Vakuumspeicher erhöht solaren Deckungsgrad

Ein wichtiges Ziel der Anbieter von Solarthermieanlagen ist es, höhere solare Deckungsgrade zu erzielen. Dabei kommt der Speichertechnik eine Schlüsselrolle zu. Neben Speicherkonzepten, die auf neue Werkstoffe wie Phasen-Wechsel-Materialien oder auf die thermochemische Wärmespeicherung setzen, wird auch an der Weiterentwicklung der herkömmlichen Wasserspeicher gearbeitet. Ein vielversprechender Ansatz ist dabei die Verbesserung der Wärmedämmung mit Hilfe der Vakuumisolation.

Solarer Deckungsgrad von 70%

Die Methode ist neu, sie kommt aus der Tieftemperaturtechnik. Und alt zugleich, denn das Prinzip kennen wir von Thermoskannen.

Thermoskannen oder besser Vakuumgefäße wurden vom Chemiker James Dewar bereits 1874 in kalorimetischen Versuchen benutzt. Diese mittlerweile als Dewargefäß bezeichneten Behältnisse waren noch aus Metall hergestellt. Erst später wurden sie aus ineinanderliegenden Glaskolben gefertigt. Entsprechende Lager- und Transportgefäße stellte er 1893 vor.

Fast 120 Jahre später, im Mai 2011, hat der erste Vakuum-Pufferspeicher den Betrieb aufgenommen. Angepeilt ist bei dem Pilotprojekt ein solarer Deckungsgrad von 70 Prozent.

Wärmeverlust von 0,2 Grad pro Tag

Der erste Vakuumisolationsspeicher im Praxiseinsatz hat ein Volumen von 11.000 Litern. 55 Quadratmeter Flachkollektoren auf dem Dach des Gebäudes ernten die Solarwärme, die dort eingetragen wird.

Ein Großteil der Wärmeenergie wird lange erhalten bleiben, denn der Speicher kühlt sich pro Tag gerade mal um 0,2 Grad Kelvin ab. Dieser Wert wurde am 15.000 Liter fassenden Prototypen gemessen, bei größeren Modellen dürfte er eher noch kleiner ausfallen.

Die Vakuumisolationstechnik für Tanks ist nicht neu. Sie hat sich seit vielen Jahren in der Tieftemperaturtechnik bewährt, etwa bei Flüssiggastanks, in denen mehrere hundert Grad minus herrschen.

Der Speicher funktioniert im Prinzip wie eine Thermoskanne. Allerdings wird der Zwischenraum zwischen den zwei ineinandergeschachtelten Stahlzylindern des Speichers zunächst mit einem mikroporöses Perlit-Pulver gefüllt und erst dann evakuiert.

Die Wärmeleitfähigkeit der Behälterwand sinkt durch dieses Vakuumsuperisolation genannte Verfahren auf 0,005 W/mK und erreicht damit Dämmwerte, die bis zu zehn mal besser sind als bei herkömmlicher Isolation: Die Auskühlzeit, die heute bei wenigen Tagen liegt, steigt auf mehrere Wochen und Monate.


Nur 0,2 Grad Wärmeverlust pro Tag. Der Vakuumspeicher „Oskar VAS“ von Ratiotherm im Schnitt-Modell auf der Intersolar 2012.

Die besondere Herausforderung bei der Übertragung der Superisolationstechnik von der Tieftemperaturtechnik auf die Speicherung von Solarwärme lag darin, die Ausdehnung des Stahls bei hohen Temperaturen zu beherrschen. Denn bei einer möglichen Temperaturdifferenz zwischen innen und außen von 100 Grad dehnt sich der innere Stahlbehälter bis zu fünf Zentimeter aus.

Bis zu 65% Energieeinsparung möglich

Bei der Entwicklung des Vakkumspeichers mitgearbeitet hat das Forschungsinstitut für erneuerbare Energien ZAE Bayern. Dieses hat im Rahmen einer Vorstudie auch Simulationsrechnungen durchgeführt.

Danach lassen sich in einem neu gebauten Einfamilienhaus mit 200 Quadratmetern Wohnfläche, 50 Quadratmetern Flachkollektoren sowie einem 5.000-Liter-Vakuumspeicher 65 Prozent der Energie für Heizung- und Warmwasser einsparen. Bei einem Altbau beträgt die Energieeinsparung 35 Prozent.

Die Preise der Vakuumspeicher liegen je nach Größe mehr oder weniger über denen herkömmlicher Speicher. Ein 11.000-Liter-Speicher ist etwa 30 bis 40 Prozent teurer, er kostet laut Preisliste rund 22.000 Euro plus Mehrwertsteuer.

Aber ab 20 Kubikmetern sind die Kosten für die Vakuumtechnologie nicht mehr weit von denen für herkömmlich gedämmte Tanks entfernt. Und da mit dem größeren Volumen ein beträchtlicher Teil der Kollektorfläche eingespart wird, können sich unter Umständen sogar die Gesamtkosten von Solarthermieanlagen reduzieren.

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