20 bis 30 Prozent der benötigten Energie für Heizung und Warmwasser lassen sich heute in einem normalen Einfamilienhaus durch eine Solarthermie-Kombianlage decken. Vielen potenziellen Kunden ist das nicht genug, sie wollen eine echte Alternative zu Gas und Öl. Gerhard Stryi-Hipp, Leiter der Gruppe Thermische Kollektoren und Anwendungen am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, sieht daher eine besondere Herausforderung für Solarthermie-Anbieter darin, den solaren Deckungsgrad ihrer Systeme zu erhöhen. Dabei kommt den Wärmespeichern als Puffer zwischen Energieangebot und Energiebedarf besondere Bedeutung zu.
Bislang dominieren auf dem Markt in das Drucksystem von Heizungs- und Warmwasseranlage eingebundene Stahlspeicher. Kunststoffspeicher, die bereits seit einigen Jahren auf dem Markt sind, konnten sich trotz vieler Vorteile nicht durchsetzen. Das will die Arbeitsgemeinschaft Druckspeicher mit ihrem Druckspeicher aus Glasfaserverstärktem Polyester (GfK) ändern. Dieser vereine die Vorteile der bekannten Systeme, gaben sich die Arge-Mitglieder ed Energie Depot GmbH, VKA Verbundwerkstoff- und Kunststoffanwendungstechnik GmbH, ZS Systemtechnik für Erneuerbare Energien sowie die Fakultät Maschinenbau der TU Ilmenau auf dem 21. OTTI-Symposium Thermische Solarenergie im Kloster Banz selbstbewußt. Mit Erfolg: Beim Innovationspreis 2011 belegte der neue Speicher Platz 3.
Kunststoffspeicher bieten gegenüber Stahl viele Vorteile: Sie sind deutlich leichter, rosten nicht und haben eine längere Lebensdauer. "Die Heizungsbauer sind mit Stahl groß geworden und sie sind mit Drucksystemen groß geworden", nennt Thomas Eckert, Bereichsleiter Thermische Energiespeicher bei der Haase GFK-Technik GmbH Gründe dafür, dass sich die drucklosen GfK-Speicher in den vergangenen Jahren dennoch nicht durchsetzen konnten. Haase bietet bereits seit Jahren GfK-Speicher an, die in kleinen Teilen angeliefert und vor Ort montiert werden. So kommt die Behälterwand als Rolle und wird vor Ort geklebt. Auf diese Weise lassen sich auch im Bestand größere Speicher realisieren. Ein Beispiel ist die Effenberger Vollkorn Bäckerei, bei der in einem nur durch eine 70 mal 70 Zentimeter große Luke zugänglichen Raum drei Tanks mit einem Gesamtspeichervolumen von über 22.000 Litern installiert wurden.
Je größer der Speicher, desto mehr Energie läßt sich einlagern und desto größere Zeiträume ohne ausreichende Sonneneinstrahlung können überbrückt und somit der solare Deckungsgrad erhöht werden. Gerade bei großen Speichern kommen die Vorteile von GfK voll zum tragen. Das sieht auch Horst Ebitsch so, der im Kloster Banz sein GfK-Erdspeichersystem SE30 vorstellte. Der Speicher ist rechteckig, misst 2,55 mal 7,2 mal 3,15 und fasst 30.000 Liter in drei Kammern: einem Langzeitspeicher, einem kleineren Kurzzeitspeicher und einem Brauchwasserspeicher. Alle für den Speicherbetrieb benötigten Elemente wie Wärmetauscher, Pumpen, Ventile, Fühler, Ausdehnungsgefäß und Sicherheitsgruppen sind im Zugangsbereich integriert, den Ebitsch Revisionsdom nennt und der sich noch innerhalb der Behälterdämmung befindet. Die Verbindung zur Hausinstallation erfolgt über insgesamt nur drei Rohrpaare. "Beim Anschluss kann man also nicht viel falsch machen", sagt Ebitsch, dessen Unternehmen Ebitsch Energietechnik 2010 zwei SE30 unter Häusern vergraben hat. Das Interesse sei groß, so der Experte.
