Energie – Sonne, Wind, Biomasse, Wasserkraft, Geothermie - η green

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Abb. 2 Jährliche Energieeinsparung bei Variation von Kollektorfläche
(Vakuumröhrenkollektor) und Sorptionsspeichervolumen (MonoSorp)
bzw. Warmwasser-Speichervolumen Quelle: ITW
Abb. 3 Konzept des Sorptionsspeichers in der Pilotanlage ModeStore
Quelle: AEE
Abb. 4 Simulationsmodell für die Langzeitwärmespeicherung mittels
unterkühlter PCM. Referenzbedingungen: Passivhaus mit 135 m² Nutzfläche
Quelle: DTU
Abb. 5 Anlagenschema einer solaren Kombianlage mit chemischem
Wärmespeicher Quelle: ITW
Die Arbeitsgemeinschaft Erneuerbare Energien – Institut für
Nachhaltige Technologien (AEE­Intec, Gleisdorf, Österreich) hat,
aufbauend auf der Erfahrung vorangegangener Projekte, in dem
Projekt „ModeStore“ einen Sorptionsspeicher mit der Materialpaarung
Silikagel und Wasser entwickelt und im realen Einsatz als
Pilotanlage in einem Einfamilienhaus erprobt. Es konnte gezeigt
werden, dass die Sorptionstechnologie auch unter realen Einsatzbedingungen
technisch umsetzbar ist. Das Systemkonzept und die
Regelstrategie haben sich als funktionsfähig und praxistauglich
erwiesen. Das Speicherkonzept der Pilotanlage ist in Abb. 3 dargestellt.
Die Anlage besteht aus zwei Sorptionsspeichern, gefüllt
mit je 500 kg Silikagel und einem Wasservorratsbehälter. Die
Anlage arbeitet als geschlossener Kreislauf.
Die physikalische Speicherdichte des Silikagels liegt theoretisch
bei etwa 130 kWh/m³. Da jedoch der Temperaturhub bei hohen
Wasserbeladungen für die technische Anwendung nicht mehr
ausreichend war, liegt die in dieser Anlage erreichte Energiespeicherdichte
des Stoffpaars Silikagel/Wasser bei etwa 50 kWh/m³
und damit im Bereich typischer Warmwasserspeicher. Um hohe
solare Deckungsanteile zu erreichen, werden große Mengen des
Materials benötigt, was weder technisch noch wirtschaftlich sinnvoll
ist. Die Materialpaarung wurde deshalb ausgewählt, da Silikagel
im Großmaßstab hergestellt wird und günstig und ungiftig
ist. Die gesammelten Erfahrungen anhand der Pilotanlage sind
sehr hilfreich. Der nächste Schritt muss im Bereich der Materialforschung
erfolgen, um mit neuen, verbesserten Materialien dieses
funktionsfähige Systemkonzept weiterzuentwickeln.
Wärmespeicherung mittels
Phasenwechselmaterialien (PCM)
Am Department of Civil Engineering, Technische Universität von
Dänemark (DTU), wurde die Langzeitspeicherung mittels unterkühlter
flüssiger PCM theoretisch untersucht. Unter unterkühltem
PCM versteht man die Abkühlung eines PCM unter seine Kristallisationstemperatur.
Soll Wärme aus dem unterkühlen, flüssigen
PCM abgeführt werden, wird die Kristallisation durch einen Kristallisationskeim
gestartet. Während der Kristallisation setzt das
PCM seine gespeicherte Kristallisationswärme frei. Durch diesen
Effekt ist eine nahezu verlustfreie Wärmespeicherung durch ein
PCM möglich.
Für die theoretischen Untersuchungen des DTU wurde das in
Abb.4 dargestellt Hydraulikschema entwickelt und simuliert. Der
Speicher ist hier in viele kleine, separat kristallisierbare Segmente
unterteilt. Die gestrichelten Linien zeigen die Regelung des
Systems. Um einen solaren Deckungsanteil von 100 % zu erreichen,
wird bei einer Kollektorfläche von 20–25 m² ein PCM Speichervolumen
von ca. 10 m³ benötigt. Allerdings ist der apparative
Aufwand sehr groß, da der Speicher in viele kleine Segmente
unterteilt werden muss. Derzeitige Arbeiten beschäftigen sich mit
der Umsetzung des Konzeptes. Der Nachweis der technischen
Machbarkeit anhand einer Demonstrationsanlage ist innerhalb
der nächsten 2 Jahre zu erwarten.
Thermochemische Wärmespeicherung
Am Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik (ITW) der
Universität Stuttgart wird derzeit in einem Projekt die Speicherung
von Wärme in Form von chemischer Energie untersucht. Das
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