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Abbildung 1 Gebäudemodel
Was ist die günstigste Wasserstoffproduktion mit PV im Gewerbe 2025? Wieviel kosten unterschiedliche Wasserstoffsysteme für mittelständische Unternehmen? Wieviel Wasserstoff kann im Unternehmen produziert werden? Wieviel Wasserstoff muss gespeichert werden? Wie groß muss der Elektrolyseur für die Freiflächen PV oder die PV-Anlage auf den Hallendächern sein? Ist eine Batterie sinnvoll, um die Elektrolyseleistung zu erhöhen? Welche Nutzung ist für den selbst produzierten Wasserstoff am sinnvollsten und welche bringen den höchsten Gewinn? Wie berechne ich die Grobkosten für ein Wasserstoffprojekt?
Antworten auf diese Fragen und vielen mehr bekommt der aufmerksame Leser in dieser brandaktuellen Studie zur günstigsten Wasserstoffproduktion mit PV im Gewerbe vom Ingenieurbüro green-energy-scout mit Niederlassungen in Berlin, Hamburg und Köln.
Die Daten dieser Studie stammen aus der Internationalen Wasserstoff Preisliste 2025.
1 Aufgabenstellung
Die bestehende auf Dünnschicht-Technologie basierte Photovoltaikanlage soll erweitert werden, um die Energiekosten zu senken. Der Bauherr könnte sich vorstellen alle verfügbaren Dachflächen mit Photovoltaik als Inselanlage zu bestücken. Der Überschussstrom soll in Form von Wasserstoff gespeichert werden.
Für die Nutzung des Wasserstoffes werden verschiedene Szenarien vorgeschlagen und bepreist.
2 Zusammenfassung
Es wurden 4 Varianten der Wasserstoffproduktion mit passend dimensionierten Komponenten ausgelegt und bepreist. Alle Preise sind ohne Lieferung und Montage zu verstehen. Von Bauherrenseite wurde ein Budget von 100.000 € anvisiert. Eine vollflächige Belegung sämtlicher Dachflächen macht für Elektrolyse im Preissegment unter einer halben Million Euro keinen Sinn.
Eine Photovoltaikanlage ohne Einspeisung ist weniger wirtschaftlich, weil trotz Elektrolyse immer ein Überschuss zur Einspeisung bleibt. Mit ein wenig Geschick lässt sich schon für knapp über 50.000 € ein Wassersstoffsystem für ein Gewerbe erwerben. Überschusselektrolyse ermöglicht dem Betreiber, Umrüstung von Verbrennungsmotoren oder Zweckentfremdung gebrauchter Brennstoffzellen Fahrzeuge zu erproben.
Den Firmeninternen Propan Gas Stapler mit einem Brennstoffzellen Stapler zu ersetzen, würde nur im Schichtbetrieb Sinn machen. Die Rückverstromung von Wasserstoff über eine Brennstoffzelle bringt bei momentanen Strompreisen noch wenig Sinn. Auch die Börsengesteuerte Netzeinspeisung über ein Blockheizkraftwerk macht in den niedrigen Leistungsklassen keinen Gewinn. Die wirtschaftlichste Nutzung bietet der Verkauf von Wasserstoff als technisches Gas.
Die kürzeste Amortisation wird mit dem größten Elektrolyseur (Variante 3: 90 kW Elektrolyseur, keine Batterie) erreicht, wenn ein ganzjähriger Abnehmer gefunden ist. 4.700 kg Wasserstoff zu einem momentanen Wasserstoffpreis an der Tankstelle von 16 €/kg, können einen maximalen Wert von 75.200 € pro Jahr erwirtschaften.
Die Kombination aus Batterie und mittlerem Elektrolyseur verdoppelt zwar die Wasserstoffproduktion der Variante 2: 10 kW Elektrolyseur, Redox Flow Batterie, die große zu speichernde Wasserstoffmenge für den Eigenbedarf erhöht den Gesamtpreis derart, dass nur 10 % Einsparung bei einem Viertel Wasserstoff Produktion im Vergleich zu Variante 3 entsteht. Die hohen Elektrolyseurkosten im kleinen Leistungsbereich tun ihren Anteil daran.
Der Enapter Elektrolyseur hat die schlechteste Amortisation, wenn er ohne große Batterie als Kurzzeitspeicher betrieben wird.
Die Variante Eigenkapital mit dem Volks-Elektrolyseur hat die geringsten Investitionskosten und wird als Inselanlage zur Wasserstoffproduktion betrieben. Auch bei dieser Variante ist eine ganzjährige Wasserstoffnutzung empfehlenswert. Der größtmögliche Nutzen liegt bei dem Verkauf von Wasserstoff als technisches Gas. (Verkauf als technisches Gas)
3 Ausblicke
Bei der Weiterentwicklung der dynamischen Berechnungsprogramms für Wasserstoffsysteme werden wir in Zukunft mehr Berechnungen zu dem zeitlichen Füllstand des Niederdruckspeicher, dem Kompressionsprozess, dessen Zyklenzahl und Betriebsstunden, sowie die exakte Wasserstoffspeichergröße entsprechen verschiedener Wasserstoffverbraucher durchführen.
