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Modulares Speichersystem für solarthermische Kombianlagen Akronym ModSto

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Beschreibung

Neue, leistungsfähige Energiespeicher sind eine Schlüsseltechnologie um die Energiewende von der fossil-atomaren Energieversorgung hin zu einer auf der Nutzung erneuerbarer Energieträger basierenden Gesellschaft zu ermöglichen. Eine besondere Bedeutung kommt hier thermischen Speichern zu. Zum einen, um Solarwärme in weit größerem Maße als bisher nutzen zu können, zum anderen um andere Technologien wie z. B. die Kraft-Wärmekopplung besser einsetzen zu können, oder als kostengünstigere Alternative zu Stromspeichern. So können z. B. Wärmespeicher in Heizungssystemen, die mit elektrisch angetriebenen Wärmepumpen in Zeiten von Stromüberschüssen im Netz auf Vorrat beladen werden dazu beitragen, das Stromnetz zu entlasten.

Zur Speicherung von Wärme aus erneuerbaren Energien müssen möglichst große Speicherkapazitäten auf kleinem Raum realisiert werden können. Desweiteren müssen sie flexibel im Gebäudebestand einsetzbar sein und möglichst geringe Wärmeverluste aufweisen. Nur so sind eine rasche und großflächige Anwendung von Technologien zur Nutzung erneuerbarer Energien und damit ein zeitnaher Umbau unserer Energieversorgung möglich.

Im Gebäudebestand sind die Aufstell- und Einbringmöglichkeiten für große Warm-wasserspeicher häufig durch den bereits vorhandenen Baukörper beschränkt. Durch das in diesem Forschungsprojekt entwickelte modulare Speichersystem können relativ einfach große Speichervolumina realisiert werden. Gegenstand der im Projekt ModSto durchgeführten Entwicklung ist ein druckbelastbarer, aus einem oder mehreren Speichermodulen aufbaubarer Warmwasserspeicher, bei dem die einzelnen Module eine gute Einbringung in den Aufstellraum ermöglichen. Die Druckbelastbarkeit ermöglicht die direkte und damit einfache und effiziente Kopplung mit Heizkreis und Nachheizsystem (Kessel, Wärmepumpe) ohne den Einsatz von Wärmeüberträgern. Durch das auf einer Parallelschaltung einzelner Speichermodule basierende, zum Patent angemeldete Speicherkonzept können die einzelnen Module ohne Wärmedämmung zwischen denselben direkt nebeneinander angeordnet werden /1*/. Dadurch wird eine sehr gute Raumausnutzung erreicht. Die einzelnen Module des Speichers bestehen aus druckstabilen Sandwichmänteln mit einem innen liegenden Kunststoffbehälter zur Aufnahme von jeweils ca. 1300 Liter Speicherwasser und zur Vermeidung von Korrosion. Die Speichermodule werden über Verbindungsrohre und ebene Sandwich-Endplatten miteinander verspannt um eine Druckneutralität zwischen den einzelnen Modulen zu erreichen. Die Verbindungsrohre zwischen den einzelnen Modulen dienen gleichzeitig zur Be- und Entladung des Speichers.

Die Sandwich-Bauteile wurden mittels umfangreicher FEM Simulationen (FEM: Finite-Elemente-Methode) so optimiert, dass für Innendrücke bis ca. 2,5 bar eine möglichst druckstabile Behälterform bei gleichzeitig maximaler Raumausnutzung realisiert werden konnte. Einige Speicher wurden anschließend im 1:3 Modell produziert, um experimentelle Erkenntnisse über die Druckstabilität erzielen zu können. In einem weiteren Schritt wurden Speicher in realer Größe für zwei Testanlagen gebaut um die Wärmeverluste, die Qualität der thermischen Schichtung sowie das reale Betriebsverhalten zu untersuchen und zusätzliche Erkenntnisse zur Druckstabilität gewinnen zu können.

Eine erste Erprobung des Speichersystems zeigt eine gute Handhabung sowie eine vielversprechende Druckstabilität. Die ökologische Bewertung des Systems zeigt bei der Realisierung großer Speichervolumina im Bereich von 3900 bis 13.000 Litern eine deutliche Reduktion hinsichtlich des kumulierten Energieaufwands im Vergleich zum Einsatz mehrerer, separater kleiner Speicher auf. Es wurden zwei Musterspeicher bestehend aus je 2 Speichermodulen aufgebaut und geprüft. Die thermischen Eigenschaften des Speichersystems konnten aufgrund von Problemen, die auf Fertigungsungenauigkeiten beruhen, im Rahmen der Projektlaufzeit nicht geprüft werden. Diese Probleme stellen das Konzept aber nicht grundsätzlich in Frage. Es ist geplant die ursprünglich vorgesehenen Prüfungen nach dem vollständigen Abschluss dieses Vorhabens durchzuführen und die Ergebnisse zu einem späteren Zeitpunkt separat zu veröffentlichen.

Die im Rahmen dieses Vorhabens erzielten Ergebnisse und gewonnenen Erkenntnisse die von allgemeinem Interesse sind, wurden durch die Publikation von Fachartikeln und mittels Informationsveranstaltungen der Fachwelt zugänglich gemacht. Hierdurch wurden entscheidende Beiträge zur Weiterentwicklung und breiteren Markteinführung von innovativen solaren Kombianlagen geleistet.

Metadaten

TitelModulares Speichersystem für solarthermische Kombianlagen Akronym "ModSto" 
Stand 2012 
Seitenzahl110 
Förderkennzeichen BWE28001
BWE28002

 

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