Vaillant: Mikro-KWK mit Brennstoffzelle

Vaillant Group – Das Unternehmen

Internationaler Konzern: Der Remscheider Heiz-, Lüftungs- und Klimatechnikspezialist Vaillant Group ist ein international tätiges Unternehmen und seit seiner Gründung im Jahr 1874 in Familienbesitz. Die Vaillant Group erwirtschaftete im Jahr 2010 mit mehr als 12.400 Beschäftigten einen Umsatz in Höhe von 2,3 Mrd. Rund 20% des Gesamtumsatzes wird mit Dienstleistungen wie Wartung und Inbetriebnahmen erwirtschaftet.

Vaillant Brennstoffzellen Mikro-KWK

Prototyp Brennstoffzellen-KWK vorgestellt: Nachdem ein von Vaillant entwickeltes Mikro-Kraft-Wärme-Kopplungssystem auf Brennstoffzellen-Basis 2010 mehr als 12.000 Stunden im Dauerbetrieb erreichte, präsentiert die Vaillant Group einen Prototyp des ersten wandhängenden Mikro-Kraft-Wärme-Kopplungssystems mit Brennstoffzellen-Technologie im Rahmen der Hannover Messe 2011. Das KWK-System soll zukünftig Einfamilienhäuser gleichzeitig mit Wärme und Strom versorgen.


Brennstoffzellen-Pionier: Die Vaillant Group gehört zu den Pionieren bei der Entwicklung von Brennstoffzellen-Heizgeräten und betreibt seit mehr als zehn Jahren Entwicklung auf diesem Gebiet. Bereits 1998 nahm die Vaillant Group die Aktivitäten in Forschung & Entwicklung auf, drei Jahre später präsentierte das Unternehmen den ersten Prototypen eines Brennstoffzellen-Heizgerätes. Die im Jahr 2002 gestarteten Feldtests wurden 2005 erweitert und europaweit mit insgesamt 60 Anlagen durchgeführt. Nach Entwicklungsarbeiten mit drei verschiedenen Brennstoffzellen-Technologien hat die Vaillant Group sich im Oktober 2008 auf Solid Oxide Fuel Cells (SOFC) als vielversprechendste Technologie konzentriert. Die mittlerweile vierte Prototypen-Generation wird jetzt in den CALLUX-Feldtest geschickt.

Technische Daten Vaillant Brennstoffzelle Mikro-KWK

Das vorgestellte Brennstoffzellen-Heizgerät wird mit Erdgas betrieben und ist sowohl für Neubauten als auch für die energetische Sanierung im Gebäudebestand konzipiert. Das kompakte Gerät erzeugt gleichzeitig 2,0 kW Wärme und 1,0 kW Strom.

Vaillant Brennstoffzellen Mikro-KWK
AnwendungsbereichEinfamilienhäuser
BrennstoffErdgas, Bioerdgas
Brennstoffverbrauch3,7 kW
Motor/AntriebBrennstoffzelle "Solid Oxide Fuel Cells" (SOFC)
Hubraum./.
Drehzahlbereich./.
Emissionswerte NOxn.v.
Emissionswerte COn.v.
Geräuschniveaun.v.
elektrische Leistung (Strom)1,0 kW
thermische Leistung (Wärme)2,0 kW
Stromkennzahl0,50
Wirkungsgrad elektrisch30-34 %
Gesamtwirkungsgrad80-85 %
Abmessungen (BxTxH)98,0 x 62,0 x 60,0 cm
Platzbedarf (BxTxH)n.v.
Gewichtn.v.
Vorlauftemperaturn.v.
Rücklauftemperaturn.v.
Abgastemperaturn.v.
Stromanschluss230 Volt, 50 Hz

Brennstoffzelle als idealer BHKW-„Antrieb“

Überragende Stromkennzahl: Während die Wettbewerber im Bereich von Mikro-KWK-Systemen derzeit auf den Stirlingmotor setzen, sieht Vaillant perspektivisch in der Brennstoffzelle einen deutlichen Technologiesprung. Im Vergleich zu herkömmlichen KWK-Systemen erzeugt das Brennstoffzellen-Heizgerät bei gleichem Energieeinsatz deutlich mehr Strom. Mit einer Stromkennzahl von 0,50 (Verhältnis Strom- zu Wärmeleistung), ist das Brennstoffzellen-Mikro-KWK ganz weit vorne. Zum Vergleich: der Dachs Stirling SE erreicht hier nur einen Wert von 0,16 (1,0 kWel, 6,1 kWth).

Flüsterleise: Brennstoffzellen-Heizgeräte bestehen aus nur wenigen beweglichen Teilen. Genau genommen ist eine Brennstoffzelle ein chemischer Energiewandler. Die Energie des Brennstoffes wird umgewandelt in Reaktionsenergie in Form von Strom und Hitze. Da die chemische Reaktion ohne offene Flamme und Explosion funktioniert, ist ein Brennstoffzellen-KWK flüsterleise. Wäre da nicht der obligatorisch notwendige Pufferspeicher, könnte das wandhängende Gerät in jeder Etagenwohnung seinen Dienst verrichten. Das eröffnet völlig neue Absatzpotenziale.

Lange Wartungsintervalle: Systembedingt müssen keine Zündkerzen gewechselt werden, ebenso entfällt ein Ölwechsel. Wo es keine Ventile gibt, können diese nicht verschleissen. Darüber hinaus gelten Brennstoffzellen als die KWK-Technologie mit dem höchsten CO2- und Stickoxid-Vermeidungspotenzial.