Inhalt
4 Solares Flächenpotential für Photovoltaik
6 Varianten: Wasserstoff Produktion
6.1 Variante 1: 2,4 kW Elektrolyseur, Lithium Batterie
6.2 Variante 2: 10 kW Elektrolyseur, Redox Flow Batterie
6.2.2 Batteriespeicher Redox Flow
6.3 Variante 3: 90 kW Elektrolyseur, keine Batterie
7 Varianten: Wasserstoff Verbraucher
7.1 Verkauf als technisches Gas
7.4 Wasserstoff Blockheizkraftwerk
4 Solares Flächenpotential für Photovoltaik
Zunächst werden potenzielle Flächen zur Umwandlung von Strahlungsenergie bewertet.
Abbildung 2 Photovoltaik Potential auf den Dachflächen
In den Varianten werden unterschiedliche Strategien zur kostenoptimierten Wasserstoffproduktion angewendet.
5 Förderung
Die Förderlandschaft ist mit der schwachen Konjunktur im Jahr 2025 etwas karg. Die KFW bietet jedoch Zinsgünstige Kredite.
Kredit Nr.270 Erneuerbare Energien – Standard
Der Förderkredit für Strom und Wasserstoffelektrolyse
- Das Wichtigste in Kürze
- Kredit ab 4,53 % effektivem Jahreszins
- für Anlagen zur Erzeugung von Strom und Wärme, für Netze und Speicher
- für Photovoltaik, Wasser, Wind, Biogas, Wasserstoff und vieles mehr
- für Privatpersonen, Unternehmen und öffentliche Einrichtungen
6 Varianten: Wasserstoff Produktion
Es werden drei Auslegungsvarianten für den Elektrolyseur gewählt:
1. Auslegen mit geringen Investitionskosten und kleinem Platzbedarf für H2 Speicher
2. Auslegen mit hohen Investitionskosten aber verhältnismäßig günstigen Komponenten
3. Auslegung nach Überschussminimierung mit minimaler Batterie
Es werden drei der besten und günstigsten Gasgeneratorfirmen in Europa herangezogen. Gas Generator bedeutet, das neben dem Elektrolyseur auch eine Steuerung, Wasseraufbereitung und Gastrocknung inbegriffen ist.
Alle Preise sind unverbindlich, netto und Stand 2023. Die PV-Anlagen und Wechselrichter etc. sind nicht Teil der Kostenschätzungen für die Wasserstoffproduktion.
6.1 Variante 1: 2,4 kW Elektrolyseur, Lithium Batterie
In der Variante werden die besten Dachflächen für Photovoltaik voll ausgenutzt.
6.1.1 Photovoltaik
Am effektivsten werden die Süd- und West- ausgerichteten Dachflächen angenommen.
Abbildung 3 Angenommene Dachflächen für Photovoltaik, 570 m² 80% belegt
Die Energieeinsparung geht von nicht eingekauftem Strom zu 30 c/kWh aus. Der Strombedarf stimmt jedoch selten mit dem solaren Dargebot überein.
Die folgende Graphik zeigt die Stromproduktion für die Jahre 2025 bis 2027 aus der Bestands-PV-Anlage und den neu erschlossenen Photovoltaik-Flächen. Mit diesen Erkenntnissen kann ein Elektrolyseur und eine Batterie dimensioniert werden, die den PV-Überschuss minimiert und den Ausnutzungsgrad der hochpreisigen Wasserstoffkomponenten optimieren.
Abbildung 4 Photovoltaik Prognose mit Wasserstoffelektrolyse in kWh
Bei tagesgenauer Betrachtung wird die Frühlingsauslegung Stichprobenartig genutzt, weil die vorherrschenden tiefen Temperaturen zu einem hohen Wirkungsgrad der PV-Module führen und die teils schon starke Sonne zu Leistungsmaxima in Deutschland führen kann.
Abbildung 5 Tagesgang PV Frühlings-Spitzenlastauslegung
6.1.2 Batteriespeicher
Eine einfache Leistungsbilanz zwischen Stromlast durch Nutzer und Batterie zur Stromproduktion aus volatilen erneuerbaren kann in erster Näherung der Batterie-Dimensionierung dienen. Der Überschuss ergibt sich aus der Last und der Batterieladung. Der Wasserstoffverdichter wird mit 2,2 kW tagsüber betrieben, weswegen die Elektrolyseurleistung dann steigt. In der Wasserstoff Branche spricht man wegen der unterschiedlichen Drücke, von Normkubikmeter. Ein Normkubikmeter kurz Nm³ bezeichnet Gas bei Umgebungsdruck und 0 °C. Der Verdichter kann 2 Nm³ Wasserstoff pro Stunde verdichten, während der Elektrolyseur von Enapter 0,5 Nm³ Wasserstoff je Stunde produziert.
