Entwicklung eines neuartigen saisonalen solaren Sorptionsspeichers für Gebäude

Im Rahmen der Forschungsarbeiten für neuartige saisonale solare Sorptionsspeicher für Gebäude arbeiten AEE INTEC, GREENoneTEC Solarindustrie GmbH, das Institut für Wärmetechnik der TU Graz, Odörfer Haustechnik GmbH, das technische Büro Dr. Walter Somitsch sowie STM Schweißtechnik Meitz eU an der Entwicklung eines thermochemischen Speichersystems für Einfamilienhäuser. Das Ziel der Arbeiten liegt in der Komponenten- und Systementwicklung sowie der Optimierung des gesamten Systems.

Die Wärme der Solarkollektoren wird genutzt um das Sorptionsmaterial des Speichers zu trocknen. Der entstehende Wasserdampf fließt zum Kondensator und wird dort kondensiert. Das Wasser fließt zurück zum Wasserreservoir und wird getrennt gespeichert. Sobald Wärme benötigt wird, wird Wasser aus der Wasservorlage zum Wärmetauscher gepumpt, der in diesem Fall als Verdampfer arbeitet. Der Dampf strömt durch einen Dampfkanal zum Speicher und wird vom Material adsorbiert. Aufgrund der thermochemischen Reaktion wird Wärme frei, die an das Wärmeverteilsystem geliefert wird. Das System arbeitet in Vakuum, daher liegt die Verdampfungsenergie auf einem niedrigen Temperaturniveau (<20°C).

Das Materialpaar für den Sorptionsprozess ist Zeolith 13XBF und Wasser. Der Zeolith zeigt eine hohe Adsorptionskapazität und besitzt daher auch eine hohe Energiedichte. Der Nachteil ist, dass das Material normalerweise hohe Desorptionstemperaturen über 200°C benötigt um effizient zu regenerieren. Diese hohen Temperaturen können durch einen sogenannten „charge-boost-mode“ vermieden werden. Ein weiteres Ziel der Entwicklung ist es daher hohe Energiedichten mit niedrigen Desorptionstemperaturen durch Wiederholung des charge-boost-modes zu erreichen, da die Verringerung der Desorptionstemperatur ein wesentlicher Faktor zur Kostensenkung ist.

Das Ziel von saisonalen Speichern für Gebäude ist es, mit der im Sommer im Überschuss vorhandenen Wärme den Mangel an Wärme im Winter zu decken. Mit nahezu verlustfreier saisonaler Speicherung kann der Anteil von Solarenergie für Raumwärme und Warmwasser auf bis zu 100% gesteigert werden. Der große Vorteil von Sorptionsspeichern im Vergleich zu konventionellen Wasserspeichern ist deren bis zu drei Mal höhere Energiedichte. Außerdem treten während der Zeit der Speicherung keine Verluste auf, während Wasserspeicher beträchtliche Verluste zur Umgebung aufweisen. Verglichen mit großen Wasserspeichern kann die Systemgröße (Kollektorgröße und Speichervolumen) zur Erzielung der gleichen oder sogar verbesserten thermischen Performance beträchtlich reduziert werden.