Modularer Energiespeicher nach dem Sorptionsprinzip mit hoher Energiedichte (MODESTORE)

Status

abgeschlossen

Kurzfassung

Für die Nutzung von Solarwärme zur Warmwasserbereitung und Raumheizung ist es nötig, die im Sommer zur Verfügung stehende Energie für die Wintermonate zu speichern. Ein Energiespeicher, der mit möglichst geringen Verlusten Energie für mehrere Monate speichern kann und dabei eine möglichst hohe Energiedichte aufweist, wäre ein wichtiger Schritt hin zu Solaranlagen, die ohne konventionelle Nachheizenergie wie etwa Gas oder Pellets auskommen. Ein solcher Speicher würde den Deckungsbeitrag von thermischen Solaranlagen zur Gesamtenergieversorgung deutlich verbessern.

Eine Option für einen solchen Energiespeicher ist die Sorptionsspeichertechnologie, bei der mithilfe von Sonnenenergie an ein hochporöses Medium (hier Silikagel) adsorbiertes Wasser desorbiert wird. Die beiden Komponenten können dann getrennt aufbewahrt werden und die Energie somit verlustfrei gespeichert werden. Um den Speicher wieder zu entladen, wird das Wasser auf niedrigem Temperaturniveau wieder verdampft, adsorbiert und dabei wird Wärme frei. Das System ist also im engeren Sinne eine thermisch angetriebene Wärmepumpe.

Aufbauend auf vorangegangen Projekten, in denen ein solcher Sorptionsspeicher mit der Materialpaarung Silikagel und Wasser entwickelt wurde, wurde das Konzept für den realen Einsatz in einem Einfamilienhaus hochskaliert und eine erste Pilotanlage errichtet.

In diesem Projekt konnte erstmals gezeigt werden, dass die Sorptionstechnologie auch unter realen Einsatzbedingungen technisch umsetzbar ist. Das Systemkonzept und die Regelstrategie haben sich als funktionsfähig und praxistauglich erwiesen.

Obwohl der Betrieb des Systems zufriedenstellend verlaufen ist und das Systemkonzept in dieser Form auch in weiteren Anlagen umgesetzt werden könnte, hat sich herausgestellt, dass mit der verwendeten Materialpaarung die Sorptionsspeicherung zwar technisch umsetzbar ist, aber dass der damit zu erzeugende Temperaturhub nur in einer schmalen Bandbreite von Wasserbeladungen des Silikagels auch technisch nutzbar ist. Wenn das Silikagel sehr trocken ist, erzeugt es einen brauchbaren Temperaturhub, ab einer Beladung von etwa 13% jedoch wird der Temperaturhub so klein, dass er in einer realen Anwendung mit Wärmetauschern, Rohrleitungen und Behältern, die alle verlustbehaftet sind, nicht mehr nutzbar ist. Dies bedeutet, dass die technisch nutzbare Energiedichte dieses Materials weit von der theoretischen und auch weit von der im Labor messbaren Energiedichte entfernt ist. Somit bräuchte man sehr große Mengen des Materials, was weder technisch noch wirtschaftlich sinnvoll ist.

Das Material wurde deshalb ausgewählt, weil es im Großmaßstab hergestellt und somit kostengünstig ist. Bislang gibt es noch kaum Forschungsinstitute, die Sorptionsmaterialien für den Einsatz als Wärmespeicher entwickeln. Meist ist der Fokus auf Wärmepumpen, Kältemaschinen oder Gastrennung und Trocknungsprozesse. Einzelne Projekte haben gezeigt, dass es chemisch und technisch machbar ist, Sorptionsmaterialien auch für den Einsatz als Wärmespeicher zu entwickeln. Bislang sind diese Materialien aber meist sehr teuer oder beispielsweise korrosiv.

Als nächster Schritt in Richtung einer monosolaren (100% solaren) Wärmeversorgung für die Raumheizung wäre eine intensivierte Forschungstätigkeit auf dem Gebiet der Sorptionsmaterialien. Beispielsweise können vorhandene Zeolithe, die im großen Maßstab unter anderem in der Waschmittelindustrie eingesetzt werden aber den Nachteil haben, dass sie sehr hohe Temperaturen für die Desorption brauchen, so modifiziert werden, dass die Desorptionstemperaturen gesenkt werden, aber gleichzeitig der Temperaturhub höher bleibt, als es bei einfachen Silikagelen der Fall ist.

ProjektleiterIn

Ing. Waldemar Wagner, AEE INTEC Arbeitsgemeinschaft Erneuerbare Energie

Auflistung der weiteren Projekt- bzw. KooperationspartnerInnen

Solution Solartechnik GmbH
Ing. Gerald Jungreithmayr
Hauptstraße 27, A-4642 Sattledt

Behältertechnik PINK Ges.m.b.H.
Ing. Werner Pink
Bahnhofstasse 22, A-8665 Langenwang

Kontaktadresse

AEE - Institut für Nachhaltige Technologien
Ing. Waldemar Wagner
A-8200 Gleisdorf, Feldgasse 19
Tel. + 43 (3112) 5886-28
Fax: +43 (3112) 5886-18
E-Mail: office@aee.at