Ein Blockheizkraftwerk besteht im Grunde aus vier Hauptkomponenten: dem Motor, dem Generator, dem Wärmetauscher und der Steuereinheit. Auf dieser Seite stellen wir Ihnen die einzelnen Komponenten vor und erklären Ihnen, wie sie funktionieren.

1. Der Motor des Blockheizkraftwerks

Der Motor ist das Herzstück Ihres Blockheizkraftwerks. Es gibt hier große Unterschiede, was die Funktionsweise und die Brennstoffe angeht. Wir erklären Ihnen die wichtigsten Modelle samt Vor- und Nachteilen.

1.1. Der Ottomotor/Gasmotor für Ihr BHKW

Die beliebteste Antriebsmaschine bei Blockheizkraftwerken ist der Ottomotor, meist als umgebauter Gasmotor. Ottomotoren finden mittlerweile überall Anwendung: von großen Industrie-Blockheizkraftwerken bis hin zu kleinen Mini- und Makro-BHKW für Privathaushalte. Die verwendeten Motoren sind Weiterentwicklungen aus dem Automobilbereich.

Sie arbeiten mit Wirkungsgraden von teilweise über 90 % und sind damit sehr effizient und ressourcenschonend. Dieser Wert setzt sich aus etwa einem Drittel elektrischer Energie und zwei Dritteln thermischer Energie zusammen. Es wird also deutlich mehr Wärme als Strom erzeugt.

Der Gasmotor macht besonders dann Sinn, wenn bereits ein Gasanschluss im Gebäude vorhanden ist.

Durch die konstante Laufleistung haben Ottomotoren eine lange Lebensdauer. Leider ist die Wartung und Instandhaltung recht aufwendig, weil ein regelmäßiger Ölwechsel stattfinden muss.

Ottomotoren für BHKW im Überblick:

typische Brennstoffe: Gas (Flüssiggas, Biogas oder Erdgas)

Vorteile:

  • Wirkungsgrad über 90 %
  • eventuell vorhandener Gasanschluss kann genutzt werden
  • hoch entwickelte und zuverlässige Technik

Nachteile:

  • wartungsintensiv

1.2. Der Dieselmotor für Ihr BHKW

Dieselmotor - der Motor mit dem höchsten Wirkungsgrad für BHKWWenn der Wirkungsgrad das einzige Kriterium bei der Auswahl des Motors gäbe, würde es nur Diesel-BHKW geben. Der Dieselmotor kann nämlich bis zu 95 % des eingesetzten Brennstoffs nutzbar machen und besitzt damit den höchsten Wirkungsgrad. Im Vergleich zum Gasmotor liegt der thermische Wirkungsgrad etwa auf gleichem Niveau, der elektrische Wirkungsgrad ist aber beim Diesel höher.

Vergütet werden letztlich nur Strom-, nicht Wärmeüberschüsse, sodass bei einem BHKW jährlich mehr Geld eingespart werden kann. Der Nachteil: Diesel-BHKW sind teurer in der Anschaffung und ähnlich wartungsintensiv wie Gas-BHKW.

Dieselmotoren für BHKW im Überblick:

typische Brennstoffe: Öl (Heizöl oder Pflanzenöl), Diesel (auch Biodiesel)

Vorteile:

  • Wirkungsgrad bis 95 %
  • hoch entwickelte und zuverlässige Technik

Nachteile:

  • höhere Anschaffungskosten
  • wartungsintensiv

1.3. Der Stirlingmotor für Ihr BHKW

Der Stirlingmotor geht auf den genialen schottischen Erfinder Robert Stirling zurück. In seinem Motor befindet sich ein geschlossener Zylinder mit Arbeitsgas (Heißgas). Dieses wird von außen durch die Verbrennung eines Kraftstoffs in einem externen Brenner erhitzt. Es entstehen eine heiße und eine kalte Zone innerhalb des Zylinders, wodurch ein Kolben bewegt wird.

Da die Verbrennung (anders als bei Verbrennungsmotoren) außerhalb des Zylinders stattfindet, kann prinzipiell jeder Brennstoff verwendet werden. Daher kommt neben den üblichen Brennstoffen auch Biomasse in Form von Hackschnitzeln, Pellets oder Holz zum Einsatz.

