Brennstoffzellen-BHKW von Vaillant verlässt das Labor
Vaillant stellte mit seinen Brennstoffzellenheizgeräteprototypen der 4. Generation bereits auf der Hannover Messe 2011 das erste wandhängende Brennstoffzellen-BHKW vor. Seit etwa drei Monaten beweist sich das erste Gerät in Karlsdorf bei Bruchsal im Feldtestbetrieb. Deutschlandweit folgten in den letzten Wochen 12 weitere Prototypen. Das Ziel des weiteren Prozesses im Rahmen des Callux Projektes besteht in dem Nachweis der Technologiereife sowie der Weiterentwicklung des Prototypen bis zur Serienreife. Der Remscheider Heiztechnikhersteller Vaillant ist mit seinen Modellen der ecoPOWER Baureihe heute einer der führenden Anbieter von Mikro- und Nano-BHKW mit Verbrennungsmotoren. Bereits im Jahr 1997 begann Vaillant mit der Forschung für ein Brennstoffzellen-BHKW. Nach ersten Versuchen mit PEMFC und Hochtemperatur-PEMFC Brennstoffzellenprototypen schwenkte Vaillant auf die SOFC-Technik um.
Seit Dezember 2001 wurden im Rahmen eines vom Land Nordrhein-Westfalen geförderten Feldtestprojekts drei Vaillant Prototypen der 2. Generation erprobt. Diese Geräte waren wesentlich größer als das aktuelle Modell der 4. Generation und erreichten 4,6 kW elektrische Leistung. Zur Hannover Messe 2004 folgte eine leicht verbesserte 3. Prototypengeneration. Insgesamt wurden zuletzt 60 Geräte der ersten drei Generationen in einem europaweiten Feldtest erprobt. Ziel war es, im Langzeitversuch unter Praxisbedingungen Erfahrungen im Betrieb dieser Technologie zu sammeln. Vaillant Brennstoffzellen Prototyp der 4. Generation (Bild: Vaillant) Auf der Hannover Messe 2011 stellte Vaillant schließlich den aktuellen Prototypen eines wandhängenden Brennstoffzellen-BHKW im Design einer klassischen Brennwerttherme vor, welcher zu diesem Zeitpunkt bereits über 12.000 Stunden auf dem Prüfstand absolviert hatte. Dieses Gerät hatte als Konsequenz aus dem Feldtest der ersten drei Generationen nur noch ein Kilowatt elektrische Leistung und wurde damit wesentlich besser auf den Bedarf von Ein- und Zweifamilienhäusern abgestimmt. Wie auch CFCL und Hexis setzt Vaillant mit dem aktuellen Prototypen auf die SOFC-Technik. Die Abkürzung SOFC steht für “Solid Oxide Fuel Cell”, was soviel bedeutet wie Festoxidbrennstoffzelle. SOFC-Brennstoffzellen gehören zur Kategorie der Hochtemperatur-Brennstoffzellen, welche bei einer Betriebstemperatur von 650 bis 1.000 °C arbeiten. Dies ermöglicht im Gegensatz zu PEMFC-Brennstoffzellen die Verwertung von Erdgas ohne aufwändiges vorab Reforming. Das Reforming findet dank der hohen Betriebstemperaturen direkt in der Brennstoffzelle zusammen mit der elektrochemischen Reaktion statt. Der Brennstoffzellenstack des Modells der 4. Generation wird vom Dresdener Hersteller Staxera zugeliefert und erreicht seine elektrische Nennleistung von 1 kW bei einer Heizleistung von 2 kW. Dank besonders groß dimensionierter Filterkartuschen soll ein Wartungsintervall von etwa 10.000 Stunden erreicht werden. Eine Besonderheit des neuen Modells ist seine Fähigkeit auch bei Betriebsunterbrechungen nicht an Leistungsfähigkeit zu verlieren. “Andere Brennstoffzellen müssen ununterbrochen betrieben und auf Temperatur gehalten werden. Jeder Stopp des Gerätes schadet konventionellen SOFC-Brennstoffzellenstacks. Bei Versuchen mit dem wandhängenden Prototypen konnten wir hingegen selbst nach 4.000 Betriebsstunden und über 90 Start-Stopp-Zyklen sowie 10 Kaltstarts keine Degradation der Zellen feststellen”, erläutert Alexander Dauensteiner, Projektleiter Callux bei Vaillant, im Interview mit der BHKW-Infothek. Einweihung des Feldtests der neuen SOFC-Prototypen (Bild: Vaillant) Der kompakten Bauform des wandhängenden Moduls geschuldet verfügt das Modell der 4. Generation von Vaillant über keinen internen Spitzenlastbrenner zur Bereitstellung weiterer Heizleistung. Dies ist jedoch nicht zwingend ein Nachteil, denn zusätzliche Heizleistung kann mit einer separaten Spitzenlasttherme aus dem Vaillant Portfolio bereitgestellt werden, was zudem eine besonders hohe Flexibilität ermöglicht. Im Rahmen des neuen Feldtests stellt Vaillant dem Brennstoffzellenmodul eine Therme der ecoTEC exklusiv Baureihe sowie einen allSTOR Pufferspeicher zur Seite. Auch das Zusammenspiel von Brennstoffzelle, Spitzenlasttherme, Warmwasserbereitung, Pufferspeichermanagement und Heizkreisregelung wird bei den Feldtestanlagen von einer bereits aus dem aktuellen Sortiment bekannten Komponente erledigt. Zur Anwendung kommt zu diesem Zweck eine Steuerung aus dem ecoPOWER 1.0 Systempaket. Seit Ende letzten Jahres ist mit dem BlueGen von Ceramic Fuel Cells das erste Brennstoffzellenmodul in Deutschland erhältlich. Die Markteinführung eines Gerätes von Vaillant wird hingegen noch auf sich warten lassen. “Wichtigstes Ziel des Brennstoffzellen Entwicklungsprojekts bei Vaillant ist es, ein qualitativ hochwertiges Produkt mit höchster Zuverlässigkeit zu entwickeln”, erläutert Projektleiter Dauensteiner im Gespräch mit der BHKW-Infothek. “Hierbei handeln wir nach der Devise Qualität vor Schnelligkeit”, so Dauensteiner. Angestrebt wird derzeit, dass die qualitativen Voraussetzungen 2014 erfüllt werden. Erst dann könne mit der Entwicklung eines Serienproduktes begonnen werden, mit dem frühestens ab 2016 gerechnet werden kann.
