus den Leitungen im Haus, welche das Gas von der Hauptabsperreinrichtung zu den Verbrauchern transportieren. Wird nur eine Brennstoffzellenheizung angeschlossen, liegen die Kcosten zwischen 1.000 und 1.500 Euro.

Fehlt der Gasanschluss, kann die Brennstoffzellenheizung auch mit Flüssiggas aus einem Tank betrieben werden. Die Kosten hierfür liegen bei 1.500 bis 3.000 Euro.

Förderung – staatliche Anreize und Programme

Über die Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) bzw. den Steuerbonus für eine Sanierung können Hausbesitzer eine Unterstützung für die Brennstoffzellenheizung bekommen. Die Förderung gilt für Bestandsgebäude und kann so die Anschaffungskosten senken, was wiederum zu einer besseren Wirtschaftlichkeit beiträgt.

Hausbesitzer müssen jedoch wissen, dass sie die Zuschussförderung über die BEG nur erhalten, wenn die Brennstoffzellenheizung mit grünem Wasserstoff oder Biomethan betrieben wird. Dagegen ist die steuerliche Förderung auch beim Einsatz von konventionellem Gas möglich.

Des Weiteren gibt es eine Förderung über das KfW-Programm 433 „Energieeffizient Bauen und Sanieren – Zuschuss Brennstoffzelle“. Die Förderung erfolgt in Form eines Zuschusses. Dieser setzt sich aus dem Grundbetrag von 6.800 € sowie 550 € je angefangene 100 Watt elektrische Leistung zusammen. Die KfW-Förderung ist bei 40 Prozent der förderfähigen Kosten für Brennstoffzellen gedeckelt.

Fazit zur Brennstoffzellenheizung

Über einen chemischen Prozess (kalte Verbrennung)  wird mit einer Brennstoffzellenheizung Strom und Wärme erzeugt. Diese fortschrittliche Technologie ist in Deutschland noch nicht sehr weit verbreitet, was zum einen am hohen Preis für die Brennstoffzellen, den hohen Anschaffungskosten und der steuertechnischen Komplexität liegt. Sind auf Dauer die niedrigen Heiz- und Stromkosten ein Leitargument, dann wird sich die Brennstoffzellenheizung sowohl im Einfamilienhaus als auch im Mehrfamilienhaus durchsetzen. Bedingung ist allerdings ein Gasanschluss.

Autor Tobias Beuler

Aktualisiert: 05.06.2021

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Als Experte für den Fertighausbau widmet sich Tobias Beuler, der Gründer von Fertighausexperte, allen Fragen rund um Ihr Bauprojekt.

Technisch ausgebildet von der HWK, kaufmännisch ausgebildet von der IHK und weitergebildet im WBZ der Universität St. Gallen sowie vom Bundesverband deutscher Fertigbau, begleitet Tobias Beuler seit 2000 europaweit den Auf- und Ausbau von Fertighäusern. Nachdem er jahrelang selbst auf Baustellen tätig war, bietet er sein Insiderwissen über Fertighausexperte.com seit 2018 an, um Andere bei Ihren Fertigbauprojekten zu unterstützen und ist in TV und Print als Bauexperte bekannt.


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