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Stromerzeugende Heizungen auf dem Vormarsch

Stromerzeugende Heizungen auf dem Vormarsch

Für kleine Wohngebäude ersetzen Brennstoffzellen bereits heute die bisherigen Blockheizkraftwerke mit Verbrennungsmotor. Japanische Serienprodukte sind zwar noch teuer, aber dank großzügiger Förderung sind sie schon heute konkurrenzfähig. Louis-F. Stahl nimmt die auf der Internationalen Sanitär- und Heizungsmesse (ISH) in Frankfurt gezeigten Brennstoffzellen unter die Lupe.

(28. Juli 2017) Warum können wir nicht die hohen Temperaturen im Gaskessel auch für die Erzeugung von Strom nutzen? Oder mit der Abwärme von Kraftwerken zur Stromerzeugung die Wohnung heizen? Die Lösung ist das eigene Kleinkraftwerk im Keller. Es nutzt das hochwertige Gas besser und der Strom braucht nicht umweltbelastend in einem Großkraftwerk erzeugt und zu den Häusern transportiert werden. Die verbrauchsnahe Stromerzeugung entlastet zudem die Stromnetze.

Blockheizkraftwerke (BHKW) haben sich dafür seit Langem bewährt. Brennstoffzellen befinden sich seit Jahrzehnten in der Entwicklung, um die BHKW abzulösen: Denn sie sind wesentlich wartungsärmer (kaum bewegte Teile), leiser, erschütterungsfrei und auch für kleine Leistungen herstellbar. Nun sind die ersten Brennstoffzellen auf dem Markt und haben sich praktisch bewährt.

Aber die Brennstoffzellentechnik befindet sich in einem schwer zu durchbrechenden Teufelskreis: Geringe Stückzahlen sorgten für hohe Fertigungskosten und die hohen Preise der Geräte für eine anhaltend geringe Nachfrage. Dieser sich selbst erhaltende Kreislauf wird jetzt von zwei Seiten durchbrochen: Der Staat fördert neuerdings jede bei Endverbrauchern installierte Brennstoffzelle mit einem besonderen Investitionszuschuss. Und statt selbst in geringen Stückzahlen Brennstoffzellen zu fertigen, importieren die führenden deutschen Heiztechnikhersteller in Großserie gefertigte Brennstoffzellen aus Japan.

731 BHKW 01 Buderus

Buderus setzt als einziger großer Heizungshersteller auf die SOFC-Brennstoffzelle. Ausgestellt wurde die Energiezentrale FC10 mit einer Brennstoffzelle von Aisin Seiki.

Strategiewechsel

Im Land der aufgehenden Sonne wurden in den letzten Jahren nach offiziellen Angaben mehr als 200.000 Brennstoffzellen als stromerzeugende Heizungen installiert. Die Zubaurate beträgt aktuell rund 50.000 Brennstoffzellen pro Jahr und steigt weiter an. Erklärtes Ziel der japanischen Regierung ist ein Ausbau auf insgesamt rund 5 Millionen stromerzeugende Brennstoffzellenheizungen: Kurzum, die Brennstoffzelle beginnt in Japan die einfache Brennwert-Erdgasheizung zu ersetzen. Seit dem Jahr 2009 werden in Japan Brennstoffzellen bei Energieverbrauchern mit Zuschüssen gefördert.

Seitdem steigt der Absatz von Jahr zu Jahr und die Preise der Geräte sinken. Mit sinkenden Gerätepreisen wird dort auch die Förderung zurückgefahren. Ein ähnliches Prinzip, wie die anfangs hohe, aber dann schnell abgeschmolzene PV-Förderung in Deutschland.

Neue Förderung

Von der staatlichen KfW-Förderbank wird jetzt über das Programm 433 die Installation von Brennstoffzellen zur Beheizung von Ein- und Zweifamilienhäusern mit bis zu 40 Prozent der Investitionskosten bezuschusst. Die typischerweise für diese Gebäude angebotenen Brennstoffzellen mit 700 bis 750 Watt elektrischer Leistung erhalten aus dem KfW-Programm einen Zuschuss in Höhe von 9.300 Euro. Das neue KfW-Förderprogramm ist jedoch nicht mit der Energiesteuerentlastung und dem BAFA-Mini-KWK-Impulsprogramm kombinierbar, welches bisher 3.515 Euro beisteuerte. Die Kombination mit der vom örtlichen Netzbetreiber auf Grundlage des KWK-Gesetzes beanspruchbaren pauschalen Auszahlung des KWK-Zuschlages in Höhe von rund 1.800 Euro ist zulässig. So kommen aktuell insgesamt 11.100 Euro Investitionsförderung zusammen.

