VIESMANN VITOVALOR PA2Mikro-KWK auf Brennstoffzellen-Basis

750 Wel, 1,1 kWth

VITOVALOR PA2 Typ E00TMikro-Kraftwärmekopplung auf Brennstoffzellen-BasisFür raumluftunabhängigen BetriebFür Erdgas E und LLKompaktes System bestehend aus Brennstoffzellenmodulmit Stack und integriertem Reformer zur Gewinnung vonwasserstoffreichem Gas aus Erdgas und zur Erzeugung vonStrom und Wärme, Regelung sowie Komponenten der Hyd-raulik und Sensorik

5840690 DE 5/2019

DatenblattBest.-Nr. und Preise: siehe Preisliste

Aufbau und Funktion

Vitovalor ist ein Mikro-Kraft-Wärme-Kopplungsgerät mit einer Brenn-stoffzelle (Typ NT-PEM = Niedertemperatur-Protonenaustau-schmembranbrennstoffzelle) zur dezentralen Erzeugung von Stromund Wärme.

Brennstoffzellen wandeln chemische Energie eines Brennstoffsdirekt in Elektrizität um. Diese Umwandlung ist sehr effizient, dakeine thermomechanischen Zwischenschritte wie bei konventionellerEnergieerzeugung erforderlich sind. Anders als bei Wärmekraftma-schinen unterliegen Brennstoffzellen nicht der Limitierung des Car-not-Wirkungsgrads.Ähnlich wie Batterien erzeugen Brennstoffzellen Gleichstrom beiniedriger Spannung. Im Gegensatz zu Batterien müssen bei einerBrennstoffzelle die Reaktanten (Erdgas und Sauerstoff) kontinuier-lich zugeführt werden.

Vitovalor PA2 verwendet eine Niedertemperatur-Brennstoffzelle TypNT-PEM (auch Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzelle), die zwischen denElektroden eine gasdichte, protonenleitende Kunststoff-(Polymer)Membran als Elektrolyt verwendet.Im Betrieb wird der Anode Wasserstoff zugeführt und dort oxidiert.Die dort entstehenden Protonen (H+-Ionen) gelangen durch dieIonen-Austausch-Membran zur Kathode und dort in Kontakt mit demOxidationsmittel (Sauerstoff der Umgebungsluft). Über einen exter-nen Stromkreis (Verbraucher) fließen die Elektronen von der Anodezur Kathode. Dort nimmt der Sauerstoff aus der Umgebungsluftdiese Elektronen auf und reagiert mit den Protonen zu Wasser.Der Gleichstrom des externen Stromkreises wird durch einen Inver-ter in Wechselstrom umgewandelt und in das Stromnetz eingespeist.

Brennstoffzellen-Stack

Die bei der Reaktion in der Brennstoffzelle entstehende Wärme wirdvom Wasser in den Kühlkanälen des Brennstoffzellen-Stacks aufge-nommen. Über einen Wärmetauscher kann diese Wärme zur Raum-beheizung oder Trinkwassererwärmung genutzt werden.Der erforderliche Wasserstoff wird anhand einer vorgeschaltetenGasreformierung aus dem zugeführten Erdgas gewonnen.

Energiemanagement

Vitovalor PA2 arbeitet wärmegeführt und ist ausgelegt für stromopti-mierte Betriebsweise. Da in allen Fällen der Wärmebedarf nichtkomplett durch die Brennstoffzelle sichergestellt werden kann, ist injedem Fall ein zusätzlicher Spitzenlastkessel erforderlich. Die Ein-sparungen für selbst verbrauchten Strom (Eigenstromnutzung) sindwesentlich höher als die Einspeisevergütung. Die Eigenverbrauchs-rate im Haus (Verhältnis von selbst genutztem zu selbst erzeugtemStrom) sollte daher so hoch wie möglich sein.Das Brennstoffzellenmodul hat eine konstante elektrische Leistungvon 750 W.

