Stromerzeugende Heizung: Ein Überblick

Stromerzeugende Heizung mit Otto-Motor

Die stromerzeugende Heizung mit Otto-Motor ist auch als Blockheizkraftwerk oder BHKW im Einfamilienhaus bekannt. Sie besteht aus einem Motor mit innerer Verbrennung, wie er auch im Auto zum Einsatz kommt. Verbrennt der Motor Heizöl, Erdgas oder Flüssiggas, wandelt er die chemische Energie der eingesetzten Brennstoffe in mechanische Bewegungsenergie um. Während diese bei einem Auto auf die Räder übertragen wird, treibt sie im BHKW einen Generator an. Wie der Dynamo am Fahrrad wandelt der Generator die aufgenommene Bewegungsenergie in elektrische Energie um und erzeugt Strom. Zeitgleich durchströmt das Heizungswasser einen Wärmeübertrager in der stromerzeugenden Heizung. Dabei nimmt es die Abwärme des Motors auf und erwärmen sich. Besteht im Haus gerade kein Wärmebedarf, geht die thermische Energie zunächst in einen Pufferspeicher, der sie dann zeitversetzt an das Haus abgibt.

Geringe Leistung ermöglicht eine hohe Laufzeit

In Ein- und Mehrfamilienhäusern kommen häufig sogenannte Nano-BHKWs zum Einsatz. Diese erreichen eine elektrische Leistung von 1 bis 2 kW, während sie etwa 3 bis 6 kW Wärme abgeben. Die kleine Leistung ist nötig, um eine möglichst hohe Laufzeit zu erreichen. Denn nur so erzeugen BHKWs genügend Strom für einen wirtschaftlichen Betrieb. Da die Heizleistung nur den Grundbedarf an Heizwärme abdeckt, kombinieren Experten das BHKW auch mit einem zusätzlichen Heizgerät. Infrage kommt dabei zum Beispiel die platzsparende und effiziente Gasbrennwerttherme. Anspringen muss sie jedoch nur, wenn die BHKW-Leistung einmal zu knapp ist. So zum Beispiel im Winter, wenn es draußen knackig kalt ist. Das folgende Video zeigt, wie eine stromerzeugende Heizung mit Otto- oder Verbrennungsmotor funktioniert.

Stromerzeugende Heizung mit Stirlingmotor

Neben dem BHKW mit internem Verbrennungsmotor gibt es auch stromerzeugende Heizungen mit Stirlingmotor. Um Strom und Wärme zu gewinnen, setzen diese jedoch auf ein ganz anderes Prinzip: Stirlingmotoren wandeln die Wärme einer externen Energiequelle in Bewegung um. Möglich ist das durch ein geschlossenes System. In diesem befindet sich ein Arbeitsgas, das immer wieder erhitzt und gekühlt wird. Das Gas verändert dabei ständig sein Volumen und treibt ein System aus Kolben an. Die thermische Energie lässt sich auf diese Weise in Bewegungsenergie umwandeln, die dann einen stromerzeugenden Generator antreibt. Die dabei entstehende Abwärme geht zur gleichen Zeit auf das Heizungswasser über.

Stromerzeugende Heizung für Pellets und Solarenergie

Das Besondere am Stirlingmotor ist, dass er theoretisch mit jeder Energiequelle arbeiten kann. So kommen neben Erdgas, Flüssiggas (Flüssiggastank) oder Heizöl auch Holzscheite oder Pellets infrage. Selbst mit der Wärme einer Solaranlage lässt sich die stromerzeugende Heizung betreiben.

Kompakte Geräte versorgen das Haus mit Strom und Wärme

Geht es um den Einsatz in Ein- und Mehrfamilienhäusern, kommen auch hier sogenannte Nano-BHKWs zum Einsatz. Da sie bei einer elektrischen Leistung von 1 kW nur 5 kW Wärme erzeugen, sind auch die Stirlinggeräte mit einem Spitzenlastkessel zu ergänzen. Die Motoren selbst sind sehr kompakt, sodass viele Hersteller Stirlingmotor und Zusatzheizung in einem Gerät verbinden. Das ist kaum größer als eine herkömmliche Therme und versorgt das eigene Haus zuverlässig mit Wärme und Strom. Das folgende Video zeigt, wie eine stromerzeugende Heizung mit Stirlingmotor funktioniert.

Stromerzeugende Brennstoffzellenheizung

Während Otto- und Stirlingmotoren in der stromerzeugenden Heizung auf eine konventionelle Verbrennung setzen, arbeitet die Brennstoffzellenheizung mit einer elektrochemischen Reaktion. Aber wie funktioniert eine Brennstoffzelle eigentlich? Die einzelnen Zellen bestehen aus je zwei Elektroden und einer dazwischenliegenden Trennschicht (dem Elektrolyten). Gelangt Wasserstoff nun an die erste Elektrode, teilt es sich durch einen Katalysator in Elektronen und Protonen. Die Elektronen wandern über einen elektrischen Leiter zur zweiten Elektrode, wobei Strom entsteht. Während das passiert schlüpfen die Protonen durch die Trennschicht, bevor sie sich auf der anderen Seite mit den Elektronen und dem Sauerstoff aus der Luft verbinden. Bei diesem Vorgang entsteht Wasser und Wärme. Letztere lässt sich auf das Heizungssystem übertragen.

Brennstoffzellenheizung benötigt nur einen Gasanschluss

Was viele nicht wissen: Auch wenn die stromerzeugende Heizung mit Wasserstoff arbeitet, muss dieser nicht im Haus gelagert werden. Zumindest nicht in reiner Form. Denn moderne Brennstoffzellen gewinnen Wasserstoff durch eine sogenannte Reformation aus Erdgas. Für den Betrieb der stromerzeugenden Heizung muss als nur ein Gasanschluss verfügbar sein. Alternativ gibt es auch sogenannte Elektrolyseure, die Wasser mithilfe von Photovoltaikstrom in Wasserstoff und Sauerstoff aufspalten. Kommt solch eine Anlage zum Einsatz, ist der Wasserstoff in geeigneten Wasserstoffspeichern zu bevorraten.

Besseres Strom-Wärme-Verhältnis für höhere Einsparungen

Wie die Blockheizkraftwerke arbeitet auch die Brennstoffzelle mit einer geringen Leistung, um möglichst lange Laufzeiten zu erreichen. Das Strom-Wärme-Verhältnis ist hier allerdings deutlich günstiger. So gibt die stromerzeugende Heizung bei 1 kW elektrischer Leistung nur 2 kW Wärme ab. Die Anlage läuft länger, um die gleiche Wärmemenge zu produzieren und erzeugt dabei deutlich mehr Strom. Das führt zu höheren Einsparungen und einer besseren Wirtschaftlichkeit.

Übrigens: Während Blockheizkraftwerke mit Otto- oder Stirlingmotor überwiegend im Altbau oder in größeren Anlagen zum Einsatz kommen, lohnen sich Brennstoffzellen oft auch im Neubau. Das folgende Video zeigt, wie eine stromerzeugende Heizung mit Brennstoffzelle funktioniert.