Brennstoffzelle in der Objektversorgung

Eine Brennstoffzelle in der Objektversorgung ist eine galvanische Zelle, welche chemische Energie direkt in Elektrizität und Wärme umwandelt. Es wird bei der Umwandlung ein nichtthermischer Energieumwandlungsprozess durchführt. Der Einsatz findet nur stationär in Gebäuden statt. Brennstoffzellen erzielen hohe elektrische Wirkungsgrade bei niedriger Emission. Die Funktion ist entsprechend der Umkehrreaktion der Elektrolyse. Primär wird in den galvanischen Zellen Wasserstoff genutzt. Der Wasserstoff wird teilweise aus Brennstoffen wie Erdgas und Methan abgespaltet. Im Betrieb der Brennstoffzelle spaltet sich der Wasserstoff an der katalytisch aktiven Schicht der Anode zu Protonen und Elektronen. Die Protonen gelangen ungehindert durch den Elektrolyten zur Kathode. Die Elektronen verrichten erst im äußeren Stromkreis elektrische Arbeit bis sie zur Kathode gelangen. An der Kathode reagieren das Wasserstoffion und das Elektron mit Sauerstoff zu Wasser. Der reine Sauerstoff oder Luftsauerstoff wird kontinuierlich zugeführt. Bei dem Prozess entsteht zwischen Kathode und Anode eine Spannung von etwa 1 Volt. Die Spannung sinkt mit steigender Stromdichte aber die Leistung steigt zusammen mit der Stromdichte. Höhere Spannungen können mittels serieller Verschaltung mehrerer Brennstoffzellen realisiert werden. Bestimmte Arten von Brennstoffzellen weisen ein geringeres Volumen und eine geringere Masse als Akkumulatoren mit vergleichbaren Kapazitäten auf.

In der Objektversorgung kommt ausschließlich die stationäre Brennstoffzelle zum Einsatz. Brennstoffzellen spielen in der Wärmetechnik noch eine untergeordnete Rolle. In der elektrischen Gebäudetechnik kann man der Brennstoffzelle Anwendungen zuordnen. Vor allem die Typen Polymerelektrolytbrennstoffzelle (PEM), Phosphorsäurebrennstoffzelle (PAFC) und Schmelzkarbonatbrennstoffzelle (MCFC) sind relevant. Nur die PEM-Brennstoffzellen eignen sich für die Notstromversorgung. Man kann Brennstoffzellen für die Netzeinspeisung, als Notstromanlage und als unterbrechungsfreie Stromversorgungsanlage (USV-Anlage) nutzen. USV-Anlagen lassen sich in statische USV-Anlagen und dynamische USV-Anlagen unterteilen. Brennstoffzellen können nur in statischen USV-Anlagen verwendet werden.

Weitere Anwendungen finden Brennstoffzellen im Leistungsbereich von zwei bis fünf Kilowatt. Dieser Bereich ist für die Hausenergieversorgung geeignet. Systeme mit einem Leistungsbereich bis zu mehreren hundert Kilowatt werden in großen Gebäuden wie beispielsweise Krankenhäusern und Schwimmbädern eingesetzt. Brennstoffzellen in der Objektversorgung werden oft als KWK-Anlagen eingesetzt. Dabei steht die Wärmeerzeugung im Fokus. Aus diesem Grund werden diese KWK-Anlagen wärmebedarfsgeführt betrieben. Der Wärmebedarf ist damit ausschlaggebend für die Dimensionierung der Brennstoffzelle. Der Strom wird in diesem Fall in das öffentliche Stromnetz eingespeist.

Synonym(e):

Brennstoffzelle in der Gebäudeversorgung

Englische Übersetzung(en):

fuel cells for buildings