Wenn Solarunternehmen ihren Kunden zeigen wollen, was technisch möglich ist, entstehen manchmal äußerst innovative Lösungen, die nicht nur als Demonstrations- oder Pilotprojekt dienen können, sondern auch wirtschaftlich Sinn ergeben. Ein solches Beispiel stellte Norbert Unterharnscheidt, Geschäftsführer von Esysteme21, auf der The Smarter E in München vor. Er hat seinen eigenen Betrieb mit Hilfe von Photovoltaik, Wasserstoff und Batteriespeichern vollständig energieautark gemacht und bietet diese Option nun auch Industrie- und Gewerbekunden an. Er sagt, die Energiekosten für Strom- und Wärme betragen nun durchschnittlich 25 Cent pro Kilowattstunde.
Das Unternehmen mit 20 Mitarbeitern aus Ulm hat zunächst sein Bestandsgebäude mit 360 Quadratmetern Bürofläche und 300 Quadratmetern Lagerfläche erweitert und energetisch saniert. So erhielt das Haus eine Wärmedämmung und eine Fassadenbegrünung. Außerdem wurden die Parkflächen und der Rest des Grundstücks als Klimaanpassungsmaßnahme von Asphalt befreit und entsiegelt und danach neu und wasserdurchlässig gepflastert.
Zur neuen Energielösung gehört eine 80 Kilowatt-Photovoltaik-Anlage auf dem Dach und an der Fassade und ein Batteriespeicher mit 80 Kilowattstunden. Die Batterie dient als Kurzzeitspeicher, aus der der Bedarf im Sommer gedeckt werden kann, und sie verstetigt die Leistung für den Elektrolyseur. Denn die Stromerzeugung versorgt eine Elektrolyseanlage mit zunächst zehn Kilowatt Leistung, die Wasserstoff produziert, anschließend komprimiert und damit Wasserstofftanks befüllt.
Der Wasserstoff kann dann über den Winter oder in Zeiten niedriger Sonneneinstrahlung mit einer Brennstoffzelle in Strom zurückverwandelt werden. Die Abwärme der Brennstoffzelle und der Elektrolyse unterstützen die Heizung und die Warmwasserbereitung.
Geheizt wird ansonsten mit einer Wärmepumpe und einem neuartigen Wasserstoff-Dunkelstrahler. Diese Strahler werden im Lager eingesetzt und geben einen Großteil der Heizenergie in Form von Strahlungswärme ab, ähnlich wie Infrarotstrahler. Zur Energieautarkie gehört auch bereits die Mobilität. Die Mitarbeiter können ihre Elektrofahrzeuge an drei Ladestationen direkt mit dem selbst erzeugten erneuerbaren Strom aufladen.
Foto: Cornelia Lichner
Derzeit produziert die Anlage laufend Wasserstoff, berichtet Norbert Unterharnscheidt. Den Simulationen zufolge sollen die Wasserstoffspeicher im September vollständig gefüllt sein.
Der Strombedarf des Unternehmens inklusive Klimatisierung und Heizung beträgt 17.750 Kilowattstunden. Von den etwa 80.000 Kilowattstunden Photovoltaikstrom gehen 34.000 Kilowattstunden in die Elektrolyse und Kompression. Da ein Teil des Wasserstoffs für die Dunkelstrahler verbraucht wird, erzeugt die Brennstoffzelle voraussichtlich etwa 6750 Kilowattstunden Strom im Jahr. Damit verbleibt ein Überschuss von 32.500 Kilowattstunden für die Elektromobilität und künftigen Mehrbedarf.
So ließe sich die Wasserstoffproduktion noch steigern. „Wir verschließen uns nicht vor der Möglichkeit, Wasserstoff an andere Betriebe zu verkaufen, wenn dies benötigt werden würde“, sagt Unterharnscheidt. Nur sei es bisher noch sehr selten, dass Gewerbeimmobilien Wasserstoff als Energieträger nutzen.
Insgesamt betrug die Investition für die Energielösung 600.000 Euro. Weitere 700.000 Euro fielen für die Gebäudesanierung und die Umfeldmaßnahmen an. Mit der gewonnenen Expertise aus dem Projekt könne das Unternehmen nun auch andere Firmen bei der Transformation zur Klimaneutralität beraten: „Mir ist klar, dass eine solche Lösung nur für wenige Vorreiter aktuell interessant sein dürfte“, sagt Unterharnscheidt, dennoch sei es wichtig, zu demonstrieren, was heute schon möglich ist und zu zeigen, dass sich die Kosten im Rahmen halten. Während die Stromkosten im Sommer bei 10 Cent lägen, stiegen sie im Winter auf 40 Cent an – im Jahresdurchschnitt somit 25 Cent.