Das Einbringen ins Erdreich hat Ebitsch zufolge zwei große Vorteile: Zum einen müsse das Haus nicht größer gebaut werden, nur um den Speicher unterzubringen. "Und im Erdreich beträgt die Umgebungstemperatur das ganze Jahr über 10 bis 12 Grad. Das ist doch ein gutes Umfeld," so Ebitsch, der die Speicher bereits im Werk dämmen lässt, was ebenfalls der Fehlervermeidung beim Einbau vor Ort dient.
Für GfK als Speichermaterial spricht laut Ebitsch neben dem geringeren Gewicht vor allem auch die geringere Wärmeleitfähigkeit. Dieses entscheidende Argument komme oft zu kurz. Auch Professor Berthold Knauer vom GfK-Hersteller Verbundwerkstoff- und Kunststoffanwendungstechnik GmbH (VKA) in Schönbrunn sieht hier einen entscheidenden Vorteil. GfK sei ein Insolationswerkstoff und eigne sich daher wesentlich besser für den Einsatz in der Speichertechnik als Metalle. Stahlspeicher müssten nicht nur aufwändig gedämmt werden, durch die Wärmeleitung in der Behälterwandung sei zudem das Schichtungsverhalten deutlich schlechter.
Bislang hatte Stahl jedoch den entscheidenden Vorteil einer höheren Festigkeit. Da sie nicht so stabil sind, werden GfK-Speicher als drucklose Systeme ausgeführt, bei denen interne oder externer Wärmetauscher für den Energieein- und Energieaustrag eingesetzt werden. Das gilt auch für den von Ebitsch entwickelten Speicher, der ebenfalls von der VKA hergestellt wird. Beim neuen Druckspeicher aus GfK der Arbeitsgemeinschaft Druckspeicher ist das anders. Dieser ist druckbeständig für Betriebsdrücke bis drei Bar und hält dauerhaft Temperaturen bis zu 95 Grad stand, kurzzeitig sogar 97° C. Drucklose GfK-Speicher sind meist nur bis 85 Grad ausgelegt. "Das bedeutet, dass wir in den Druckspeicher eine deutlich höhere Energiemenge einlagern können als in drucklose GfK-Speicher", berichtet Professor Knauer. Ein Vorteil, der aus Sicht von Ebitsch zwar für Industrieanwendungen oder bei der Kombination mit anderen Wärmeerzeugern zum Tragen kommt, nicht jedoch, wenn es darum geht, solare Wärmeenergie zu speichern. "In den Zeiten, in denen wir hier die hohen Temperaturen brauchen könnten, also vom Herbst bis zum Frühjahr, schafft es die Solarthermieanlage gar nicht, den Speicher auf 95 Grad hochzuheizen. Im Sommer ist das zwar möglich, aber diese Energie geht trotz Dämmung des Speichers schnell verloren", argumentiert er. In seinem Speichersystem werde die Temperatur auf 85 Grad begrenzt, um die Lebensdauer zu verlängern.
Möglich wurde die höhere Temperatur- und Formbeständigkeit des GfK-Druckspeichers durch den Einsatz anderer Harze bei der GfK-Herstellung. "Glasfaserstränge werden mit diesen Harzen getränkt und dann in bestimmten Richtungen aufgewickelt", erläutert Heß. Der Prototyp des GfK-Druckspeichers fasst 2 m³. Er steht an der TU Ilmenau und wurde dort messtechnisch begleitet und geprüft. Ab dem Sommer soll eine serienmäßig gefertigte Druckspeicher-Familie mit 2 bis 15 m³ Fassungsvermögen am Markt verfügbar sein. Der Markteinführungspreis für den 6-m³-Speicher wird voraussichtlich bei 8.000 Euro liegen. "Wir zielen auf größere Anwendungen. Den Bereich der kleinen Speicher überlassen wir dem Stahl", erläutert Professor Knauer. Gleichzeitig werde das Produkt weiterentwickelt. Ziel sei ein Speicher mit einem zulässigen Betriebsdruck von 6 Bar. Zudem denke man darüber nach, alle Speicheranschlüsse nach oben zu legen. Derzeit sind die Flanschdeckel an Fuß- und Kopfteil zentrale Anschlusspunkte für alle Vor- und Rücklaufleitungen. Die Anschlüsse im unteren Bereich machen es jedoch schwierig, den GfK-Druckspeicher als Erdspeicher einzusetzen.
Von unserer Redakteurin Silke Thole