Ein großer Sprung

Effizient und umweltschonend sollen Energiequellen sein. Eine Solaranlage erfüllt diese Anforderungen rundum, wenn eine intelligente Speicherlösung verbaut ist. Aktuelle Technologiesprünge beschleunigen den Fortschritt.

Die gute Nachricht: Es trifft 14.000-mal mehr Sonnenenergie auf die Erde als weltweit an Energie benötigt wird. Auf die Kraft der Sonne ist also Verlass. Die schlechte: Die Sonne lässt sich weder hoch- noch runterregeln. Vor allem hier auf der Nordhalbkugel produziert sie und mit ihr die Solaranlage dann Wärme, wenn man sie eigentlich garnicht zum Heizen braucht. Eine intelligente Speicherung der Wärme ist deshalb maßgeblich für die Wirtschaftlichkeit einer Solaranlage. Doch welcher Speicher ist der richtige? Und worauf muss ich beim Kauf achten? Es gibt, so scheint es, so viele Anbieter und so viele Speichertypen und Variationen, dass selbst Profis Mühe haben, den Überblick zu behalten. Wer also ist mit welchem Speicher am besten beraten? Hier ein kurzer Überblick:

Stahl oder Kunstoff?
Die meisten Speicher bestehen aus Baustahl, Edelstahl oder Kunststoff, wobei kunststoffbeschichteter Edelstahl die billigste Variante ist. Edelstahl ist leichter, korrosionsbeständiger, aber auch wesentlich teurer. Kunststoff ist korrosionsbeständig und kostengünstig, dafür aber weniger temperaturbeständig als Stahl. Bei allen Speicherarten sollte in jedem Fall auf eine kompakte Speichergeometrie geachtet werden. „Je größer die Oberfläche im Vergleich zum Volumen ist, desto größer ist der Wärmeverlust“, sagt Stefan Krauter, Professor und Lehrstuhlinhaber für Nachhaltige Energiekonzepte am Institut für Elektro- und Informationstechnik der Universität Paderborn und Mitglied des Vorstands des Berliner Photovoltaik-Instituts.

Grundsätzlich gilt allerdings auch: Je schlanker und höher, das Gefäß, desto besser die Wärmeschichtung, die wiederum die Effizienz der Anlage erhöht. „Zur Vermeidung von Verwirbelungen des einfließenden Kaltwassers sollte eine Prallplatte oder ähnliches eingebaut sein“, so Michael Schreiner, Ingenieur für Haustechnik in Thüringen. Auch sollte bei allen Speicherarten darauf geachtet werden, dass der Solarwärmetauscher an der tiefsten Stelle des Speichers angebracht ist, rät Schreiner. „Entscheidend ist immer die Abstimmung aller Anlagenteile aufeinander, also von Kollektorfeld, Pufferspeicher und der Systemeinbindung in eine bestehende Heizungsanlage“, gibt Clemens Mauz, Entwickler beim Speicherhersteller Mall AG, zu bedenken. Aus diesem Grund greifen viele Solarinstallateure auf komplette Solarsysteme eines Anbieters zurück. Nur Bastlern und ausgewiesenen Kennern empfehlen Experten, sich eine eigene Anlage zusammenzustellen.

Pufferspeicher

Wer seine Solaranlage zur Unterstützung der Heizung nutzt, kommt um einen Pufferspeicher nicht herum. Überschüssige Wärme speichert der Puffer und sorgt dafür, dass diese die Heizung nicht überhitzt, wie es bei üblichen Wasserspeichern geschehen kann. Außerdem hilft er, den täglich schwankenden Lichteinfall auszugleichen, sodass die Anlage einen höheren Wirkungsgrad erzielt. Wer neben der Solaranlage noch eine herkömmliche Heizung betreibt, etwa einen Öl- und Gaskessel, entscheidet sich in der Regel für einen sogenannten bivalenten Speicher, der mit ein oder zwei Wärmetauschern versehen ist. In diesen Speicher können sowohl die Solaranlage als auch eine alternative Heizung Wärme schicken. Die Heizung springt ein, wenn die Sonne nicht genug Kraft hat. Pufferspeicher können die Wärme für mehrere Tage speichern.

Wichtig: gute Dämmung
„So wichtig, wie bei den Kollektoren die optimale Ausrichtung zur Sonneneinstrahlung ist, so wichtig ist bei Pufferspeichern die gute Dämmung“, sagt Clemens Mauz von der Firma Mall. Herkömmliche Speicher sind mit Montageschaum auf Basis von Polyurethan gedämmt. Je dicker die Dämmung, desto weniger Wärme geht verloren. Neu als Dämmmaterial für Pufferspeicher ist das von der Firma Mall verwendete Blähglasgranulat aus recyceltem Glas. Der Hersteller aus Donaueschingen hat sich auf unterirdische Speicher, die im Gegensatz zu herkömmlichen Speichern außerhalb des Hauses platziert werden, spezialisiert. Die doppelwandigen Pufferspeicher aus Stahlbeton werden außerhalb des Gebäudes im Erdreich verbaut und über wärmegedämmte Rohrleitungen in die Gebäudetechnik eingebunden. So spart der Eigenheimbesitzer Platz im Keller.

