Sunfire-Remote: Professional Off-Grid Power Supply Microwave Radio Stations

Neubrandenburg, Deutschland, 4. März 2022

Die Brennstoffzelle als günstigste und sauberste netzunabhängige Stromversorgung!

Bei netzunabhängiger Stromversorgung denkt man heute in der Regel an Photovoltaik, Wind, Dieselgeneratoren oder unter extremen Betriebsbedingungen an thermoelektrische Generatoren (TEG). Dabei sind Photovoltaik- und Windturbinen die kostengünstigsten Stromerzeuger, da sie keinen zusätzlichen Brennstoff und wenig Wartung während des Betriebs benötigen. Ihr größtes Manko ist jedoch in vielen Fällen die Unbeständigkeit der Sonneneinstrahlung und des Windangebots, die den Einsatz zusätzlicher Generatoren erforderlich macht. Je nach der verfügbaren Sonneneinstrahlung in einem bestimmten Gebiet (Arizona und Nordkanada haben sehr unterschiedliche Sonneneinstrahlungswerte) kann die Installation von Solarmodulen mit einer Leistung von mehr als 100 W eine beträchtliche Grundfläche erfordern, ganz zu schweigen von der Schnee- und Staubbedeckung, die in einigen Gebieten eine zusätzliche Herausforderung darstellt. Daher wird der größere Strombedarf häufig durch Dieselgeneratoren gedeckt. Diese wiederum sind zwar billig in der Anschaffung, müssen aber aufgrund von Öl- und Filterwechseln und regelmäßigem Tanken häufig gewartet werden. Die Generatoren sind häufig für den Lastbedarf überdimensioniert, was zu einem “unterlasteten” Betriebszustand führt, der den Generator langfristig belasten und seinen Wirkungsgrad auf unter 20 % senken kann. Gesetzlich vorgeschriebene Emissionsgrenzwerte werden den Betrieb dieser Geräte in Zukunft erschweren. Thermoelektrische Generatoren, eine weitere Alternative mit einem Wirkungsgrad von ca. 3 % und den damit verbundenen hohen Emissionen, werden nur in speziellen Anwendungen und vor allem bei besonders niedrigen Umgebungstemperaturen eingesetzt.

Brennstoffzellen sind die nachhaltige Alternative. Klassische Niedertemperatur-Wasserstoff-Brennstoffzellen auf Basis der PEM-Technologie oder Methanol-Brennstoffzellen sind ideal für Backup-Anwendungen mit einer kurzen Laufzeit von einigen tausend Betriebsstunden. Sie springen relativ schnell an, können kurzzeitige Netzausfälle überbrücken oder die Batterien in Photovoltaik-Hybridsystemen aufladen, solange die Einstrahlungszeiten nicht zu lang sind. Allerdings schränkt die Lebensdauer des Stacks, des Kernsystems des Brennstoffzellengenerators, von meist 3000 bis 7000 Betriebsstunden ihre Einsatzfähigkeit im Dauerbetrieb deutlich ein. Zudem ist die volumetrische Leistungsdichte von Wasserstoff, selbst wenn er in Druckbehältern gespeichert und transportiert wird, im Vergleich zu flüssigen oder verflüssigten Brennstoffen wie Diesel, Methanol, Propan oder Ammoniak sehr gering.

Die Festoxid-Brennstoffzellen (SOFC) mit keramischem Elektrolyt haben sich seit einigen Jahren für den Einsatz im stationären Dauerbetrieb bewährt. Sie beruhen auf dem Prinzip, dass viele Keramiken bei Temperaturen über 650 °C leitfähig für Sauerstoffionen werden. Es handelt sich also um Hochtemperaturbrennstoffzellen, die meist im Bereich von 700 °C bis 850 °C betrieben werden. Im Gegensatz zu den vorgenannten Technologien sind diese Brennstoffzellen wartungsarm. Intervalle von bis zu 10.000 Betriebsstunden sind möglich. Der Kern der SOFC-Brennstoffzellen kann im Dauerbetrieb eine Lebensdauer von 20.000 bis 30.000 Betriebsstunden erreichen. Die Sunfire Fuel Cells GmbH produziert und vertreibt seit 2014 solche Brennstoffzellengeneratoren, die derzeit für den Betrieb mit Erdgas oder Propan als Brennstoff erhältlich sind. Mit der erweiterten Verfügbarkeit von erneuerbarem Ammoniak oder Wasserstoff werden auch entsprechende Produktvarianten rechtzeitig zur Verfügung stehen. Dem Umstieg auf eine hocheffiziente, saubere und nachhaltige Lösung steht also nichts mehr im Wege

 

Abb. 2: Vergleich der 10-jährigen TCO und CO2-Emissionen der verschiedenen Lösungen

Die durchgeführten Untersuchungen ergeben das folgende Bild: Hinsichtlich der Kosten und CO2-Emissionen beim Einsatz fossiler Brennstoffe ist die Kombination aus SOFC-Brennstoffzelle im Winterbetrieb und Photovoltaik im Sommerhalbjahr unschlagbar. Sollte der Platz für einen PV-Generator mit entsprechendem Batteriespeicher nicht ausreichen, kann die Sunfire-Remote-Brennstoffzelle auch im Inselbetrieb eingesetzt werden. Eine weitere Reduktion der CO2-Emissionen um bis zu 90 % ist bereits heute mit BioLPG aus in Mitteleuropa verfügbaren Bioreststoffen oder zukünftig auch mit E-Propan auf Strombasis möglich. Dieselgeneratoren haben in diesem Leistungsbereich niedrige Wirkungsgrade. Kraftstoffkosten und Wartungskosten fressen die vergleichsweise geringen Investitionskosten auf. Bei Methanol-Brennstoffzellen hingegen hat der relativ hohe Methanolpreis in Verbindung mit einer kürzeren Lebensdauer der Brennstoffzellenstapel den größten Einfluss auf die Gesamtkosten. Thermoelektrische Generatoren halten schließlich aufgrund ihres geringen Wirkungsgrades den Negativrekord bei den Emissionen.

Zusammenfassend bietet die SOFC-Brennstoffzelle, wie die hier im Praxisbeispiel aus Alaska betrachtete Sunfire-Remote 400, die optimale Lösung in Bezug auf Versorgungssicherheit, Gesamtkosten und Emissionen. Letztlich empfiehlt es sich aber, eine projektspezifische Kostenabschätzung vorzunehmen. Auch externe Faktoren wie der verfügbare Platz, die Häufigkeit der Fahrten zum Aufstellungsort und dessen saisonale Unzugänglichkeit können weitere Faktoren bei der Entscheidung für eine wartungsarme, robuste und bewährte Lösung sein.

KONTAKT

Laura Ziegler
Leiterin Kommunikation
+49 160 95 99 53 44
communications@sunfire.de

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