O aquecimento da célula de combustível não produz apenas calor e água quente para o chuveiro, mas também eletricidade como um "produto residual". Para usar uma célula de combustível de forma sustentável, faz sentido mantê-la em operação permanente: é assim que você gera muito calor e eletricidade. Aqui você pode encontrar uma visão geral de tudo sobre financiamento, instalação e custos de energia para aquecimento de células de combustível.
Aquecimento da célula de combustível: o mais importante em resumo
- Geração de energia na forma de calor e eletricidade em um dispositivo ao mesmo tempo.
- O sistema funciona de maneira especialmente eficiente em termos de energia.
- Os altos custos de aquisição são compensados por baixos custos de energia.
- O aquecimento da célula de combustível torna você independente do fornecedor de eletricidade.
- Os subsídios são possíveis para o tipo de aquecimento.
Como funciona um aquecedor de célula de combustível?
Resumindo: em um sistema de aquecimento de célula de combustível, o gás é decomposto quimicamente, produzindo calor e eletricidade. O princípio também é conhecido pelo termo “energia e calor combinados”. Esta pergunta pode ser respondida com um pouco mais de detalhes se você desmontar o aquecedor em seus componentes. A parte mais importante é a “pilha”, que combina várias células de combustível em um bloco. A estrutura de uma célula consiste em dois eletrodos (ânodo e cátodo) e uma membrana intermediária semipermeável ou um condutor iônico. Para completar o dispositivo, são adicionados um inversor e um reformador, além de oxigênio e gás natural como fontes de energia. Dependendo do tipo de aquecimento da célula a combustível, existe também uma caldeira de condensação a gás integrada, com a qual podem ser cobertos os picos de carga, bem como um reservatório de água quente.Nesta combinação, é então um sistema completo de água quente, aquecimento e eletricidade. Ao mesmo tempo, também existem dispositivos que contêm apenas o dispositivo de célula de combustível, que podem então ser adicionados a uma caldeira de condensação a gás existente.
No aquecimento de células de combustível, as moléculas de hidrogênio geram calor e eletricidade em seu caminho através da célula de combustível.
A “célula de combustível” é geralmente uma célula de combustível de hidrogênio-oxigênio. O gás natural é alimentado no reformador no sistema de aquecimento, onde é convertido em hidrogênio e monóxido de carbono. Em uma segunda etapa, o monóxido de carbono é posteriormente processado em dióxido de carbono. O hidrogênio recém-criado pode então ser alimentado para o módulo de célula de combustível dentro do aquecedor. Com a ajuda de um catalisador, ele é dividido em íons positivos e elétrons negativos no lado do ânodo da célula a combustível. Os elétrons negativos produzem corrente contínua em seu caminho do ânodo para o cátodo (por meio do condutor elétrico). O referido inversor converte a corrente contínua gerada em corrente alternada e disponibiliza a eletricidade para uso. A ordem de precedência geralmente é:Em primeiro lugar, a demanda de eletricidade doméstica é atendida, então qualquer armazenamento de bateria que possa estar disponível - para um veículo eletrônico, por exemplo - é carregado. O excedente restante é alimentado na rede elétrica e pago pela concessionária. Os íons positivos, por sua vez, se difundem através da membrana até o cátodo, onde liberam calor e água quando reagem com o oxigênio. O calor gerado é absorvido pelo sistema e repassado ao trocador de calor. Este, então, aquece os radiadores, o aquecimento da superfície (por exemplo, piso radiante) e a água quente.Os íons positivos, por sua vez, se difundem através da membrana até o cátodo, onde liberam calor e água quando reagem com o oxigênio. O calor resultante é absorvido pelo sistema e passado para o trocador de calor. Este, então, aquece os radiadores, o aquecimento da superfície (por exemplo, piso radiante) e a água quente.Os íons positivos, por sua vez, se difundem através da membrana até o cátodo, onde liberam calor e água quando reagem com o oxigênio. O calor gerado é absorvido pelo sistema e repassado ao trocador de calor. Este, então, aquece os radiadores, o aquecimento da superfície (por exemplo, piso radiante) e a água quente.