Bemerkenswert ist auch die Möglichkeit, das BHKW mit einer Solaranlage zu verbinden. Denn es ist letztlich egal, wo die Wärme herkommt, die den Temperaturunterschied im Zylinder erzeugt. Bei der Nutzung einer Solaranlage entstehen keine Emissionen, denn das Arbeitsgas verlässt nie den geschlossenen Raum.

Insgesamt sind Stirlingmotoren abgasärmer, vibrationsärmer und leiser als Verbrennungsmotoren. Außerdem ist der Wartungsaufwand geringer, da kaum Schmieröl benötigt wird. Aufgrund der mechanischen Gegebenheiten lässt sich ein Stirlingmotor auch fast beliebig klein herstellen. Dadurch ist er gut für Mikro- und Mini-BHKW geeignet.

Ein Nachteil ist jedoch der Wirkungsgrad von unter 90 %. Damit liegt er unter dem von Otto- und Dieselmotoren. Außerdem ist die Stromausbeute (die ja die finanzielle Ersparnis ausmacht) verhältnismäßig klein, denn der Wirkungsgrad setzt sich aus über 70 % thermischer Energie und nur 15 % elektrischer Energie zusammen.

Stirlingmotoren für BHKW im Überblick:

typische Brennstoffe: Gas, Öl, Biomasse (Hackschnitzel, Pellets, Holz), Solar, auch weitere Brennstoffe möglich

Vorteile:

  • durch den externen Brenner ist praktisch jeder Brennstoff verwendbar
  • wartungsarm durch wenige bewegliche Teile
  • abgasarm
  • vibrationsarm und leise
  • in kleinster Bauart herzustellen
  • viel Wärmeerzeugung

Nachteile:

  • vergleichsweise geringer Stromertrag
  • insgesamt geringerer Wirkungsgrad (unter 90 %)

1.4. Der Dampfmotor (Lineargenerator) für Ihr BHKW

Bei einem Dampfmotor wird in einem geschlossenen System Wasser erhitzt und der aufsteigende Dampf wird abwechselnd in zwei Kammern geleitet. Zwischen diesen Kammern befindet sich ein Kolben, der durch die einströmende heiße Luft hin- und herbewegt wird. Diese mechanische Energie wird in elektrische umgewandelt. Da sich der Kolben immer auf einer Linie zwischen den Dampfkammern bewegt und dabei Strom erzeugt, nennt man diese Motoren auch Lineargeneratoren.

Ein ähnliches Prinzip kennt man von Schüttel-Taschenlampen, nur dass hierbei die Bewegungsenergie nicht von Dampf, sondern von Menschenhand erzeugt wird. Da das Wasser von einer externen Wärmequelle erhitzt wird, ist theoretisch jeder erdenkliche Brennstoff möglich (wie auch beim Stirlingmotor). Insgesamt werden Dampfmotoren allerdings sehr selten in Blockheizkraftwerken eingesetzt.

Dampfmotoren für BHKW im Überblick:

typische Brennstoffe: Gas (Erdgas oder Flüssiggas), Heizöl, Pellets, aber auch weitere Brennstoffe möglich

Vorteile:

  • praktisch jeder Brennstoff verwendbar
  • wartungsarm (nur eine mechanische Komponente)
  • abgasarm
  • viel Wärmeerzeugung

Nachteile:

  • vergleichsweise geringer Stromertrag
  • insgesamt geringerer Wirkungsgrad (unter 90 %)
  • nur wenige Modelle verfügbar

1.5. Der Zündstrahlmotor für Ihr BHKW

Ein Zündstrahlmotor ist eine Verfeinerung des Dieselmotors, bei dem es möglich ist, auch Bio- und Klärgase zu verbrennen. Unkontrollierte Zündungen können dem Motor schaden und müssen deshalb möglichst verhindert werden.

Biogase und Klärgase sind sehr klopffest, das heißt, sie zünden nicht unkontrolliert. Dadurch können sie noch stärker verdichtet werden, brauchen dann aber eine geringe Menge Zündöl, um zur Explosion gebracht zu werden. Das Gute daran ist: Je höher der Brennstoff verdichtet werden kann, desto größer ist der erreichbare Wirkungsgrad.

