„brennstoffzellentechnik – was lange währt, wird endlich gut?¼rgen... · 2020. 1. 29. ·...
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1Jürgen Stefan Kukuk, ASUE
„Brennstoffzellentechnik –Was lange währt, wird endlich gut? “
23. Januar 2020
Fachtagung „Energie Umwelt Zukunft“
Dipl. -Ing. Jürgen Stefan Kukuk
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2Jürgen Stefan Kukuk, ASUE
Gliederung:
1. Vorstellung der ASUE
2. Technik und Funktion einer Brennstoffzelle
3. Wettbewerber der Brennstoffzelle
4. Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen
5. Erfüllung der EnEV/ Gebäudeenergiegesetz/KfW
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3Jürgen Stefan Kukuk, ASUE
BHKW, Brennstoffzellen, Gaswärmepumpen,
Gasturbinen, Gasbrennwertgeräte, Wasserstoff
Broschüren und Fachinformationen
KWK-Anmelde-Service
Arbeitskreise und Netzwerke
Newsletter und Presseinformationen
Energiepolitik und Kommunikation
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4Jürgen Stefan Kukuk, ASUE
Wichtige Broschüren der ASUE
Biogas / Biomethan – erneuerbare Energie aus der Leitung Über die Wirtschaftlichkeit von Blockheizkraftwerken in Hotels Das KWK-Gesetz 2017 EEG-Umlage auf eigenerzeugte Strommengen
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5Jürgen Stefan Kukuk, ASUE
Wichtige Broschüren der ASUE
Brennstoffzellen für die Hausenergieversorgung Wirtschaftliches Sanieren mit Brennstoffzellen Gasinstallation – Tipps für die Praxis Leitfaden zur Anmeldung und steuerlichen Behandlung von kleinen BHKW
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6Jürgen Stefan Kukuk, ASUE
Der KWK-Anmeldeservice der ASUE
Startberatung Anmeldung nach dem KWK G Abstimmung mit dem Strom-Netzbetreiber KfW- und BAFA - Förderung Jahresmeldungen Hilfe bei Erschwernissen
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7Jürgen Stefan Kukuk, ASUE
Auf dem Weg zum klimaneutralen Gebäudestand gibt es Nachholbedarf!
Grafik: ASUE e. V.
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8Jürgen Stefan Kukuk, ASUE
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Kaltes Versorgungsn.
Warmes Versorgungsnetz
3-fach Verglasung
Lüftung mit WRG
Biogas ortsnahBiomethan + BHKWBiomethan + Brennstoffzelle
Gaswärmepumpe
Erdwärmepumpe
Luftwärmepumpe
%
Effiziente Heiztechnik
Fassadendämmung
Einsparung von Primärenergie durch Maßnahmen
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9Jürgen Stefan Kukuk, ASUE
Kann eine Brennstoffzelle die Lösung sein?
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10Jürgen Stefan Kukuk, ASUE
Chemischer Prozess in einer PEM-Brennstoffzelle
Grafik: ASUE e. V.
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11Jürgen Stefan Kukuk, ASUE
Chemischer Prozess in einer PEM-Brennstoffzelle
Grafik: ASUE e. V.
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12Jürgen Stefan Kukuk, ASUE
Chemischer Prozess in einer PEM-Brennstoffzelle
Grafik: ASUE e. V.
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13Jürgen Stefan Kukuk, ASUE
Funktionsprinzip einer Brennstoffzellenheizung
Grafik: ASUE e. V.
