Infos: Gesamtwirkungsgrad Billig-BHKW

    Moin zusammen,

    bkohl hatte ja schon sehr ausführlich über ein Billig-BHKW berichtet. Zumindest in den Teilen, die ich verfolgt hatte, konnte man keinen Gesamtwirkungsgrad ausrechnen, weil keine Wärmemengenzählerdaten vorlagen. Daher habe ich inspiriert von bkohl einfach einen Testaufbau mit Zählern erstellt:

    Aufbau:

    • MightyAtom 79ccm, Pel_peak=1,9kW
    • Außenbox analog zu bkohl
    • 2 Auto-Wärmetauscher je 37cmx65cm,
      --> angeblasen mit insgesamt 15CPU-Lüftern
    • 2 Abgaswärmetauscher (1x 20-Platten-Kühler und 1x AGR-Edelstahl-Kühler aus einem Auto)

    Daten:

    • mPropan = 0,46kg
    • Pel_Last = 1kW
    • Pth_Last = 3,6kW...3,9kW (abhängig davon, ob bereits vorgewärmt)
      • von 3,6kW ca. 3kW über den Innenraumkühler und 0,6kW über den Abgaskühler
    • t = 1h
    • TBox = 32,9°C ... 45,0°C (abhängig davon, ob man oben oder unten misst)
    • TVorlauf = 36,7°C...39,1°C
    • TRücklauf = 22,8°C...23,9°C
    • TAbgas = 27°C ... 28°C
    • Volumenstrom = 220...225l/h

    Berechnung:

    • EIn = 13,88kWh/kg * mPropan = 6,38kWh
    • EOut_el = Pel_Last * t = 1kWh
    • EOut_th = Pth_Last * t = 3,6kWh...3,9kWh
    • Wirkungsgradel = EOut_el / EIn = 15,7% (passt zur Herstellerangabe 15,75% bei diesem Betriebspunkt)
    • Gesamtwirkungsgrad = (EOut_el + EOut_th ) / EIn = 72...77%

    Kosten:

    • Flaschengas:
      • 2,44€/kg und 13,88kWh/kg, also 0,175€/kWh_th
      • 0,175€/kwh_th bei 15,7% Wirkungsgrad: 1,11€/kWh_el
      • Hat die konkurrierende Wärmepumpe einen COP von 3.6...3.9, dann liegt man vergleichbar zu 0,56€/kWh_el
    • Flüssiggastank im Garten:
      • 0,08€/kWh_th
      • 0,08€/kwh_th bei 15,7% Wirkungsgrad: 0,51€/kWh_el
      • Hat die konkurrierende Wärmepumpe einen COP von 3.6...3.9, dann liegt man vergleichbar zu 0,25€/kWh_el

    Anmerkungen:

    • Nur der AGR-Abgaskühler bringt übrigens 5% weniger Abgasausbeute, der Plattenwärmertauscher bringt alleine die gleiche Leistung (in diesem Betriebspunkt).
    • Herstellerinfos zum Aggregat:
      • bei Pel_Last = 0,4kW Wirkungsgrad 9,3%
      • bei Pel_Last = 0,9kW Wirkungsgrad 15,8%
      • bei Pel_Last = 1,7kW Wirkungsgrad 19,0%
    • Zur Raumwärmeauskopplung: Ich habe am Anfang Schwierigkeiten gehabt, die Wärme aus der Box auszukoppeln. Schnell stieg die Temperatur auf 50°C und mehr. Ich hatte schon überlegt, analog zu bkohl (an dieser Stelle noch mal vielen Dank für seine detaillierte Dokumentation, gerade auch von dem, was nicht funktioniert hat) Wasser im Abgasbereich einzuspritzen. Letztlich habe ich dann Schritt für Schritt nachgemessen (1 oder 2 Wärmetauscher, nicht angeblasen, CPU-Lüfter, PKW-Lüfter...) und es war dann schlussendlich so einfach wie logisch: Wenn die Wärmetauschfläche auf 2 Wärmetauscher vergrößert wird und beide angeblasen werden, dann kann man genügend Wärme aus der Box ziehen, sodass die Temperatur fällt und dauerhaft bei 36°C (unten) bleibt. Fand ich eine schöne Erkenntnis, dass man bezüglich der Wärmeauskopplung ohne Wassereinspritzung auskommen kann und somit das Aggregat quasi unangetastet bleibt, wenn man die vergleichsweise riesigen Wärmetauscher benutzt.