Besonders freut ihn, dass die Autarkie nicht nur bilanziell, sondern zu jedem Zeitpunkt gesichert sei und dass sein Betrieb nun CO2-frei läuft. Viele der Installationen konnten die Mitarbeiter selbst vornehmen. Darüber hinaus wurde das Projekt von den Wasserstoff-Initiativen „H2-Süd“ und „H2-Wandel“ sowie wissenschaftlich von der Technischen Hochschule Ulm und vom Zentrum für Sonnenenergie und Wasserstoff-Forschung begleitet.
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Beim Heizen mit Wärmepumpe wird der Stromverbrauch im Winter höher sein. Der durchschnittliche Strompreis ergibt sich dann nicht als arithmetisches Mittel aus Sommer- und Winterpreis. Ansonsten: Respekt! Selbst wenn es in Wirklichkeit deutlich teurer ist, als es diese Milchmädchenrechnung suggeriert. Ich hätte nicht gedacht, dass wir schon so weit sind. Ein wesentlicher Aspekt ist sicher die Abwärmenutzung. Das geht nur in Nahwärme-Reichweite. Aber was spricht dagegen, solche Projekte als Quartierslösung zu verfolgen?
Der Preis spricht dagegen fürchte ich. Wenn man zukünftig (bspw. Mit variablen Stromtarifen) im Winter Windstrom für insgesamt sagen wir 20-25 Cent aus dem Netz bekommen kann sollte man als guter Kaufmann nicht die eigene Brennstoffzelle laufen lassen. Wie aufgrund der reduzierten Auslastung dann die effektiven Kosten pro kwh aus der Brennstoffzelle aussehen ist schwer zu sagen, aber positiv wird sich eine reduzierte Auslastung sicher nicht auswirken. Man bedenke: halbierte Auslastung verdoppelt den Preis.
Eine Lösung mit PV, größerem Akku und variablem Stromtarif wird unter dem Strich sehr wahrscheinlich günstiger, vermutlich sogar deutlich .
Ob einem dann Autarkie so wichtig ist das man deutlich mehr bezahlt muss jeder selber wissen. Allerdings sollte einem dann auch klar sein das ein technischer Defekt im Wasserstoffbereich (Tank, Brennstoffzelle, Leitungen etc.) der Firma im wahrsten Sinne des Wortes den Saft abdreht.
Hallo,
Bei dieser Lösung geht es uns nicht primär darum die billigste Form der Energie zu erzielen, sondern den Autarkiegrad zu maximieren.
Die Energiekosten dieser Anlage liegen vermutlich höher, doch wie genau wird sich noch zeigen. Die Lebensdauer der Komponenten und zukünftige Entwicklungen auf dem Strommarkt können hierbei massive Auswirkungen haben und leider haben wir noch keine Glaskugel erfunden, die uns den Blick in die Zukunft garantiert.
Bei der CO2-Krise geht es doch am Ende nicht um Wirtschaftlichkeit, sondern letztlich um das nackte Überleben, und wer nicht so weit gehen will, dann um eine Welt, die wir heute als lebenswert beschreiben würden. Aber was soll’s. Wenn’s nicht wirtschaftlich ist, dann eben nicht.
PS: Der erste Benz war auch nicht „wirtschaftlich“. Einer muss anfangen, sonst kommt man zu nix.
Bei dieser Systemlösung sind einige wichtige Aspekte zu berücksichtigen:
1) Neue Technologien sind teuer, da sie noch in Einzel- und nicht in Serienfertigung hergestellt werden. Die ersten PV-Anlagen waren unerschwinglich teuer und sind nun die weltweit günstigste Methode, um Strom zu erzeugen. Ähnliche Skalierungseffekte sind auch hier zu erwarten.
2) Die Abschreibung einer Anlage sollte über die Nutzungsdauer und nicht über eine feste Zahl von Jahren erfolgen. Wenn die Brennstoffzelle pro Jahr weniger Betriebsstunden sieht, ist die Lebensdauer länger. Damit erhöhen sich die Kosten pro kWh nicht.
3) Durch die Nutzung der Abwärme aus Elektrolyse und Brennstoffzelle kann ein sehr hoher Gesamtwirkungsgrad von über 85 % erreicht werden. Durch die Wärmenutzung aus der Brennstoffzelle kann die Wärmepumpe entlastest werden.
