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Lernfeld 12 · Prüfung Teil 2

Kraft-Wärme-Kopplung, Hybrid- und PV-Kopplung

Kraft-Wärme-Kopplung, BHKW, Brennstoffzelle, Hybridheizung und Wärmepumpe mit PV erklärt: Stromkennzahl, Gesamtwirkungsgrad, Betriebsweisen.

15 Aufgaben dazu übenKostenlos, ohne Anmeldung, mit Lösungsweg

Darum geht es

Bei der Kraft-Wärme-Kopplung entstehen Strom und Wärme gleichzeitig aus einem Brennstoff. Ein Blockheizkraftwerk (BHKW) treibt mit einem Verbrennungsmotor einen Generator an und nutzt die Abwärme von Motor und Abgas zum Heizen. Die Stromkennzahl gibt das Verhältnis von elektrischer zu thermischer Leistung an, der Gesamtwirkungsgrad den Anteil der Brennstoffenergie, der als Strom und Wärme genutzt wird. Eine Brennstoffzelle erzeugt Strom ohne Flamme elektrochemisch aus Wasserstoff, der meist in einem Reformer aus Erdgas gewonnen wird.

Ein BHKW läuft meist wärmegeführt, es richtet sich also nach dem Wärmebedarf des Gebäudes; ein Pufferspeicher sorgt für lange Laufzeiten. Gewartet wird ein Motor-BHKW nach Betriebsstunden, ähnlich wie ein Auto nach Kilometern.

Wärmepumpen werden oft mit anderen Erzeugern kombiniert. Monovalent heißt, die Wärmepumpe deckt allein den Bedarf; monoenergetisch, mit elektrischem Heizstab als Ergänzung. Bivalent-parallel laufen unterhalb des Bivalenzpunkts Wärmepumpe und Kessel gemeinsam, bivalent-alternativ übernimmt dort der Kessel allein. Der Bivalenzpunkt ist die Außentemperatur, ab der der zweite Erzeuger gebraucht wird. Mit einer Photovoltaikanlage lässt sich über die Schnittstelle SG Ready eigener Solarstrom gezielt in Wärme umsetzen.

Das solltest du dir merken

  • Stromkennzahl ist elektrische durch thermische Leistung.
  • Wärmegeführt bedeutet, der Wärmebedarf bestimmt, wann das BHKW läuft.
  • Bivalent-alternativ heißt, unter dem Bivalenzpunkt heizt nur noch der zweite Erzeuger.
  • SG Ready erlaubt, die Wärmepumpe bei Stromüberschuss gezielt stärker laufen zu lassen.

Formeln

Stromkennzahl
Stromkennzahl ohne Einheit, elektrische Leistung in kW, thermische Leistung in kW
Gesamtwirkungsgrad
zugeführte Brennstoffleistung in kW, und in kW
Ladezeit Pufferspeicher
Zeit in h, Wassermasse in kg, , in K, in W

Typische Fehler in der Prüfung

  • Stromkennzahl umgekehrt gebildet, also thermisch durch elektrisch.
  • Beim Gesamtwirkungsgrad nur den Strom oder nur die Wärme berücksichtigt.
  • Bivalent-parallel und bivalent-alternativ verwechselt.
  • Wärmegeführt und stromgeführt verwechselt.

Tipps aus der Werkstatt

  • Ein BHKW erzeugt Strom und Wärme zugleich. Gesamtwirkungsgrad = (Pel + Q̇th) / zugeführte Brennstoffleistung, oft über 85 %. Es lohnt sich nur mit vielen Betriebsstunden, darum wird es nach dem Wärmegrundbedarf ausgelegt, nicht nach der Spitzenlast.

Sitzt das Thema? Teste dich mit echten Prüfungsfragen.

15 Aufgaben zu „Kraft-Wärme-Kopplung, Hybrid- und PV-Kopplung“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

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Grundlage: KMK-Rahmenlehrplan Anlagenmechaniker/-in SHK (2016), Lernfeld 12; VDI 4645 Wärmepumpenanlagen; Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz (KWKG). Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.