Elektrolyseur für Privathaushalt: Wasserstoff selbst produzieren und speichern

Optimierung des Elektrolyseurs für Privathaushalte in Feldtests

Picea leistet bis zu acht Kilowatt elektrischer Leistung aus der Batterie und speist den Strom einphasig ins Hausnetz ein. Bis zu 20 kW sind kurzzeitig abrufbar. Dieses System muss nicht mit dem Netz gekoppelt sein, es kann ein Wohngebäude durchaus als autarke Insel versorgen.

Die Leistungselektronik ist für verschiedene Betriebsarten mit oder ohne Netz vorgesehen. „Wir haben mit verschiedenen Anbietern, unter anderem mit SMA, Victron und Studer, getestet“, erläutert Abul-Ella, Geschäftsführer von HPS Home Power Solutions. „Während der Tests haben wir wertvolle Erkenntnisse gewonnen, um das System zu optimieren.“

Ziel war es, den Eigenstrombedarf der Lüftungstechnik im System und der Leistungselektronik zu senken. Je effizienter das Picea-System läuft, umso sparsamer nutzt es den Wasserstoff im Winterbetrieb, wenn wenig Sonnenstrom zur Verfügung steht. „Im Prototyp hatten wir einen großen Inselwechselrichter für acht Kilowatt, der aber 95 Prozent der Zeit in sehr niedriger und ungünstiger Teillast lief“, erzählt Abul-Ella.

„Jetzt haben wir zwei Wechselrichter mit jeweils vier Kilowatt. Einer deckt die Grundlast, der andere läuft Stand-by und springt ein, um Spitzenbedarf abzufangen. Dadurch sinkt der Eigenstrombedarf des Systems.“

Durch diese Redundanz erhöht sich zudem die Ausfallsicherheit des Elektrolyseurs, denn notfalls kann das System mit nur einem Wechselrichter laufen. Vereinfacht wurde beispielsweise die Montage: Statt mehrerer Anschlüsse für verschiedene Kommunikationssysteme muss der Installateur künftig nur noch ein Kommunikationskabel anschließen.

Wasserstoff zu Hause herstellen: Integrierte Wasseraufbereitung

War beim Prototyp die Wasseraufbereitung noch in einem separaten System an der Wand neben dem Picea-Schrank installiert, ist sie nunmehr im Schrank enthalten.

Um den Sonnenstrom zu puffern und den Betrieb der Brennstoffzelle zu optimieren, verfügt das Picea-System über eine integrierte Solarbatterie. Derzeit wird ein Blei-Gel-Speicher verwendet, mit 25 Kilowattstunden nutzbarer Kapazität. Die Solarbatterie deckt kurzzeitige Stromspitzen und den Nachtstrombedarf ab. Das Energiemanagementsystem nutzt die Batterien sehr schonend, um eine möglichst lange Lebensdauer zu erreichen.

Blei-Gel-Batterie für Nachtstromversorgung

Zulieferer für den Elektrolyseur für Privathaushalte sind beispielsweise Hoppecke oder BAE. „Wir können auf Lithiumspeicher umsteigen, wenn diese Speicher kostengünstiger werden“, stellt Zeyad Abul-Ella in Aussicht. 

„Wichtig ist für uns, dass die Batterien brandsicher sind. Unser Energiemanagementsystem vermeidet Tiefenentladung.“

Die technische Sicherheit des Systems stand bei HPS von Beginn der Produktentwicklung an ganz oben auf der Agenda. „Wir haben ein spezielles Sicherheitskonzept erarbeitet, mithilfe eines externen Experten für Wasserstoff“, verrät Zeyad Abul-Ella. „Das Picea-System erfüllt alle Anforderungen gemäß Produktsicherheit. Das Thema ist abgehakt.“

Wasserstofftank: 300 Bar für maximale Kapazität

Der Wasserstofftank richtet sich nach der Größe der Photovoltaikanlage und nach dem Strombedarf im Winter. „Die Tanks sind für 300 Bar konzipiert und nach deutschen Sicherheitsstandards zertifiziert“, erläutert Abul-Ella. Diese Wasserstofftanks kommen ohne spezielle Gaswarnanlage oder Zwangsbelüftung aus, sind also hermetisch dicht. Die Gasleitung zwischen Picea-System und Gastank ist unscheinbar: Sechs Millimeter Edelstahlrohr reichen aus. Sollte einmal der Druck im System abfallen, schließen Wasserstofftank und Elektrolyseur automatisch die Zufuhr und das System schaltet sich ab.

Bisher ist das System auf einen Jahresstrombedarf von 3.000 bis 6.000 Kilowattstunden ausgelegt. Der Wasserstoffspeicher braucht zwischen drei und sieben Quadratmeter Grundfläche. Gegebenenfalls verschwindet er im Carport, in einem kleinen Anbau oder im Erdreich. Er wird wie ein üblicher Flüssiggastank installiert, ist etwa mannshoch. Das Kompaktgerät im Inneren des Gebäudes benötigt eine Aufstellfläche von 1,5 Quadratmetern. Komplett installiert wiegt es rund 700 Kilogramm.

