Brennstoffzellen

Funktionsprinzip im Notstrombetrieb

Eine Brennstoffzelle wandelt die chemische Energie eines Brennstoffs direkt in elektrische Energie um. Für die Einbindung in die Notstromversorgung wird sie mit Leistungselektronik, Steuerung, Überwachung und den nötigen Schnittstellen zur Verteilung kombiniert. Je nach Systemkonzept speist die Anlage Gleichstrom in einen Zwischenkreis ein oder wird über Wechselrichter an das Netz des Gebäudes oder der Anlage angebunden. Die Stromversorgung ist dabei an die Verfügbarkeit des Brennstoffs und an das Verhalten des Gesamtsystems beim Starten, Regeln und Lastwechseln gebunden.

Einsatzbereiche stationärer Brennstoffzellensysteme

Typische Anwendungen liegen dort, wo elektrische Verbraucher auch bei Netzausfall über längere Zeit versorgt werden müssen und eine geordnete Brennstoffversorgung möglich ist. Dazu gehören technische Infrastrukturen, Kommunikationsstandorte, Leitsysteme, dezentrale Anlagen oder Standorte mit begrenzten Anforderungen an lokale Emissionen und Lärmentwicklung. Brennstoffzellen werden nicht nur als alleinige Notstromquelle betrachtet, sondern auch als Teil eines mehrstufigen Versorgungskonzepts mit Pufferung, Umschaltung und Lastmanagement.

Systemvarianten und technische Auslegung

Brennstoffzellensysteme unterscheiden sich unter anderem nach Brennstoffkonzept, Betriebstemperatur, Leistungsbereich und Einbindung in die elektrische Infrastruktur. In der Praxis relevant sind neben dem Zellstapel auch Brennstoffspeicherung oder Brennstoffaufbereitung, Luftzufuhr, Kühlung, Abgas- oder Abluftführung, Sicherheitsüberwachung und die netzseitige Leistungselektronik. Für die Auslegung sind insbesondere Lastprofil, geforderte Autonomiezeit, Redundanz, Umgebungsbedingungen und das Verhalten bei Teil- und Spitzenlasten zu berücksichtigen. Bei geplanten Backup-Lösungen wird zudem geprüft, ob die Anlage im Dauerstandby läuft oder nur bei Netzausfall zugeschaltet wird.

Abgrenzung zu Akkumulatoren, USV und Dieselgeneratoren

Innerhalb der Notstromversorgung unterscheiden sich Brennstoffzellen klar von anderen Systemen. Akkumulatoren speichern Energie intern und eignen sich vor allem für begrenzte Überbrückungszeiten, während Brennstoffzellen Energie aus zugeführtem Brennstoff bereitstellen. USV-Anlagen sind auf eine unterbrechungsfreie Umschaltung und kurzfristige Versorgung ausgelegt; Brennstoffzellen werden deshalb häufig nur in Kombination mit einer USV oder Batteriepufferung sinnvoll eingesetzt. Gegenüber Dieselgeneratoren arbeiten sie nach einem anderen Umwandlungsprinzip und stellen andere Anforderungen an Brennstofflogistik, Peripherie, Sicherheitskonzept und Betriebsstrategie.