Für den Betrieb der Brennstoffzelle gibt es mehrere Betriebsmodi.Im Betriebsmodus „ökonomisch“ wird die Laufzeit der Brennstoffzelleso gewählt, dass der Eigenverbrauch des produzierten Stroms mög-lichst groß ist. Durch den laufzeitoptimierten Betrieb der Brennstoff-zelle ergibt sich eine möglichst hohe Energiekosteneinsparung. Hier-für werden die erfassten Stromverbrauchsdaten und die Temperaturim zusätzlichen Speicher berücksichtigt. Im Betriebsmodus „ökolo-gisch“ wird die Brennstoffzelle so betrieben, dass eine möglichsthohe CO2-Einsparung erzielt wird. In diesem Betriebsmodus kannunter Umständen eine geringere Einsparung erzielt werden als imBetriebsmodus „ökonomisch“. Die Brennstoffzelle produziert hierbeiweiter Strom, wodurch CO2 eingespart wird. Bei wärmegeführtemBetrieb wird das Brennstoffzellenmodul abhängig von der Tempera-tur im Speicher eingeschaltet.

Bei genügend Wärmeabnahme kann die Brennstoffzelle max. 45,5 hkontinuierlich betrieben werden. Im Anschluss wird die Brennstoff-zelle für eine Regenerationsphase ausgeschaltet. Der Zyklus derRegeneration und das erneute Starten der Brennstoffzelle dauern2,5 h, sodass die Brennstoffzelle in einem Zyklus von 48 h betriebenwird.

Produktbeschreibung

2 VIESMANN VITOVALOR PA2

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A SystemtrennungB Regelung für wärmegeführten und stromoptimierten BetriebC Brennstoffzellen-StackD Reformer

■ Brennstoffzelle: 750 Wel, 1,1 kWth– Gesamtwirkungsgrad 92 % (Hi)– Elektrischer Wirkungsgrad 37 %

■ Innovative Zukunftstechnologie■ Umweltfreundlich — bis zu 50 % CO2-Einsparung gegenüber

getrennter Strom- und Wärmeerzeugung■ Parallele Erzeugung von Strom und Wärme zur Minimierung der

Stromkosten■ Einfache Installation und schnelle Montagezeiten durch komplett

integrierte Hydraulik (ähnlich Gas-Brennwertheizgeräten)

■ Integrierte Systemtrennung durch Plattenwärmetauscher gewähr-leistet sicheren und robusten Betrieb.

■ Kein zusätzlicher Wasseranschluss für die Brennstoffzelle erfor-derlich

■ Integrierte Strom-, Gas- und Wärmemengenermittlung (zurAbrechnung der staatlichen Stromförderung und Energiesteuer-rückerstattung)

Anwendungsempfehlungen

Vitovalor PA2 ist für möglichst lange Laufzeiten optimiert, sodass einhohes Potenzial zur Stromkostenreduzierung besteht.Mit einer elektrischen Leistung von 750 W und einer Wärmeleistungvon 1,1 kW ist die Brennstoffzelle für die Grundversorgung einesEin- oder Zweifamilienhauses geeignet. In Kombination mit einemSpitzenlastkessel bis zu 60 kW können auch weitere Anwendungs-bereiche abgedeckt werden.

Mögliche Einbindung in die Heizungsanlage: Siehewww.viessmann-schemes.com.

Folgende Voraussetzungen müssen für den Betrieb vonVitovalor PA2 eingehalten werden:■ Gasqualität: Erdgas E oder LL■ Rücklauftemperatur Heizkreis < 50 °C■ Mindesttemperatur im Aufstellraum > 3 °C■ Aufstellhöhe < 1000 m über NN■ Raumhöhe min. 1800 mm

Der Betrieb von Vitovalor PA2 in Verbindung mit Solarthermie istnicht möglich.Bei einer Kombination mit einer Photovoltaikanlage ist auf die rich-tige Anordnung des Stromzählers zu achten.

Vorteile

VITOVALOR PA2 VIESMANN 3

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http://www.viessmann-schemes.com

Bei falscher Anordnung des Stromzählers würden die statistischenDaten des Energiemanagers verfälscht.

Die Laufzeiten von Vitovalor PA2 würden sich verkürzen und einwirtschaftlicher Betrieb wäre nicht mehr gewährleistet.