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14Jürgen Stefan Kukuk, ASUE
Mit integriertem Spitzenlastgerät übernimmt die Brennstoffzelle die gesamte Wärmeversorgung
Warmwasserspeicher Edelstahl 220 Liter
Brennstoffzellen-modul
Regelung
Spitzenlast-brenner
Grafik: Viessmann Deutschland GmbH
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15Jürgen Stefan Kukuk, ASUE
Inzwischen gibt es 7 Anbieter von Brennstoffzellen, zum teil aber mit gleichem BZ-Stack
+ Sunfire Home 750
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16Jürgen Stefan Kukuk, ASUE
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17Jürgen Stefan Kukuk, ASUE
Panasonic stellt die Brennstoffzelle für reine H2-Anwendung und hohem Wirkungsgrad vor
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18Jürgen Stefan Kukuk, ASUE
Verbreitung der anderen Heizgeräte in 2018
Quelle BDH
0
100
200
300
400
500
600
Gas Öl Holz Wärme-pumpen
Brennwert
Niedertemp
Brennwert
Niedertemp
Scheitholz
Pellets
Hackschnitzel
Luft-Wasser
Sole-Wasser
Brennstoffzellen3.639
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19Jürgen Stefan Kukuk, ASUE
Jährliche Kosten (brutto) Brennstoffzelle Ist-Zustand (Gas-Bestandsgerät)
Jahreswärmebedarf (AN=250 m²) 23.000 kWh/a 23.000 kWh/a
Gaseinsatz (Hs) 33.100 kWh 31.900 kWh
Brennstoffkosten 1.700 €/a 1.600 €/a
Wartung 300 €/a 200 €/a
Vergütung Strom -1.155 €/a -
Energiesteuererstattung -70 €/a -
Summe jährliche Kosten 775 €/a 1.850 €/a
Differenz 1075 €/a -
Investitionskosten (brutto)
Brennstoffzelle + Installation 30.000 € -
Förderung KfW 433 + KWK-Gesetz -11.100 € -
Summe 18.900 € -
ROI (statisch) 17, 6 Jahre -
Eine Sanierung mit Brennstoffzelle kann die Betriebskosten senken, eine Geldanlage ist sie allerdings nicht…
Einfamilienhaus Altbau
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20Jürgen Stefan Kukuk, ASUE
Jährliche Kosten (brutto) Brennstoffzelle (Vitovalor) Brennstoffzelle (BlueGEN)
Jahreswärmebedarf (AN=250 m²) 23.000 kWh/a 23.000 kWh/a
Gaseinsatz (Hs) 33.100 kWh 43.700 kWh
Brennstoffkosten 1.700 €/a 2.200 €/a
Wartung 300 €/a 600 €
Vergütung Strom -1.155€/a -2.300 €/a
Energiesteuererstattung -70 €/a -90 €/a
Summe jährliche Kosten 1075 €/a 590 €/a
Investitionskosten (brutto)
Brennstoffzelle + Installation 30.000 € 32.000
Förderung KfW 433 + KWK-Gesetz -11.100 € -13.170
Summe 18.900 € 18.830
ROI (statisch) 17,6 Jahre 13 Jahre
Der Einsatz einer Brennstoffzelle mit hohem Wirkungsgrad verbessert die Wirtschaftlichkeit
Einfamilienhaus Altbau
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21Jürgen Stefan Kukuk, ASUE
Jährliche Kosten (brutto) Brennstoffzelle Sanierung mit Gasbrennwertgerät
Jahreswärmebedarf (AN=250 m²) 23.000 kWh/a 23.000 kWh/a
Gaseinsatz (Hs) 33.100 kWh 26.000 kWh
Brennstoffkosten 1.700 €/a 1.300 €/a
Wartung 300 €/a 250 €
Vergütung Strom -1.155€/a -
Energiesteuererstattung -70 €/a -
Summe jährliche Kosten 775 €/a 1.600 €/a
Differenz 825 €/a -
Investitionskosten (brutto)
Brennstoffzelle + Installation 30.000 € 8.000 €
Förderung KfW 433 + KWK-Gesetz -11.100 € -
Summe 18.900 € 8.000 €
ROI (statisch) 13,2 Jahre -
Kostenvergleich im Einfamilienhaus Bestand
Einfamilienhaus Altbau
!
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22Jürgen Stefan Kukuk, ASUE
Jährliche Kosten (brutto) Brennstoffzelle Gasbrennwertgerät + ST + KWL
Jahreswärmebedarf (AN=250 m²) 12.800 kWh/a 12.800 kWh/a
Gaseinsatz (Hs) 21.800 kWh 14.500 kWh
Brennstoffkosten 1.100 €/a 720 €/a
Wartung 300 €/a 250 €
Vergütung Strom -1.000 €/a -
Energiesteuererstattung -70 €/a -
Summe jährliche Kosten 775 €/a 970 €/a
Differenz 460 €/a -
Investitionskosten (brutto)
Brennstoffzelle + Installation 30.000 € 5.000 €
Förderung KfW 433 + KWK-Gesetz -11.100 € -
Summe + Effizienzmaßnahmen 18.900 € 18.000 €
ROI (statisch) 2 Jahre
Kostenvergleich im Einfamilienhaus Neubau
Einfamilienhaus Neubau, EnEV -Erfüllung !
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23Jürgen Stefan Kukuk, ASUE
Der Vergleich mit einer elektrischen Wärmepumpe sieht besser aus!