Bei einem Pufferspeicher außerhalb des Hauses ist eine wirksame Wärmedämmung doppelt wichtig. Mall setzt dabei auf eine kompakte Speichergeometrie sowie auf eine dicke Dämmschicht aus Blähglasgranulat, das den oberen Hohlraum sowie die seitlichen Hohlräume zwischen Innen- und Außenbehälter dämmt. Auch wenn solche Produkte bislang nur eine Nische besetzen, gibt es doch die ersten zufriedenen Nutzer: Ergänzend zu der Gas-Brennwerttherme als Hauptheizquelle setzte die Familie Bierwirth aus Katlenburg nahe Göttingen beim Neubau ihres Hauses im Jahre 2006 auf die Kraft der Sonne und installierte eine Solaranlage mit Zehn Quadratmetern Kollektorfläche auf dem Hausdach, die sie 2009 auf 20 Quadratmeter verdoppelte. Da das Haus keinen Keller besitzt, entschied sich die Familie für einen druckhaltenden Pufferspeicher mit einem Volumen von 4.800 Litern, der im Garten unterirdisch eingebaut wurde.

Die gewonnene Wärmeenergie kann so über mehrere Tage fast verlustfrei vorgehalten werden. Martin Bierwirth ist zufrieden. „Es gab keinerlei Zwischenfälle.“ Der Speicher ließ sich sehr gut in die bestehende Heizungsanlage integrieren – ohne zusätzlichen Wärmetauscher. Der solare Deckungsgrad der Heizungsunterstützung liegt bei etwa 25 Prozent. So zahlt Bierwirth heute 20 Prozent weniger Heizkosten. Nach 15 Jahren sollen sich die Investitionskosten von 10.500 Euro für den Pufferspeicher amortisiert haben. Wer mithilfe der Sonnenkraft nicht nur heizt, sondern auch sein Trinkwasser erwärmt, greift in der Regel auf Kombispeicher zurück. Der Fachmann unterscheidet dabei drei Systeme.

Tank-in-Tank-Systeme
Bei Tank-in-Tank-Speichern ist oben in den großen Pufferspeicher ein kleinerer Speicher – meist aus Edelstahl – für das Trinkwasser eingeschweißt. Das Pufferspeicherwasser erwärmt dabei den Trinkwasserspeicher ohne zusätzlichen hydraulischen oder elektronischen Schaltungsaufwand. Der relativ kostengünstige Kombispeicher mit Trinkwasserblase war lange Zeit das meistverkaufte System, die Nachfrage aber sinkt, wohl auch, weil es bei längerer Nichtbenutzung des gespeicherten Wassers zu Legionellenbildung im Trinkwassertank kommen kann. Ein weiterer Nachteil: Aufgrund der hohen Temperaturen sind Kalkanlagerungen im Trinkwassertank möglich.

Frischwassersysteme
Speicher mit Frischwasserstation sind stark im Trend. In der Frischwasserstation wird das Trinkwasser immer erst dann erwärmt, wenn warmes Wasser an einer Zapfstelle angefordert wird – mithilfe eines der notwendigen Schüttleistung angepassten Plattenwärmetauschers. Auf der einen Seite des Plattenwärmetauschers fließt das zunächst kalte Trinkwasser hinein. Gleichzeitig wird die andere Seite des Plattenwärmetauschers mit heißem Wasser aus dem Pufferspeicher durchströmt. Da die beiden Wasserströme durch die im Plattenwärmetauscher verwendeten Edelstahl- bzw. Kupferplatten getrennt sind, wird das Trinkwasser wie in einem Durchlauferhitzer erwärmt, aber nicht verschmutzt. Durch das minimale Volumen des Trinkwassers im Wärmetauscher ist die Legionellengefahr sehr niedrig. Auch die Verkalkung ist deutlich geringer.

Schichtenladespeicher
Schichtenladespeicher sind meist als Weiterentwicklung der Kombispeicher ausgeführt. Als intelligente Speicher nutzen sie die natürliche Schichtung von warmem und kaltem Wasser optimal aus. Bei Wasser als Wärmespeicher neigt das warme Wasser zum Aufsteigen. Dabei entstehende Verwirbelungen aber bedeuten Energieverlust. Das Prinzip der Schichtladung ist eigens für die solare Erwärmung des Pufferspeichers entwickelt worden: spezielle Einbauten und Konstruktionen sorgen dafür, dass das solar erwärmte Wasser in der Ebene des Speichers eingeschichtet wird, die die gleiche Temperatur aufweist. Es findet keine Vermischung mit kühleren Schichten statt. Und genauso sollte es auch sein. „Bis zu fünf Prozent solaren Mehrertrag kann die Schichtladung bringen, wenn der Speicher gut isoliert und das System perfekt abgestimmt ist“, sagt  Ingenieur Schreiner.

