Kühlschränke, wie intelligent

Kühlschränke als Latentwärmespeicher nutzen. Die wenigsten Menschen wissen, was ein Latentwärmespeicher ist. Was hingegen ein Kühlschrank ist, das weiß sicher jeder. Wir erklären a) was ein Latentwärmespeicher ist und b) wie man Kühlschränke in Zukunft auch als Latentwärmespeicher nutzen kann.


Kühlschränke stabilisieren das Stromnetz

Kühlschränke, die genau dann Strom verbrauchen, wenn Wind und Sonne elektrische Energie im Übermaß bereitstellen und während Flauten ihre Kühltemperatur ohne Energiezufuhr halten, würden das Netz erheblich entlasten. Wissenschaftler des ZAE Bayern untersuchen, gemeinsam mit Industriepartnern, Kosten und Nutzen einer solchen Lastverschiebung. Dazu erhöhen sie die thermische Trägheit eines effizienten Standard-Kühlschranks durch den Einbau von Latentwärmespeichern. Das Versuchsgerät kann dadurch längere Stillstands-Zeiten überbrücken.

Kühlschrank als Latentwärmespeicher Energy Mag
Kühlschränke sind üblicherweise weiss. Neuerdings und aus modischen Gründen gibt es sie aber auch in blau, rose, rot oder grün. In Zukunft soll es sie sogar als Latentwärmespeicher geben.

Latentwärmespeicher. Was ist das?

Doch zunächst einmal: Was ist überhaupt ein Latentwärmespeicher? Ein Latentwärmespeicher (vom lateinischen latere ‚verborgen sein‘; deshalb auch die Bezeichnung latente Wärme) ist eine Einrichtung, die thermische Energie verborgen, verlustarm, mit vielen Wiederholzyklen und über lange Zeit speichern kann.

Man nutzt dazu sogenannte Phasenwechselmaterialien (englisch phase change materials, PCM), deren latente Schmelzwärme, Lösungswärme oder Absorptionswärme wesentlich größer ist als die Wärme, die sie aufgrund ihrer normalen spezifischen Wärmekapazität (ohne den Phasenumwandlungseffekt) speichern können.

Beispiele sind Wärmekissen, Kühlakkus oder mit Paraffin gefüllte Speicherelemente in den Tanks von solarthermischen Anlagen.

(Quelle: Wikipedia)

40 Millionen Kühlschränke können Energie speichern

Nahezu jeder Haushalt besitzt heute einen Kühlschrank – deren Zahl summiert sich in Deutschland auf etwa 40 Millionen. Würde auch nur ein Bruchteil davon genutzt, um Lasten im Stromnetz zu verschieben, stünde eine Vielzahl an Geräten als indirekte Stromspeicher bereit. Jedoch ist die Kältespeicherfähigkeit konventioneller Kühlschränke begrenzt. Viele Lebensmittel vertragen weder zu hohe noch zu niedrige Temperaturen. Zudem arbeitet die Kältemaschine bei tiefen Lagertemperaturen weniger effizient. An dieser Stelle kommen Latentwärmespeicher ins Spiel. Sie speichern große Energiemengen ohne wesentliche Temperaturänderung. Dadurch sind sie ideale Speicher für Kühlgeräte.

Damit neue Kühlgeräte mit hoher Speicherfähigkeit vom Kunden akzeptiert werden, dürfen sie in ihrer Funktion und im Fassungsvermögen nicht eingeschränkt sein. Vielmehr muss ein Anreiz geschaffen werden, damit die durch die zusätzlich integrierte Technologie teureren Geräte gekauft werden.

Im Projekt DiTES4Grid loten die Wissenschaftler des ZAE Bayern gemeinsam mit den Projektpartnern Bayernwerk AG und BSH Hausgeräte GmbH die technischen und wirtschaftlichen Möglichkeiten aus.

Kühlschrank als Latentwärmespeicher Energy Mag
Handelsübliche Kühlschränke erhalten für die Untersuchungen zusätzliche Speicherkapazität durch Latentwärmespeicher an der Geräterückseite.

Kühlschrank als Latentwärmespeicher Energy Mag
Die modifizierten Kühlschränke werden im Labor mit unterschiedlichen Latentwärme-Speichermaterialien getestet. © Bayerisches Zentrum für angewandte Energieforschung e.V. – ZAE Bayern

Für ihre Versuche modifizieren die Wissenschaftler einen konventionellen No-Frost Kühlschrank der aktuell höchsten Energieeffizienzklasse (A+++). Insbesondere integrieren sie einen Aufnahmebehälter für das Speichermaterial. Darin testen sie verschiedene eutektische Salzlösungen. Die Ladeleistung und damit die verschiebbare Last beträgt 120 W. Die Versuche zeigen, dass der Kühlschrank einen Zeitraum von sieben bis neun Stunden ohne Kühlbetrieb überbrücken kann. Während dieser Zeit wird lediglich eine geringe Leistung für den Ventilator, die Entladeeinrichtung und die Gerätesteuerung benötigt.

Die Kosten für die zusätzlich integrierte Technologie können unter denen von Batteriespeichern liegen, jedoch muss hierzu noch der Betrieb optimiert werden.

„Haushalts-Kühlgeräte stellen eine vielversprechende Option zur Lastverschiebung im Stromnetz dar. Das theoretische Potenzial für Deutschland beträgt bis zu 2 GW, wenn jeder zweite Kühlschrank in das Demand Side Management integriert ist.“, sagt Andreas Krönauer, der das Forschungsprojekt leitet „Mit einem flexiblen, marktorientierten Strompreis für Endkunden könnte ein solcher Kühlschrank auch für die privaten Nutzer interessant werden.“
Forschungsbedarf besteht jedoch noch. Es muss an der Stabilität der verwendeten eutektischen Salzlösungen gearbeitet und der Ladebetrieb effizienter gestaltet werden.

Das könnte Sie auch interessieren:

Kommentar verfassen

%d Bloggern gefällt das: