La calefacción de pila de combustible no solo produce calor y agua caliente para la ducha, sino también electricidad como "producto de desecho". Para utilizar una pila de combustible de forma sostenible, tiene sentido mantenerla en funcionamiento de forma permanente: así es como se genera mucho calor y electricidad. Aquí puede encontrar una descripción general de todo lo relacionado con la financiación, la instalación y los costos de energía para la calefacción por celda de combustible.
Calefacción por pila de combustible: lo más importante de un vistazo
- Generación de energía en forma de calor y electricidad en un solo dispositivo al mismo tiempo.
- El sistema funciona de forma especialmente eficiente desde el punto de vista energético.
- Los altos costos de adquisición se compensan con los bajos costos de energía.
- La calefacción por pila de combustible le hace independiente del proveedor de electricidad.
- Los subsidios son posibles para el tipo de calefacción.
¿Cómo funciona un calentador de pila de combustible?
En resumen: en un sistema de calefacción de pila de combustible, el gas se descompone químicamente y produce calor y electricidad. El principio también se conoce con el término "calor y energía combinados". Esta pregunta puede responderse con un poco más de detalle si desmonta el calentador en sus componentes. La parte más importante es la "pila", que combina varias pilas de combustible en un bloque. La estructura de una celda consta de dos electrodos (ánodo y cátodo) y una membrana semipermeable intermedia o un conductor de iones. Para completar el dispositivo, se agregan un inversor y un reformador, así como oxígeno y gas natural como fuentes de energía. Dependiendo del tipo de calefacción de pila de combustible, también hay una caldera de condensación de gas integrada, con la que se pueden cubrir los picos de carga, así como un tanque de almacenamiento de agua caliente.En esta combinación, es un sistema completo de agua caliente, calefacción y electricidad. Al mismo tiempo, también hay dispositivos que solo contienen el dispositivo de celda de combustible, que luego se pueden agregar a una caldera de condensación de gas existente.
En el calentamiento de la celda de combustible, las moléculas de hidrógeno generan calor y electricidad en su camino a través de la celda de combustible.
La "pila de combustible" suele ser una pila de combustible de hidrógeno-oxígeno. El gas natural se alimenta al reformador en el sistema de calefacción, donde se convierte en hidrógeno y monóxido de carbono. En un segundo paso, el monóxido de carbono se procesa posteriormente en dióxido de carbono. El hidrógeno recién creado se puede alimentar al módulo de la pila de combustible dentro del calentador. Con la ayuda de un catalizador, se divide en iones positivos y electrones negativos en el lado del ánodo de la celda de combustible. Los electrones negativos producen corriente continua en su camino desde el ánodo al cátodo (a través del conductor eléctrico). El inversor mencionado anteriormente convierte la corriente continua generada en corriente alterna y hace que la electricidad esté disponible para su uso. El orden de precedencia suele ser:En primer lugar, se cubre la demanda de electricidad doméstica, luego se carga cualquier almacenamiento de batería que pueda estar disponible, para un vehículo eléctrico, por ejemplo. El excedente restante se inyecta en la red eléctrica y lo paga la empresa de servicios públicos. Los iones positivos a su vez se difunden a través de la membrana hasta el cátodo, donde liberan calor y agua cuando reaccionan con el oxígeno. El calor generado se absorbe dentro del sistema y se transmite al intercambiador de calor. Esto luego calienta los radiadores, la calefacción de superficie (por ejemplo, calefacción por suelo radiante) y el agua caliente.Los iones positivos a su vez se difunden a través de la membrana hasta el cátodo, donde liberan calor y agua cuando reaccionan con el oxígeno. El calor generado se absorbe dentro del sistema y se transmite al intercambiador de calor. Esto luego calienta los radiadores, la calefacción de superficie (por ejemplo, calefacción por suelo radiante) y el agua caliente.Los iones positivos, a su vez, se difunden a través de la membrana hacia el cátodo, donde liberan calor y agua cuando reaccionan con el oxígeno. El calor generado se absorbe dentro del sistema y se transmite al intercambiador de calor. Esto luego calienta los radiadores, la calefacción de superficie (por ejemplo, calefacción por suelo radiante) y el agua caliente.
Este proceso químico dentro de la pila de combustible se denomina "combustión en frío". Frío porque no existe una incineración convencional en la que se quema una materia prima para generar calor.
En la parte superior derecha hay una caldera de condensación de gas, en la parte inferior derecha está el módulo de la celda de combustible y en la izquierda está el tanque de agua caliente. Esto crea calor y electricidad en los espacios más pequeños del sistema de calefacción de pila de combustible.
Instalación: Requisitos para la instalación
Los requisitos para instalar un sistema de calefacción de pila de combustible son los mismos que para una caldera de condensación:
- Dado que el gas natural es la base para generar el hidrógeno requerido, una conexión de gas es absolutamente necesaria. Esto se puede hacer mediante conexión directa del proveedor de gas o mediante un tanque en el exterior.
- Un sistema de extracción de aire (LAS) como suministro de aire fresco para la calefacción y como salida para los gases de escape. Alternativamente, se puede usar una chimenea existente, siempre que el deshollinador del distrito responsable la libere intacta.
- Dado que la calefacción de la pila de combustible es un dispositivo relativamente grande, el espacio requerido es mayor que, por ejemplo, una caldera de condensación de gas puro. Sin embargo, la ventaja del calentamiento por pila de combustible es que es intrínsecamente compacto. Esto elimina la necesidad de tuberías complejas fuera de la carcasa.
El sistema es compacto para una instalación limpia y orden en la sala técnica.
Calefacción por pila de combustible: eficiencia y áreas de aplicación
El campo de aplicación de la pila de combustible es extremadamente versátil. En el sector de la vivienda unifamiliar, actualmente sigue siendo el más débil, mientras que se utiliza con mayor frecuencia como unidad combinada de calor y energía en grandes plantas industriales o edificios de apartamentos. Muestra su versatilidad sobre todo fuera de la pura calefacción. Es particularmente popular con objetos en movimiento cuando no se puede usar un motor de combustión interna. La tecnología de pilas de combustible se puede encontrar, por ejemplo, en carretillas elevadoras, autobuses y coches (estos últimos con un alcance de hasta 800 kilómetros) y en submarinos y trenes. Sin embargo, con este uso, la atención se centra principalmente en generar la electricidad; el calor generado es entonces el desperdicio o subproducto.
Gracias al principio de combinación de calor y energía, las pilas de combustible son especialmente eficientes. Genera calor y electricidad con una sola reacción química. La gran ventaja es que una casa se puede operar de forma casi independiente, un factor interesante para una casa de bajo consumo energético o una casa de energía adicional. Si el calor generado en las horas pico de carga es insuficiente para calentar Your-Best-Home.net o agua caliente, por ejemplo, se enciende una caldera de condensación de gas con los sistemas completos actuales.
Dado que esta utiliza la misma materia prima que la pila de combustible, a saber, gas natural, los sistemas se complementan perfectamente. Debido al hecho de que la utilización de la pila de combustible solo se puede controlar de forma limitada, la instalación tiene mucho sentido para establecer un suministro básico constante.
Otra gran ventaja es que la generación de energía, en comparación con el sistema fotovoltaico, no depende del sol, sino que se produce en cualquier momento del día y especialmente de noche, así como en cualquier época del año. Si bien los sistemas fotovoltaicos tienen su pico de producción principalmente en verano, pero la calefacción tiene la mayor cantidad de electricidad en invierno, las celdas de combustible proporcionan una cantidad continua de electricidad durante todo el año. Particularmente en el caso de un corte de energía, un sistema de calefacción de celda de combustible puede continuar suministrando electricidad a Your-Best-Home.net. Además, la electricidad generada se puede alimentar a un sistema de almacenamiento de batería externo para abastecer a la casa con cargas máximas de energía antes de que se alimente a la red eléctrica.
Mientras que otros sistemas de calefacción como calderas de condensación de gas o bombas de calor se combinan con un sistema solar térmico, este tipo de combinación no tiene sentido con una pila de combustible. La reacción química de la pila de combustible está diseñada para un funcionamiento continuo con una eficiencia de más del 90 por ciento. El funcionamiento frecuente a corto plazo (incluso sin energía solar térmica o fotovoltaica) tiene la consecuencia de que la pila se desgasta más rápidamente y, por lo tanto, se acorta su vida útil. Por lo tanto, el uso con otros productores de energía debe planificarse con precisión y diseñarse individualmente para cada proyecto. Un gestor de energía para controlar los distintos sistemas es fundamental para garantizar una larga vida útil de la pila de combustible.
Calefacción por pila de combustible: los costes de un vistazo
Costos de adquisición e instalación
El calentador de pila de combustible es un calentador relativamente caro con altos costos de adquisición. Dependiendo del fabricante y modelo, los costes de un nuevo sistema comienzan en unos 25.000 euros y, según el tamaño del sistema, son casi abiertos. La vida útil de una pila en el sector de viviendas unifamiliares se establece actualmente en al menos diez años. Tan pronto como ya no se pueda usar una pila, hay dos opciones:
- La chimenea se reemplaza por una nueva y el sistema puede volver a producir electricidad y calor como de costumbre.
- No es necesario renovar la chimenea y la calefacción de la pila de combustible solo se utiliza mediante la caldera de condensación de gas integrada.
La segunda opción, naturalmente, solo funciona si se trata de un sistema completo. Un calentador de pila de combustible no tiene un defecto inmediato, pero puede seguir produciendo calor incluso si falla la chimenea. El coste de una pila nueva ronda los 5.000 euros, según el tipo y el fabricante. Los costes de funcionamiento de un sistema de calefacción de pila de combustible se limitan al consumo de gas y los costes de mantenimiento.
Pequeño módulo con mucho contenido.
Compare la eficiencia y los costos de la calefacción con pilas de combustible con otros sistemas: Resumen de los tipos de calefacción 2020: Eficiencia, costos y financiación.
Normativa legal y subvenciones
El tipo de sistema de aire / escape se puede regular individualmente para cada estado, por lo que un sistema de protección contra incendios de clase F30 no es suficiente, pero debe usarse un sistema F90. El deshollinador del distrito responsable proporciona información detallada. En principio, puede instalar usted mismo la calefacción de pila de combustible, pero es recomendable que la realice una empresa especializada. Por último, pero no menos importante, la conexión a la conexión de gas debe ser realizada por una empresa especializada.
A primera vista, los costos de adquisición parecen ser muy altos, pero es posible que haya altas sumas de financiamiento para la calefacción por celda de combustible. La Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) ha concedido su propio préstamo promocional para pilas de combustible (programa 433). La cantidad a recibir depende de dos componentes, la clase de rendimiento del sistema y los costes subvencionables totales: Clase de rendimiento: Cada sistema recibe 5.700 euros como importe básico y 450 euros adicionales por cada 100 vatios de potencia arrancados. Costos elegibles
totales: cada sistema recibe un máximo del 40 por ciento de los costos elegibles totales. Estos incluyen los costos de instalación, los costos de mantenimiento durante los primeros diez años con un contrato de mantenimiento completo y los costos de un experto en energía acompañante.
Ejemplo de promoción:Un sistema con 1 kilovatio de potencia y 30.000 euros de costes subvencionables totales recibe la siguiente financiación: 5.700 euros importe base + (450 euros x 10) = 10.200 euros.
Este programa se puede complementar con más subvenciones del KfW, por ejemplo, con préstamos para 151 renovaciones energéticamente eficientes o 153 edificios energéticamente eficientes. Fuera de los programas KfW, las pilas de combustible se pueden utilizar con financiación BAFA (Oficina Federal de Economía y Control de Exportaciones) en forma de recargo por la electricidad CHP de acuerdo con la ley KWKG (ley para el mantenimiento, la modernización y la expansión de calor y energía combinados ) combinarse.