Der Verdichter läuft also jede vierte Sonnenstunde fast im Dauerbetrieb, um die nächtliche Wasserstoffproduktion zu komprimieren. Der Wasserstoffnachtbehälter muss ca. 5 Nm³ fassen.
| Stunde des Tages | Leistung PV kW von 67 kWpeak | Lastgang kW | Elektrolyseur | Batterie |
| 1 | 0 | -0,5 | -3 | -3,5 |
| 3 | 0 | -0,5 | -3 | -3,5 |
| 5 | 0 | -0,5 | -3 | -3,5 |
| 7 | 6,49 | -3 | -3 | -1,51 |
| 9 | 32,73 | -7 | -5 | 20,73 |
| 11 | 47,68 | -2 | -5 | 40,68 |
| 13 | 49,8 | -2 | -5 | 42,8 |
| 15 | 42,52 | -2 | -5 | 35,52 |
| 17 | 22,74 | -7 | -5 | 10,74 |
| 19 | 0 | -0,5 | -3 | -3,5 |
| 21 | 0 | -0,5 | -3 | -3,5 |
| 23 | 0 | -0,5 | -3 | -3,5 |
| Strombedarf kWh | -57 | Speicherbedarf | -43,51 | |
| Überschuss kWh | 253,72 |
Eine Sungrow 40 kWh Batterie wird für 13899 € gehandelt. https://solarhandel24.de/products/sungrow-sbh400-batteriespeicher-40kwh
Eine Anderer Preis für Lithiumbatterien kann für einen FM-Solar PV Akku mit 40 kWh Kapazität für 8896 € angenommen werden. https://www.fm-solar.de/batteriespeicher/batteriespeicher-pv-0-mwst/40-kwh-speicher-fm-solar-pv-akku-stapelbar-51-2v-200ah-lifepo4-lithium-0-privatpersonen_512402_14166/
Es wird eine 60 kWh Lithium Batterie für 15.000 € angenommen.
6.1.3 Elektrolyseur
Acta baut schon sehr lange Alkalische Elektrolyseure. Im Gegensatz zu den PEM-Elektrolyseuren wird dem Wasser Kalilauge zugeführt, wodurch es elektrisch leitfähig wird. Man spart dadurch an Edelmetallen für Katalysatoren und Lebensdauer. Außerdem sind die Stacks größer. Die Geschichte von Acta, was später Enapter wurde, mit deutsch-italienischen Ursprüngen, hat leider angefangen seit 2023 mit China zusammenzuarbeiten. Durch die Firmierung als AG sind Formalitäten hinzugekommen und die Telefonische Erreichbarkeit erfordert Geduld. Die Zusammenarbeit mit China ist bestimmt gut für die Liquidität des Unternehmens, andererseits schlecht für die Transportwege und die Arbeit- und Umweltbedingung der Herstellung. Außer gelegentlicher Software-Probleme ist noch nicht von Qualitätsverlusten bekannt. Der Enapter Elektrolyseur wird 2025 ohne Wasseraufbereitung angeboten. Es kommen also noch Kosten und Recherche auf den Preis hinzu. Es wird der Preis von 2022 herangezogen, als der Enapter Elektrolyseur noch mit Wasseraufbereitung angeboten wurde.
| Model | Electrolyser (EL 2.1), Dryer, Watertank, Water purification, Connectors, KOH Kit, Rack, Without Gas Tank |
| H2 Flow Rate(NL/hr)/(kg/100km) | 501 |
| Price € net | 25.625 € |
| Price / Nl/h €/W | 43,16 € |
Im Jahr 2025 ist der Luftgekühlte Elektrolyseur EL 4.1 in der 35 Bar Variante ohne Wasseraufbereitung für 17.745,00 netto erhältlich. Darin enthalten die Gastrocknung, ein Wassertank und einige Fittings.
6.1.4 Kompressor
Sera ist ein Deutscher Kompressor Hersteller aus Hessen. Der 2 m²/h fördernde Wasserstoffverdichter wird in dem PICEA Wasserstoffsystem eingesetzt. Problem sind die Dichtungswechsel und dessen Kosten die, der Hersteller noch nicht Präzisieren wollte.
| Model | pi-7007_02_de_agility_capability |
| H2 Flow Rate(NL/hr)/(kg/100km) | 2000 |
| Price € net | 26.000 € |
| Price / Nl/h €/W | 13,00 € |
6.1.5 Gasflaschen
240 Normkubikmeter Wasserstoff finden in einem 16*50 Liter Bündel Platz. 480 Stunden muss der Elektrolyseur laufen, um ein Bündel von 493 kWh zu füllen. 3500 kWh werden zu Wasserstoffgasproduktion angestrebt, wodurch 7 Bündel erforderlich wären. Dafür entstehen 70.000 € Investitionskosten. Somit könnte ein Brennstoffzellenstapler ganzjährig Betrieben werden. Die Elektrolyse läuft in den Sommermonaten. Im Winter wird der Strom vorrangig für die direkte Nutzung verwendet
 | 300 bar 1 mano 1 sectrion 1 ventil cylinders.cz |
| H2 Flow Rate(NL/hr)/(kg/100km) | 800 |
| Price Neto | 12800 |
| €/kWh | 34 |
6.1.6 Fazit
Abbildung 6 Diagramm der PV Überschussbilanz PV Anlagen größer 30 kWpeak mit geringem Kapital für Elektrolyse
10 Monate könnte die Elektrolyse in Voll-Last laufen. Dieser hohe Ausnutzungsgrad wirkt sich positiv auf die Amortisation aus.