Zündstrahlmotoren finden eher in mittelgroßen Blockheizkraftwerken Anwendung, meist in Kombination mit einer Biogasanlage. Es wird dabei mit einer CO2-neutralen Bilanz Strom und Wärme erzeugt. In Ein- oder Zweifamilienhäusern spielen sie kaum eine Rolle.

Siehe auch: //de.wikipedia.org/wiki/Zündstrahlmotor

1.6. Holzvergaser für Ihr BHKW

Das Prinzip eines Holzvergasers ist denkbar einfach: Ein Gasmotor wird durch verglühendes Holz und das daraus entstehende Holzgas betrieben. Hierbei handelt es sich aber eher um eine Sonderlösung als um ein Serienprodukt. Bisher finden Holzvergaser keine Anwendung in kleineren Blockheizkraftwerken. Wir führen sie hier deshalb nur der Vollständigkeit halber auf.

1.7. Brennstoffzellen für Ihr BHKW

Eine Brennstoffzelle im ModellBei der Brennstoffzelle handelt es sich noch um eine ziemlich neue Technologie, die inzwischen in einigen auf den Markt erhältlichen Heizgeräten Anwendung findet. Genau genommen handelt es sich dabei gar nicht um einen Motor im eigentlichen Sinne. Die Funktionsweise einer Brennstoffzelle beruht auf der „umgekehrten Wasserelektrolyse“.

Bei dem Prozess der Wasserelektrolyse wird Wasser mithilfe von Strom in die Bestandteile Sauer- und Wasserstoff aufgespalten. Die Brennstoffzelle kehrt dies um. Dabei entstehen Gleichstrom und Wasserdampf als „Abfallprodukte“. Die Technologie der Brennstoffzellen bietet viele Vorteile:

  • Sie hat einen extrem hohen elektrischen Wirkungsgrad von bis zu 50 Prozent.
  • Sie arbeitet sehr leise.
  • Brennstoffzellen sind wartungsfrei.
  • Sie sind (zum Beispiel in Kombination mit einer Solaranlage) absolut abgasfrei zu betreiben.

Allerdings gibt es auch große Nachteile:

  • Wasserstoff kommt in purer Form so gut wie gar nicht in der Natur vor und muss deshalb erst unter Energiezufuhr „hergestellt“ werden (durch Elektrolyse).
  • Wasserstoff ist extrem explosiv und daher gefährlich. Eine sichere und verantwortliche Handhabung ist deshalb sehr wichtig.
  • Der Wasserstoff wird meist aus Gas gewonnen. Ein Anschluss an die öffentliche Gasversorgung ist deshalb notwendig.

Wie weit die Brennstoffzellen andere Technologien verdrängen oder gar ersetzen werden, bleibt noch abzuwarten. Auch die Wirtschaftlichkeit von Brennstoffzellen-Heizungen ist noch nicht in allen Fällen klar. Auf jeden Fall handelt es sich um eine äußerst spannende und vielversprechende neue Technologie, die in den nächsten Jahren sicher noch viele Überraschungen bringen wird.

Häufig bezeichnet man stromerzeugende Heizgeräte mit Brennstoffzellen gar nicht mehr als Blockheizkraftwerke, weil die Unterschiede in der Funktionsweise doch recht groß sind.