Lange Anlaufphase: Eine Brennstoffzelle muss erst auf Temperatur kommen, damit die chemische Reaktion funktionieren kann. Bei Vaillant sah man sich bei den ersten Prototypen-Generationen noch mit Amlaufphasen bis zu neun Stunden konfrontiert. Der aktuelle Prototyp benötigt hingegen nur noch zwei bis drei Stunden für den Kaltstart.

Solid Oxide Fuel Cells (SOFC)


Brennstoffzellen Stack – Bild: staxera

Hochtemperatur-Technologie: Die technische Grundlage des Vaillant Mikro-KWK bilden Brennstoffzellen vom Typ „Solid Oxide Fuel Cell“ (SOFC). Die Kernkomponente einer SOFC-Brennstoffzelle ist eine dünne, gasdichte Keramikmembran, auf der zwei dünne poröse Elektroden aufgetragen sind. Die elektrochemische Reaktion der Brennstoffzelle erfolgt in den Elektroden und Ionen wandern durch die Membran. Die zwei Elektroden bestehen aus speziellen Werkstoffen, um auf großer Fläche die chemische Reaktion zu gewährleisten. Die Brennstoffzelle arbeitet bei einer Temperatur von rund 850°C – diese hohe Temperatur ist erforderlich, um die Ionenleitfähigkeit der Keramikmembran zu nutzen. Durch die hohen Temperaturen kann bei der SOFC-Technologie Erdgas direkt als Brenngas eingesetzt werden. Für die Hausenergie-Versorgung also ideal.

Skalierbare Größe: Jede Zelle liefert um 25 Watt elektrische Leistung bei einer Spannung von 0,7 V. Mehrere Zellen werden dann zu einem Stapel (Stack) aufgebaut. Durch die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) arbeiten SOFC-Systeme mit einem Gesamtwirkungsgrad von > 80%, was deutlich höher ist als bei herkömmlichen Systemen. Das führt zu niedrigeren Betriebskosten und weniger CO2-Emissionen.

Dresdner Brennstoffzellen-Spezialist: Das Kernelement des Vaillant Brennstoffzellen-Systems, ein „Integriertes Stack Modul“ (ISM), wird vom Brennstoffzellen-Spezialisten staxera GmbH aus Dresden zugeliefert. Das 2005 gegründete Unternehmen entwickelt und produziert SOFC Hochtemperatur-Brennstoffzellen bzw. SOFC-Zellstapel (sog. „Stacks“). Hinter der staxera GmbH steht übrigens die Webasto AG.

Brennstoffzellen-Lebensdauer: Die staxera GmbH ist sich sehr wohl bewusst, dass om BHKW-Bereich Laufzeiten von mindestens 40.000 Stunden, besser soagr 80.000 Stunden erwartet werden. Im Dezember 2010 erhöhte staxera die Garantiedauer für seine Zellstapel auf 5.000 Stunden. Das würde im BHKW-Bereich einer Laufzeit von üblicherweise einem Jahr entsprechen. Allerdings erreichte die Vaillant-Group im letzten Jahr bereits mehr als 12.000 Stunden Dauerbetrieb. Bei Vaillant ist man überzeugt, dass auf Basis der SOFC-Technologie auch Starten und Stoppen des Systems ohne nennenswerte Einbußen bei der elektrischen Leistung möglich ist. In Feldtests hat staxera bei Stacks neuerer und auch älterer Bauart eine Degradation der Stack-Leistung von weniger als 4% nach 12.0000 Stunden festgestellt.

Feldtests im Rahmen von CALLUX


Ab Herbst 2011 wird das Vaillant Brennstoffzellen-Heizgerät im Rahmen des bundesweiten größten Brennstoffzellen-Praxistests Callux erprobt. Noch in 2011 möchte Vaillant 25 Geräte installieren. In den nächsten zwei Jahren sollen bis zu 150 Brennstoffzellen-KWK in den Praxistest-Betrieb gehen.

Das Ziel des weiteren Prozesses besteht in dem Nachweis der Technologiereife von SOFC-Brennstoffzellen für die Kraft-Wärme-Kopplung sowie der Weiterentwicklung des Prototypen bis zur Serienfähigkeit. Im Rahmen des CALLUX-Zukunftsprojekts, das gemeinsam von Partnern aus der Energiewirtschaft und der Heizgeräteindustrie mit Unterstützung des Bundesministeriums für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung im Rahmen des Nationalen Innovationsprogramms (NIP) der Bundesregierung umgesetzt wird, werden rund 800 Brennstoffzellen-Heizgeräte über einen Zeitraum von acht Jahren in Eigenheimen erprobt.

Marktstart frühestens 2016: Nach dem auf mindestens zwei Jahre ausgelegten Feldversuch rechnet die Vaillant-Group mit weiteren zwei bis drei Jahren bis zur Serienreife. Solange will man den Mikro-KWK Markt bei den Ein- und Zweifamilienhäusern mit dem gerade vorgestellten ecoPOWER 1.0 KWK bearbeiten. Das ab Juni 2011 verfügbare Mikro-BHKW wird von einem vergleichsweise altmodischen Viertakt Gas-Motor des Kooperationspartners Honda angetrieben.

Kontakt/Adresse

Vaillant Group
Berghauser Str. 40
42850 Remscheid
Tel: 0180-5-824 552 68 (14 ct./min)
Fax: 02191-18 28-10
www.vaillant-group.com

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