Este processo químico dentro da célula de combustível é denominado "combustão a frio". Frio porque não existe uma incineração convencional em que uma matéria-prima é queimada para gerar calor.
No canto superior direito está uma caldeira de condensação a gás, no canto inferior direito está o módulo da célula de combustível e à esquerda está o tanque de água quente. Isso cria calor e eletricidade nos menores espaços do sistema de aquecimento da célula de combustível.
Instalação: Requisitos para a instalação
Os requisitos para instalar um sistema de aquecimento de célula de combustível são semelhantes aos de uma caldeira de condensação:
- Como o gás natural é a base para a geração do hidrogênio necessário, uma conexão de gás é absolutamente necessária. Isso pode ser feito por conexão direta do fornecedor de gás ou por um tanque externo.
- Um sistema de exaustão de ar (LAS) como fonte de ar fresco para o aquecimento e como saída para os gases de exaustão. Alternativamente, uma chaminé existente pode ser usada, desde que o limpador de chaminés distrital responsável a libere como intacta.
- Visto que o aquecimento da célula de combustível é um dispositivo relativamente grande, a necessidade de espaço é maior do que, por exemplo, uma caldeira de condensação de gás puro. A vantagem do aquecimento por célula de combustível, entretanto, é que ele é inerentemente compacto. Isso elimina a necessidade de tubulação complexa fora da caixa.
O sistema é compacto para uma instalação limpa e pedido na sala técnica.
Aquecimento de célula de combustível: eficiência e áreas de aplicação
O campo de aplicação da célula a combustível é extremamente versátil. No setor de residências unifamiliares, atualmente ainda é o perdedor, embora seja mais frequentemente usado como uma unidade combinada de calor e energia em grandes instalações industriais ou prédios de apartamentos. Mostra a sua versatilidade sobretudo fora do puro aquecimento. É particularmente popular com objetos em movimento quando um motor de combustão interna não pode ser usado. A tecnologia da célula a combustível pode ser encontrada, por exemplo, em empilhadeiras, ônibus e automóveis (estes últimos com autonomia de até 800 quilômetros) e em submarinos e trens. Com esse uso, no entanto, o foco está principalmente na geração de eletricidade - o calor gerado é então o resíduo ou subproduto.
Graças ao princípio da combinação de calor e energia, as células de combustível são particularmente eficientes. Ele gera calor e eletricidade com apenas uma reação química. A grande vantagem é que uma casa pode ser operada de forma quase independente - um fator interessante para uma casa de baixo consumo ou uma casa de mais energia. Se o calor gerado nos horários de pico de carregamento não for suficiente para aquecer Your-Best-Home.net ou água quente, por exemplo, uma caldeira de condensação a gás é ligada com os sistemas completos de hoje.
Uma vez que esta utiliza a mesma matéria-prima da célula a combustível, nomeadamente o gás natural, os sistemas complementam-se na perfeição. Devido ao fato de que a utilização da célula a combustível só pode ser controlada de forma limitada, a instalação faz muito sentido para estabelecer um abastecimento básico constante.
Outra grande vantagem é que a geração de energia, comparada ao sistema fotovoltaico, não depende do sol, mas ocorre a qualquer hora do dia e principalmente à noite, bem como em qualquer época do ano. Enquanto os sistemas fotovoltaicos têm seu pico de produção principalmente no verão, mas o aquecimento tem mais eletricidade no inverno, as células de combustível fornecem uma quantidade contínua de eletricidade durante todo o ano. Em particular no caso de uma falha de energia, um sistema de aquecimento de célula de combustível pode continuar a fornecer eletricidade a Your-Best-Home.net. Além disso, a eletricidade gerada pode ser alimentada para um sistema de armazenamento de bateria externa para abastecer a casa com cargas de pico de energia antes de ser alimentada na rede elétrica.
