Hybride Energieversorgung Brennstoffzellen liefern Strom für Insellösungen

Autor / Redakteur: Sven Geitmann * / Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

Wie kann eine zuverlässige Energieversorgung ohne öffentliches Stromnetz am Rand einer Einfallstraße sichergestellt werden? Wer versorgt eine mobile Absperrtafel mit mehr als 20 Lampen tagelang mit Strom? Bisher gab es auf diese sehr speziellen Fragen nur unbefriedigende Antworten. Derartige Insellösungen können jetzt aber der Brennstoffzellentechnik den Zugang zum Markt ebnen.

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( Archiv: Vogel Business Media )

Die Brennstoffzellentechnik wird derzeit als optimale Lösung angepriesen, um zukünftig eine nachhaltige, saubere und effiziente Energieversorgung sicherstellen zu können. Allerdings sind marktreife Produkte bisher noch Mangelware. Es gibt jedoch erste Nischenlösungen, die technisch ausgereift, zuverlässig und zudem bezahlbar sind.

Brennstoffzellen versorgen Warnschild

Eine mobile Absperrtafel, die je nach Bedarf stunden- oder tagelang an verschiedenen Orten eingesetzt wird, wurde bisher mit Strom aus einem Blei-Akkumulator (300 Ah) versorgt. Nach 12 bis 24 Stunden Betriebsdauer musste dieser wieder langwierig im Depot aufgeladen werden (8 bis 12 h). Ein wirtschaftlicher Betrieb über mehrere Tage war daher kaum möglich.

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Die Lösung kam in Gestalt von zwei methanolbetriebenen Brennstoffzellensystemen, die in einer Aluminium-Box auf dem Fahrzeuganhänger montiert wurden. Die Direktmethanol-Brennstoffzellen verbrauchen etwa 1,1 l Kraftstoff pro abgegebener Kilowattstunde. Das dafür benötigte Methanol befindet sich in zwei 10-l-Tanks, die für fünf bis sieben Tage (rund 18 kWh) ausreichen. Sinkt die Spannung der Akkus unter einen Schwellenwert, schalten sich die Brennstoffzellensysteme automatisch ein und laden die Akkus wieder auf. Zudem liefern die Brennstoffzellen Abwärme, die die Akkus im Winter vor tiefen Temperaturen schützt.

Hybridlösung für Parkleitsystem

Eine weitere Nischenanwendung ist die Energieversorgung von Hinweisschildern örtlicher Parkleitsysteme. Diese Anzeigetafeln, die die Autofahrer mitunter weit ab vom öffentlichen Stromnetz informieren sollen, können über einen 12/24-V-Anschluss auf ähnliche Weise mit Strom versorgt werden. Da bisher nicht ausreichend elektrische Energie allein über Sonnen- oder Windkraft ganzjährlich zur Verfügung gestellt werden konnte, wurde ein Brennstoffzelleneinsatz in Erwägung gezogen. Umgesetzt wurde dann ein Hybridsystem, bestehend aus einer Photovoltaikanlage (4x80 WPeak), einem Akkumulator (200 Ah) sowie einer Brennstoffzelle. Im Sommerhalbjahr liefert vorrangig die Solaranlage den benötigten Strom und im Winter führt die Brennstoffzelle Energie zu, so dass dann alle zwei bis sechs Monate die Methanolkartusche ausgewechselt werden muss.

Brennstoffzelle liefert bis zu 9 kWh

Das Herzstück dieser mittlerweile in der zweiten Generation vorliegenden Outdoor-Anlage ist das wartungsfreie EFOY-Brennstoffzellensystem (Energy FOr You) der Smart Fuel Cell AG aus Brunnthal. Ausgerüstet mit einem 10 l Methanol fassenden Kanister liefert die Brennstoffzelle bis zu 9 kWh (760 Ah bei 12 V) und weist eine höhere Energiedichte auf als vergleichbare Batterien. Das Modul eignet sich für die netzferne Stromversorgung von Anwendungen mit einem mittleren Leistungsbedarf von 1 bis 65 W. Um diese Bandbreite abdecken zu können, wird entweder die EFOY 600 mit einer Nennleistung von 25 W, die EFOY 1200 mit 50 W oder die EFOY 1600 mit 65 W in die wetterfeste Aluminiumbox eingebaut. Dank der Integration von Bleibatterien als Pufferspeicher sind auch Lastspitzen von mehr als 100 W kein Problem.

Je nach Sonneneinstrahlung und Betriebsdauer der Brennstoffzelle reichen die Tankpatronen, die es als 5-l-, 10-l- und 28-l-Kartuschen gibt, für ein bis sechs Monate. Da Methanol als Gefahrgut gehandelt wird (brennbar und giftig), gibt es spezielle TÜV-zertifizierte Kanister, die eine einfache Handhabung ermöglichen, so dass der Anwender mit dem Kraftstoff nicht in Berührung kommen kann.

Die Kombination der chemisch gespeicherten Energie im Methanol und der Sonnenenergie ermöglicht eine lange Betriebsdauer. Eine persönliche Präsenz vor Ort ist somit nur selten notwendig, da auch die Kommunikation direkt via PC, LAN/WLAN oder GSM/GPRS möglich ist. Bei niedrigem Methanolstand informiert das System den Betreiber automatisch via E-Mail oder SMS und ermöglicht so eine einfache Fernüberwachung.

Bei Solarzellen und Akku Geld gespart

Neben der wartungsarmen Handhabung macht sich der Brennstoffzelleneinbau auch finanziell bezahlt. Der Inhaber von udomi, Udo Michelfelder, erklärt: „Aufgrund der Einsparung bei Photovoltaik-Modulen und Akkus rechnet sich die Investition in die Brennstoffzelle.“ Da die Solaranlage nicht auf die Worst-Case-Bedingungen ausgelegt werden muss, genügt eine kleinere Modulfläche, auch die Akkukapazität darf niedriger sein und anstelle eines kostspieligen LAN-Kabelanschlusses sorgt ein günstigeres GPRS-System für die notwendige Kommunikationsfähigkeit.

In der Praxis bewährt

Beide Systeme sind mittlerweile seit mehr als sechs Monaten störungsfrei im Einsatz. Michelfelder freut sich: „Die grundsätzliche Marktreife hatten diese Direktmethanol-Brennstoffzellen ohnehin schon bewiesen. Aber auch die Praktikabilität im täglichen Einsatz haben jetzt beide Systeme erfolgreich demonstriert. Diese Applikationen sind zwar vorerst Nischenanwendungen, können aber beispielhaft für zukünftige Folgeprojekte sein.“

*Dipl.-Ing. Sven ist beratender Ingenieur für Wasserstoff und Brennstoffzellen und Inhaber der Firma Hydrogeit in Kremmen

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