Evaluierung von solarthermischen Energiespeichern anhand eines einheitlichen und marktfähigen Kennzahlensystems

Status

laufend

Kurzfassung

Thermische Energiespeicher stellen eine der wichtigsten Komponenten einer solarthermischen Anlage zur Deckung des Warmwasser- und Heizungsbedarfes dar. Die erfolgreiche Realisierung von Passivhaus- und Niedrigenergiehauskonzepten ist stark an die effiziente Nutzung von Solarenergie gekoppelt, wobei dem Energiespeicher eine entscheidende Rolle zukommt. Daher ist die Effizienzsteigerung thermischer Energiespeicher derzeit Gegenstand höchst aktueller Forschung, und hat das Ziel, durch Weiterentwicklung der Speichermaterialien und Speichertechnologie den monovalenten Betrieb einer Solaranlage zu ermöglichen. Verbesserungen der thermischen Schichtung innerhalb von Wasserspeichern, der Einsatz von Latentspeichermaterialien und die Entwicklung von Sorptionsspeichern helfen dieses Ziel zu erreichen.

Die Evaluierung der Konstruktion und des Betriebsverhaltens solcher Speicher ist ein wesentliches Kriterium, um unterschiedliche Speichertechnologien miteinander zu vergleichen und zu bewerten. Dazu ist jedoch ein einheitliches und überschaubares System von Kennzahlen notwendig, das vor allem beim Markt breite Akzeptanz findet. Es gibt zwar für den Speicherbereich eine Reihe von Vorschlägen für geometrisch-konstruktive, strömungstechnische und energetische Kennzahlen, samt den zugehörigen Mess- und Prüfvorschriften, jedoch hat sich auf Grund der Unüberschaubarkeit noch kein einheitliches System durchsetzen können. Insbesondere ist auch kein Vergleich von unterschiedlichen Speichertechnologien, wie Wasserschichtenspeicher, Latentspeicher und Sorptionsspeicher möglich. So eine Vergleichsmöglichkeit ist aber dringend notwendig, um einerseits Fortschritte in der Forschung und Technologieentwicklung zu bemessen und andererseits wichtige Impulse für den Markt im Speicherbereich zu setzen.

Ziel des Projektes ist es daher, ein einheitliches System von Kennzahlen für thermische Energiespeicher zu entwickeln und dieses System durch Messungen an unterschiedlichen Speichertechnologien zu validieren. Die wichtigsten Anforderungen an dieses Kennzahlensystem umfassen: die Anwendbarkeit für alle derzeitigen Speichertechnologien (Wasserspeicher, Latentspeicher, Sorptionsspeicher); einfache, durch Input- Outputmessungen zu bestimmende Kennzahlen; direkte Vergleichs- und Bewertungsmöglichkeit der Speicher; Überschaubarkeit und Transparenz. Durch diese Anforderungen wird gewährleistet, dass das neue Kennzahlensystem eine breite Marktakzeptanz findet, und nicht nur von akademischem Interesse ist.

Aufbauend auf bisherigen Erkenntnissen wird ein neues Kennzahlensystem, bestehend aus bereits vorhandenen und aus neu zu definierenden Kennzahlen, definiert. Die neuen Kennzahlen sollen primär das Input/Outputverhalten auf Basis exergetischer Wirkungsgrade beschreiben und damit den Nutzen des Speichers für den Verbraucher charakterisieren, ohne dabei auf die konstruktiven Speicherdetails einzugehen. Dazu wird der Speicher als dynamisches System betrachtet, das anhand einiger Kennzahlen parametrisiert und identifiziert wird. Das auf diese Weise erarbeitete, neue Kennzahlensystem wird zunächst anhand von TRNSYS Simulationen für unterschiedliche Speichertypen erprobt und adaptiert. Anschließend werden die Messungen am Speicherprüfstand für drei unterschiedliche Speichertypen durchgeführt. Gegebenfalls werden auf Grund der Erfahrungen bei den Messungen Verbesserungen am Kennzahlensystem vorgenommen. Schließlich wird eine Richtlinie, die das neue Kennzahlensystem und die entsprechende Messvorschrift beschreibt, erarbeitet.

Diese Richtlinie dient als Basis sich aus österreichischer Sicht in den europäischen Diskussionsprozess zur Normung der Speicherprüfung einzubringen, bzw. in diesem durch Einbringung der hier erarbeiteten Methode neue Impulse einzubringen. Dies wird in enger Abstimmung mit dem nationalen Normungsgremium (FNA 173) erfolgen. Weiters ist auch eine enge Kooperation mit anerkannten europäischen Institutionen auf dem Speichersektor vorgesehen.

Als Ergebnis wird ein marktfähiges, überschaubares und einheitliches System von Kennzahlen zur Charakterisierung und Evaluierung unterschiedlicher thermischer Energiespeicher vorliegen. Das neue System zeichnet sich vor allem dadurch aus, dass die Kennzahlen durch zeitsparende und kostengünstige Messungen zu ermitteln sind, und erstmals ein Vergleich unterschiedlicher Speichertechnologien möglich wird. Außerdem werden erste demonstrative Messergebnisse für einen geschichteten Wasserspeicher, einen Latentwärmespeicher und einen Sorptionsspeicher und ein Vergleich dieser Speicher vorliegen. Die Verbreitung der Ergebnisse erfolgt über einschlägige Vorträge in nationalen und internationalen Tagungen, sowie national über den Verband Austria Solar und im europäischen Rahmen über die Europäische Solarindustrievereinigung ESTIF.

Projektleiter

Dieter Gottwald
arsenal research

Projekt- und Kooperationspartner

• Dagmar Jähnig
  AEE INTEC
  Feldgasse 19
  A-8200 Gleisdorf
  Tel.: +43 (0) 3112 5886-28
  E-Mail: d.jaehnig@aee.at
• Wolfgang Streicher
  ITW TU Graz
  Inffeldgasse 25/B
  A-8010 Graz
  Tel.: +43 (0) 316 873-7306
  E-Mail: w.streicher@tugraz.at
• Arnold Teufel
  Teufel & Schwarz GmbH
  Achenweg 3
  A-6353 Kitzbühel
  Tel.: +43 (0) 5358-3939
  E-mail: a.teufel@teufel-schwarz.com
• Arthur Sief
  Siko Energiesysteme Ges.m.b.H & Co KG
  Rotholzerweg 14
  A-6200 Jenbach
  Tel.: +43 (0) 5244-64466
  E-Mail: a.sief@siko.at
• Gerald Jungreithmayr
  Solution Solartechnik GmbH
  Hauptstraße 27
  A-4624 Sattledt
  Tel.: +43 (0) 7244-20280
  E-Mail: office@sol-ution.com
• Werner Pink
  Pink GmbH - Energie- und Speichertechnik
  Bahnhofstraße 22
  A-8665 Langenwang
  Tel.: +43 (0) 3854-36663
  E-Mail: w.pink@pink.co.at

Dieter Gottwald
arsenal research
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A-1210 Wien
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