Technik

Mikro-BHKWs – eine TechnologieübersichtUrsprünglich beruhen BHKW-Anlagen auf Verbrennungsmotoren. inzwischen sind – zumindest für den Mikro-KWK-Bereich – auch andere Systeme im Einsatz. medium gas sorgt für den Überblick.

Blockheizkraftwerke sind Strom und Wärme erzeugende Anla-gen. Für die Warmwasserbereitung nutzen BHKWs in der Regel die thermische Energie, die beim Verbrennen eines Brennstoffs bzw. beim Kondensieren von Wasser oder Wasserdampf entste-hen. Die elektrische Energie wird dagegen durch einen mechani-schen prozess erzeugt, in der Regel durch die Kolbenbewegung in einem Motor, der wiederum einen Generator antreibt. Eine Ausnahme bildet die Brennstoffzelle.

BHKWs eignen sich dort, wo sowohl ein Strom- als auch ein Wärmebedarf herrscht. Große Anlagen mit einer Leistung über 50 kW sind in der Regel stromgeführt, d. h., ihre Hauptfunktion ist es, Strom zu erzeugen bzw. als Notstromaggregat zu agieren. Die zusätzlich zum Strom erzeugte Wärme kann zur Gebäudehei-

zung oder als prozesswärme für die produktion genutzt werden. Sogenannte Mini- und Mikro-BHKW-Anlagen weisen einen we-sentlich geringeren Leistungsbereich auf. Mini-BHKWs arbeiten im Leistungsbereich bis 50 kW, sind daher für große Einfami-lienhäuser, Mehrfamilienhäuser und kleine Gewerbebetriebe geeignet. Mikro-BHKWs leisten bis 15 kW, sie gehören damit zur kleinsten Leistungsklasse der KWK-Technologie. Sie werden in Ein- und Zweifamilienhäusern eingesetzt. Sowohl Mini- als auch Mikro-BHKWs sind in der Regel wärmegeführt, d. h., sie dienen vorrangig als Heizung. Der zusätzlich erzeugte Strom kann ent-weder im Haus verwendet oder ins öffentliche Netz eingespeist werden. Beide haben einen hohen Gesamtnutzungsgrad von ca. 90 prozent.

Mikro-BHKW mit Stirlingmotor

Beim Stirlingmotor, auch Heißgasmotor genannt, wird ein beliebiger Kraftstoff eingesetzt, um ein Arbeitsgas im Zy-linder abwechselnd zu erhitzen und ab-zukühlen. Durch die Bewegung des Kol-

bens entsteht mechanische Energie, die einen Generator zur Stromerzeugung antreibt. Das Arbeitsgas wird von außen erwärmt, deshalb kann ein Stirlingmotor auch mit beliebigen Wärmequellen betrieben werden.

Der erste Stirlingmotor wurde bereits um 1820 entwickelt, der erste Einsatz im BHKW erfolgte Anfang der 1990er Jahre in Neuseeland. Der elektrische Wirkungsgrad liegt bei ca. 15 %, der Gesamtwirkungsgrad bei ca. 90 %.

Hersteller Gerät elektr. Leistung [kW]

therm. Leistung [kW]

Status

Baxi Group Ecogen 0,2 – 1,0 3,7 – 25,2 Optimierungs-/Testphase

Bosch Thermotechnik GmbH/Enatec micro-cogen B.V.

1 4,0 – 35,0 Optimierungs-/Testphase

Buderus (Bosch Thermo-technik GmbH)

0,3 – 1,0 3,0 – 31,0 Technische Entwicklung

Cleanergy AB ehemals Solo Stirling 161

2,0 – 9,0 8,0 – 26,0 Optimierungs-/Testphase

Remeha (DeDietrich Remeha GmbH)

eVita 1 3,0 – 23,7 Optimierungs-/Testphase

Sunmachine GmbH Sunmachine Gas

1,5 – 3,0 4,5 – 10,5 produktidee

Vaillant Deutschland GmbH

1,0 24,0 Technische Entwicklung

Viessmann Werke GmbH & Co. KG

1,0 24,0 Technische Entwicklung

WhisperGen (EHE Efficient Home Energy SL)

1,0 7,5 – 14,5 Markteinfüh-rungsphase

Foto

: Whi

sper

Tec

h

SCHWERpUNKT

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Mikro-BHKW mit Otto-MotorHersteller Gerät elektr.

