2011 habe ich mit 2 Studenten zusammen picea erfunden, von der theoretischen Idee, über diverse Prototypen bis später zum funktionierenden Produkt hin.
Der erste Prototyp wurde bereits 2011 auf der Nacht der Wissenschaften an der Beuth Hochschule in Berlin präsentiert, damals war HPS noch eine Abteilung der Heliocentris AG.

Zur technischen Einordnung: Was kann/konnte picea und vor allem für wenn war picea eigentlich überhaupt gedacht.

Vor allem für Energieeffizienzhäuser mit weniger als 6000 kWh Heizwärmebedarf im Jahr, als Substitution der außenstehenden Wärmepumpe und zur Reduzierung der benötigten Fußbodenheizungsflächen.

Die Frage die ich 2011 damit beantworten wollte:

Kann man nur mit PV-Sonnenenergie ein Einfamilienhaus komplett Energieautark machen?

Folgende Randbedingungen wurden damals gesetzt, die dann auch zu den bis heute gültigen technischen Parametern von picea führten:

Brennstoffzelle: 1500 W (DC),

Elektrolyseur: 2700 W (DC) = 0,045 kg H2 pro Stunde

Batterie: 25 kWh Bleibatterie, da diese damals 150€/kWh im EK kostete und nachhaltig in Berlin Schönweide hergestellt wurde (98% recycelbar gewesen).
Lithium war damals mit 600€/ kWh viel zu teuer, unsicher und vor allem nicht recycelbar.

picea 2 war dann mit Lithium

2011 war die 10 kWp PV-Anlage das Maß der Dinge, nach Süden ideal ausgerichtet ca. 10.000 kWh Jahresertrag.

Das typische Haushaltsstromprofil war damals 4000 kWh im Jahr. (E-Auto gab es quasi noch nicht).

Eine 10 kWp – PV-Anlage produziert an sonnigen Tagen von April bis Oktober mehr als 50 kWh Strom pro Tag.
Das Haushaltstromprofil mit Batteriespeicher braucht davon aber nur 12-13 kWh am Tag, eine eventuelle Wärmepumpe für das Warmwasser zusätzliche 3 kWh/d.
Picea konnte also 30 bis 40 kWh täglich zur Wasserstoffherstellung aus den Sonnenüberschüssen so maximal nutzen. Die Antwort auf die „Hellbrise“, nutzen statt abregeln.
Es wurde so quasi fast nichts mehr eingespeist.

Die technischen Innovationen von picea im Sommer:

Der Wasserstoff wurde durch direkte DCDC-Kopplung der PV-Anlage mit ca. 70% elektrischen Wirkungsgrad hergestellt (1,8V/Zelle), also aus 40 kWh Überschussstrom wurden 28 kWh chemisch gebundener H2. Ca. 0,8 kg/Tag maximal
Die nutzbare Abwärme des wassergekühlten Elektrolyseurs (55 °C) betrug bis zu 8 kWh am Tag.
Damit war für eine normale 4 köpfige Familie der Warmwasserbedarf im Mittel gedeckt, Heizstab war zu Komfortzwecken Standardmäßig im mitgelieferten Wasserspeicher mit verbaut.
Nur 10 % waren nicht nutzbare Wärmeverluste im Sommer bei der Elektrolyse.

Mit dieser Konstellation, 25 kWh Batterie, bis zu 55 Grad Abwärme des Elektrolyseurs (8 kWh/d) und dem Heizstab war eine eventuell vorhandene Wärmepumpe im April bis Oktober Arbeitslos.
Da der Warmwasserwärmebedarf aus der Abwärme der Elektrolyse und/oder Heizstab stammte.

Zur Erreichung eines sinnvollen Kostenziels war picea als Substitution eines Wärmepumpenheizsystems ursprünglich gedacht!

Die technischen Innovationen von picea im Winter:

Luftgekühltes 1500 W Brennstoffzellensystem mit einer eigenen kombinierten Wohnraumlüftungsanlage, so konnte anstelle über die Fußbodenheizung in den Wohnbereichen (z.B. Wohnzimmer, Arbeitszimmer etc.) über die Luftauslässe der Zuluft die Räume beheizt werden.

Fußbodenheizung wurde bei Neubau nur aus Komfortgründen gedacht. z.B. Bäder und Küche, das spart dann auch Investkosten.

Das funktioniert technisch ab nur für Gebäude mit weniger als 30 – 40 kWh/ (m2 a) Heizwärmebedarf und maximal 15 kWh/ (m2 a) an Warmwasserbedarf.

Die Brennstoffzelle hatte einen elektrischen DC Wirkungsgrad von 50 % bei 1200 W (DC) und 60% Wirkungsgrad bei 400 W (DC).

Die maximale Heizleistung der Brennstoffzelle war 1500 W die direkt an die Zuluft der Wohnraumlüftungsanlage mit ca. 45 °C dann an die Wohnräume übergeben wurde.

Das produzierte Wasser der Brennstoffzelle von picea war dampfförmig, chemisch rein, somit keine Bakterien und wir konnten so die natürliche trockene Außenluft/Zuluft von 15 % relative Feuchte im kalten Winter perfekt in die Behaglichkeitszone von 40 bis 55 % regulieren.

Es ist damit das weltweit einzige Brennwert-Brennstoffzellenluftheizsystem gewesen, das es jemals gab.

Warum hat picea nicht funktioniert, das Henne/Ei-Problem:

Picea 1 war mit 60.000 € Startpreis kein Schnäppchen, aber es sollte ja auch für 150 m2 Energieeffizienzhäuser die teurere Wärmepumpe mit Außeneinheit hierfür überflüssig machen und so perspektivisch eine Alternative dazu sein.
Die meisten Kunden hatten jedoch einen deutlich höheren Bedarf an Wasserstoff und kauften daher mehrere Bündel dazu und kamen so auf die >120.000 €.

Energiebewusstes Bauen und Planen machen wirtschaftlich Sinn, wenn ein neues Konzept wie Brennstoffzellenluftheizung mit saisonalem Wasserstoffspeichersystem eine andere Komponente wie Wärmepumpe und Netzstrom ersetzen kann.

Die Mehrkosten des Wasserstoffpfades sollten mal genauso viel Kosten, wie Wärmepumpe und Netzstrom zusammen.

Ein nicht zu Ende entwickeltes System wurde viel zu früh verkauft (Robustheit), der zugekaufte Elektrolyseurstack hatte oft erhebliche Leistungsdegradationen und Undichtigkeiten.
Auch der 2 stufige 300 bar Kompressor hatte für den regelmäßigen Start-Stopp Betrieb sehr häufige Wartungsintervalle.

Technisch sind dies alles lösbare Themen gewesen.

Viele weitere Themen gab es noch, am Ende hat es nicht gereicht, um am Markt zu bestehen.