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Brennstoffzelle Leistung und hohe Effizienz

Brennstoffzellen Wirkungsgrad

Ein besonderes Merkmal der Brennstoffzelle ist deren relativ hohe Effizienz über einen weiten Lastbereich. Der maximale elektrische Wirkungsgrad wird, je nach BSZ-Typ, im Bereich zwischen 30 und 50 % der Volllast erreicht.

Dies ist besonders vorteilhaft bei der Anwendung im Fahrzeug-Bereich, weil relativ selten im Nennbereich mit hoher Drehzahl, häufig jedoch im Teillastbereich gefahren wird. Ist die Belastung der Brennstoffzelle jedoch zu gering, nimmt der Wirkungsgrad etwas ab, weil die Verluste der Nebenaggregate im Verhältnis ansteigen. Bei höherer Last sinkt die Effizienz nur unwesentlich ab.

Allen Wärme-Kraft-Maschinen sind natürliche Grenzen gesetzt. Keine kann jemals den in der Thermodynamik nur theoretisch möglichen Carnot'schen Wirkungsgrad erreichen, der als idealer Grenzfall angesehen wird. Aufgrund der physikalischen und thermodynamischen Grenzen erreichen die meisten kleinen und mittleren Stromerzeuger deshalb lediglich Wirkungsgrade von 25 bis 30 %. Stationäre Diesel-Aggregate bzw. Kraftwerke erreichen Maximalwerte von 40 %. Fahrzeug-Motoren bringen gar nur etwa 18 % der Treibstoff-Energie vom Motor über Kupplung und Getriebe bis auf die Fahrbahn.

Zwar gibt es auch bei Brennstoffzellen Grenzen, diese bieten jedoch einen wesentlich größeren Spielraum für die Optimierung einer Anlage. Je nach Betriebstemperatur (s. Abb. 13) können theoretische Wirkungsgrade von 70 bis 80 % erzielt werden.

Abb.: Wirkungsgrad-Vergleich BSZ - Carnot
Wirkungsgrad-Vergleich BSZ - Carnot

Der Wirkungsgrad von Brennstoffzellen-Fahrzeugen vom Tank bis zum Rad liegt für gasförmigen Wasserstoff bei über 40 %.

Das bedeutet, dass bereits kleine Brennstoffzellen Wirkungsgrade besitzen können, die ansonsten nur für große Kombi-Kraftwerke möglich sind.