4) Die Frage ist, ob jederzeit an jedem Ort Windstrom zur Verfügung sein wird. Wenn eine kontinuierliche Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien an jedem Ort in Deutschland zu jeder Zeit sicher gestellt werden kann, dann sind keine Speicher notwendig. Ich bezweifle das. Die Frage wird sein Zentralspeicher mit teurer Leitungsnetz oder dezentrale Speicherung von Energie am Netzeinspeisepunkt und damit Entlastung der Stromnetze und Vermeidung von weiterem Ausbau.
5) Während wir immer noch diskutieren, überholt uns China nicht nur im Bereich Batterien, sondern auch im Bereich Wasserstoff. Transrapid, PV, Batterien, E-PkW … Welche Produkte wollen wir zukünftig noch verkaufen können?
6) Mit dieser Systemlösung sind virtuelle Kraftwerke auf einem neuen Niveau möglich. Damit können Stromnetze entlastet werden und variable Stromtariffe genutzt werden.
@ Moritz Bilger:
Das habe ich mir auch gesagt (und mit Excel-Sheet nachgerechnet), als ich im Jahr 2000 ein Passivhaus gebaut habe. Die Wirtschaftlichkeit der Mehrkosten hing sehr empfindlich davon ab, wie sich Zinsen, allgemeines Preisniveau und Energiepreisniveau relativ zueinander entwickeln. Was außerdem deutlich wurde: Je weniger Energie man von außen benötigt, desto unabhängiger wird man von Entwicklungen auf dem Weltmarkt, auf die man keinen Einfluß hat.
Allerdings: Ein wesentlicher Punkt des Passivhauses war, und ist bis heute, dass es nicht nur ein technisches Konzept ist, sondern auch ein ökonomisches, das für sich in Anspruch nimmt, für jeden wirtschaftlich zu sein, wenn man für die Standzeit des Hauses (50 Jahre) annimmt, dass sich an den oben genannten Relationen nichts wesentliches ändert. Meine persönliche Kalkulation konnte das nicht ganz bestätigen. Da wurden die Mehrkosten erst wirtschaftlich, wenn die Energiekosten in den folgenden 50 Jahren mit knapp 3% stärker stiegen, als das allgemeine Preisniveau. Ob das so kommen würde, konnte meine Glaskugel nicht mit der notwendigen Genauigkeit vorhersagen.
Trotzdem: In der Energiekrise des Jahres 2022 war ich froh, dass mir das alles egal sein konnte. Ob ich jetzt 200 oder 300 Euro im Jahr für Heizkosten zahle, reduziert nicht meine Lebensqualität. Insofern: Ein vernünftiges Konzept, autark sein zu wollen. Man muss es sich aber leisten können.
P.S.: Ein Passivhaus lohnt sich nicht nur wegen der Unabhängigkeit von der Entwicklung des Weltenergiemarktes, sondern auch wegen der hohen Lebensqualität. Meine Kinder, die schon eine Weile ausgezogen sind, sind gar nicht begeistert von schlechter Luft, Feuchtigkeitsproblemen, zugigen Fenstern, kalten Fußböden und hohen Nebenkostenabrechnungen in den Häusern, in denen sie jetzt wohnen. Sie waren besseres gewohnt.
Das ist wirklich interessant, und ich würde mich sehr freuen, wenn wir hier im nächsten Jahr einen Erfahrungsbericht über den ersten 12-Monatszeitraum lesen könnten.
Besonders spannend finde ich die Verhältnisse: Leistung PV zu Leistung Elektrolyseur zu Kapazität Batterie.
Nur die Aufteilung der 80KWh Erzeugung kann ich nicht nachvollziehen, könnte die Redaktion das vielleicht klarstellen:
80 – 34 – (17.75-6.75) 32.5
Oder war das anders gemeint?
Hallo Stephan,
Wie im Artikel beschrieben sind die Leistungen im System wie folgt:
PV: 80 kWp
Batterie: 80 kW / 80 kWh
Elektrolyse: 10 kW
Brennstoffzelle: 8 kW
Die Rechnung mit den Energiemengen kann man nicht einfach 1:1 verrechnen, da ja dazwischen noch einige Wirkungsgrade mit einzubeziehen sind. Diese Zahlen sind Ergebnisse aus einer Simulation über ein gesamtes Jahr gerechnet in einstündiger Auflösung.
In Zukunft wird auch ein Thema sein, jegliche Flexibilität in dem System zu nutzen – vom Wärmespeicher bis hin zu bedarfsoptimiertem Laden der e-Autos. Hier bietet das System erhebliche Potenziale.