Wartung

Wartung alle 5 Jahre mit Austausch von:■ 2 Luftfiltern■ DI-Wasser-Patrone zur Vollentsalzung des Brennstoffzellenkühl-

kreislaufs■ CO-Sensor

Auslieferungszustand■ Vitovalor PA2 bestehend aus Brennstoffzellenmodul mit Kompo-

nenten der Hydraulik, Sensorik und Kesselanschluss-Stück■ Integrierte Systemtrennung durch Plattenwärmetauscher■ Integrierter geeichter Stromzähler für erzeugten Strom■ Regelung für wärmegeführten und stromoptimierten Betrieb mit 7-

Zoll Farb-Touchdisplay und integrierter WLAN-Schnittstelle■ Anschluss-Set für Brennstoffzelle■ Sicherheitsventil für Brennstoffzellenkreis■ Membran-Druckausdehnungsgefäß (2 l) für Systemtrennungskreis■ Hocheffizienz-Umwälzpumpen■ Einfüllhilfe für deionisiertes Wasser (Brennstoffzellenmodul)

■ 5 l DI-Wasser zur Erstbefüllung des Brennstoffzellenmoduls■ Externer Stromzähler (Input Brennstoffzelle für stromoptimierte

Betriebsweise)■ Erweiterungssatz Mischer EM-MX (Mischermontage)■ Spezial-Heizungsmischer-3 R1

HinweisDie Erstinbetriebnahme erfolgt durch den Technischen Dienst derViessmann Werke. Für weitere Informationen wenden Sie sich anIhre zuständige Verkaufsniederlassung.

Betriebsbedingungen

Min. Max.Rücklauftemperatur Heizwasser +6 °C +50 °CZul. Umgebungstemperatur im Betrieb +5 °C +45 °C

■ Der Betrieb von Elektro-Zusatzheizungen in der Anlage wird nichtempfohlen, da diese Zusatzheizungen die Laufzeit der Mikro-KWK-Anlage reduzieren.

■ An der Anlage muss ein hydraulischer Abgleich durchgeführt wer-den.

Vorteile (Fortsetzung)

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Technische Daten

Mikro-KWK auf Brennstoffzellen-BasisElektrische Leistung (brutto)TV/TR = 50/30 °C

kWel 0,75

Nenn-Wärmeleistung Pth max. (Angaben nach EN 50465: 2015)TV/TR = 60/40 °C

kWth 1,1

Nenn-Wärmebelastung kW 2,0Frequenz (erzeugter Strom) Hz 49,5 bis 50,3Produkt-ID-Nummer CE-0085CP0028Schutzart IPX1 gemäß EN 60529Schutzklasse IEingebauter Netz- und Anlagenschutz Hersteller Panasonic corporation Appliances company

2-3-1-1 Noji HigashiKusatsu city

Shiga 525-8520Japan

Typ FC-V75HS1ADZul. Umgebungstemperatur – Betrieb °C +5 bis +40– Lagerung und Transport °C –25 bis +70Gasanschlussdruck*1 Erdgas E und LL mbar 20 kPa 2Max. zul. Gasanschlussdruck*1 Erdgas E und LL mbar 25 kPa 2,5Elektr. Leistungsaufnahme (max.) Im Auslieferungszustand W 80Maximal W 880Standby W 15Gewicht kg 140Zul. Betriebsdruck Heizkreis bar 3 MPa 0,3Abmessungen Länge mm 595Breite mm 600Höhe mm 1600Min. erforderliche Raumhöhe mm 1800Gasanschluss (Außengewinde) R ½AnschlusswerteBezogen auf die max. Belastung

Erdgas E m3/h 0,21Erdgas LL m3/h 0,23CO2-Gehalt Bei Nenn-Wärmeleistung % 0,8NOx, Klasse 6 mg/kWh 7,2Kondenswasseranschluss (Schlauchtülle) Ø mm 20 bis 24Abgasanschluss Ø mm 60Zuluftanschluss Ø mm 100Netzanschlussleitung mm2 1,5Schall-Leistungspegel db(A) 48Primärenergiefaktoren Für Vitovalor PA2 kann kein fester Primärenergiefaktor angenommen wer-den.Programm zur Ermittlung der Primärenergiefaktoren: Siehewww.viessmann.de.

Energieeffizienzklasse Heizen A+++

*1 Falls der Gasanschlussdruck über dem max. zul. Gasanschlussdruck liegt, muss ein separater Gasdruckregler der Anlage vorgeschaltetwerden.

Technische Angaben

VITOVALOR PA2 VIESMANN 5

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http://www.viessmann.de

Abmessungen

A

590

22

352

16001

717

1240

1310

600

185

476

3°B

A KondenswasserablaufErforderliches Gefälle beachten.

B Bereich für elektrische Leitungen

Hinweis■ Neben dem Gerät ausreichend Platz für die Kondenswasserablei-

tung vorsehen.■ Alle Höhenmaße haben durch die Stellfüße eine Toleranz von

+15 mm.