1.8. Übersicht der Vor- & Nachteile verschiedener Blockheizkraftwerke

BHKW-Motorgenutzter BrennstoffVorteileNachteile
OttomotorGas (Flüssiggas, Biogas oder Erdgas)Wirkungsgrad über 90 %
eventuell vorhandener Gasanschluss kann genutzt werden
hoch entwickelte und zuverlässige Technik
wartungsintensiv
DieselmotorÖl (Heizöl oder Pflanzenöl), Diesel (auch Biodiesel)Wirkungsgrad bis 95 %
hoch entwickelte und zuverlässige Technik
höhere Anschaffungskosten, wartungsintensiv
Stirlingmotor Gas, Öl, Biomasse (Hackschnitzel, Pellets, Holz), Solar, auch weitere Brennstoffe möglichdurch den externen Brenner ist praktisch jeder Brennstoff verwendbar
wartungsarm durch wenige bewegliche Teile
abgasarm, vibrationsarm und leise
in kleinster Bauart herzustellen 
viel Wärmeerzeugung
vergleichsweise geringer Stromertrag
insgesamt geringerer Wirkungsgrad (unter 90 %)
DampfmotorGas (Erdgas oder Flüssiggas), Heizöl, Pellets, aber auch weitere Brennstoffe möglichpraktisch jeder Brennstoff verwendbar
wartungsarm (nur eine mechanische Komponente)
abgasarm, viel Wärmeerzeugung
vergleichsweise geringer Stromertrag
insgesamt geringerer Wirkungsgrad (unter 90 %)
nur wenige Modelle verfügbar
ZündstrahlmotorBiogase, Klärgas, Öl (Heizöl oder Pflanzenöl), Diesel (auch Biodiesel)CO2-Bilanz bei Verbrennung von Biogasen
Wirkungsgrad bis 95 %
hoch entwickelte und zuverlässige Technik
Meist Voraussetzung: Kombination mit einer Biogasanlage
höhere Anschaffungskosten, wartungsintensiv
Holzvergaserkeine Anwendung in BHKW
BrennstoffzellenErdgas, Wasserstoffextrem hoher el. Wirkungsgrad von bis zu 50 Prozent 
sehr leise
wartungsfrei
Kombination mit einer Solaranlage möglich
absolut abgasfrei

Anschluss an die öffentliche Gasversorgung ist  notwendig
relativ neue Technologie

Doch nun zu den weiteren Bestandteilen des Blockheizkraftwerkes:

Komponenten des BHKW

2. Der Generator des BHKW

Generatoren dienen dazu, mechanische Energie (im Fall eines BHKW aus dem Motor) in Strom umzuwandeln. Ein bekanntes Anwendungsbeispiel findet sich bei Fahrraddynamos: Die Bewegungsenergie des Rades wird durch den Dynamo (= Generator) in Strom verwandelt, der dann das Licht betreibt. Im Auto ist die sogenannte „Lichtmaschine“ der Generator. Sie versorgt das Fahrzeug mit Strom, um zum Beispiel die Scheinwerfer oder das Radio zu betreiben.

In einem Generator befindet sich eine Spule, die in einem Magnetfeld rotiert. Dabei entsteht Spannung. Bei diesem Vorgang, den man „elektromagnetische Induktion“ nennt, wird Strom produziert.

3. Der Wärmetauscher des BHKW

Wärmetauscher BHKWDer Wärmetauscher (auch Wärmeüberträger genannt) dient dazu, die Abwärme des Motors zu nutzen. Das Abgas, das bei der Stromproduktion entsteht, wird vor dem Abführen durch den Wärmetauscher geführt. Dort überträgt sich die thermische Energie (= Wärmeenergie) auf die im Heizsystem befindliche Flüssigkeit. Stellen Sie sich das vor, als würden Sie einen Föhn auf eine Wasserflasche richten. Schon nach kurzer Zeit erhitzt sich das Wasser.

Beim Wärmetauscher im Blockheizkraftwerk wird die erhitzte Flüssigkeit dann zum Heizen im Haus verwendet.

Es gibt verschiedene Ausführungen von Wärmetauschern:

  • Plattenwärmetauscher
  • Spiralwärmetauscher
  • Rohrwärmetauscher
  • und einige mehr.

4. Die Steuerung des BHKW

Die Steuerung (auch Steuereinheit genannt) ist ein Bedienfeld am Blockheizkraftwerk. Es kann mit Tastenfeldern oder auch mit einem Touchscreen ausgestattet sein. Über die BHKW-Steuerung können Sie die wichtigsten Einstellungen vornehmen, die Betriebsart auswählen und die Anlage mithilfe von Analysedaten und -auswertungen überwachen.

Viele moderne BHKW-Steuereinheiten können mittlerweile auch über das Internet kommunizieren. So kann das Blockheizkraftwerk bequem mit dem Computer, dem Tablet oder dem Smartphone auf der Couch und sogar von unterwegs überwacht werden.


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