Jährliche Kosten (brutto)Brennstoffzelle
Vitavalor P2
Sole-Wasser-Wärmepumpemit zwei Geo-
thermiebohrungenJAZ = 4,0
Luft-Wasser-Wärmepumpe
JAZ = 3,5
Luft-Wasser-Wärmepumpe
JAZ = 3,0
Investment 25.000 € 36.000 € 17.000 € 14.000 €
Einbau 5.000 € 5.000 € 2.000 € 2.000 €
Schornsteinsanierung 900 € - - -
Heizkörpertausch - 3.000 € 3.000 € 3.000 €
Förderung -11.100 € -6.750 € -4.500 €
Annuität (15 Jahre, 3 % Zinsen)
1.659 € 3.100 € 1.466 € 1.543 €
Wartung 300 € 150 € 150 € 150 €
Gaseinsatz 1.700 € - - -
Stromkosten - 1.050 € 1.400 € 1.600 €
Stromerlös 1.000 € - - -
Jahreskosten 2.659 € 4.300 € 3.016 € 3.493 €
Einfamilienhaus Altbau
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24Jürgen Stefan Kukuk, ASUE
Gliederung:
1. Vorstellung der ASUE
2. Technik und Funktion einer Brennstoffzelle
3. Wettbewerber der Brennstoffzelle
4. Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen
5. Erfüllung der EnEV/ Gebäudeenergiegesetz/KfW
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25Jürgen Stefan Kukuk, ASUE
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
Hei
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Trin
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Primärenergiebedarf = 7162 kWh/a = 43,70 kWh/m2*aerfüllt knapp KfW 55 B
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Hilfsenergie
5. Brennstoffzelle (PEM-Viessmann) mit Gasbrennwert-Modul + Warmwasserspeicher + Abluftanlage
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26Jürgen Stefan Kukuk, ASUE
0
5.000
10.000
15.000
20.000
25.000
Primärenergiebedarf < 0 kWh/a < 0,0 kWh/m2*aKfW 40H
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Hilfsenergie
6. Brennstoffzelle (BlueGen) mit Gasbrennwertgerät, Warmwasserspeicher + Abluftanlage
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27Jürgen Stefan Kukuk, ASUE
0
2000
4000
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12000
14000
Hei
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Primärenergiebedarf = 5268 kWh/a = 32,14 kWh/m2*aKfW 55, fast KfW 40
Hilfsenergie
7. Brennstoffzelle (PEM-Viessmann) mit Gasbrennwert-Modul + PV-Anlage 4 kWp + Trinkwasserwärmepumpe + Abluftanlage; (Sommer/Winter-Betrieb)
Gas
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28Jürgen Stefan Kukuk, ASUE
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2000
4000
6000
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10000
12000
Primärenergiebedarf = 3714 kWh/a = 22,66 kWh/m2*aKfW 40
Hei
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Hilfsenergie
Gutschrift aus PV + Stromspeicher
8. Brennstoffzelle (PEM-Viessmann) mit Gasbrennwert-Modul + PV Anlage 4 kWp + Stromspeicher + Trinkwasserwärmepumpe + Abluft (Sommer/Winter)
Gas
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29Jürgen Stefan Kukuk, ASUE
0
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4000
6000
8000
10000
12000
Primärenergiebedarf = 9.700 kWh/a = 59,18 kWh/m2*aEnEV knapp erfüllt
Hei
zwär
meb
edar
f +
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Luft
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Hilfsenergie
9. Elektrische Luft/Wasser-Wärmepumpe + Abluftanlage
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30Jürgen Stefan Kukuk, ASUE
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12000Primärenergiebedarf = 8.440 kWh/a = 51,46 kWh/m2*aEnEV erfüllt
Hei
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Hilfsenergie
10. Elektrische Sole/Wasser-Wärmepumpe + Abluftanlage
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31Jürgen Stefan Kukuk, ASUE
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Primärenergiebedarf = 1.921 kWh/a = 11,72 kWh/m2*aKfW 40 erfüllt
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Hilfsenergie
10. Elektrische Sole/Wasser-Wärmepumpe + PV-Anlage (4 kWp) + Stromspeicher 6 kWh + Abluftanlage
Stromb. S/W-Wäpu
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PV
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32Jürgen Stefan Kukuk, ASUE
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Primärenergiebedarf = 7.998kWh/a = 48,78 kWh/m2*aEnEV erfüllt
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Gas
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Gas
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Hilfsenergie
4. Gas-Wärmepumpe BoostHEAT + Warmwasserspeicher + Abluftanlage
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33Jürgen Stefan Kukuk, ASUE
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Übersichtsschema der Vergleichsvarianten
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Gasbrennwert + PV
Hybrid
Gaswärmepumpe
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Brennstoffzelle 0,75
Brennstoffzelle 1,5
Luft/Wasser WP
Sole/Wasser WP
KfW 40 KfW 55 EnEV 2016 2018
Primärenergiebedarf in kWh/m2*a
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34Jürgen Stefan Kukuk, ASUE
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Übersichtsschema der Vergleichsvarianten mit Biogas in BZ
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4
Gasbrennwert
Hybrid
Gaswärmepumpe
6
Brennstoffzelle 0,75
Brennstoffzelle 1,5
Luft/Wasser WP
Sole/Wasser WP
KfW 40 KfW 55 EnEV 2016 2018
Primärenergiebedarf in kWh/m2*a
Jah
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Biogaseinsatz +310 EUR/a
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35Jürgen Stefan Kukuk, ASUE
Innovatives Quartierskonzept mit 43 individuellen Brennstoffzellen (Vitavalor P2) = KfW Effizienzhaus 40
Beispiel Erdgas Schwaben – Wohnanlage Langweid
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36Jürgen Stefan Kukuk, ASUE
Bewertung:
• Trotz aller Aufwendungen in die Dämmung und Wärmerückgewinnung eines NZEB = Niedrigst Energie Hauses besteht weiter Energiebedarf für hygienischen Luftaustausch, Warmwasser und elektrischer Energie.
