Betriebsweise

Automatische Steuerung für verschiedene Einsatzgebiete

Anders als beim konventionellen Heizkessel, der bei Wärmebedarf einschaltet und bei erreichter Soll-Temperatur wieder abschaltet, ist für das Mini-BHKW eine aufwändigere Steuerung nötig, um die Wärme- und Stromproduktion zu optimie¬ren und ggf. die zusätzlichen Komponenten wie Spitzenkessel und Wärmespeicher zu steuern. Grundsätzlich gibt es verschiedene Strategien, das Mini-BHKW-Modul und die einzelnen Komponenten zu betreiben. Dabei muss berücksich¬tigt werden, dass der Motor des Mini-BHKW häufiges Takten schlecht verträgt und dies seine Lebensdauer erheblich verkürzen kann. Pro Start sollte das Mini-BHKW mindestens eine Stunde laufen, bevor es wieder abgeschaltet wird. Neben einer zuverlässigen Versorgung werden hohe und kontinuierliche Laufzeiten angestrebt.

 

Abbildung 18: Datenfernübertragung

Je nach Einsatzgebiet wird das Mini-BHKW nach unterschiedlichen Kriterien an- und abgeschaltet. Die Modulsteuerung stellt dafür ver-schiedene Programme zur Ver-fügung, nach denen die Modul-Steuereinheit den Betrieb der Anlage automatisch regelt. Die einzelnen Hersteller bieten zum Teil unterschiedliche Programm-Optionen – auch für Sonderan-wendungen wie Notstrom- oder Inselbetrieb – an.

Netzparallelbetrieb

In den meisten Fällen wird das Mini-BHKW im Netzparallelbetrieb eingesetzt, d.h. es wird an das öffentliche Stromnetz angeschlossen. Erzeugter Strom, der nicht selbst genutzt werden kann, wird ins Netz eingespeist, zusätzlich benötigter Strom wird aus diesem bezogen. Ein Spitzenkessel wird zusammen mit dem Mini-BHKW betrieben, um die Mittel- und Spitzenlast des Wärmebedarfs zu decken. Grundsätzlich wird der Spitzenkessel nur dann in Betrieb genommen, wenn die thermische Leistung des Mini-BHKW nicht ausreicht, um die Wärmenachfrage zu befriedigen. Verfügt das Mini-BHKW über einen Pufferspeicher mit integrierter Zusatzheizung, so kann unter Umständen auf den zusätzlichen Spitzenkessel verzichtet werden.

Wärmegeführter Netzparallelbetrieb

In der streng wärmegeführten Betriebsart wird das BHKW wird nur dann eingeschaltet, wenn ein Wärmebedarf für Heizung, Warmwasser oder andere Abnehmer besteht. Ist der Wärmebedarf gedeckt, schaltet das Mini-BHKW ab. Bei dieser Betriebsart kommt es zu häufigem Takten, da das Mini-BHKW direkt auf den Bedarf reagieren muss.
Der produzierte Strom wird bei Bedarf im Objekt selbst genutzt, anderenfalls wird er ins öffentliche Stromnetz einge¬speist. Da der Strom aber nicht dann produziert wird, wenn er gebraucht wird, sondern dann, wenn Wärme gebraucht wird, muss in der Regel ein großer Anteil des Stroms eingespeist werden, während zu anderen Zeiten teurer Strom aus dem Netz bezogen werden muss.