Sonnenstrom in Wasserstoff speichern und für Winter nutzen

Im Sommer springt die PEM-Brennstoffzelle nur ein, wenn der Sonnenstrom partout nicht ausreicht. Erst in der Übergangszeit läuft sie an, um den Hausstrombedarf zu decken. Dann leistet sie bis zu 1,5 Kilowatt.

Die Brennstoffzellenstacks werden zugekauft, komplettiert werden die Module bei HPS in Berlin. Im Winter läuft die Brennstoffzelleneinheit mehr oder weniger rund um die Uhr und nutzt die Speicherbatterie als Puffer.

So gesehen, ist Picea ein stromgeführtes System, die Abwärme wird lediglich über die Wohnungslüftung genutzt. Das Gerät steuert sich komplett selbst, ohne Eingriffe von außen. Und es arbeitet nahezu geräuschlos. Die gesamte Leistungselektronik inklusive der beiden inselfähigen Wechselrichter ist integriert.

Servicekonzept für Wartung und Austausch von Wasserstoffgeneratoren

Interessant ist das Servicekonzept, mit dem HPS an den Start geht. Der Systemschrank ist bei allen Varianten gleich. Alle Baugruppen sind als leicht austauschbare Einschübe konstruiert.

Das System ist werkseitig vorverkabelt. „Wir übernehmen mit unserer Garantie das Risiko, dass man im Laufe der Zeit den Stack der Brennstoffzelle tauschen muss“, erläutert Henrik Colell. „Die Wasserstoffkomponenten kann jeder geschulte Installationsbetrieb austauschen.“

Für das Picea-System kann der Bauherr die Förderung nach dem KfW-Programm 433 in Anspruch nehmen. Hinzu kommen regionale Förderprogramme für Stromspeicher oder besonders effiziente Gebäude. Der Systempreis wird von HPS mit 54.000 Euro netto angegeben. Dafür winkt echte Autarkie vom Stromnetz.

HPS steht vor der Serienfertigung, das ist ein wichtiger Erfolg. Das Unternehmen, das vor vier Jahren mit zwei Schreibtischen begann, beschäftigt mittlerweile mehr als 50 feste Mitarbeiter, hinzu kommt ein Dutzend Studenten.

Vertrieb und Serviceaufbau für Wasserstoffgeneratoren

Zurzeit werden Vertrieb und Servicenetz für den Elektrolyseur aufgebaut. Die weiteren Aussichten sind gut, das Ziel ist der Massenmarkt. Ein wichtiges Etappenziel wurde geschafft, wie Zeyad Abul-Ella bestätigt: „Bei der jetzigen Generation des Picea haben wir die Kosten gegenüber den ersten Testgeräten halbiert.“

 „Wir freuen uns, die Auslieferung der ersten kommerziellen Picea-Systeme melden zu können“, sagt Zeyad Abul-Ella, Geschäftsführer von HPS Home Power Solutions. „Dies ist ein großes Ereignis für das Unternehmen, aber auch für unsere Investoren, Partner und Kunden. Sie beweisen echten Pioniergeist. Damit wird der Traum von unabhängiger Energie im Eigenheim Wirklichkeit.“

Nach Auffassung von Henrik Colell, gleichfalls Geschäftsführer von HPS, werden durch den Start der Auslieferung auch die Prozesse mit den Partnern und Installateuren optimiert. „Dabei profitieren wir von den umfangreichen Erfahrungen, die wir durch intensive Feldtests in verschiedenen Regionen Deutschlands sammeln konnten.“

HPS ist 2015 gestartet und hat 2017 erstmals einen Prototyp von Picea vorgestellt. Im vergangenen Jahr wurde damit begonnen, die ersten Bestellungen aus Deutschland einzusammeln, das Vertriebsnetz aufzubauen und die Serienfertigung vorzubereiten.

Serienfertigung von Elektrolyseuren und Wasserstoffgeneratoren

Im Frühjahr 2019 soll die kleine Fabrik anlaufen. „Dort können wir locker zwischen 150 bis 200 Geräte im Jahr bauen“, berichtet Zeyad Abul-Ella beim Besuchstermin vor Ort. „2019 wollen wir rund 100 Geräte in den deutschsprachigen Markt ausliefern.“

Die ersten Bestellungen aus der Schweiz sind eingegangen, auch in Österreich wird der Vertrieb demnächst beginnen. Die ersten Picea-Systeme wurden von HPS-Mitarbeitern in Begleitung durch zukünftige Vertriebspartner installiert. Mit zunehmender Anzahl der ausgelieferten Systeme nehmen die Vertriebspartner die Installation eigenständig vor. Partner können Fachhandwerksbetriebe werden, die Elektro, Lüftung und Heizung aus einer Hand anbieten. HPS wurde bereits von mehr als 400 Betrieben kontaktiert.

Mit 100 Geräten als Zielmarke für dieses Jahr stößt HPS in die oberste Liga der Anbieter von Brennstoffzellentechnik für Eigenheime vor, neben Solidpower (Bluegen) und Viessmann.

Der Beitrag ist zuerst erschienen in: Photovoltaik 01/02-2019.