Leistung [kW]therm. Leistung [kW]

Status

AISIN Seiki Co., Ltd.

Mini-BHKW 0,3 – 4,6 11,7 produkt eingeführt

EC power A/F XRGI 15G-TO 6,0 – 15,2 17,0 – 30,0 produkt eingeführt

intelli production GmbH

Intelli-Heim-kraftwerk

2,5 8,75 Entwicklungs-phase

Kirsch microBHKW L 4.12

4 12 Optimierungs-/Testphase

powerplus Tech-nologies GmbH

ecopower e3.0

1,3 – 3,0 4,0 – 8,0 produkt eingeführt

powerplus Tech-nologies GmbH

ecopower e4.7

1,3 – 4,7 4,0 – 12,5 produkt einge-führt

Senertec GmbH Dachs G5.5 5,5 12,5 produkt einge-führt

Der Otto-Motor ist ein Ver-brennungsmotor. Durch Zün-den eines komprimierten Gas-Luft-Gemisches wird ein Kolben bewegt, der einen Ge-nerator zur Stromerzeugung antreibt. Zum Erhitzen des Heizwassers nutzt das BHKW

die Wärme aus dem Abgas und dem Kühlwasserkreislauf. Die Technik mit Otto-Motoren hat den höchsten Entwick-lungsstand, ist sie doch seit über 100 Jahren im Einsatz. Der elektrische Wirkungsgrad liegt bei ca. 25 %, der Ge-samtwirkungsgrad bei 85–90 %.

Foto

: Vai

llant

Mikro-BHKW mit einer Freikolbendampfmaschine

In der Freikolbendampfma-schine wird Wasser in einem geschlossenen Kreislauf durch eine beliebige Wärmequelle erhitzt und verdampft. Der Wasserdampf gelangt in ei-nen separaten Arbeitsraum, wird dort entspannt und kondensiert wieder. Die frei werdende Wärme wird für das Heizsystem verwendet. Durch das Entspannen dehnt sich der Wasserdampf zusätzlich aus und treibt damit einen Kolben mit nachgelagertem Generator zur Stromerzeugung an. Dampfmaschinen sind

die ältesten Wärmekraftmaschinen. Bisher bietet allerdings nur die Firma Otag ein Gerät auf Basis der Technik an. Der elektrische Wirkungsgrad liegt bei ca. 15 %, der Gesamtwirkungsgrad bei ca. 90 %.

Foto

: Ota

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Hersteller Gerät elektr. Leistung [kW]

therm. Leistung [kW]

Status

Otag Vertriebs GmbH

Lion power-block

0,3 – 2,0 3,0 – 16,0 Markt-einführungs-phase

Mikro-BHKW mit einer Brennstoffzelle

Foto

: Bax

i Inn

otec

Im Gegensatz zu Verbren-nungsmotoren wandelt ein BHKW mit Brennstoffzelle den Brennstoff nicht in mechani-sche, sondern direkt in thermi-sche und elektrische Energie um. In einem Reformer wird die Energie eines Brennstoffs durch elektrochemische pro-

zesse „abgespalten“ (z. B. wird Wasserstoff aus Erdgas erzeugt). Den Wasserstoff lässt man anschließend mit Sauerstoff reagieren, dabei entsteht Wasser. Während des prozesses entsteht Abwärme und elektrische Energie. Die Brennstoffzellen-Technik ist zwar sehr effizient (elektrischer Wirkungs-grad von 30–40 %, keine Aktivierungsenergie notwendig), allerdings ist die Technik noch nicht vollständig ausgereift und mit hohen Kosten verbunden. Einige Geräte befinden sich derzeit in der Feldtestphase, allerdings wird ihre Markteinführung noch etwas dauern.

Hersteller Gerät elektr. Leistung [kW]

therm. Leistung [kW]

Status

Baxi Innotech Gamma 1.0 0,3 – 1,0 0,5 – 21,7 Optimierungs-/Testphase

Hexis AG Galileo 1000N 1,0 2,0 Optimierungs-/Testphase

Vaillant Deutsch-land GmbH

1,0 2,0 Technische Entwicklung

RBZ GmbH Inhouse 5000 5,0 0,2 – 10,0 Technische Entwicklung

Ceramic Fuel Cells Ltd.

BlueGen Max. 2,0 0,3 – 1,0 Technische Entwicklung

medium gas 4 | 2010

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