Solar-Wasserstoff-System: Grüner Wasserstoff aus Sonnenenergie erzeugen

Solar-Wasserstoff-Systeme verbinden zwei Schlüsseltechnologien der Energiewende: Photovoltaik und Elektrolyse. Durch die Nutzung von Solarstrom zur Erzeugung von Wasserstoff entsteht ein vollständig erneuerbarer Energieträger, der gespeichert, transportiert und vielseitig eingesetzt werden kann. Dieses Konzept könnte eine Lösung für eines der größten Herausforderungen der Energiewende bieten – die saisonale Speicherung von Energie.

Grüner Wasserstoff wird durch Elektrolyse von Wasser hergestellt, wobei der benötigte Strom aus erneuerbaren Quellen stammt. Bei der Elektrolyse wird Wasser (H2O) durch elektrischen Strom in seine Bestandteile Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) zerlegt. Der erzeugte Wasserstoff kann gespeichert und bei Bedarf wieder in Strom umgewandelt oder als Brennstoff für Wärme und Mobilität genutzt werden.

Es gibt verschiedene Elektrolysetechnologien, die sich in ihrer Reife und ihren Eigenschaften unterscheiden. Die alkalische Elektrolyse ist die älteste und am weitesten verbreitete Technologie. Sie zeichnet sich durch niedrige Kosten und lange Lebensdauer aus, ist aber weniger flexibel bei schwankender Stromzufuhr. Die PEM-Elektrolyse (Proton Exchange Membrane) ist kompakter, dynamischer und eignet sich besser für den Betrieb mit fluktuierender Solarenergie. Die Hochtemperatur-Elektrolyse (SOEC) erreicht die höchsten Wirkungsgrade, befindet sich aber noch in einem frühen Entwicklungsstadium.

Der Gesamtwirkungsgrad eines Solar-Wasserstoff-Systems hängt von mehreren Faktoren ab. Die Photovoltaikanlage wandelt etwa 20 Prozent der Sonnenstrahlung in Strom um. Der Elektrolyseur setzt davon etwa 60 bis 80 Prozent in Wasserstoff um. Die Speicherung und Rückverstromung über eine Brennstoffzelle erfolgt mit einem Wirkungsgrad von etwa 50 bis 60 Prozent. Der Gesamtwirkungsgrad von Sonnenlicht zu rückverstromtem Strom liegt somit bei nur etwa 6 bis 10 Prozent – deutlich niedriger als bei der direkten Nutzung von Solarstrom mit Batteriespeicher.

Trotz des niedrigen Gesamtwirkungsgrads hat Wasserstoff als Speichermedium entscheidende Vorteile. Wasserstoff kann in großen Mengen und über lange Zeiträume gespeichert werden – theoretisch unbegrenzt. Batteriespeicher hingegen sind für kurzfristige Speicherung von Stunden bis wenigen Tagen optimiert und für saisonale Speicherung unwirtschaftlich. Wasserstoff kann somit die sommerliche Überproduktion von Solarstrom für den Winter verfügbar machen.

Für den privaten Bereich gibt es bereits erste integrierte Solar-Wasserstoff-Systeme. Unternehmen wie HPS Home Power Solutions mit ihrem Produkt picea bieten Komplettsysteme an, die eine Photovoltaikanlage mit einem Elektrolyseur, einem Wasserstoffspeicher und einer Brennstoffzelle kombinieren. Das picea-System kann den gesamten Jahresstrombedarf eines Einfamilienhauses solar und autark decken, einschließlich der Wintermonate.