Autark, leise und mit der Sonne im Tank

Bis heute zählen sie zu den wenigen Brennstoffzellenapplikationen, die bereits käuflich erworben werden können: autarke Brennstoffzellen-Hybridsysteme im Wattbereich. Sie eignen sich zur netzfernen Energieversorgung von Mess- und Datenübertragungsstationen inmitten der Natur sowie zum autarken Betrieb von mobilen Elektro-Kleingeräten in abgelegenem Terrain. Ganz ausgereift ist die Technik zwar noch nicht und auch die Preise liegen für Privatkunden noch etwas hoch, aber sie sind einsatzbereit und können in speziellen Nischenmärkten zu erheblichen Vereinfachungen beitragen.

Die Flexiva automation & Robotik GmbH hat sich dieses Themas angenommen, obwohl ihre Hauptbeschäftigungsfelder Industrieautomation und Robotik sind. Für den Bereich der Entwicklung eines Brennstoffzellensystems hat das Unternehmen aus Amtsberg eine eigene Abteilung Alternative Energiesysteme (AES) im Technologie-Center in Chemnitz eingerichtet und kümmert sich dort sowohl um Brennstoffzellen kleiner bis mittlerer Leistung als auch um Leistungselektronik. Während der enertec 2007 präsentierte Flexiva bereits erstmalig ein Lade- und Backup-Gerät auf Basis einer PEM-Brennstoffzelle, das sowohl für Innen als auch für Außen geeignet ist.

Der Temperaturbereich der Outdoor-Applikation LG45T2 konnte mittlerweile deutlich erweitert werden (-25 °C bis +50 °C, max. 40 W). Für eine einfachere Kommunikation wurde zudem ein GSM-Modul integriert. Zusammen mit einer 12-V-Bleibatterie (und bei Bedarf mit einer Photovoltaik-Anlage) ist dadurch ein dauerhafter autarker Betrieb mit wenig Serviceaufwand möglich. Der AES-Vertriebsleiter Rainer Lochschmidt berichtete erfreut von erfolgreichen Feldtests. Mit der Firma Sommer Messsysteme konnte beispielsweise die Funktionstüchtigkeit in einer Höhe von 2.800 m in den Schweizer Alpen nachgewiesen werden (Solar-Panel: 60 Wp, BZ: 40 W, Akku: 60 Ah).

Nach eigenen Berechnungen liegen die Kostenersparnisse bei Warnsystemen (Zuverlässigkeit: 99,99 %) gegenüber einem reinen Solarsystem bei über 25 %. Ist hingegen ein Energieausfall über einen längeren Zeitraum unproblematisch, wird die Solarlösung meist billiger, gesteht Lochschmidt ein. Ab einem Leistungsbedarf von etwa 720 Wh pro Tag (ca. 30 W Durchschnittsleistung) ist allerdings ein Hybridsystem stets um bis zu 50 % günstiger.

Flexiva befasst sich derzeit auch mit einem größer dimensionierten autarken Energieversorgungssystem bestehend aus Windgenerator, PV-Anlage, Powermanagement, Elektrolyseur, Akkumulator, H2-Speicher und Brennstoffzelle (Gesamtleistung bis etwa 5 kW). Lochschmidt räumt jedoch ein: „Ein Marktdurchbruch zur Massenproduktion für private Konsumenten wird noch etwas dauern.“

Selbst versorgendes Jupiter-Energiesystem

Ein noch junges Unternehmen in diesem Segment ist FutureE Fuel Cell Solutions GmbH aus Nürtingen. Im Jahr 2006 gründeten drei ehemalige Ballard-Mitarbeiter ein Ingenieurbüro für Brennstoffzellen-Systemlösungen und sind heute dessen Gesellschafter. Bettina Drehmann, Mark-Uwe Oßwald und Siegfried Limmer bieten Gesamtlösungen für eine autarke Energieversorgung an, die noch einen Schritt weiter gehen als bei einigen Mitbewerbern. Die drei verfügen nach eigenen Angaben über spezielle Kompetenz in Konfiguration und Betrieb von BZ-Systemen und bauen auf Hybridlösungen bestehend aus Akkumulatoren und PEM-Brennstoffzellen im Leistungsbereich von 0,5 bis 20 kW. Ihre erste Produktfamilie - basierend auf einem 10-kW-System in modularer Bauweise - präsentiert das Start-Up-Unternehmen unter dem Namen Jupiter. In Kombination mit einem Wasserstofftank, einem Elektrolyseur sowie einer Windkraft- oder Solarstromanlage sollen diese Module gänzlich unabhängig auch vom Brennstoffnachschub CO2-frei arbeiten können, solange nur ausreichend Wasser vorhanden ist.

SFC und Büttner integrieren Solaranlage

Am bekanntesten im Bereich der kleinen portablen BZ-Lösungen dürfte die Smart Fuel Cell AG aus Brunnthal sein. Insbesondere im Camping-Sektor hat das süddeutsche Unternehmen mittlerweile eine relativ hohe Marktdurchdringung erreicht. Fast alle Produzenten von Freizeitmobilen kooperieren inzwischen mit dem seit Mai 2007 an der Börse (Prime Standard) notierten Unternehmen.

Die jüngste Meldung aus dem Hause SFC betrifft die Entwicklung eines Hybrid-Autark-Systems bestehend aus einer Brennstoffzelle und einer Solaranlage. Das Kernstück ist eine intelligente Elektroniksteuerung. Damit die Sonnenenergie maximal ausgenutzt werden kann, hat Büttner-Elektronik eine vollautomatische Betriebsführung konzipiert, die den optimalen Zeitpunkt zur Zuschaltung der Brennstoffzelle in Abhängigkeit von Wetterverhältnissen, Jahreszeit und Sonnenscheindauer berechnet und dadurch deutliche Betriebstoffeinsparungen ermöglicht. Bernd Büttner, Gründer und Geschäftsführer von Büttner-Elektronik, erklärt: „Die Stromabgabe ist sehr stabil und der Kraftstoffverbrauch äußerst gering.“ Freudig fügt er hinzu: „Durch die Idee, beide Systeme zu vereinen, entstand das wohl innovativste Energiekonzept, das im Reisemobilbau jemals zum Einsatz gekommen ist.“

BZ-Solar-Hybridsysteme im Test

Ein ähnliches Hybridsystem, das aus einem Solarpanel, einem Akkumulator sowie einer Brennstoffzelle besteht, bietet seit geraumer Zeit udomi an. Udo Michelfelder, der diese Systeme vertreibt, hat bereits verschiedene Kombinationsmöglichkeiten in der Anwendung. Wahlweise offeriert er bei einer netzfernen Stromversorgung je nach Anwendung eines der drei Brennstoffzellenmodule (EFOY 600, 1200 oder 1600), die einen durchschnittlichen Leistungsbedarf von 1 bis 65 Watt abdecken. Durch die Integration der Bleibatterien, die als Pufferspeicher fungieren, sind kurzfristig Lastspitzen von mehr als 100 W darstellbar.

Weitere Anbieter auf dem Markt sind unter anderem die P21 GmbH aus Brunnthal sowie die US-amerikanische Firma Idatech. Zudem will auch Rittal in Zukunft hybride Systeme mit Photovoltaik- und Brennstoffzellen-Technik entwickeln ebenso wie Heliocentris und h-tec, die in diesem Bereich ebenfalls ein mögliche

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