Brennstoffzellenheizung mit Photovoltaik kombinieren: Ein Traumpaar?
Brennstoffzellen erzeugen Wärme und Strom aus Erdgas. Technisch kann Wasserstoff allerdings auch anders gewonnen werden, beispielsweise über Elektrolyse. Kommt der Strom dafür beispielsweise aus einer Photovoltaikanlage, nutzt die Brennstoffzellenheizung regenerative Energiequellen.
Das Wichtigste in Kürze
- Aus Solarstrom lässt sich per Elektrolyse Wasserstoff für die Brennstoffzelle gewinnen – theoretisch ein regenerativer Betrieb.
- In der Praxis konkurrieren Photovoltaik und Brennstoffzelle oft um den Eigenverbrauch; die Kombination lohnt sich dann kaum.
- Nur mit Wasserstoffspeicher ergänzen sich beide Systeme wirklich – Heim-Elektrolyseure sind aber kaum verfügbar und teuer.
- Beide Systeme zusammen bedeuten hohe Investitionen und lange Amortisationszeiten.
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Die Brennstoffzellen-Technologie ist damit im Gegensatz zu herkömmlichen Heizsystemen offen für den regenerativen Betrieb.
Wie eine Brennstoffzellenheizung mit einer Photovoltaikanlage kombiniert werden kann und worin die Herausforderungen liegen, lesen Sie im folgenden Artikel.
Wasserstoff durch Elektrolyse
Wasserstoff ist ein sehr häufiges Element auf der Erde. Allerdings liegt er meist in gebundener Form vor und muss für den Einsatz in einer Brennstoffzellenheizung gewonnen werden. Eine Möglichkeit dafür ist die Elektrolyse.
Dabei wird Wasser mithilfe von Strom in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Wird der Strom beispielsweise über eine Photovoltaikanlage erzeugt, ist diese Erzeugung von Wasserstoff vollkommen regenerativ.
Somit lässt sich überschüssiger Strom aus der Photovoltaikanlage in Form von Wasserstoff speichern. Dieser kann dann von der Brennstoffzellenheizung bei Bedarf genutzt werden. Im Sommer läuft dafür in einem sogenannten Elektrolyseur die oben beschriebene Erzeugung von Wasserstoff aus Wasser mithilfe von Strom ab.
Speicher nimmt überschüssigen Strom auf
Da Stromerzeugung und Stromverbrauch zeitlich oft nicht deckungsgleich sind, kann ein Stromspeicher den Eigenverbrauch erhöhen; überschüssiger Strom kann aber auch ins Netz eingespeist werden.
Ein Stromspeicher nimmt überschüssige Energie auf und bevorratet sie, bis sie im Haushalt benötigt wird. Gut ausgelegte Heimspeicher decken eher den durchschnittlichen Stromverbrauch zwischen Abend und Morgen, nicht den vollständigen Tagesbedarf.
Bei der Regelung der Stromspeicherung wird der Photovoltaikanlage mit ihrer schwankenden Stromproduktion der Vorrang gegeben. Die kontinuierlich stromerzeugende Brennstoffzelle beliefert den Speicher danach.
Rechnet sich die Kombination aus Brennstoffzelle und Photovoltaik?
Wie immer bei Energiefragen gibt es keine pauschale Antwort dafür, ob eine Kombination der beiden Technologien sinnvoll ist. Es hängt von den Gegebenheiten ab und muss für jeden Fall individuell angeschaut werden.
Allerdings ist die Verbindung der Brennstoffzellenheizung und der Photovoltaikanlage über einen Stromspeicher in der Praxis aus wirtschaftlicher Sicht in manchen Fällen nicht empfehlenswert. Denn die Photovoltaik kann den selbst verbrauchten Brennstoffzellenstrom verdrängen; technisch arbeitet die Brennstoffzelle dadurch nicht schlechter, wirtschaftlich sinkt aber der Vorteil des Eigenverbrauchs. Da beide Systeme hohe Investitionskosten verursachen, verlängert sich die Amortisation zusätzlich.
In Verbindung mit einem Wasserstoffspeicher kann überschüssiger Solarstrom vom Sommer grundsätzlich im Winter nutzbar werden. Das setzt jedoch eine dafür geeignete Brennstoffzelle beziehungsweise ein passendes Gesamtsystem aus Elektrolyseur, Speicher und Brennstoffzelle voraus. Dann arbeiten die Systeme besser zusammen und der Einsatz von Erdgas sinkt.
Photovoltaik und Brennstoffzelle: die Kombinationswege im Vergleich
Beide Systeme lassen sich auf zwei Wegen verbinden. Welcher sinnvoll ist, hängt vor allem davon ab, wie gut sie sich ergänzen – und was heute überhaupt verfügbar ist.
| Kriterium | Direkte Kopplung / Batteriespeicher | Mit Wasserstoffspeicher |
|---|---|---|
| Zusammenspiel | Solarstrom senkt den Eigenverbrauch der Brennstoffzelle – beide konkurrieren | ergänzen sich; Sommerstrom wird als Wasserstoff in den Winter verschoben |
| Wirtschaftlichkeit | doppelte Investition, lange Amortisation | sehr hohe Anschaffungskosten, noch längere Amortisation |
| Praxis-Verfügbarkeit heute | mit Standard-Stromspeicher machbar | Heim-Elektrolyseure kaum am Markt verfügbar |
| Klimabilanz | nutzt Solarstrom direkt, Brennstoffzelle läuft weiter mit Erdgas | Brennstoffzelle kann mit grünem Wasserstoff nahezu CO₂-frei laufen |
Vor allem aber ist der Weg über Elektrolyse und Wasserstoffspeicher für einzelne Wohnhäuser derzeit kaum praxisreif: Heim-Elektrolyseure sind kaum am Markt verfügbar und teuer, und die Umwandlungskette aus Solarstrom, Wasserstofferzeugung, Speicherung und Rückverstromung ist mit hohen Energieverlusten verbunden. Ein großer Teil des eingesetzten Solarstroms geht dabei verloren. Für die allermeisten Haushalte bleibt die direkte Kopplung von Photovoltaik und Brennstoffzelle deshalb die realistischere – wenn auch wirtschaftlich schwierige – Variante.
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