Embora outros sistemas de aquecimento, como caldeiras de condensação a gás ou bombas de calor, sejam combinados com um sistema solar térmico, esse tipo de combinação não faz sentido com uma célula de combustível. A reação química da célula de combustível é projetada para operação contínua com uma eficiência de mais de 90 por cento. A operação frequente de curto prazo (mesmo sem solar térmico ou fotovoltaico) tem como consequência que a chaminé se desgasta mais rapidamente e, portanto, sua vida útil é encurtada. O uso com outros produtores de energia deve, portanto, ser planejado com precisão e projetado individualmente para cada projeto. Um gerenciador de energia para controlar os vários sistemas é essencial para garantir uma longa vida útil para a célula de combustível.
Aquecimento de célula de combustível: os custos em resumo
Custos de aquisição e instalação
O aquecedor de célula de combustível é um aquecedor comparativamente caro com altos custos de aquisição. Dependendo do fabricante e do modelo, os custos de um novo sistema começam em cerca de 25.000 euros e, dependendo do tamanho do sistema, estão quase abertos. A vida útil de uma pilha no setor residencial unifamiliar atualmente é estimada em pelo menos dez anos. Assim que uma pilha não puder mais ser usada, existem duas opções:
- A pilha é substituída por uma nova e o sistema pode novamente produzir eletricidade e calor como de costume.
- A chaminé não necessita de ser renovada e o aquecimento da célula a combustível é utilizado apenas por meio da caldeira de condensação a gás integrada.
Claro, a segunda opção só funciona se for um sistema completo. Um aquecedor de célula de combustível não apresenta defeito imediato, mas pode continuar a produzir calor mesmo se a pilha falhar. O custo de uma nova pilha ronda os 5.000 euros, dependendo do tipo e do fabricante. Os custos de funcionamento de um sistema de aquecimento de célula de combustível são limitados ao consumo de gás e aos custos de manutenção.
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Compare a eficiência e os custos do aquecimento com células de combustível com outros sistemas: Visão geral dos tipos de aquecimento 2020: Eficiência, custos e financiamento.
Regulamentos legais e subsídios
O tipo de sistema de ar / exaustão pode ser regulado individualmente para cada estado federal de forma que um sistema de classe de proteção contra incêndio F30 não seja suficiente, mas um sistema F90 deve ser usado. O limpador de chaminés do distrito responsável fornece informações detalhadas. A instalação do aquecimento da célula a combustível pode, em princípio, ser efectuada por si, mas é aconselhável que seja efectuada por uma empresa especializada. Por último, mas não menos importante, a ligação à ligação do gás deve ser efectuada por uma empresa especializada.
À primeira vista, os custos de aquisição parecem ser muito altos, mas altas somas de financiamento são possíveis para aquecimento de células de combustível. O Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) concedeu o seu próprio empréstimo promocional para células de combustível (programa 433). O valor a receber depende de duas componentes, a classe de desempenho do sistema e os custos totais elegíveis: Classe de desempenho: Cada sistema recebe 5.700 euros de valor básico e mais 450 euros por cada 100 watts de potência ou parte dela. Custos
totais elegíveis : Cada sistema recebe no máximo 40 por cento dos custos totais elegíveis. Isso inclui os custos de instalação, os custos de manutenção durante os primeiros dez anos com um contrato de manutenção completo e os custos de um especialista em energia que o acompanha.
Exemplo de promoção:Um sistema com potência de 1 quilowatt e custos totais elegíveis de 30.000 euros recebe o seguinte financiamento: 5.700 euros de valor básico + (450 euros x 10) = 10.200 euros.
Este programa pode ser complementado com outros subsídios do KfW, por exemplo, com empréstimos 151 renovações com eficiência energética ou 153 edifícios com eficiência energética. Fora dos programas do KfW, a célula de combustível pode ser usada com financiamento do BAFA (Escritório Federal de Economia e Controle de Exportação) na forma de uma sobretaxa para eletricidade CHP de acordo com a Lei KWKG (lei para a manutenção, modernização e expansão da geração combinada de calor e energia ) ser combinados.
