Wie groß müssen Wärmespeicher sein? - Ritter XL Solar

SolarthermieW Ä R M E S P E I C H E RWie groß müssenWärmespeicher sein?In seinem Artikel „Sinn und Unsinn von Solarspeichern“ in SW&W 12/2012 hat sich Ritter XL Solar-Geschäftsführer RolfMeißner aus energetischen und wirtschaftlichen Gründen für eine möglichst kleine Auslegung von Solarspeichernausgesprochen. Langzeit-Wärmespeicher bezeichnete er erst ab Volumen von über 200.000 m³ als sinnvoll. In einerStellungnahme kritisierte Solites-Leiter Dirk Mangold die Aussagen zur saisonalen Wärmespeicherung. Pilotanlagen zursolaren Nahwärme hätten ihre Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit bewiesen. SW&W hat die beiden Solarthermie-Experten zu einem Gespräch eingeladen.Meinung nach ist der Gesamtgewinn eines großenSpeichers, wenn man ihn ins Verhältnis zumAufwand und zum Gesamtergebnis setzt,unverhältnismäßig gering.Wie groß sollen Solarspeichersein? Die Diskussionüber Sinn und Unsinngroßer Speicher wird zurZeit mit Leidenschaftgeführt.Foto: SolitesSW&W: Herr Meißner, lieber mehr Kollektorflächeals Speichervolumen. Ist das die Lösung fürkostengünstige solare Heizungssysteme?Rolf Meißner: Ja. Der Kollektor sammelt die Energieund verdient schlussendlich das Geld. Der Speicherist zwar notwendig, kostet aber Geld. Deswegenmeinen wir, dass man dem Kollektor die größteAufmerksamkeit schenken sollte. Die Speichertechnikist unumgänglich, klar. Das ist wie bei Motor undKarosserie in einem Fahrzeug. Es würde nicht fahren,wenn eines von beiden fehlte.SW&W: Bei kleinen Speichervolumen stellt sichdie Frage, wie man die Energie aus den Kollektorenauch im Winter nutzen kann?Meißner: Selbst in Anlagen mit 50 bis 60 m³ Speichervolumenwie bei den Sonnenhäusern spielt dielangfristige Speicherung doch kaum eine Rolle. Eshandelt sich selten um mehr als eine Wochenspeicherung.Im Grunde genommen geht es darum, voneiner Wettersituation in die andere zu speichern.Man kann das Heizen in den November hinauszögern.Das ist aber auch alles. Im Frühjahr kann manso gut wie nichts erreichen und ist auch machtlos,was den Dezember und Januar betrifft. Also: Dieertragsarme Phase bleibt ertragsarm. UnsererSW&W: Herr Mangold, Sie arbeiten an großenWärmespeichern. Bringt ein saisonaler Speichermehr als viele kleine?Dirk Mangold: Das lässt sich grundsätzlich nicht soallgemein sagen. Wenn man eine Solarwärmeanlageplant – egal ob klein oder groß, egal ob mit einemkleinen oder einem großen solaren Deckungsanteil –und sie berechnet, ergibt sich ein Preis-Leistungs-Verhältnis. Für die saisonale Wärmespeicherung, mitder wir heute schon in Pilotanlagen die Wärme vomSommer bis ins Frühjahr hinein nutzbar speichern,zeigt sich, dass Speichervolumen ab 1.000 m³ deutlichwirtschaftlicher sind als viele kleine Einzelspeicher– schon allein wegen der Optimierung desOberflächen-Volumen-Verhältnisses. Wir werden sienach Meinung von Energieexperten in Deutschlandab dem Jahr 2020 benötigen, um die Energieversorgungsicherstellen zu können. Es ist wichtig, diePilotanlagen zur saisonalen Wärmespeicherungschon heute zu bauen, weil ihre technologischeEntwicklung lange Zeit dauert.SW&W: Die Zielvorgabe von 50 % solarerDeckungsrate haben die Projekte