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Der Wasserstoff-Stromspeicher

Über diesen Artikel

Lesezeit

4 Minuten

Veröffentlichung

19.08.2021

Letztes Update

09.09.2022

Wasserstoff-Stromspeicher: Eine Alternative für deine Photovoltaik?

Wasserstoff-Stromspeicher werden immer mal wieder als Alternative zu Batterie-Speichern in Photovoltaikanlagen genannt. Hier erfährst du, ob die Technik schon praxisreif ist.

Inhalt des Blogartikels

Was ist Wasserstoff?

Wasserstoff ist ein unsichtbares, geruchloses und ungiftiges Gas. Mit der Ordnungszahl 1 steht es ganz am Anfang des Periodensystems der Elemente. Sein Atom ist also sehr klein und hat ein geringes Gewicht.

Das Element hat einen niedrigen Flammpunkt. Es entzündet sich sehr schnell. Ein Gemisch aus Wasser- und Sauerstoff ist hochexplosiv. Dadurch ist Wasserstoff aber auch ein guter Energieträger. Der Energiegehalt von 1 kg Wasserstoff beträgt das Dreifache von 1 kg Benzin.

Deswegen ist Wasserstoff seit langem als Treibstoff für Kraftfahrzeuge im Gespräch. Konstruktionen von Verbrennungsmotoren für Wasserstoff sind ausgereift und auch in der Praxis erprobt. Bei der Verbrennung verbindet sich Wasser- mit Sauerstoff und es entsteht lediglich Wasser. Ein Wasserstoffantrieb für Kraftfahrzeuge ist also sehr umweltfreundlich. Allerdings wird zu seiner Herstellung Strom benötigt. Und der wurde während des Zeitraums dieser Entwicklungen vorwiegend aus fossilen Brennstoffen gewonnen. Somit entstanden zwar bei der Verwendung von Wasserstoff keine klimaschädlichen Stoffe, aber bei seiner Herstellung. Der Gesamtprozess hätte keine Klimaentlastung bewirkt.

Mit der Energiewende und dem steigenden Anteil von Strom aus regenerativen Energien hat sich die Situation grundlegend geändert. Nun kann klimafreundlich erzeugter Strom für die Gewinnung von Wasserstoff via Elektrolyse eingesetzt werden. Vereinfacht gesagt, wird Solarstrom in energiereichen Wasserstoff umgewandelt und so für die spätere Verwendung gespeichert. Zum Beispiel könnte der Wasserstoff als Brennstoff für einen Gasmotor oder eine Gasturbine dienen, die ihrerseits einen Generator antreiben, der Strom erzeugt. Das wäre das Funktionsprinzip eines Blockheizkraftwerkes. Kompakter lässt sich das jedoch mit einer Brennstoffzelle realisieren.

Wo wird Wasserstoff eingesetzt?

Als Brennstoff fungiert Wasserstoff zum Beispiel in Raketen- und Strahltriebwerken, in Brennstoffzellen und Gasmotoren. Darüber hinaus agiert er in vielen industriellen Anwendungen, zum Beispiel bei der Reduktion von Metallen in der Schmelze, bei der Ammoniakherstellung, bei der Härtung von Speisefetten und allgemein bei der Verpackung von Lebensmitteln als Treib- und Packgas. Auch in der Kühl- und Kryotechnik wird Wasserstoff verwendet. Eine frühere Anwendung fand Wasserstoff als Traggas für Ballons und Luftschiffe. Wegen der Explosivität kam es jedoch zu mehreren tragischen Unfällen. Daher wurde er durch das ungefährliche Helium ersetzt.

 

Wasserstoff als Stromspeicher in Photovoltaik Systemen

Mit Wasserstoff-Speichern kommen mehrere Vorteile daher – sie lassen jedoch auch einige Fragen offen:

Warum sind Stromspeicher notwendig?

Photovoltaikmodule können nur tagsüber Strom erzeugen, wenn die Sonne scheint. In der Regel wird jedoch der größte Anteil abends und nachts benötigt. Dadurch wird tagsüber meist zu viel Strom produziert, wohingegen er abends fehlt. Den am Tag nicht verbrauchten Strom kannst du in das öffentliche Netz einspeisen. Dafür musst du am Abend Strom aus dem Netz zu kaufen. Da die Einspeisevergütung immer weiter sinkt, der Strompreis aber steigt, zahlst du in der Regel mehr für den zugekauften Strom, als du über die Einspeisevergütung gewinnst. Dieses Dilemma kannst du nur dadurch lösen, dass du momentan nicht benötigten Strom speicherst und später bei Bedarf verbrauchst.

Batterie-Speicher vs. Wasserstoff-Speicher: Welcher ist der bessere?

Zur Erhöhung des Eigenverbrauchs von Solarstrom werden derzeit in Photovoltaikanlagen-Batterie-Speicher auf Basis von modernen Lithium-Ionen-Akkus eingesetzt. Die Speicher nehmen den überschüssigen Solarstrom, der tagsüber produziert und nicht sofort verbraucht wird, auf und stellen ihn zur späteren Nutzung bereit. Das kann am Abend des gleichen Tages oder an den nächsten 1-2 Tagen sein. Batterie-Speicher sind also für die kurzfristige Speicherung des Solarstroms ausgelegt. Theoretisch wäre auch eine langfristige Speicherung möglich. Dazu müssten die Speicher aber stark vergrößert werden. Neben den daraus entstehenden hohen Anschaffungskosten ist auch der enorme Platzbedarf ein Ausschlusskriterium.

Bei einem Wasserstoff-Speicher wird der überschüssige Solarstrom benutzt, um mit der Elektrolyse normalem Wasserstoff zu gewinnen. Der Wasserstoff wird durch einen Kompressor unter Druck verflüssigt und in einem Tanksystem gelagert. Dadurch ist es möglich, eine hohe Energiemenge in einem kleinen Raum zu speichern. Die energetische Speicherkapazität ist um ein Vielfaches höher als bei Batterie-Speichern.

Die Rückverwandlung zu elektrischem Strom erfolgt in einer Brennstoffzelle. Bei diesem Prozess entsteht auch Wärme, die parallel die Heizung und Warmwasserbereitung unterstützen kann. Mit dem System ist es möglich, Erzeugung und Verbrauch von Solarstrom saisonal zu trennen. Du kannst im Sommer anfallenden überschüssigen Strom zur Wasserstofferzeugung nutzen. Mit dem gespeicherten Wasserstoff und der Brennstoffzelle gleichst du im Winter die mangelnde Stromproduktion deiner Photovoltaikanlage aus. Wasserstoff-Speicher sind eher für die mittel- bis langfristige Speicherung von Strom geeignet.

Zudem gibt es weitere Unterschiede:

Wirkungsgrad

Die Technologie zur Speicherung von Strom mit Wasserstoff steht noch am Anfang. Durch die zweifache Umwandlung (Strom 🡪 Wasserstoff 🡪 Strom) geht Energie verloren. Der Wirkungsgrad dieses Systems beträgt derzeit etwa 40%.

Bei einem Batterie-Speicher liegt der Wirkungsgrad, abhängig vom Batterietyp, bei 75 Prozent und höher.

Wenn du die bei der Elektrolyse und beim Betrieb der Brennstoffzelle entstehende Wärme zur Heizung und Warmwasserbereitung nutzen kannst, erhöht sich der Gesamtwirkungsgrad deines Wasserstoff-Stromspeichers. Diese Möglichkeit bieten Batterie-Stromspeicher nicht.

Systemintegration

Die Einbindung eines Batterie-Speichers in eine bestehende Photovoltaikanlage ist durch einen Fachmann relativ einfach zu bewerkstelligen, sofern das Energiemanagement der Anlage in der Lage ist, die Speichernutzung zu steuern. Es müssen im Wesentlichen ein paar Kabel angeschlossen werden.

Bei einem Wasserstoff-Stromspeicher ist die Einbindung aufwendiger. Mit Elektrolyseur, Kompressor und Wasserstofftank, Batterie für Kurzzeitspeicherung und Brennstoffzelle sind etliche Komponenten zu verbinden und zu steuern. Allerdings existiert auf dem hiesigen Markt bereits ein Anbieter, der alle diese Komponenten in einer kompakten Anlage mit standardisierten Anschlüssen anbietet. Damit ist auch hier die Einbindung in eine bestehende Anlage relativ einfach möglich.

 

Anschaffungskosten und Fördermöglichkeiten für Wasserstoff-Stromspeicher

Bislang gibt es noch wenige Anbieter für Wasserstoff-Stromspeicher für Photovoltaikanlagen und die Anschaffungskosten sind höher als bei den auch nicht gerade preisgünstigen Batterie-Speichern. Der große Vorteil der Langzeitspeicherung des Solarstroms kann die Kostennachteile zumindest zum Teil aufwiegen.

Der oben erwähnte Anbieter verlangt für sein Komplettsystem je nach individueller Auslegung zwischen 70.000 und 100.000 Euro inklusive Mehrwertsteuer. Allerdings kannst du dir unter bestimmten Umständen die Mehrwertsteuer in Höhe von 19 Prozent des Gesamtpreises zurückerstatten lassen. Und nach Angabe des Herstellers werden die Anlagen durch die KfW (Kreditanstalt für Wiederaufbau) mit bis zu 15.050 Euro gefördert. Darüber hinaus unterstützt der Hersteller seine Kunden bei der Suche nach weiteren regionalen Fördermöglichkeiten.

 

Ausblick in die Zukunft

Wasserstoff als Energiespeicher und Brennstoff wird in Zukunft an Bedeutung gewinnen. Zumal mit dem wachsenden Anteil an elektrischem Strom aus regenerativen Energien seine Gewinnung CO₂-neutral erfolgen kann. An diesem Problemkreis wird weltweit geforscht. Die Forschungsergebnisse werden zur Entwicklung weiterer Systeme für industrielle und private Anwendungen mit verbesserten Wirkungsgraden führen. Je mehr praxisgerechte Produkte zur Verfügung stehen, desto mehr sinken erfahrungsgemäß die Preise. Damit wird diese Technik für den Privatanwender nicht nur erschwinglich, sondern auch ökonomisch sinnvoll werden.

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