Windhundprinzip

Wie lange es das KfW-Programm 433 und das alternativ nutzbare BAFA-Impulsprogramm geben wird, aber auch wann und wie stark die Förderung künftig zurückgefahren wird, lässt der Gesetzgeber leider offen. Die entsprechenden Förderrichtlinien können jederzeit ohne Vorankündigung geändert werden. Entscheidend ist der Zeitpunkt der Antragstellung: Wer die Förderungen in Anspruch nehmen möchte, muss den Antrag zwingend vor Bestellung einer Brennstoffzelle einreichen und erhält bei Verfügbarkeit der Förderung und Vorliegen aller Voraussetzungen eine schriftliche Bestätigung.

Stromerzeugung als Vorteil

Bei einer Brennstoffzellenheizung kann sich der Hausbesitzer neben der Wärme über den von seiner Heizung erzeugten Strom freuen, welcher eine dauerhafte Einsparung beschert. Denn der Preis für das in der Brennstoffzelle zu Strom veredelte Erdgas, ist mit etwa 5 bis 7 Cent je Kilowattstunde (kWh) weitaus günstiger, als der Preis für Strombezug aus dem Netz mit 25 bis 30 Cent je kWh. Brennstoffzellen sind dabei Dauerläufer: Sie erzeugen nur wenig Wärme – meist weniger als an Warmwasser benötigt wird – und können dadurch im ganzen Jahr rund um die Uhr Strom erzeugen. Der bei Mikro-Blockheizkraftwerken mit Verbrennungsmotor bisher limitierende Laufzeitfaktor entfällt. Zusätzliche Wärme – zum Heizen des Hauses im Winter – erzeugt ein in der Brennstoffzellenheizzentrale eingebauter Brennwert-Spitzenlastbrenner.

Stromerträge

Eine 750 Watt Brennstoffzelle erzeugt mit 7.300 Vollbenutzungsstunden pro Jahr rund 5.500 kWh Strom. Da Spitzenlasten über 750 Watt bei den meisten Haushalten nur einen ganz kleinen Teil des Gesamtverbrauchs ausmachen, kann eine solche Brennstoffzelle in der Regel 70 bis 90 Prozent des Strombedarfs decken. Bei einem Jahresverbrauch von 3.500 kWh entspricht dies einer Einsparung von etwa 450 bis 700 Euro pro Jahr. Die genaue Einsparung hängt von der Preisentwicklung bei Strom und Erdgas sowie dem konkreten Verbrauchsverhalten und damit dem Eigennutzungsgrad des selbst erzeugten Stroms ab. Bereits nach 4 bis 7 Jahren sollte sich der Mehrpreis gegenüber einer normalen Brennwertheizung ohne Stromerzeugung folglich amortisieren und ab diesem Zeitpunkt sorgt eine Brennstoffzelle für dauerhafte Energiekostenreduktionen.

Viessmann-Komplettpaket

Das von Viessmann seit 2014 als Vitovalor 300-P angebotene Brennstoffzellenkomplettsystem wird vom Hersteller aktuell mit einer Preisempfehlung von 19.950 Euro gelistet. Die oben genannten Förderungsmöglichkeiten gegengerechnet, kostet die Brennstoffzellenheizung im Ergebnis aktuell nur noch etwa 3.000 Euro mehr, als eine vergleichbare Brennwertheizzentrale mit Zubehör. Denn anders als bei einer Brennwerttherme, wo Pumpengruppen für Heizkreise, Warmwasserbereitung und Speicher extern angeschlossen werden, ist bei den Brennstoffzellen-Komplettsystemen die gesamte Technik mit im Gehäuse integriert. In zwei jeweils etwa gefrierschrankgroßen Gehäusen befindet sich neben der Brennstoffzelle ein Brennwert-Spitzenlastbrenner, eine Warmwasserbereitung mit Speicher und Pumpengruppen für die Heizkreise.

