Eine PEM-Brennstoffzelle mit einer elektrischen Leistung von 0,75 kW und einer integrierten Gasbrennwerttherme erzeugt als KWK-Anlage Strom und Wärme. Der Strom wird in der Wärmebilanz in der EnEV mit einem PEF von 2,8 gutgeschrieben. In Kombination mit einem Warmwasserspeicher und einer Abluftanlage wurde ein spezifischer Primärenergiebedarf von 44,7 kWh/m2*a ermittelt, welcher auch die Anforderungen an ein KfW-Effizienzhaus 55 verfehlt. Daher sind hier zusätzliche Maßnahmen erforderlich.
Um diese zusätzlichen Maßnahmen zu demonstrieren, wurde die Kombination mit einer PV-Anlage, einer Trinkwasserwärmepumpe sowie einer Abluftanlage simuliert. Um die Wärme aus Brennstoffzelle und Trinkwasserwärmepumpe während des Sommers nicht in Konkurrenz zu setzen, wird die Brennstoffzelle in der Berechnung nur während des Winterhalbjahres in Betrieb genommen, was zusätzlich eine Verdopplung der Lebenszeit, also ca. 20 Jahre, zur Folge hat. Durch diese Kombination wurde ein spezifischer Primärenergiebedarf von 32,1 kWh/m2*a und damit fast die Anforderung eines KfW-Effizienzhauses 40 erreicht. Um die Anforderungen eines KfW-Effizienzhauses 40 schließlich noch zu unterschreiten, kann die PV-Anlage durch einen Stromspeicher ergänzt werden. Auf diese Weise ermittelt sich ein spezifischer Primärenergiebedarf von 22,6 kWh/m2*a.
Mit der SOFC-Brennstoffzelle steht eine Technologie mit einem sehr hohen elektrischen Wirkungsgrad zur Verfügung. Die Stromerzeugung von z.B. 1,5 kWel wird mit einem Faktor von 2,8 ebenfalls der Energiebilanz zugerechnet. Kombiniert mit einer Gasbrennwerttherme, einem Warmwasserspeicher und einer Abluftanlage errechnet sich in der EnEV sogar ein negativer Primärenergiebedarf, den man an dieser Stelle aber mit 0,0 kWh/m2*a angeben muss. Der Gedanke liegt nahe, den Einsatz der Gasbrennwerttherme durch eine elektrische Luft/Wasser-Wärmepumpe, die mit dem Strom der Brennstoffzelle direkt angetrieben wird, zu ersetzen. In dieser Kombination würde der winterliche Wärmebedarf ideal gedeckt werden. Leider wird dem erzeugten Strom durch die Verwendung innerhalb des Bilanzkreises aber keine Stromgutschrift zugerechnet. Damit liegt der Primärenergiebedarf zwar ebenfalls im negativen Bereich, aber nicht so deutlich, wie beim Betrieb der Brennstoffzelle allein.
Lösungen mit einem motorischen BHKW wurden bei dieser Betrachtung nicht untersucht. Denn im unteren Leistungsbereich dieser Anlagen ab etwa 2 kWel und 6 kWth wird der Wärmebedarf eines einzelnen Niedrigstenergiehauses typischerweise überschritten. Im Rahmen von Untersuchungen für eine effiziente Quartiersversorgung werden wir aber unterschiedliche BHKW-Lösungen berechnen. Hierzu sind noch nicht alle Untersuchungen abgeschlossen.
Fazit
Die Berechnungen konnten nachweisen, dass Gebäude mit hohen energetischen Anforderungen auf verschiedene Weise auch mit Erdgas und zukünftig mit erneuerbaren Gasen alle Anforderungen an die Gebäudeeffizienz erfüllen können. Im wirtschaftlichen Vergleich beweist sich der Einbau und Betrieb einer Brennstoffzelle hinsichtlich des erreichbaren Primärenergiebedarfs als eine interessante Option. Die Wirtschaftlichkeit wird durch eine Förderung aus dem KfW-Programm 433, den KWK-Zuschlägen gemäß KWK-Gesetz sowie der Vergütung für die erzeugten Strommengen begünstigt. Aber auch eine Gasbrennwerttherme in Kombination mit PV-Anlage und Trinkwasserwärmepumpe erzielt bereits sehr gute Effizienzwerte.
