Solare Langzeitspeicher

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Langzeitspeicher, auch saisonale Speicher genannt, machen die Sonnenwärme nicht nur tageweise an Sonnentagen nutzbar, sondern über mehrere Monate hinweg bis in den Winter. Dazu sind je nach Einsatzfall – vom Einfamilienhaus bis zum Nahwärmenetz – Wasserspeichervolumen von 20 bis 1.000 m³ notwendig. Saisonale Speicher werden aus Stahl, Kunststoff oder Beton gefertigt. Ihr Einbau erfolgt aus Platzgründen häufig unterirdisch.

Saisonale Speicher für Ein- und Mehrfamilienhäuser
Ein Einsatzgebiet für Langzeitspeicher sind sogenannte Sonnenhäuser. In den Ein- und Mehrfamilienhäusern mit solaren Deckungsgraden von 50 bis 80% versorgt ein großer Speicher die Heizung ganzjährig mit Sonnenwärme. Damit sie vom Sommer in den Winter gerettet werden kann, besitzt der Speicher eine besonders gute Wärmedämmung mit einer Dicke von 20 bis 30 cm. Die Größe des Speichers wird mit 150 bis 250 l/m² installierter Kollektorfläche ausgelegt. Das Nachheizen erfolgt über einen wassergeführten Kaminofen oder einen Biomasseheizkessel. Bei vollständig solarbeheizten Häusern kommen Speicher mit 40 m³ Wasserinhalt zum Einsatz. Die turmartigen Großspeicher müssen bereits in der Bauphase eingebracht werden, da sie über mehrere Stockwerke reichen.
 
Langzeitspeicher für solar unterstützte Nahwärmeversorgungen
An den Speicherlösungen für solare Nahwärmenetze wird derzeit noch geforscht. Die gedämmten Wärmespeicher sind mindestens 1.000 m³ groß und versorgen große Gebäudekomplexe oder ganze Siedlungen. Sie werden ins Erdreich eingebaut, da dieses zusätzlich wärmedämmt und die großen Speicher oft direkt im Wohngebiet integriert sind. Bisher wurden vier Speichertechnologien entwickelt:

  •  Heißwasser-Wärmespeicher (gedämmte Behälter mit Wasser)
  •  Kies/Wasser-Wärmespeicher (gedämmte Behälter mit Kies/Wasser-Gemisch),
  •  Erdsonden-Wärmespeicher (Boden in bis zu 100 m Tiefe wird erwärmt)
  •  Aquifer-Wärmespeicher (Grundwasser und Erde wird erwärmt – funktioniert nur mit stehendem Grundwasser)
Latentwärmespeicher
Gut gedämmte Wasserspeicher können Sonnenwärme nur ein bis zwei Tage speichern. Deshalb wird von Solartechnikern an verlustarmen Latentwärmespeichern gearbeitet und geforscht. Diese Langzeitspeicher sind mit PCM-Material (engl. phase change materials, deutsch Phasenwechselmaterial) gefüllt. Sie nutzen den physikalischen Effekt des Phasenwechsels: Ändert das Speichermedium seinen Aggregatszustand von fest nach flüssig und umgekehrt, nimmt es Wärme auf. Dabei bleibt die latente Wärme, also die im Phasenübergang zugeführte Energie, im Stoff gebunden.

Durch physikalische Einwirkung kann diese im Speichermaterial gebundene Energie auch nach einem längeren Zeitraum wieder freigesetzt werden. Aus diesem Grund besitzen Latentwärmespeicher eine viel höhere Speicherkapazität als Wasserspeicher und können Wärme fast verlustfrei speichern. Probleme bereiten derzeit noch das Be- und Entladen der Speicher und der definierte Temperaturbereich, in dem dies geschehen muss. Einige Hersteller bieten bereits marktreife Latentwärmespeicher an, die aber sehr kostenintensiv sind. Marktverfügbare Latentwärmespeicher sind:
  • Solar-Eis-Speicher (Kombinierte Solaranlage mit Luftkollektor und Wärmepumpe)
  • Parrafinwärmespeicher (paraffingefüllte Kunststoffröhren)
  • Thermobatterie mit Salz (Behälter, gefüllt mit dem Salz Natriumacetat)

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