Abbildung 7 Elektrolyseur oder dynamische Last Simulation auf Stundenbasis
In den obigen Graphen über 8760 Stunden des Jahres wird der Schaltzyklus der Elektrolyse dargestellt. Der Elektrolyseur oder die dynamische Last schaltet nur ein, wenn die Batterie voll ist und über den Strombedarf hinaus Sonnenstrom zur Verfügung steht. Im Winter braucht der Elektrolyseur etwas mehr Leistung, um das Wasser zu erhitzen. Der Graph unten links über die Elektrolyseur Laufzeit zeigt zudem noch, dass im Winter kein Wasserstoff produziert werden kann. Oben links ist die Photovoltaikleistung über das Jahr zu sehen. In der Mitte links wird der Ladezustand der Batterie über das Jahr dargestellt. Unten links ist der Strombezug dargestellt. In der Mitte rechts ist die Lastkurve des Hauses mit dem Elektrolyseur zu sehen und oben rechts ist die interne Stromnutzung allein dargestellt. In der Mitte links wird der Batteriezustand gezeigt.
Die stundenweise Berechnung der Leistungsbilanz zwischen Elektrolyse zeigt, dass Monatsbilanzen zu ungenau sind, um Prognosen für die Elektrolyseur Auslastung und den Nutzungsgrad der Photovoltaik-Anlage genau zu bestimmen.
Abbildung 8 Leistungsbilanz grüne Wasserstoff Produktion
60 kW Peak zu nutzen, um Wasserstoff herzustellen, ist eine Herausforderung für die Elektrolyseleistung und Gasbündelgröße. In Kombination mit einer Lithiumbatterie kann ein 2,5 kW Elektrolyseur mit hohem ausnutzungsgrad betrieben werden. Nur in den Monaten Dezember und Januar steht der Elektrolyseur still. 490 kWh Wasserstoff stünden dann noch zur Verfügung.
Großer Nachteil ist, dass trotz Batterie und Elektrolyse knapp die Hälfte des gewandelten PV-Stroms nicht genutzt werden kann. Eine Direktvermarktung ist empfehlenswert, wenn zukünftig zu Spitzenzeiten überhaupt noch gekauft wird.
Der 2,5 kW AEM-Elektrolyseur ist mit Kompressor mit Niederdruck Gastank und 7 300 Bar Wasserstoffflaschenbündeln für 159,700 € Schätzkosten anzunehmen. Die Nutzung, wie z.B. ein Wasserstoffstapler ist nicht Teil der Schätzkosten.
6.2 Variante 2: 10 kW Elektrolyseur, Redox Flow Batterie
6.2.1 Photovoltaik
Die Photovoltaikanlage bleibt wie bei Variante 6.1.
Bei einem 10 kW Elektrolyseur sieht der Tageslastgang wie folgt aus. Der Elektrolyseur produziert 1,8 Nm³/h. Über Nacht können entweder 21 Nm³ zwischen gespeichert werden oder die Batterie wird für den Elektrolyseurbetrieb benutzt. Der Wasserstoffnachtbehälter wird bei ca. 4,8 m³ Tankinhalt unter 5 Bar Druck erreichen, obwohl ein Tank bei 30 bar 144 Nm³ fassen kann.
Somit kann der Kompressor erst Richtung Mittag anspringen, wodurch den Nutzern erstmal der Strom zur Verfügung steht.
Dazu bietet sich ein Propangastank an. Eine Prüfung, ob der Stahl austenitisch ist, muss durchgeführt werden.
Natürlich kann der Elektrolyseur auch in Teillast laufen, dann sinkt nur die Amortisation.
Der Tagesgang ist entsprechen der Elektrolyseleistung und der Kompressorleistung ähnlich dem des vorigen Kapitels.
6.2.2 Batteriespeicher Redox Flow
Bei dieser Speicher Größe empfiehlt sich eine Redox Vanadium Flow (RVF) Batterie. Die Flüssigkeitsbasierte Batterie-Technologie wird in Deutschland hergestellt und punktet bei hohen Kapazitäten mit günstigeren Preisen als Lithiumbatterien.
Marketinginformationen sind unter folgendem Link einzusehen.
https://voltstorage.com/technologie/die-flow-speichertechnologie
Während bei der RVF-Batterie die Kosten der Pumpen und Stacks bei großen Tanks abnehmen, werden Lithium Batterien mit komplexeren Management Systemen teurer. Zudem entsteht durch die RVF-Batterie kein Brandrisiko. Die Zyklenzahlen der RVF-Batterie sind höher als bei Lithium Batterien. Dafür ist die Ausgangsleistung der RVF-Batterien gering.
Vergleicht man die Lebenszykluskosten so kommt man bei Redox-Vanadium Flow Batterien und die Lithium Batterien auf 10 Cent pro gespeicherter Kilowattstunde. Zuzüglich der 6 Cent Gestehungskosten für PV ist der selbst gespeicherte Strom, günstiger als der Netzbezug.
In der Fachliteratur werden günstigere Stromkosten für die Wasserstoffproduktion empfohlen.
Der 3-Fache Austausch der Lithium Batterie in dieser Zyklusdauer bringt Mehrkosten und Aufwand mit sich. Außerdem ist der Service bei RVF in Deutschland, wohingegen diese billigen Batterien aus China ggf. unerreichbar sind.