    Fazit:

    Gesamtwirkungsgrad:

    • ca. 75%

    Kosten (ohne Wartungskosten) im Bereich von :

    • 0,25€/kWh_el (Verglichen zu einer Wärmepumpe)




    Ich hoffe, die Daten können jemand anderem ggf. irgendwann weiterhelfen.

    Beste Grüße!

    Moin Chris,


    zunächst mal Danke für diese interessanten Daten. Ich möchte aber noch ein paar Anmerkungen zur Wirtschaftlichkeitsrechnung machen.


    Der ermittelte Gesamtwirkungsgrad von 75% geht davon aus, dass eine verlustfreie Raumwärmeauskopplung möglich ist. Das scheint nach Deinem Bericht nicht so ganz einfach zu sein, aber nehmen wir mal an das ist technisch hinzukriegen. In dem Fall würde man also nach Deinen Angaben für einen Einsatz von 6,38 kWh Propangas (zum Preis von insgesamt 0,51 EUR) 1 kWh Strom und im Mittel 3,75 kWh Wärme rauskriegen.


    Würde man die 3,75 kWh Wärme stattdessen in einer Flüssiggas-Therme mit 95% Wirkungsgrad (Hs) erzeugen, so müsste man dafür 3,75*0,08/0,95= 0,316 EUR ausgeben. Diesen Betrag kann man als Gutschrift für die Wärme ansetzen. Die mit dem Gerät erzeugte Kilowattstunde Strom kostet somit (0,51-0,316=) 0,194 EUR/kWh. Solang man den so erzeugten Strom im Haushalt oder im E-Auto verbrauchen (oder damit einen Stromspeicher laden) kann, ist das im Vergleich zu Bezugsstrom jedenfalls ein gutes Geschäft.


    Alternativ könnte man annehmen, dass die erzeugte Kilowattstunde Strom in einer Wärmepumpe mit dem von Dir genannten (aus meiner Sicht optimistischen) COP von 3,75 ebenfalls in Wärme umgewandelt wird. In dem Fall könnte man aus Flüssiggas für 51 ct insgesamt 3,75+3,75= 7,5 kWh Wärme gewinnen und kommt damit für das Gesamtsystem auf Wärmekosten von 51/7,5= 6,8 ct/kWh. Mit einer einfachen Flüssiggastherme käme man stattdessen auf 0,08/0,95= 8,4 ct/kWh. Da muss man sich dann schon fragen, ob die 1,6 ct/kWh Ersparnis (noch vor Wartungskosten!) die Investition in ein Billig-BHKW plus zusätzliche Wärmepumpe rechtfertigen: Bei einem angenommenen (Zusatz-)Investitionsvolumen von – auch nur – 5.000 EUR müssten mehr als 300.000 Kilowattstunden Wärme verbraucht werden, bevor man anfängt Geld zu sparen.

    Viessmann Vitotwin 300-W (1 kWel, 6 kWth) seit 2012

    PV-Anlage 8,45 kWp (65 x Solarworld SW 130poly Ost/Süd/West, SMA 5000 TL und 3000) seit 2010

    Solarthermie Viessmann Vitosol 300 Vakuumröhren 13,8 qm (Vorgänger Flachkollektoren 14 qm 2004-2021, davor 8 qm 1979-2003)

    Einmal editiert, zuletzt von sailor773 ()

    Ich nehme an übers Abgasrohr (und über das Gehäuse) an die frische Luft – oder?