Drehzahlgeregelte Umwälzpumpe

Leistungsaufnahme – Max. W 53– Min. W 1Leistungsmodulation % 10 bis 100Energieeffizienzindex ≤ 0,20Energieeffizienzklasse A

Technische Angaben (Fortsetzung)

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Gas- und wasserseitige Anschlüsse mit Anschluss-Set (Lieferumfang)16

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1689

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CBA

A Heizungsvorlauf R ¾B GasabsperrhahnC Heizungsrücklauf R ¾

HinweisAlle Höhenmaße haben durch die Stellfüße eine Toleranz von+15 mm.

Hinweis zur elektrischen Leistung

Die elektrische Leistung von 750 W bezieht sich auf den Wert beiInbetriebnahme. Dieser Wert wurde gemäß EN 50465 unter folgen-den Bedingungen ermittelt:■ Erdgas H (G20) mit Hi = 34,02 MJ/m3

■ Netzversorgung 230 V/50 Hz■ Rücklauftemperatur 30 °C ±2 K■ Umgebungstemperatur im Aufstellraum 20 °C ±2 K■ Luftdruck 1013,5 mbar (101,35 kPa)■ Erdgasdruck 20 mbar (2 kPa)

HinweisAbweichende Betriebsbedingungen können zu einer Leistungserhö-hung oder Leistungsreduzierung führen.

Technische Angaben (Fortsetzung)

VITOVALOR PA2 VIESMANN 7

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Einfluss der geodätischen Höhe und der Gasqualität auf dieelektrische Leistung

0 200 400 600 800 10000,500,550,600,650,700,750,800,850,90

Geodätische Höhe in m(Höhe über Meeresspiegel)

Elek

trisc

heLe

istu

ng in

kW

A

CB

D

A Elektrische Leistung bei Betrieb mit Grenzgas unterer Wobbein-dex (Erdgas E und LL)

B Elektrische Leistung bei Betrieb mit Normprüfgas (Erdgas E undLL)

C Elektrische Leistung gemäß EN 50465D Elektrische Leistung bei Betrieb mit Grenzgas oberer Wobbein-

dex (Erdgas E und LL)

Grenzen der Gasbeschaffenheit für Erdgas E und LL

16,1 (G21)

Wob

bein

dex

in k

Wh/

m³

11

12

13

14

15

16

17

10

15 (G20)

12 (G231)

13,1 (G26)

12,2 (G25)

10 (G271)

A

B

15 °C, 1013,25 mbar (101,33 kPa)

A Erdgas EB Erdgas LL

DegradationDie elektrische Leistung wird neben der Gasbeschaffenheit und dergeodätischen Höhe zusätzlich durch den Effekt der Degradationbeeinflusst. Die Degradation beschreibt die zeitabhängige Abnahmedes elektrischen Wirkungsgrads einer Brennstoffzelle.Die Betriebsstrategie von Vitovalor PA2 sieht einen Betrieb mit kon-stanter Wärmebelastung (Gasinput) und konstantem Gesamtwir-kungsgrad vor. Dadurch ändert sich das Verhältnis von elektrischerLeistung zu thermischer Leistung über die Lebensdauer. Da diegesamte Leistung konstant bleibt, nimmt die elektrische Leistungüber die Lebensdauer ab und die thermische Leistung nimmt zu.

Einfluss der Heizwasser-Rücklauftemperatur auf die Wirkungs-gradeDie Wirkungsgrade des Brennstoffzellenmoduls sind abhängig vonder Heizwasser-Rücklauftemperatur. Um möglichst hohe Wirkungs-grade zu erreichen, sollten die Heizwasser-Rücklauftemperaturenmöglichst niedrig sein.

30 35 40 45 500

102030405060708090

Wirk

ungs

grad

in %

Heizwasser-Rücklauftemperatur in °C

C

B

A

100

A GesamtwirkungsgradB Thermischer WirkungsgradC Elektrischer Wirkungsgrad

Technische Angaben (Fortsetzung)

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VITOVALOR PA2 VIESMANN 9

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Technische Änderungen vorbehalten!

Viessmann Werke GmbH & Co. KGD-35107 AllendorfTelefon: 06452 70-0Telefax: 06452 70-2780www.viessmann.de

Viessmann Ges.m.b.H.A-4641 Steinhaus bei WelsTelefon: 07242 62381-110Telefax: 07242 62381-440www.viessmann.at

http://www.viessmann.dehttp://www.viessmann.at

VITOVALOR PA2Datenblatt