Für einen Zehn Kilowatt Elektrolyseur bietet Everflow Energy eine Flow Batterie mit 120 kWh Speicherkapazität für 103.000 € an, die zu den 138 kWh täglichen Stromverbrauch des Gebäudes passt.
Es folgt der Lebenszykluskosten-Vergleich zwischen Lithium und RVF Batterien.
6.2.3 Elektrolyseur
Ebenso PEM-Gasgeneratoren kommen von der Firma Batarow Hydrogen in Mecklenburg-Vorpommern. Das Sensorik Unternehmen hat seit einigen Jahren Elektrolyseure im Portfolio. Die technische Erreichbarkeit ist schwierig, weil wahrscheinlich unqualifizierte Anfragen das Unternehmen überfluten. Der Elektrolyseur druck wird mit 60 Bar angegeben, was die Verdichtung vereinfacht.
| Model | 10kW |
| H2 Flow Rate(NL/hr)/(kg/100km) | 1808 |
| Price € net | 51.995 € |
| Price / Nl/h €/W | 28,76 € |
6.2.4 Kompressor
Der Kompressor bleibt der gleiche, nur hat mehr Betriebsstunden als bei der Variante 6.1.
6.2.5 Gasflaschen
43 Nm³ Wasserstoff können fast ganzjährig jeden Tag gefüllt werden. Das entspricht ca. 120 kWh Wasserstoff oder 20 €/kWh Strom und Tag. Ungefähr alle 4 Tage wäre ein 12er Flaschenbündel voll.
7,3 12er oder 5,3 16er Flaschenbündel für Wasserstoff zu 13.000 € würden pro Monat gefüllt. Sollte 6 Monate Wasserstoff gespeichert werden sollen, so würden 30 Wasserstoffbündel erforderlich werden.
5 Nm³ pro Stunde würden für das BHKW zur 30% Wasserstoffbeimischung benötigt. Eine Börsengesteuerte Einspeisung, könnte eine wirtschaftliche Option sein den Wasserstoff ganzjährig zu verwenden
55 Stunden im Jahr 2024 wurde Strom für über 30 c/kWh eingekauft. 81 Stunden zu mehr als 25 c/kWh. Ein 15 kW BHKW kann in der kurzen Zeit keinen Gewinn erzielen. Es bleibt also nur die Option für sich selbst den Strombedarf zu decken.
Ein 55 kW Brennstoffzellenfahrzeug bietet da mehr Potential der Rückverstromung. Zudem kann es zu 100 % mit Wasserstoff betrieben werden.
6.2.6 Fazit
Wird der Wasserstoff über eine Brennstoffzelle mit einem Wirkungsgrad von 50 % Rückverstromt, passt das ziemlich gut mit dem täglichen Strombedarf des Unternehmens überein. Es bleibt auch noch einiges für eine Anwendung im Mobilitätssektor oder im Wärmebereich übrig.
Der 10 kW PEM-Elektrolyseur ist mit 138 kWh RVF Batterie Wasserstoffkompressor, Niederdruckspeicher und 30 Bündeln mit 481.800 € Schätzkosten anzunehmen.
Abbildung 1 Ausnutzungsgrad des Photovoltaikstroms mit 10 kW Elektrolyse zu 63 kW Peak
Mit einem Sechstel der PV-Peak Leistung reduziert ein Elektrolyseur im 24 Stunden betrieb den Überschussstrom maßgeblicher. Es bleibt nur noch 1/3 des PV-Stroms für die Einspeisung oder Abschaltung.
Nur 30 % des Überschussstromes können für die Elektrolyse im Leistungs-Verhältnis 1/6 genutzt werden. 239.226 kWh sollten in das öffentliche Netzt eingespeist werden. Denn selbst bei 7 Cent je Kilowattstunde Einspeisevergütung können Einnahmen von 13.579 €/a für den Verkauf von Strom zu einer besseren Amortisation führen.
6.3 Variante 3: 90 kW Elektrolyseur, keine Batterie
Bei dieser Variante werden alle Solarpotentiale genutzt. Die Batterie dient nur dem Strombedarf des Gewerbes und nicht der Wasserstoffproduktion.
Erreduegas ist ein italienisches Unternehmen, das seit 20 Jahren Generatoren für technische Gase in Industriellen Prozessen herstellt. Sie setzten bei den Elektrolyseuren auf die Kompakte und langlebige PEM-Technologie. Erredue ist telefonisch erreichbar und bietet eine Online-Diagnose über eine Webschnittstelle. Wartungsverträge außerhalb Italiens sind nicht wirtschaftlich.
Insbesondere bei großen Elektrolyseuren ist der Preis von 16,5 € pro Normliter im Europäischen Vergleich unschlagbar.
6.3.1 Photovoltaik
Abbildung 2 Photovoltaik Potential auf den Dachflächen kann für diese Variante herangezogen werden. Die Peak Leistung ist weniger bindend, weil Sie bei Norddächern selten vorkommt. Selbst wenn die Photovoltaikmodule aufgeständert werden, ist es wahrscheinlich das sich die Module gegenseitig verschatten.