Ich würde die Rechnung wie folgt verstehen – wenn der Gesamtstrombedarf 17.500 kWh beträgt, wovon 6.750 kWh vom Wasserstoff kommen (der dafür leider 34.000 kWh PV-Strom braucht), dann bleiben ja nur noch ca. 11.000 kWh Strom übrig, der halt direkt von der PV-Anlage erzeugt wird. Also hätte ich dann eine Erzeugung von 45.000 kWh für den Bedarf und einen Überschuss von 35.000 kWh. Sind nicht ganz die 32.500 kWh, aber die Richtung scheint zu stimmen.
Auf jeden Fall ein spannendes Projekt, aber natürlich auch Liebhaberei. Die energetische Sanierung ignoriere ich mal, die senkt ja den Energiebedarf und ist in jedem Fall sinnvoll. Aber 600.000 € Investition um effektiv ca. 50.000 kWh nutzbare Energie zu erzeugen ist natürlich schon viel Geld. Wenn ich das über 20 Jahre rechne (ich hoffe mal, dass eine Brennstoffzelle und der Elektrolyseur so lange durchhalten), sind das ja Erzeugungskosten von eher 1€/kWh inklusive Finanzierungskosten und nicht 25ct. Oder rechne ich irgendwo falsch?
Im Winter gibt es Windstrom im Überfluss. Den nicht zu nutzen macht den Strom teuer. 25 cent ist sehr teuer für ein Unternehmen.
Hallo Michael,
Im Winter gibt es Windüberschüsse im Norden Deutschlands Windüberschüsse. Im Süden sieht es diesbezüglich leider noch zu schwach aus. Südlink wird mit 4 GW Leistung auch nicht allen Strom in den Süden bringen.
Wir bei der e.systeme21 GmbH setzen auf eine echte dezentrale Energieversorgung, mit möglichst hoher Flexibilität, wobei auch dezentrale saisonale Speicher nötig sein werden.
Wie schon zuvor geschildert, geht es bei diesem Projekt auch nicht um die billigste Lösung und das ist uns sehr wohl bewusst.
Laut Internet sind die Kosten für den Stromtransport von Windstrom vom Norden in den Süden:
„SuedLink ist mit einer Länge von rund 700 Kilometern und einer Investitionssumme von etwa 10 Milliarden Euro das größte Infrastrukturvorhaben der Energiewende. SuedLink wird als Gleichstrom-Erdkabelverbindung die windreichen Regionen Norddeutschlands mit Bayern und Baden-Württemberg verbinden.“
Und es scheint teurer zu werden, da inzwischen wieder vermehrt über oberirdische Leitungen diskutiert wird. Dann ist da noch die Frage, wann die Leitungen tatsächlich gebaut sind und wie Dunkelflauten abgefangen werden. Die Kosten für die dafür eingeplanten Reservekraftwerke sind nicht zu vernachlässigen. In einer ehrlichen Rechnung müssten die Infrastrukturkosten mit berücksichtigt werden.
Ich finde 25ct als fest planbare Größe für die nächsten 20 Jahre ne super Sache. Natürlich kann man den Strom zeitweise günstiger beziehen, aber die Kombination aus planbaren Kosten unabhängig von äußeren Umständen (#Ukrainekrieg, #Corona, etc. pp.) und eben der Autarkie klingt für mich sehr reizvoll – und ist auch einen gewissen Aufpreis im Vergleich zum derzeit günstigsten Angebot wert.
Mein Problem ist nur, dass ich bei den angegebenen Zahlen (ca. 600.000 € Invest bei maximal 50.000 kWh nutzbarer Energie) nicht im Ansatz auf 25ct Erzeugungskosten komme, sondern inklusive Finanzierung und Wartung eher auf 1€. Und das wiederum ist tatsächlich zu teuer.
Die Mehrkosten gegenüber aktuell wirtschaftlicheren Lösungen verbucht diese innovative Firma unter Werbungskosten. Und ich könnte mir keine bessere Werbung für solch eine Firma vorstellen als so ein mutiges Referenz- Objekt. Jeder, der jetzt anfängt zu rechnen, sollte beachten, dass die Hälfte der Investition in die energetische Sanierung des Gebäudes geflossen ist. Damit liegt der Gesamtenergieverbrauch dieses Firmengebäudes weit unter dem Durchschnitt eines Einfamilienhauses.
Da wurde absolut richtig gehandelt, denn die billigste Energie ist immer die, die ich nicht benötige.
Bei 17.750 kWh Gesamtverbrauch p.a. wären es – selbst bei Strombezugskosten von 50ct/kWh – rund 8400€, die bei reinem Strombezug aus dem Netz pro Jahr anfallen würden. Das ergäbe in 30 Jahren eine Summe von rund 250.000€. Diese Rechnung ergibt für mich bei 600.000€ Investitionen keinerlei Sinn, unabhängig davon, wie innovativ das Konzept auch klingen mag. Oder sehe ich das falsch?
