Autarke Energie- und Wärmeversorgung, Smart-Home sowie Digitalisierung. Das sind die Schlagwörter, die Hausbewohner beim Neubau oder einer anstehender Gebäudesanierung von allen Seiten hören. Die Trends sind nicht neu, aber nach wie vor hoch aktuell. Auch bei der energetischen Sanierung eines Einfamilienhauses in Emsdetten setzen die Eigentümer bewusst auf neuste Technik, um sich für die Zukunft zu rüsten.
Wohnhaus
Brennstoffzelle | Einfamilienhaus in Emsdetten
eLecta 300
Zentrale Aspekte im Projekt
Energieerzeugung im High-Tech-Verfahren
Das Gebäude von Susanne und Jörg Eßlage wurde 2006 in dreischaliger Massivbauweise gebaut. Eine erste energetische Überholung nach nunmehr 14 Jahren Nutzung war damit aus ihrer Sicht notwendig. „Wenn die Erwärmung des Hauses schon nicht zu 100 % CO2-neutral funktioniert, dann möchten wir wenigstens auf dem aktuellsten Stand der Technik heizen“, so die Münsterländer wörtlich.
Ihr kompaktes Wohnhaus im beschaulichen Emsdetten ist zweigeschossig und voll unterkellert. Etwa 107 m2 Wohnfläche und weitere 53 m2 Nutzfläche stehen dem Ehepaar zur Verfügung. Nachdem man mit einem Gas-Brennwertgerät des früheren Herstellers Schäfer Interdomo über Jahre hinweg gute Erfahrungen sammeln konnten, entschlossen sich die Betreiber nun zum Einsatz einer gasbetriebenen Brennstoffzelle.
Alternative zur Gasheizung
Die eingesetzte Brennstoffzelle aus dem Hause Remeha vom Typ eLecta 300 ist nicht nur Wärme-, sondern auch Stromerzeuger. Der Vorteil gegenüber einem BHKW (Blockheiz-Kraftwerk) mit ähnlichen Fähigkeiten liegt in der direkten Energieumwandlung. Während das BHKW einen Motor für die Wärme- und Stromproduktion verwendet, nutzt die Brennstoffzelle einen rein elektro-chemischen Prozess für die Bereitstellung dieser Energieformen. Dadurch laufen die Geräte auf Erdgasbasis absout geräuschlos und mit einem sehr geringen CO2-Ausstoß, der bis zu 50 % geringer ist als bei herkömmlichen Brennwertkesseln. Damit gilt die Technologie aktuell als leiseste und effizienteste Form, um aus Erdgas Strom und Wärme zu erzeugen. Brennstoffzellenheizgeräte wandeln mithilfe eines Reformers Erdgas in reinen Wasserstoff und CO2 um. Der gewonnene Wasserstoff reagiert dann mit zugeführtem Sauerstoff aus der Luft in einer umgekehrten Elektrolyse zu Wasser. Der Vorgang wird auch als „kalte Verbrennung“ bezeichnet. Man unterscheidet zwei Varianten: die Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC) mit Keramik-Membran für den Hochtemperaturbereich von 650 bis 1000 °C und die Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle (PEM) mit einer Membran aus Kunststoff für den Niedrigtemperaturbereich von 70 bis 90 °C.
Brennstoffzelle erzeugt nicht nur Wärme
Das System eLecta 300 besteht neben dem Brennstoffzellen-Modul aus einem 300-Liter-Pufferspeicher, und einem Gas-Brennwertgerät, der als Spitzenlastkessel fungiert. Dieser hat eine modulierende Nennwärmeleistung von 4,8 bis 20 kW und ist mit der Hydraulikeinheit im Puffervorbau zu finden. Die Warmwasserbereitung erfolgt über ein Frischwassermodul, welches komfortabel das Wasser direkt aus dem Pufferspeicher bereitstellt. Damit ist das eLecta 300 optimal für den Einsatz in Ein- und Zweifamilienhäuser geeignet.
Das Brennstoffzellen-Modul selbst ist aus einer PEMFC (Polymerelektrolytmembran) gefertigt. Damit ist es möglich eine Ausgangsleistung von 750 W elektrisch und 1.100 W thermisch zu erzeugen. Der elektrische Wirkungsgrad liegt bei über 35 %. Neben der innovativen Hardware punktet die eLecta 300 von Remeha durch eine neue Touchscreen-Bedieneinheit inklusive Energiemanagement, das auf die drei Komponenten (Brennstoffzelle, Brennwertgerät und Frischwassermodul) abgestimmt ist. Des Weiteren ist eine Fernüberwachung integriert, die aktuelle Software-Updates installieren kann und die Betriebsdaten der Anlage übermittelt bzw. analysiert. Zweitere werden im Rahmen der europäischen PACE – Studie benötigt an der Remeha teilnimmt, um hochmoderne Smart-Energy-Lösungen für Privathaushalte zu ermöglichen.
Im Energiemanagement der eLecta 300 hat nach Möglichkeit stets ein 24-stündiger Dauerbetrieb der Brennstoffzelle oberste Priorität. Je nach Wärmeanforderung schaltet darüber hinaus das integrierte Gas-Brennwertgerät zu oder ab. Es fördert die erzeugte Wärmeenergie direkt in den Heizkreis oder in den Puffer, während die Brennstoffzelle ausschließlich den Puffer belädt, um so auf eine durchgehend hohe Laufzeit zu kommen. Bei mehreren Heizkreisen kann somit immer die optimale Kombination im System gesteuert werden. Als Wartungsintervall wird für die Brennstoffzelle vom Hersteller ein Zeitraum von fünf Jahren angegeben. Nach dieser Zeit müssen im Wesentlichen nur Filter gewechselt werden. Alle zehn Jahre ist darüber hinaus ein Austausch von Sensoren fällig.
Energieeffizienz und Bedienfreundlichkeit stehen nicht allein im Fokus der Anlage. Sie ist zudem förderfähig: „Mit den Fördermaßnahmen kommt dieses moderne Micro Blockheizkraftwerk (BHKW) in die Preisregion einer guten Wärmepumpe“, erläutert Hausherrin Susanne Eßlage. Um eine einwandfreie Inbetriebnahme und Wartung des Systems zu garantieren, erfolgt die Anlieferung durch den Hersteller bzw. durch zertifizierte Systempartner; auch das ist wichtig für derartig neue Technologien – der Endverbraucher soll schließlich nicht im sprichwörtlichen Regen stehen.
Fazit
Das Ehepaar E. ist vom System eLecta 300 absolut begeistert. Die Brennstoffzelle arbeitet zuverlässig, effizient und nahezu geräuschlos. Die Betriebsstunden lagen im Zeitraum von Ende Sept. 2019 bis Anfang März 2020 bei 3.400 – das liegt eindeutig im idealen Bereich. Die kompakten Abmessungen der kompletten Geräteeinheit (106 cm tief und 141 cm breit) gewährleisteten eine problemlose Montage im knapp bemessenen Heizraum mit 5,7 m² Grundfläche. Darüber hinaus ermöglichte die mehrteilige Modulbauweise eine gute Einbringung in den bestehenden Heizraum – ideal im Gebäudebestand. Neben der guten CO2-Bilanz freut sich Familie Eßlage aus Emsdetten nun auch über geringe Energiekosten – ein Gewinn für die Umwelt und alle Beteiligten.
Peter Kiewardt
Leiter Sales-Support Systemtechnik
Produkte in diesem Projekt
Brennstoffzelle eLecta Ace 300
Die Brennstoffzelle für das Eigenheim - Strom und Wärme gleichzeitig produzieren