6.3.2 Batteriespeicher
Der Durchschnitts-Strom-Bedarf des Gewerbes beträgt 57 kWh pro Tag.
Ein 60 kWh Lithium Speicher sollte eine gute Wahl sein. Taucht in den Kosten hier nicht auf
6.3.3 Elektrolyseur
| Model | Sirio 2000 |
| H2 Flow Rate(NL/hr)/(kg/100km) | 20000 |
| Price € net | 324.900 € |
| Price / Nl/h €/W | 16,5 € |
Die Kosten für die externe Wasseraufbereitung von 8500 € sind eingerechnet.
6.3.4 Kompressor
Der 4 Zylinder Kompressor wird mit Öl geschmiert. Der verdichtete Wasserstoff kann nur in Verbrennungsmotoren verwendet werden. Jab-becker sind stark bei Erdgas Kompressoren. Die Informationen zu Wasserstoffverdichtern sind gering. Der günstige Preis und die Machbarkeit stammt aus einem Telefonat und muss ggf. nochmal verbindlich angefragt werden.
| Model | V 215/300 NG4 |
| H2 Flow Rate(NL/hr) | 21500 |
| Price € net | 41.000 € |
| Price / Nl/h €/W | 1,91 € |
6.3.5 Gasflaschen
Durchschnittlich 8 Stunden am Tag werden 20 Nm² Wasserstoff hergestellt, also 500 Liter bei 300 bar. Das entspricht 25 12er Flaschenbündeln zu 10.000 € pro Stück pro Monat. Wird das Gas zweimal pro Monat abgeholt sind ca. 12 Bündel erforderlich.
6.3.6 Fazit
Diese Variante nutzt die Photovoltaiküberschüsse am besten. Das Verhältnis von PVpeak-Leistung zu Elektrolyseur Leistung ist nun ½.
Abbildung 2 Ausnutzungsgrad des Photovoltaikstroms mit 90 kW Elektrolyse zu 180 kW Peak
Diese Variante funktioniert nur, wenn der Wasserstoff ganzjährig an die Industrie verkauft werden kann oder ganzjährig dynamisch zum Stromhandel am Spotmarkt eingesetzt wird. Die gleiche Herangehensweise kann auch mit einem kleineren Elektrolyseur angewendet werden. Allerdings kostet der kleinere Elektrolyseur dann pro gespaltenem Wasserstoff das Doppelte bis Dreifache.
Der 90 kW PEM-Elektrolyseur mit Wasserstoffkompressor, Niederdruckspeicher und 12 Bündeln ist mit 531.000 € Schätzkosten anzunehmen. Knapp 48 % des Überschussstromes kann genutzt werden. 23.062 € Einspeisevergütung zu 7 c/kWh können die Amortisation verbessern.
6.4 Variante Eigenkapital
Nach der Berechnung verschiedener Verhältnisse zwischen Photovoltaik zu Elektrolyseur Leistung mit und ohne Batterien, wird nun eine Variante mit den geringsten Investitionskosten gerechnet.
Abbildung 3 Der Volks-Elektrolyseur nutzt die Abwärme der Elektrolyse im Pufferspeicher über die grüne Leitung
6.4.1 Photovoltaik
Eine 30 kW peak PV-Anlage genügt, um eine Wasserstoff Herstellung zu realisieren.
6.4.2 Batteriespeicher
Die Photovoltaikanlage reicht aus um zwei 15 kWh Batterien zu Laden und im Tagesverlauf den Elektrolyseur direkt über die PV-Anlage zu betreiben. Nachts kann die Batterie am Wochenende, wenn das Gewerbe still steht den Elektrolyseur im Dauerbetrieb speisen.
6.4.3 Elektrolyseur
Der Elektrolyseur hat eine Nennleistung von 830 Watt. Für einen Aufpreis von 5.000 € gibt es auch einen 3 kW PEM-Elektrolyseur. Wie mittlerweile klar sein sollte bedeutet eine große Wasserstoffproduktion auch viele Stahlflaschenbündel.
6.4.4 Kompressor
Der Elektrolyseur kommt mit einem integrierten 1 kW Kompressor, der den Wasserstoff im Parallelbetrieb auf 300 Bar verdichtet.
6.4.5 Gasflaschen
Als Wasserstoffspeicher werden in diesem Fall Wasserstoffanhänger verwendet, die den einfachen Transport des technischen Gases ermöglichen.
6.4.6 Fazit
Die Variante mit einem kleinen Elektrolyseur, einer angemessenen PV-Anlage mit einer mittleren Batterie bietet das geringste Risiko, um die Infrastruktur einer Wasserstoffwirtschaft aufzubauen.
Der 1 kW PEM-Elektrolyseur mit Wasserstoffkompressor, 32 kWh Lithium Batterie und 2 Wasserstoffanhängern ist mit 52.400 € Schätzkosten anzunehmen.
7 Varianten: Wasserstoff Verbraucher
In diesem Kapitel werden verschiedene Anwendungsszenarien für Wasserstoff aus Überschussstrom beschrieben. Die Varianten der Wasserstoff-Produktion können mit dem gewünschten Wasserstoffverbraucher kombiniert werden.