Stromoptimierter Netzparallelbetrieb

Durch die Einbindung eines Wärmespeichers in das Mini-BHKW-System kann der Betrieb optimiert werden. Die vom Mini-BHKW produzierte Wärme wird – wenn sie nicht aktuell gebraucht wird – in einem Pufferspeicher zwischengespei¬chert. Wenn hingegen mehr Wärme gebraucht wird, als das Mini-BHKW erzeugt, wird der Speicher entladen. Besonders im Sommer und in der Übergangszeit, wenn das Mini-BHKW nicht ständig läuft, kann es gezielt dann einge¬schaltet werden, wenn es hohe Stromerlöse erzielt. Voraussetzung ist aber in jedem Fall, dass die produzierte Wärme gespeichert und später genutzt werden kann. Die stromoptimierte Betriebsweise ist besonders für Gewerbe und Indus¬trie mit hohem Stromverbrauch lohnend, da Stromspitzen abgedeckt werden können und teurer Spitzenstrombezug vermieden wird.
Der Speicher dient zugleich als Wärmereserve für kurzzeitige Bedarfsspitzen. Der Spitzenkessel wird erst dann zuge¬schaltet, wenn das Mini-BHKW und der Pufferspeicher gemeinsam den Wärmebedarf nicht abdecken können. Dadurch wird eine bessere Auslastung des Mini-BHKW erreicht.
Je größer der Anteil der Mini-BHKW-Leistung an der maximalen Wärmelast ist, desto größer wird auch der Einfluss des Pufferspeichers. Ist der Mini-BHKW-Anteil hingegen gering, erreicht es ohnehin das ganze Jahr über hohe Laufzeiten, da das Heizungs- und Warmwassersystem die Wärme weitgehend aufnimmt.
Der Pufferspeicher wird normalerweise so ausgelegt, dass er die Wärmemenge speichern kann, die das Mini-BHKW in 1 bis 2 Stunden produziert; das heißt, für ein Mini-BHKW mit einer thermischen Leistung von 12 kW wird ein Speicher von 500 – 1000 Litern eingesetzt. Die Erhöhung des Speichervolumens von 500 auf 1000 Liter verlängert zwar die Laufzeit des Mini-BHKW nicht mehr wesentlich, trägt aber zur Schonung des Motors und zur Reduzierung von Störun¬gen bei. Da Mini-BHKW relativ kleine Heizungsnetze mit verhältnismäßig geringer Wärmespeicherkapazität versorgen, kühlt das System bei Stillstand des Mini-BHKW schnell aus. Ein ausreichend großer Pufferspeicher sorgt für eine Temperaturanhebung im Rücklauf und vermeidet dadurch Kaltstarts des Motors. Darüber hinaus wird die Takthäufigkeit reduziert.

 

Abbildung 19: Mini-BHKW mit beigestelltem Wärmespeicher

Abbildung 20: Der Wärmespeicher kann die Laufzeit des Mini-BHKW erheblich erhöhen

Inselbetrieb 

Abgelegene Häuser, Höfe oder Betriebe, die nicht an das Stromnetz angeschlossen sind, können durch ein insel¬betriebsfähiges Mini-BHKW mit Strom und Wärme versorgt werden. Der gesamte Strombedarf wird durch das Mini-BHKW abgedeckt, die Wärmeversorgung erfolgt bivalent mit einem zusätzlichen Spitzenkessel oder monovalent mit Einbindung eines Wärmespeichers. Das Mini-BHKW wird durch einen Strombedarf angefordert, unabhängig vom Wärmebedarf. Kann die erzeugte Wärme nicht vom Heizungssystem oder Wärmespeicher aufgenommen werden, so muss das Mini-BHKW gekühlt werden, um eine Überhitzung zu vermeiden.
Das Mini-BHKW selbst muss für den Inselbetrieb geeignet sein und über einen Synchrongenerator, eine Batterieanlage zur Stromspeicherung und eine Notkühleinrichtung verfügen.

Notstrombetrieb
Das Mini-BHKW läuft im Netzparallelbetrieb. Bei Netzausfall übernimmt es die gesamte Stromversorgung. Dies setzt ein notstromtaugliches Mini-BHKW mit angepasster Steuerung sowie eine Notkühlvorrichtung voraus.
Da bei der Kühlung der Wärmeanteil der eingesetzten Energie ungenutzt verschenkt wird, beschränkt sich der streng stromgeführte Betrieb im Wesentlichen auf den Insel- und Notstrombetrieb. Zur Vermeidung von Notkühlung sollte in diesen Fällen jedoch ein ausreichend dimensionierter Wärmespeicher vorhanden sein.

Modularer Aufbau
Bei großem Wärmebedarf des Versorgungsobjektes können mehrere Module gemeinsam betrieben und gesteuert werden. Dieser modulare Aufbau erlaubt es, zur Anpassung an den jeweiligen Wärmebedarf einzelne Module zu- oder abzuschalten. Dadurch wird eine bessere Auslastung der einzelnen Module erreicht, als wenn ein einziges Modul mit größerer Leistung betrieben würde. Zudem bietet das modulare System eine größere Versorgungssicherheit, da bei Ausfall oder Wartung eines Moduls die anderen weiter betrieben werden können

 

 

 

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