DSTTP: Aktuelles

03.05.2017 SOLARTHERMIE BEWEIST GROSSEN BEITRAG ZUR ENERGIEWENDE

Berlin, den 3. Mai 2017 ‚Äď Die Deutsche Solarthermie-Technologie Plattform (DSTTP) hat im Rahmen der...

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04.04.2017 Erfolgreiche Solarwärmekonzepte bei den Berliner Energietagen 2017

Unter der √úberschrift ‚ÄěSolare W√§rmewende: L√∂sungen f√ľr Geb√§ude, Quartiere und Industrie‚Äú gestaltet...

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Forschungsbedarf Kleinspeicher

Da W√§rmespeicher ein zentraler Baustein zur deutlichen Erh√∂hung des Anteils erneuerbarer Energien in der W√§rmeversorgung sind, m√ľssen Forschung und Entwicklung deutlich verst√§rkt werden. Insbesondere sind folgende Forschungs- und Entwicklungsaufgaben notwendig.

Forschungsbedarf Wasserspeicher

Speicher mit dem Medium Wasser sind bew√§hrt, universell einsetzbar und relativ preiswert. Sie werden auch k√ľnftig eine gro√üe Bedeutung haben, ihre Optimierung bleibt deshalb ein Schwerpunkt f√ľr Forschung-und Entwicklung. Technologien zur Reduzierung der W√§rmeverluste von Speichern kommen allen Speichertypen zugute, am meisten aber den Wasserspeichern, bei denen sie auch zuerst eingesetzt werden. Sie werden deshalb in diesem Kapitel mit behandelt. Die spezifischen Anforderungen von Speichern in solarthermischen Anlagen, wie z. B. lange Bevorratungszeiten und Anschl√ľsse f√ľr mehrere W√§rmequellen und -verbraucher, machen es notwendig, die W√§rmeverluste sowohl √ľber die Speicheroberfl√§che als auch √ľber die hydraulischen Anschl√ľsse stark zu reduzieren. Des Weiteren ist der Aufwand an Hilfsenergie zur Beladung zu beachten und die Fehleranf√§lligkeit der Installation zu reduzieren. Dar√ľber hinaus ist eine m√∂glichst ausgepr√§gte thermische Schichtung im Speicher sicherzustellen. Hierzu ist prim√§r die Entwicklung von Schichtbe- und Entladeeinrichtungen erforderlich. Die bei der direkten Beladung auftretenden Verwirbelungs- und Vermischungsvorg√§nge m√ľssen vollst√§ndig verstanden und mittels numerischer Simulationsrechnungen mit CFD-Werkzeugen (CFD: Computational Fluid Dynamics) beschrieben werden k√∂nnen. Dies ist auch die Basis f√ľr eine Verbesserung der Ausf√ľhrung der hydraulischen Anschl√ľsse.

Auch die Nutzung von massiven Wänden und Decken als Wärmespeicher ist
eine vielversprechende Option f√ľr SolarAktivh√§user mit einem hohen
Solarwärmeanteil.

Das Erdreich als Speichermedium

Das Erdreich eignet sich vor allem zur Speicherung von gro√üen W√§rmemengenauf relativ niedrigem Temperaturniveau, da dessen W√§rmed√§mmwirkung relativ gering, das Speichervolumen allerdings sehr gro√ü ist, so dass bereits bei relativ geringen Temperaturdifferenzen relativ gro√üe W√§rmemengen gespeichert werden k√∂nnen. Im Erdreich vergrabene Warmwasserspeicher werden in Kapitel 3.3 behandelt. Deshalb bietet sich die Nutzung des Erdreichs insbesondere als Energiequelle f√ľr Sorptionssysteme und W√§rmepumpen in Kombination mit Solarw√§rmeanlagen an, die die Ausk√ľhlung der B√∂den verhindern und die Anzahl bzw. L√§nge der Erdsonden reduzieren k√∂nnen. Gleichzeitig k√∂nnen durch den Einsatz derartiger Speicher die Stagnationszeiten der Solarkollektoren deutlich verringert werden.

Phasenwechselmaterialien (PCM) zur Wärmespeicherung

PCM-Speicher eignen sich f√ľr spezielle Aufgaben der W√§rmespeicherung. Das PCM-Speichermedium nutzt bei einer bestimmten Temperatur die aufgenommene W√§rme f√ľr den Phasenwechsel (z. B. von fest nach fl√ľssig) und kann beim Phasenwechsel in die andere Richtung (z. B. von fl√ľssig nach fest) die W√§rme wieder abgeben, ohne die Temperatur zu ver√§ndern. Dies erm√∂glicht eine h√∂here Speicherdichte und reduziert die W√§rmeverluste, da die gleiche W√§rmemenge bei niedrigeren Temperaturen gespeichert werden kann als das z. B. in einem Wasserspeicher der Fall ist. PCM-Speicher lassen sich kompakt bauen und k√∂nnen gezielt auf einen Temperaturbereich angepasst werden. Die technologische Herausforderung liegt darin, die f√ľr eine Anwendung besten Stoffpaare zu finden und die Be- und Entladung schnell und √ľber eine hohe Zyklenzahl und lange Lebensdauer hinweg zuverl√§ssig zu gestalten.

Thermo-chemische und thermo-physikalische Wärmespeicher

Das größte Potential im Hinblick auf eine Erhöhung der Speicherdichte und die Verringerung thermischer Verluste weisen thermo-chemische und thermo-physikalische Wärmespeicher auf. Deren Erforschung steht jedoch noch am Anfang, weshalb grundlegende Untersuchungen zur Identifizierung von geeigneten Reaktionen erforderlich sind, bevor die Produktentwicklung vorangetrieben werden kann.

Forschungsbedarf Großspeichersysteme

Die F&E-Arbeiten umfassen Grundlagenforschung, System- und Technologieentwicklung und Anwendungsoptimierung. Die Technologieentwicklung f√ľr saisonale W√§rmespeicherung erfordert aufgrund der Komplexit√§t der Speicherintegration in ein System etwa 6 bis 8 Jahre Entwicklungs- und Realisierungsdauer pro Speichergeneration. Die verschiedenen F&E-Bereiche m√ľssen deshalb parallel entwickelt werden. Ziel ist es, eine Effizienzerh√∂hung bei sinkenden Investitionskosten der solar unterst√ľtzten Nahw√§rmesysteme mit saisonalem W√§rmespeicher zu erreichen, um die Wirtschaftlichkeit der genutzten Solarw√§rme Schritt f√ľr Schritt zu verbessern. Die Technologien zur saisonalen W√§rmespeicherung sollen ca. ab 2020 standardm√§√üig eingesetzt werden k√∂nnen.

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