7.1 Verkauf als technisches Gas
Bis zu 3 €/kWh Wasserstoff wird für technische Gase auf dem Markt bezahlt. Die Wasserstoff-Wertschöpfungskette sollte vor Projektbeginn möglichst vertraglich vereinbart werden.
Ein Großteil dieser 3 €/kWh Endkundenwert wird für die Gasflaschenwirtschaft benötigt. Das beinhaltet Gasflaschen Verkaufssysteme (Mieten, Kaufen), Transport, Lagerung und Befüllung.
Um herauszufinden wieviel die Vermarktung von Wasserstoff in Gasflaschen kostet fragte ich bei Gase Partner in Witten an. Aus einem Telefonat ging folgendes hervor.
Einkauf Gas 16er Bündel von Tyczka H2 3.0 300 bar
€ €/kg kWh
400,0 25,03268 0,7585661
Daraus folgt, dass die Marge des Gas-Großhändlers das Vierfache des Wasserstoffwertes ist.
In folgendem Graph werden die Verbraucherpreise für Wasserstoff seit 2021 bis 2025 aus eigenen Aufzeichnungen dargestellt.
Abbildung 9 Wasserstoffpreisstatistik für technisches Gas in Druckgefäßen
Im Jahre 2025 wird Wasserstoff in Druckgasflaschen zu min. 4 €/kWh gehandelt.
| l | €/kg 2025 | €/kWh |
| 10 | 727 | 22,02 |
| 50 | 172 | 5,22 |
| 600 | 158 | 4,79 |
| 50 | 173 | 5,23 |
| 600 | 145 | 4,40 |
Neben Gase Partner können auch Wasserstoff-Endkunden wie Bayer in Wuppertal oder Zinq in Westfalen für den Verkauf von Wasserstoff angefragt werden.
Abbildung 10 Wasserstofflager Bayer Wuppertal
https://www.zinq.com/aktuelles/2022/mit-wasserstoff-zur-gruenen-industriestadt/
7.2 Brennstoffzellen Fahrzeug
Die Günstigsten funktionierenden Brennstoffzellen auf dem Markt sind in Wasserstofffahrzeugen aus Asien verbaut und lassen sich gebraucht erwerben. Für den Stationären gebrauch können die Fahrzeuge mit geschickten Mechanikern umgebaut werden.
Im Jahre 2025 ist ein Toyota Mirai Wasserstoff mit 55 kW Brennstoffzelle mit 55-80.000 km Fahrleistung, Baujahr 2026-2019 für ca. 17.000 € zu Erwerben.
7.3 Wasserstoff-Stapler
Der bestehende Gasstapler verbraucht momentan eine 11 kg Propangasflasche pro Woche zu ca. 31 €. Bei einem Heizwert für Kolbenmotoren von 12,87 kWh/kg. Der energetische Wert von Propangas in Flaschen beträgt also 22 Cent/kWh.
Der existierende Stapler von Jungheinrich TFG 16 (1991-1997) hat eine Leistung von 39 kW.
Der Wirkungsgrad eines Flüssiggasstapler wird auf 35 % geschätzt.
Ein Brennstoffzellen Flurförderfahrzeug kann eine Effizienz von 45 % erreichen. Es würden also von ehemals 141 kWh/Woche nur noch 127 kWh Wasserstoff benötigt. Ca. 6.000 kWh werden für den Gasstapler momentan pro Jahr benötigt. Zudem entfällt der Aufwand des Flaschentausches beim Gashändler durch das selbst hergestellte Elektrolysegas. Anders ausgedrückt hätte der selbst produzierte Wasserstoff einen Gegenwert von 24,2 Cent/kWh.
Der Brennstoffzellenstapler muss ggf. alle 6-8 h aufgetankt werden. Das Zeigt, dass die Stärke von Brennstoffzellenstaplern nur im Schichtbetrieb zu Geltung kommt. Bei diesem Logistikunternehmen könnte ein Batteriestapler über Nacht geladen werden und würde eine Schicht aushalten.
Optimal wäre es, wenn die Brennstoffzelle des Staplers die Grundlast als Strom über Nacht für die Immobilie bereitstellt. Leider sind solche bidirektionalen Wasserstoff Systeme bei Plug power nicht vorgesehen.
7.4 Wasserstoff Blockheizkraftwerk
Abbildung 12 Internationale Elektrolyseur Preisliste v-electrolyzer.de
Wasserstoffblockheizkraftwerke gibt es bei vielen deutschen Herstellern. Sie können sehr dynamisch verwendet werden. Eine Börsengetriebene netzdienliche Einspeisung in das Netz ist, bei gleichzeitiger Nahwärmenutzung ein gängiges Geschäftsmodel.
8 Variantenauswertung
Es wurden zwei Grundprinzipien der Wasserstoffproduktion angewendet und verglichen. Bei dem ersten Prinzip wird der Elektrolyseur im 24 Stundentakt betrieben. Die günstigen Batterien puffern die erneuerbare Energie und erlauben kleine Elektrolyseure, um die Investitionskosten zu senken. Zwei verschiedene Verhältnisse von Elektrolyseurleistung zu Peak Leistung mit Batterien wurden verglichen. Bei dem größeren Elektrolyseur wurde die Redox-Vanadium-Flow Technologie von den Investitionskosten herangezogen.