nicht immererreicht, obwohl es um saisonale Speicherungging. Woran lag es?Mangold: Nicht alle Pilotanlagen waren auf diese50 % solaren Deckungsgrad am Gesamtwärmebedarfkonzipiert, sondern je nach Anlagengröße undRandbedingungen auf einen geringeren. Man mussdas immer mit dem eigentlichen Zielwert vergleichen,der im Voraus simuliert wurde. Es hat sich abergezeigt, dass wir die Zielwerte von 50 % solaremDeckungsanteil erreichen konnten – 2000 inRostock, 2010 in Neckarsulm.SW&W: Herr Meißner, sind 50 % bei ihren Aqua-Systemen auch ein Zielwert? Oder ist er keiner,weil die Sonnenenergie einfach dann genutzt wird,wenn sie da ist?92Sonne Wind & Wärme 04/2013

SolarthermieW Ä R M E S P E I C H E RFörderung oder mit einer verhältnismäßig geringenFörderung mit Systemen konkurrieren, die vollständigauf dieses Förderprinzip optimiert sind. Ökonomieäußert sich aber nicht nur über den Verkaufspreis.Sie müssen bedenken, dass Speicherplatz inMehrfamilienhäusern wertvolle Wohnfläche darstellt.Außerdem muss man die graue Energie berücksichtigen,die bei der Herstellung der Komponenten notwendigist, also die energetische Amortisation derSysteme. Der Weg der Hochleistungstechnologie mitSpeichern, die gerade so groß sind wie notwendig,führt zu günstigen Anlagen, weil sie in der Investitionpraktisch fast komplett auf den Speicher verzichten.Die energetische Amortisationszeit der Kollektorenliegt unter einem Jahr, die des Systems mit Speicherunter zwei Jahren.„Das Interesse der gesamtenStadtwerkebranche anunterschiedlichen Lösungen fürSpeicher nimmt stark zu.“Dirk Mangold ist seit 2005 Institutsleiter von Solites inStuttgart (www.solites.de), einem Forschungsinstitutim Unternehmensverbund der Steinbeis-Stiftung.Solites bietet Beratung, Forschung und Marktentwicklungsolarthermischer Großanlagen, solarer Fernwärme,saisonaler und multifunktionaler Wärmespeichersowie CO 2 -neutraler Energiekonzepte. Mangold leitetaußerdem den Arbeitskreis Langzeit-Wärmespeicher.Er ist Mitglied des Steuerungskreises der DeutschenSolarthermie-Technologieplattform und Lehrbeauftragterfür solares Bauen an der Universität Stuttgart.simulieren rein zur Optimierung der Wirtschaftlichkeit,um für die Investoren die wirtschaftlichstenLösungen zu finden. Interessanterweise zeigt sich,dass die wirtschaftlichste Lösung nicht die ist, beider Kollektoren lange in Stagnation stehen, sondern– wenn überhaupt – dann nur wenige Stunden imJahr. Das ist eine Frage der Kollektorfeld- und derSpeicherkosten. Je teurer der Speicher, umsokostengünstiger wird mehr Kollektorfläche, die manin Stagnation gehen lässt.SW&W: Ich möchte auf den Markt zu sprechenkommen. Letztendlich wollen Sie beide der Solarthermiezu einer weiteren Verbreitung verhelfen.Herr Meißner, inwiefern hilft ihr technologischerAnsatz mit wassergefüllten Anlagen dabei?Meißner: Zunächst: In Deutschland lohnt es sichnicht, besonders effiziente Kollektoren zu montieren,weil Bruttofläche gefördert wird. Es lohnt sich nicht,die Bruttofläche besonders gut zu nutzen, weileigentlich nur Höhe mal Breite gefördert wird. Eslohnt sich auch nicht, Speicher zu sparen, weil dieFörderung an Mindestspeichergrößen geknüpft ist.Insofern ist es speziell in Deutschland