Die richtige Größe hängt von verschiedenen Fragen ab, etwa welcher solare Deckungsgrad erreicht werden soll, wie gut das Haus isoliert ist und davon, ob der Eigenheimbesitzer eine Fußbodenheizung oder herkömmliche Heizkörper betreibt. Auch die Kollektorfläche muss jeweils auf die Speichergröße abgestimmt sein. Für kombinierte Heizungs- und Trinkwasser-Solaranlagen sind etwa zwei bis zweieinhalb mal so viel Kollektorflächen vorzusehen wie bei bloßer Trinkwassererwärmung. Anstelle eines Kombispeichers sind auch zwei getrennte Wassertanks möglich. Ein Solarpufferspeicher für das Trinkwasser und einer für die Heizung.

Allerdings benötigen zwei Systeme zur Speicherung mehr Platz und eine komplizierte Regelung zur Verteilung der Sonnenwärme. Nur wenn ein Kombispeicher nicht infrage kommt, etwa weil bereits ein Heizungspufferspeicher existiert, der noch gut funktioniert, oder wenn die Raumhöhe keinen ausreichend großen Kombispeicher zulässt, ist ein zusätzlicher Solarpufferspeicher möglicherweise günstiger. Relativ neu ist die Speicherung latenter Wärme. Diese verborgene Wärme ist die Bindungsenergie eines Stoffes (innere Energie). Sie wird beim Wechsel eines Stoffes in einen anderen Aggregatzustand nutzbar. Paraffine oder Salzhydrate, sogenannte Phase Change Materials, ersetzen hierbei das Wasser als Speichermedium.

Bei Wärmezufuhr schmilzt das Paraffin und speichert so Temperaturen von bis zu 85 °C. Wird kaltes Wasser durch die Rohre geleitet, festigt sich das Paraffin wieder. Allerdings nicht kontinuierlich, sondern erst ab einer bestimmten Temperatur. Daher kühlt das Paraffin langsamer aus als Wasser. Bislang besetzen diese neuen Speicher jedoch nur eine Nische. Ihre Vorteile – dreimal geringerer Platzbedarf, zwei- bis viermal mehr Speicherkapazität und vielfach länger gespeicherte Wärme – werden durch die Nachteile – höhere Kosten und teils fragliche Wirtschaftlichkeit – derzeit noch aufgewogen. Neu ist allerdings die Idee, Phase Change Materials flächig in Wände und Decken zu integrieren, sodass sich das Haus der Zukunft quasi selbst heizt.

Möglich könnte dies durch Gipsplatten werden, die mit winzigen Wachskügelchen gefüllt sind. Finanziell lohnt sich das bisher vor allem bei Bürogebäuden, weil eine stromfressende Klimaanlage überflüssig wird. Die von Ende Mai bis Mitte September reichlich vorhandene Sonnenwärme in den Winter retten zu wollen, das versuchte man als Eigenheimbesitzer bis vor kurzem vergeblich. Diese sogenannten saisonalen Speicher ab 1.000 Kubikmeter Fassungsvermögen waren bislang vor allem für Großverbraucher interessant. Infrage kamen dabei insbesondere Abnehmer wie Krankenhäuser oder Siedlungen.

Hochsaison für Speicher
Saisonspeicher gibte es inzwischen aber auch für den Hausgebrauch. Eine Speichergröße von 30 bis 50 Kubikmeter halten Experten hier für sinnvoll. Das Haus wird dann mehr oder weniger um den Speicher herumgebaut. Bei einem Niedrigenergiehaus kann der Kollektorertrag des Sommers die Raumheizung im Winter fast vollständig abdecken.
Der Vorteil eines Saisonspeichers ist, dass er keinerlei Heizkosten verursacht. Der Nachteil: Ein so großer Speicher ist derzeit noch relativ teuer und nimmt viel Platz weg. Er sollte von vornherein in den Neubau eingeplant werden, nachrüsten lässt er sich nicht.

Strom speichern
Auch für Solarstromerzeuger werden Speichermöglichkeiten seit der Kürzung der Einspeisevergütung immer interessanter. Hausbesitzer konnten die Folgen der Kürzungen von Fördermitteln in der jüngsten Vergangenheit deutlich lindern, indem sie mehr selbst erzeugten Strom verbrauchten. Nötig sind dazu Akkus für das Eigenheim, wie sie erste Unternehmen, wie Solarworld und Conergy anbieten. Ein Stromzähler misst beim Solarworld-System Sunpac den Energiefluss zwischen Netz und Haushalt. Wird mehr Strom erzeugt als verbraucht, lädt das System die Batterie auf. Liegt der Verbrauch höher, speist die Batterie zusätzliche Energie ins Hausnetz. Rechneten sich solche Systeme bis zur Kürzung der Einspeisevergütung kaum, kamen sie laut Professor Krauter zuletzt in die Nähe der Wirtschaftlichkeit. „Bei guter Pflege können diese stationären Batterien bis zu einem Jahrzehnt halten“, so Krauter. Nötig sei eine Kontrolle des Elektolytstandes und die Sicherstellung einer stets verbleibenden Ladung von 30 bis 50 Prozent der Vollladung in der Batterie sowie die Vermeidung hoher Temperaturen.

Diesen Artikel verfasste Annekatrin Looss für das greenhome Magazin

Das könnte Ihnen auch gefallen...

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.