Das zweite Prinzip ist eine Maximale PV-Anlage ohne nennenswerte Batterie mit einem großen PEM-Elektrolyseur und Kolbenverdichter im Volatilen Betrieb je nach Solarem Dargebot. Der PV-Nutzungsgrad ist bei dieser Variante am höchsten. Wie jedoch durch die Darstellung eines Tanklasters deutlich werden sollte, funktioniert eine derart große Wasserstoffproduktion nur bei regelmäßiger Wasserstoffabnahme.
Durch die Vielfalt an Speichern für erneuerbare Energie und dessen intelligent angepassten Wasserstoffkomponenten kann hohe Autarkie erreicht werden. Es werden laufende Kosten für z.B. Gaseinkauf gespart und Mehrwerte in Form von Wasserstoff zeitlos gespeichert.
Der selbst hergestellte Strom kann mit dem Elektroauto oder Wasserstofffahrzeug auch für nachhaltige Mobilität sorgen.
Der Haushaltstrom sollte bei, der Sonne angepassten Konsum selbst produziert sein. Außerdem ist das Unternehmen je nach Varianten: Wasserstoff Verbraucher sicher vor Stromausfällen.
Die PV-Anlage im Inselbetrieb zu betreiben ist bei den Varianten 1-3 nicht empfehlenswert, da selbst bei geringen Einspeisevergütungen, 5-stellige Einnahmen zu erwarten sind. Bei PV-Anlagen größer 100 kWpeak bleibt nur die Direktvermarktung. Die Kosten für den Börsenhandel sind hoch und reduzieren die Einnahmen.
Die Variante 4 bestehend aus einer 30 kWpeak PV-Anlage einer 32 kWh Batterie und einem 1-3 kW Elektrolyseur scheint die beste Variante, um Initial-Investition und Infrastruktur gering zu halten. Mit dem produzierten Wasserstoff können Verbraucher getestet werden und Handelsbeziehungen entwickelt werden, bis sich eine Skalierung auf z.B. Variante 4 lohnt, weil ein Abnehmer von Wasserstoff vorhanden ist.
Für alle Varianten sind ca 50 m Edelstahlleitung mit Schellen zu 500 €, Fittings zu 500 €, 10 m Kabel unterschiedlichsten Querschnitts mit Zubehör 300 €, ggf, Schlauch und Tankstutzen 6.500 € H2 oder 1.000 € CNG, Gasmelder und Sicherheitstechnik 300 € und sonst. Zu 1.000 €, also mind. 3.600 € bis 9.100 € ohne Lieferung und Montage aufzuaddieren.
Wasserstoffleitungen 6 mm können mit 20 €/m angenommen werden. Armaturen wie Nadelventile mit 100 €/ Stück und Fittings wie Bögen mit 20 €/ Stück können Aufsummiert werden um die Kosten für Wasserstoffleitungen zu ermitteln.
Preise für Wasserstoffleitungen mit Fittings bis 300 bar
Abbildung 4 1 kW Volks-Elektrolyseur mit 30 kWh Batterie und 2 Wasserstoff-Anhängern
9 Abbildungsverzeichnis
Bei Abbildungen ohne Quellenangaben handelt es sich um eigene Darstellungen.
Abbildung 2 Photovoltaik Potential auf den Dachflächen
Abbildung 3 Strahlungsprofile für die unterschiedlichen PV-Ausrichtungen am Standort NRW
Abbildung 4 Angenommene Dachflächen für Photovoltaik, 570 m² 80% belegt
Abbildung 5 Photovoltaik Prognose mit Wasserstoffelektrolyse in kWh
Abbildung 6 Tagesgang PV Frühlings-Spitzenlastauslegung
Abbildung 8 Elektrolyseur oder dynamische Last Simulation auf Stundenbasis
Abbildung 9 Leistungsbilanz grüne Wasserstoff Produktion
Abbildung 10 Wasserstoffpreisstatistik für technisches Gas in Druckgefäßen
Abbildung 11 Wasserstofflager Bayer Wuppertal
Abbildung 12 https://www.zinq.com/aktuelles/2022/mit-wasserstoff-zur-gruenen-industriestadt/
Abbildung 22 Internationale Elektrolyseur Preisliste v-electrolyzer.de
Abbildung 14 Variante 4.1 2,5 kW Enapter AEM-Elektrolyseur ohne Batterie für Elektrolyse
Abbildung 15 Die Batterie verdoppelt die produzierte Wasserstoffmenge bei gleicher PV-Größe
Abbildung 17 PV-Anlage mit passendem Elektrolyseur führt zur Null-Einspeisung. Gut für Inselanlagen
10 Disclaimer
Bei den angenommenen Werten handelt es sich um sehr grobe Schätzungen gemäß des detaillierungsgrades des Projektes. Keiner der geschätzten Berechnungen ist für die der Baumaßnahme heranzuziehen und muss gesondert beauftragt werden. Der Ersteller haftet nicht für Abweichungen.
Alle Angaben wurden gewissenhaft nach den anerkannten Regeln der Technik erstellt.
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