schwierig, dieWirtschaftlichkeit von Konzepten wie dem Aqua-System zu beweisen. Wir müssen praktisch ohneSW&W: Die Investitionen solarer Nahwärmesystemeliegen um ein Vielfaches höher, Herr Mangold.Für wen machen sie wirtschaftlich Sinn?Mangold: Beispielsweise für Stadtwerke, die für diekommenden dreißig Jahre eine zukunftsfähigeTechnologie besitzen möchten. Sie müssen zuBeginn zwar eine hohe Investitionssumme stemmen,werden dafür aber über die gesamte Betriebszeitmit minimalen Betriebskosten belohnt. Siebekommen also Investitionssicherheit und machensich unabhängig von steigenden Energiepreisen.Außerdem benötigen sie wegen der Energiewendeund zum Management des Strommarktes großeWärmespeichervolumen zur Spitzenlastproduktionund zur Stromabsicherung. Das Interesse dergesamten Stadtwerkebranche an unterschiedlichenLösungen für Speicher nimmt daher stark zu.SW&W: Führt dabei der Weg über Wasser-Wärmespeicher zum Erfolg?Mangold: Das hängt von der Anwendung ab. Will manWärme saisonal speichern, ist man mit der schwierigenRandbedingung konfrontiert, dass das Speichervolumennur ein- bis zweimal im Jahr genutzt wird.Damit muss man sehr kostengünstig in der Investitionsein. Langfristig wird es dafür zwei Speichermediengeben. Das ist zum einen Wasser, weil eskostengünstig ist und eine unglaublich hohe Wärmekapazitätbesitzt, zum anderen der Untergrund. Zweider vier Speichertechnologien, die wir entwickeln,nutzen den Untergrund: Erdsonden- und Aquifer-Wärmespeicher. Für Anwendungen, bei denen dasSpeichervolumen oft genutzt wird – also Tages- oderSpitzenlastspeicher – bieten sich Phasenwechselspeicherund thermochemische Speicher an.SW&W: Herr Meißner, gleiche Frage, anders formuliert:Arbeitet Ihr Unternehmen auch an neuen94Sonne Wind & Wärme 04/2013

Dr. Rolf Meißner arbeitet seit über 20 Jahren alsPhysiker und Entwickler für die Ritter-Gruppe. Seit2012 ist er einer von drei Geschäftsführern der RitterXL Solar GmbH in Karlsbad (www.ritter-xl-solar.com). Das Unternehmen entwickelt, plant und bautgroße solarthermische Systeme. Dabei setzt es aufdas sogenannte Aqua-System, ein einfaches undleistungsstarkes Solarsystem mit CPC-Vakuumröhrenkollektorenund Wasser als Wärmeträger.Speicherkonzepten oder liegt Ihr Hauptaugenmerkauf der Verringerung desSpeichervolumens?Meißner: Ich habe mich mein gesamtes beruflichesLeben über mit Speichern beschäftigt. Dabei habeich die Erfahrung gemacht, dass es ein sehr steinigerWeg ist, solarthermische Systeme über die Solarspeicherverbessern zu wollen – ein Weg, der ökonomischunbefriedigend und im Gesamtergebnis oftrelativ bescheiden ist. Die Verbesserung derKollektoren und des Systems dagegen hat uns zuQuantensprüngen in der Gesamteffizienz und derWirtschaftlichkeit verholfen.Das Interview führte Joachim Berner.Die SpeicherwetteSpeichervolumen von 100 L/m² Kollektorflächereichen, um eine Niedrigenergiehaus-Siedlung zurHälfte mit Sonnenwärme versorgen zu können. Davonist Rolf Meißner überzeugt – wenn es sich um ein Aqua-System handelt. Dirk Mangold hält dagegen. In Simulationenhätten sich solche Systeme für diesen Zielwertnicht abbilden lassen. Die Wette steht, der Einsatz stehtnoch aus. SW&W wird nachhaken.Sonne Wind & Wärme 04/2013 95