Neue thermische „Batterie“ als intelligentere Möglichkeit der Solarwärmespeicherung
EuteQ stellt sich einer der größten Herausforderungen im Zusammenhang mit der Wärmeerzeugung aus erneuerbaren Energiequellen in Europa: der effizienten Speicherung von Solarwärme mit hoher Dichte, damit Haushalte einen größeren Teil ihres eigenen Wärmebedarfs mit Strom aus Photovoltaik decken können.
Philipp Roos, Leiter für Systemtechnik bei Cowa Thermal Solutions
Im Zuge eines europäischen Forschungsprojekts mit dem Titel EuteQ werden neue Wege erkundet, um Haushalte dabei zu unterstützen, Solarwärme effizienter zu speichern und zu nutzen. Dazu werden kompakte, hochdichte „Wärmebatterien“ entwickelt, die das Heizen mit erneuerbaren Energien flexibler und praktischer gestalten. Mit Unterstützung der EU im Rahmen von Horizont Europa(öffnet in neuem Fenster), Innosuisse(öffnet in neuem Fenster) und DLR(öffnet in neuem Fenster) gelang es dem Projekt, die Entwicklung KMU-geführter sauberer Energietechnologien zu beschleunigen. „EuteQ stellt sich einer der größten Herausforderungen im Zusammenhang mit der Wärmeerzeugung aus erneuerbaren Energiequellen in Europa: der effizienten Speicherung von Solarwärme mit hoher Dichte, damit Haushalte einen größeren Teil ihres eigenen Wärmebedarfs mit Strom aus Photovoltaik (PV) oder anderen intermittierenden erneuerbaren Energiequellen decken können“, erklärt Philipp Roos, Leiter für Systemtechnik bei Cowa Thermal Solutions, einem Schweizer Unternehmen für umweltschonende Technologie mit Sitz in Luzern.
Spezialsalze zur Speicherung mit hoher Dichte
In den üblichen Wasserbehältern wird Wärme gespeichert, indem einfach Wasser erwärmt wird. Sie sind sperrig und unflexibel. Die Lösung von EuteQ beinhaltet die Verwendung von Phasenwechselmaterialien(öffnet in neuem Fenster), speziellen Salzen, die beim Schmelzen und Erstarren Wärme aufnehmen und abgeben. Diese Phasenwechselmaterialien können bis zu dreimal mehr Energie speichern als ein herkömmlicher Behälter derselben Größe. „Die neu entwickelte Cowa COMPACT Cell steigert die Systemleistung noch weiter, mit optimierter Wärmeübertragung für maximale Leistungsdichte, geeignet für die Warmwasserspeicherung in Haushalten“, berichtet Roos. In der Praxis ersetzen diese kompakten Zellen genormte Wassertanks, wobei ein äußerst kompaktes Speichersystem gebildet wird, in dem das Wasser bei Bedarf erwärmt wird, indem es durch einen in das Phasenwechselmaterial eingebetteten Wärmetauscher fließt. Das Wasser transportiert die Wärme, während das Phasenwechselmaterial eine hohe Speicherkapazität bei streng geregelten Temperaturen zu bieten hat: 48°C und 58°C stehen gegenwärtig zur Warmwasserbereitung und Raumheizung zur Verfügung. Am Pilotstandort in Norddeutschland ist ein Wohngebäude mit Phasenwechselmaterial-verstärkten Tanks ausgestattet, während in einem Nachbargebäude ein Standardspeicher genutzt wird. Das Ergebnis? Ein praktischer Vergleich, der zeigt, wie viel effizienter und flexibler Heizen mit erneuerbaren Energien funktionieren kann. „Zusammen bilden diese Komponenten ein hybrides Sensitiv-Latentspeicherkonzept, das sowohl für die Raumheizung als auch für die Temperaturzonen des Warmwassers für den häuslichen Gebrauch geeignet ist“, sagt Roos.
Flexiblen Sonnenenergieverbrauch fördern
Ein herausragendes Merkmal stellt die Synergie des Systems mit Aufdach-Solarpaneelen dar. Scheint die Sonne, laden photovoltaisch betriebene Wärmepumpen die Phasenwechselmaterial-Tanks auf, womit Energie für die spätere Nutzung gespeichert und die Abhängigkeit vom Stromnetz reduziert wird. Erste Simulationen zeigen, dass dieser Ansatz den Sonnenenergieverbrauch erhöht und das Heizen vorhersehbarer gestaltet, selbst wenn Sonnenlicht knapp ist. Die Errungenschaften im Rahmen von EuteQ unterstreichen den Wert der europäischen Zusammenarbeit. Das Projekt bringt Partner aus der Schweiz und Deutschland zusammen, darunter Cowa Thermal Solutions, ZAE Bayern, HSLU und Varmeco. „Die Partnerschaft profitiert stark von der grenzüberschreitenden Zusammenarbeit zwischen Industrie und Forschung, den koordinierten Arbeitspaketen und der gemeinsamen Dateninfrastruktur, womit eine schnelle Iteration zwischen Modellierung, Materialien, Produktdesign und Validierung möglich wird“, erklärt Roos. Die potenziellen Auswirkungen sind erheblich. Mit einer weitreichenden Einführung könnten die Tankgrößen verringert, die saisonale Energieflexibilität verbessert, die Kosten gesenkt und die europäischen Haushalte dabei unterstützt werden, stärker auf erneuerbare Energien zu vertrauen. „Eine starke Koordinierung zwischen Industrie und Forschung beschleunigt die Reifung der Technologie“, fügt Roos hinzu und weist darauf hin, dass bereits Gespräche geführt werden, um mit Phasenwechselmaterialien verstärkte Speichersysteme auf den Markt zu bringen. Dank EuteQ ist die Vision einer kompakten, effizienten und solarbetriebenen Hausheizung kein fernes Ziel mehr. Es handelt sich um eine praktische, skalierbare Technologie, die erneuerbares Heizen zur Norm und nicht länger zur Ausnahme werden lassen könnte. Aufbauend auf den Projektergebnissen konzentrieren sich die nächsten Schritte des EuteQ-Teams auf die weitere Systemoptimierung, die großmaßstäbliche Demonstration und die Markteinführung durch Industriepartner. Aufgrund des großen Potenzials für die Integration in bereits vorhandene Heizungssysteme in Privathaushalten könnte die Phasenwechselmaterial-gestützte Wärmespeicherung europaweit zur kommerziell attraktiven Lösung für Haushalte werden, die kompakt, flexibel und mit erneuerbaren Energien heizen möchten. Das Konsortium besteht aus Cowa Thermal Solutions, der Hochschule Luzern, dem Bayerischen Zentrum für Angewandte Energieforschung und Varmeco und wird von Horizont Europa, der Schweizerischen Agentur für Innovationsförderung (Innosuisse) und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) kofinanziert.