731 BHKW 02 Viessmann

Die neue 2017er Generation der Viessmann Vitovalor 300-P mit PEM-Brennstoffzelle von Panasonic ist in den Gehäuse-abmessungen etwas kompakter geworden, hat technisch aber keine Änderungen erfahren. Neu ist der optionale Stromspeicher Vitocharge (links), der aber in der ausgestellten Kombination mit einer dauerhaft Strom produzierenden Brennstoffzelle keinen großen Nutzen entfalten kann.

Japanisches Duo

Die von Viessmann im Vitovalor 300-P Systempaket angebotene Panasonic-Brennstoffzelle mit 750 Watt elektrischer Leistung dürfte aufgrund des vergleichsweise günstigen Preises das aktuell meistverkaufte Brennstoffzellensystem in Deutschland sein. Rund 1.000 Geräte sollen im letzten Jahr verkauft worden sein. Größter Konkurrent von Panasonic ist auf dem japanischen Heimatmarkt eine 700 Watt starke Brennstoffzelle der „Toshiba Fuel Cell Power Systems Corporation“, die wie die insolvente Nukleartochter des Konzerns (siehe Misere der Atomenergie) ein eigenständiges Unternehmen darstellt. Beide Hersteller liefern sich in Japan, mit jeweils etwa 40 Prozent Marktanteil, ein Kopf-an-Kopf-Rennen um die Kundengunst. Die Toshiba-Brennstoffzelle wird in Deutschland von den Marken SenerTec, Remeha und Brötje des BDR-Thermea-Konzerns  als „InnoGen“ zu deutlich höheren Preisen ab etwa 25.000 Euro angeboten und kommt ebenfalls als komplette Energiezentrale daher. Über die bisherigen Absatzzahlen hält man sich noch bedeckt, zumal der Verkauf im letzten Jahr nur bei der Konzernmarke SenerTec angelaufen ist und die Marken Brötje sowie Remeha erst auf der ISH die Übernahme der InnoGen in das eigene Lieferprogramm bekannt gegeben haben.

731 BHKW 05 Senertec 731 BHKW 04 Brötje 731 BHKW 03 Remeha

Die bisher nur bei SenerTec (grünes Gehäuse) als InnoGen erhältliche PEM-Brennstoffzelle von Toshiba wurde auf der ISH 2017 auch von den Konzernschwestern Brötje (weißes Gehäuse) und Remeha (graues Gehäuse) in das jeweilige Lieferprogramm aufgenommen.

Deutsche Produkte

Am günstigsten ist die aus deutscher Fertigung nahe München stammende Elcore 2400, welche im Systempaket mit Zubehör etwa 19.000 Euro kostet. Mit nur 300 Watt Dauerleistung produziert dieses System aber, verglichen mit den beiden japanischen Geräten, weniger als die Hälfte an elektrischer Energie und erhält daher auch deutlich weniger staatliche Förderung. Mit rund 25.000 Euro wiederum deutlich teurer ist die deutsche Brennstoffzelle BlueGen vom Hersteller SolidPower aus Heinsberg mit 1.500 Watt elektrischer Leistung, welche eher für größere Häuser in Frage kommt. Allerdings handelt es sich dabei um die bloße Brennstoffzelle ohne Warmwasserbereitung, Pufferspeicher, Spitzenlastwärmeerzeuger und Pumpengruppen, so dass der Endpreis eines BlueGen-Komplettsystems mit diesen Komponenten effektiv weit höher liegt.

Außenseiter Vaillant

Als glücklos hat sich der Remscheider Heiztechnikhersteller Vaillant erwiesen: Seit Jahren ist das Unternehmen als Vorreiter bekannt, aktuell mit der sechsten Prototypengeneration im Feldtest und hatte die Markteinführung bereits groß angekündigt. Auf der Messe hat Vaillant überraschend bekanntgegeben, dass man das Brennstoffzellenprojekt XellPower auf Eis legen wird. Zwar sei das Brennstoffzellensystem technisch marktreif, die Kosten der in Dresden gefertigten Brennstoffzelle seien jedoch völlig aus dem Ruder gelaufen. Unklar ist auch die Strategie von Bosch Thermotechnik mit den Marken Buderus und Junkers, die ihre 700 Watt leistende Brennstoffzelle vom japanischen Hersteller Aisin Seiki beziehen und für einen Preis von unter 30.000 Euro anbieten wollen, diese aber aufgrund des hohen Preises bisher hauptsächlich in besonders geförderten Feldtests installieren.

Lebensdauer und Wartung

Die eigentliche Wartung von Brennstoffzellenheizungen beschränkt sich, wie bei einer Brennwerttherme, auf eine jährliche Durchsicht und zusätzlich gegebenenfalls den Austausch von ein paar Filtern. Neben der elektrischen Leistung und dem Anschaffungspreis ist für den Einsatz als stromerzeugende Heizung aber auch die Lebensdauer ein entscheidendes Kriterium. Hier punkten die beiden japanischen Zellen von Panasonic und Toshiba: Es handelt sich um sogenannte Polymerelektrolytmembran-Zellen (PEMFC), welche mit einer Lebenserwartung von mindestens 10 Jahren als besonders langlebig gelten und dies auch bereits bewiesen haben. Zwar setzt auch der deutsche Hersteller Elcore auf die PEMFC-Technik, allerdings in einer speziellen Hochtemperaturvariante und ohne belastbare Lebensdauernachweise. Einen ganz anderen Ansatz verfolgen SolidPower, Aisin und bisher auch Vaillant: Mit einer bis zu 1000 °C heißen Festoxidbrennstoffzelle (SOFC) werden besonders hohe Wirkungsgrade erreicht, dafür degeneriert der teure Brennstoffzellenstack aber binnen weniger Jahre und muss teuer ersetzt werden.

Es dürften vermutlich diese Folgekosten für den regelmäßigen Brennstoffzellentausch sein, welche Vaillant zur plötzlichen Abkündigung der fertig entwickelten SOFC-Brennstoffzelle XellPower bewogen haben.

Motor als Auslaufmodell?

Mit dem Durchstarten der Brennstoffzellentechnik für kleine Wohngebäude kommt die Motortechnik in Bedrängnis: Viessmann hat seine beiden stromerzeugenden Vitotwin-Heizungen mit Microgen-Stirlingmotor auf der ISH abgekündigt und Vaillant hatte bereits zum Jahreswechsel das von einem Honda-Verbrennungsmotor angetriebene ecoPower 1.0 aus dem Programm genommen.

Insbesondere der in der Wartung mit Zündkerzen, Öl sowie dem Nachstellen von Ventilspiel und weiteren Parametern aufwändige Verbrennungsmotor ist aufgrund der damit verbundenen Folgekosten, verglichen mit Brennstoffzellen bei Kleinstanlagen bis 1 kW Leistung, nicht mehr wirtschaftlich. Bei größeren BHKW ist es umgekehrt: Dort wo der Verbrennungsmotor seine hohe Leistung ausspielen kann, bleibt er trotz hoher Wartungskosten aufgrund geringerer Anschaffungskosten wirtschaftlich sinnvoll.

Bürokratismus

Wie Photovoltaikanlagen bringen auch stromerzeugende Heizungen leider jede Menge Papierkram mit sich. Über die Unterschrift unter den meist vom Installateur vorbereiteten Förderanträgen und Anmeldungen beim Netzbetreiber mag man sich noch freuen. Mit Inbetriebnahme muss zudem die Meldung beim Anlagenregister der Bundesnetzagentur erfolgen. Spätestens beim Finanzamt ist aber der Anlagenbetreiber gefragt: Die Einspeisung in das Netz stellt ein laufendes „Einkommen“ dar und muss versteuert werden. Die Umsatzsteuer auf den Kaufpreis kann man zwar vom Finanzamt als Vorsteuer zurückverlangen, dann zahlt man aber – stark vereinfacht gesagt – auf die verbrauchte Energie über die Jahre mehr Umsatzsteuer, als die einmalige Erstattung einbringt und muss alle paar Monate diese Beträge melden. Und mit dem Netzbetreiber ist die Strom-Überschusseinspeisung abzurechnen. Das klingt alles kompliziert – ist es leider auch. Mitglieder im Bund der Energieverbraucher können sich aber vom Verein über das Prosumerzentrum (siehe Prosumerzentrum) dahingehend kostenfrei beraten lassen.

Weitere Infos: Brennstoffzellen-Heizungen: Technik, Kosten, Arten & Förderung