• Als erneuerbare Energien können im wesentlichen Biomethan, Photovoltaik und Geothermie herangezogen werden.
• Hocheffiziente Brennstoffzellen-Lösungen führen durch den zusätzlichen Stromertrag zu guten wirtschaftlichen Ergebnissen
• Sie entsprechen hinsichtlich Ihrer Investition den elektrischen Wärmepumpen, bieten aber einen zusätzlichen Stromertrag
• Sie erfüllen ohne Zusatzaufwand die KfW 55, mit PV auch die KfW 40.• Sie unterliegen der Bagatellgrenze für EEG-Abgabe, Stromsteuer und werden
von der Energiesteuer entlastet.
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37Jürgen Stefan Kukuk, ASUE
www.asue.de
TECHNIK
EFFIZIENZ
INNOVATION
Zu weiteren Fragen stehe ich gerne zur Verfügung
Kontaktdaten: Jürgen Kukuk, [email protected], 030/221 913 490
![Page 38: „Brennstoffzellentechnik – Was lange währt, wird endlich gut?¼rgen... · 2020. 1. 29. · Brennstoffkosten 1.700 €/a 2.200 €/a Wartung 300 €/a 600 € Vergütung Strom](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022063012/5fca01eefcfe0d42d7626809/html5/thumbnails/38.jpg)
38Jürgen Stefan Kukuk, ASUE
Stand by Charts
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39Jürgen Stefan Kukuk, ASUE
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Zusätzliche Stromanrech-nung aus der PV-Anlage (Speicher)
Primärenergiebedarf = 6430 kWh/a = 39,23 kWh/m2*aKfW 55
1. Gasbrennwerttherme + PV Anlage mit Stromspeicher + Abluftanlage + Abluft-Trinkwasserwärmepumpe
![Page 40: „Brennstoffzellentechnik – Was lange währt, wird endlich gut?¼rgen... · 2020. 1. 29. · Brennstoffkosten 1.700 €/a 2.200 €/a Wartung 300 €/a 600 € Vergütung Strom](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022063012/5fca01eefcfe0d42d7626809/html5/thumbnails/40.jpg)
40Jürgen Stefan Kukuk, ASUE
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PV
+ T
W-W
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Primärenergiebedarf = 4.340 kWh/a = 26,48 kWh/m2*aKfW 40
GB
WT
KW
L-W
RG
Hilfsenergie
2. Gasbrennwerttherme + PV Anlage mit Stromspeicher + Außenluft-Trinkwasser-WP, Zu- und Abluftanlage mit WRG;
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41Jürgen Stefan Kukuk, ASUE
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Primärenergiebedarf = 9.081 kWh/a = 55,41 kWh/m2*aEnEV erfüllt
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Trin
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GB
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Luft
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3. Gas-Brennwert-Hybridgerät + Warmwasserspeicher + Abluftanlage
GB
WT
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42Jürgen Stefan Kukuk, ASUE
Anlagenkonfiguration PEB €/a
1 GBWT/ PV / Akku / Abluft-TW Wärmepumpe/ Abluftanlage 39,23 2.501
2 GBWT/ PV/ Akku/ Außenluft-TW Wärmepumpe/ KWL-WRG 26,48 2.935
3 Gasbrennwert-Hybridgerät/ Warmwasserspeicher/ Abluftanlage 55,41 2.613
4 Gas-WP Boostheat/ Warmwasserspeicher/ Abluftanlage 48,78 2.029
5 Brennstoffzelle (0,75 kW) / GBW/ Warmw.speicher/ Abluftanl. 43,70 1.491
6 BZ (1,5 kW) /Warmwasserspeicher/Abluftanlage 0,0 869
7 BZ (0,75 kW) / GBWT/ PV / TrinkwasserWP/ Abluftanl. S/W 32,14 2.113
8 BZ (0,75 kW) / GBWT/PV-Anlage/Akku/TW-WP/Abluftanlage, S/W 22,66 2.579
9 Luft Wasser Wärmepumpe /Abluftanlage 56,15 2.373
10 Sole Wasser Wärmepumpe / Abluftanlage 40,29 3.862
11 Sole Wasser Wärmepumpe / PV / Akku / Abluftanlage 11,72 4.477