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    Der hier für den eingesetzten Brennstoff angegebene Wert Eln mit 13,88 kWh/kg bezieht sich auf den oberen Heizwert Hs. Da eine Brennwertnutzung bei dem vorliegenden Gerät wohl kaum möglich ist, sind auf diese Weise schon mal die ersten 9% Wirkungsgrad weg. Es bleiben theoretisch mögliche 91% (Hs) bzw. 100% (Hi).


    Für das verflossene Ecopower 1.0 – immerhin ein vollwertiges Nano-BHKW – wurde seinerzeit in den technischen Daten ein Gesamtwirkungsgrad von 92% (Hi) angegeben, also 84% (Hs). Hier haben wir aber im Kern mit dem Mighty Atom ein Notstromaggregat, das von der Konstruktion her in keiner Weise auf hohe thermische Wirkungsgrade optimiert ist. Da finde ich einen Wirkungsgrad-Abfall von ca. (84-75=) 9 Prozentpunkten im Vergleich zu einem vollwertigen Nano-BHKW gar nicht mal so schlecht. Bedeutender ist da schon der vergleichsweise schlechte elektrische Wirkungsgrad. Das Ecopower hatte gut 26% (Hs), hier haben wir maximal 19% (Hs) und im gemessenen Betriebspunkt gerade mal 15% (Hs). Der Wirkungsgrad-Abfall im Vergleich zu einem richtigen BHKW – bezogen auf die eingesetzten kWh LPG – äußert sich also hauptsächlich in einer deutlich schlechteren Stromausbeute. Das sollte einen schon nachdenklich machen. :/


    Das größte Problem bei solchen Konstruktionen dürfte aus meiner Sicht aber die Betriebsstundenzahl sein. Ich kann mir nicht vorstellen, dass ein Notstromaggregat konstruktiv auch nur annähernd auf die 40-80.000 Vollbetriebsstunden ausgelegt ist, die ein anständiges BHKW bringen sollte. Wenn die Dinger aber jeweils nach ein paar tausend VBh mit Motorschaden ausfallen sollten, würde der Begriff Billig-BHKW schnell relativiert.

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    4 Mal editiert, zuletzt von sailor773 () aus folgendem Grund: Ergänzung

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    Hallo Chris,
    schön, dass noch einer nach alternativen Wegen zum dummen Verbrennen und teuren BHKW sucht.
    Wenn man die Motorbox und die Heizungsrohre perfekt (100mm anstatt 50mm) isoliert, sehe ich als Verlustwege nur unverbrannten Brennstoff und das Abgas. Mein elektrischer Wirkungsgrad ist ziemlich genau 18-19%. Die Abgas-Temp. geht nicht über 45°C. Die isolierte Box bleibt innen immer unter 60°C.
    Ohne Wassereinspritzung wirst Du nach einiger Zeit Probleme mit Ölkohle Ablagerungen im Plattenwärmetauscher erleben. Genaue Zeichnungen meiner Konstruktion findest Du übrigens unter https://github.com/kohlstrunk/bhkw
    Ich muss allerdings zugeben, dass 800Wel/3500Wth bei 2600prm thermisch die Grenze ist. Mehr Wärme bekomme ich nicht aus der Box. Dazu müsste ich die Drehzahl erhöhen, damit der Umluftventilator schneller dreht. Allerdings wird der Geräuschpegel des Ansaugschalles bei höheren Drehzahlen unangenehmer. Bei einer Fußbodenheizung mit 25° Rücklauf sieht das sicherlich etwas besser aus.


    VG, Bernd

    DIY-800W-BHKW, Citroen C-Zero, 35qm PV, 7kWh LiFePo (15x250Ah), PIP-4048MS, 4kW Daikin comfora Heiz-Kühl-Klimaanlage