Sehr gutes Konzept und beste Werbung – da wird es sicher viele Anfragen geben.
Wie groß ist der H2 Speicher ?
Hallo Manfred,
Wir können maximal 300 kg Wasserstoff lagern. Hierbei haben wir einen Flächenverbrauch von ca. 20 m² hinter der Lagerhalle. Bei einem Heizwert von 33 kWh/kg entspricht dies 9900 kWh an Energie. Dies entspricht ungefähr 30 % des Gesamtenergiebedarfs inkl. Wärme und Strom. Das wäre mit Batteriespeichern einfach nicht darstellbar.
Die Druckflaschen sind nach unserem Kenntnisstand die günstigste Form Wasserstoff zu speichern. Dennoch machen die Flaschen insgesamt knapp die hälfte aller energiebezogenen Investitionskosten aus. Ergo, je weniger Wasserstoff man lagern muss, desto besser.
Nicht nachvollziehbar. Rechnet man Eigenverbrauch und Erzeugung der Brennstoffzelle zusammen und multipliziert dies mit den angegebenen 25 Cent braucht es mehr als 100 Jahre um die Investitionskosten zu amortisieren und das ohne Zinsen! Selbst wenn man den verbleibenden Überschuss zu 25 Cent vermarktet geht diese Rechnung niemals auf.
Hallo ….
wohl wieder so ein ARTIKEL ohne konkrete DATEN und mit wenig SUBSTANZ….
man könnte ihne als SPONSORED CONTENT bezeichnen…..!
EHRLICHE UND WIRKLICHE ERGEBNISSE…wohl frühestens in 12 MONATEN….
Ich möchte diese Aktivitäten nicht schlechtreden….. sehr löblich …..
ABER!!!
ABER ES WURDE BEZÜGLICH WASSERSTOFF SCHON IMMER SCHON ZU VIEL HEISSE LUFT VERBREITET…..und viel SCHÖNGERDET wie bei BRENNSTOFFZELLE u.a. auch
DIE WERTE der EFFIZIENZ UND ENERGIENUTZUNG BLEIBEN WOHL BEI ALL DIESEN FORSCHUNGSPROJEKTEN GEHEIM….. VON DEN KOSTEN MAL ANGESEHN!
Viel Grüße
Dipl.Ing. M.Recknagel
Großschreibung bedeutet im Internet schreien.
Wer andere belehrt, sollte dies wissen oder sich auch belehren lassen. Und wie heißt es schon in der Grundschule: Satzzeichen sind keine Rudeltiere. Dies gilt auch bei Akademikern weiterhin.
In der Hoffnung auf zukünftige konstruktivere Beiträge.
Es gibt inzwischen eine Reihe von Forschungsprojekten, die sich mit dem Thema Wasserstoff und mit Gesamtsystemen auseinandersetzen. Ein Projekt, das sehr früher mit einer Microgrid-Lösung gestartet ist, ist das Projekt in Bremerhaven. Auf dieser Webseite finden sich weitere Details: https://www.hs-bremerhaven.de/de/forschung/projekte/h2-microgrid u.a. auch einen Artikel zum herunterladen. In Kürze erscheint auch eine Dissertation zu diesem System. Darin sind dann auch Messwerte aufgeführt.
Wir leben glücklicherweise in einem Land, in dem sehr viele Informationen veröffentlich werden und in einem sachlichen Diskurs hinterfragt werden können. Es gibt ausreichend Länder, die man besuchen und dann an der eigenen Haut erleben kann, wie es ist, wenn es nicht so ist.
Großartiges Konzept! Wasserstoff wird genau da eingesetzt wo er eingesetzt werden soll, am Ende einer Speicherkette! Und nicht Sinnlos in Fahrzeugen verbrennen, wo es die Batterie um ein vielfaches effizienter kann!
WARUM nur BRÜLLEN SIE ihre M E I N U N G so hinaus, O H N E ARGUMENT, sondern NUR mir VORWÜRFEN und UNTERSTELLUNGEN?????????????????????
nothing more to say about…
https://www.pv-magazine.com/2024/07/09/the-hydrogen-stream-hydrogen-power-plants-feasible-but-inefficient-says-catf/
Für alle die am Wasserstoff-Dunkelstrahler interessiert sind:
https://schwank.de/produkte/regeneratives-heizen/wasserstoff-heizsysteme/
Wir bieten dies auch als Erdgasgerät an, welches auf H2 später einfach umgerüstet werden kann. Keine Forschung, sondern kommerzielles Produkt.