Solarbetriebene Wärmebatterie für Privathaushalte

Prototyp der Wärmebatterie

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von pv magazine Global

Eine Forschergruppe unter der Leitung der Technischen Universität Eindhoven in den Niederlanden hat einen Prototyp eines solarbetriebenen thermochemischen Speichersystems entwickelt, das von Solarkollektoren erzeugte Wärmeenergie speichert.

Die Wissenschaftler erklärten, die Neuheit ihrer Arbeit bestehe in der Anwendung einer neuartigen simulationsbasierten Methodik zur Untersuchung des Verhaltens des Systems in einem renovierten Wohnhaus mit einer Luft-Wärmepumpe und ohne Gasversorgung.

„Die vorgeschlagene Methode integriert die Simulation der Gebäudeleistung und ein datengesteuertes Ersatzmodell und ermöglicht die Optimierung der Systemauslegung auf der Grundlage spezifischer Gebäudeanforderungen und -merkmale“, erklärten sie. „Die Reduzierung des importierten Stroms ist ein geeigneter Indikator für die Bewertung des Wertes, den das System dem Hausbesitzer bringen kann.“

Die Wärmebatterie besteht aus einem Speichermodul auf der Basis von Kaliumkarbonat (K2CO3), einem der vielversprechendsten thermochemischen Speichermaterialien für solche Anwendungen, und einem strombetriebenen mechanischen System, das kontinuierliche Lade- oder Entladeleistungen aufrechterhält.

Im Lademodus erhält die Wärmebatterie die Eingangstemperatur und den Massendurchsatz der Ladeflüssigkeit in den Wärmetauschern. Gleichzeitig regelt sie die Leistung des Ventilators, der Pumpe und anderer Komponenten. Im Entlademodus verwendet die Batterie einen ähnlichen Satz von Eingangs- und Ausgangsvariablen, indem sie die Austrittstemperatur der entsprechenden Flüssigkeit, die tatsächliche Ladeleistung und die elektrische Leistung berechnet.

„Nach Beendigung des Lade- oder Entladevorgangs werden diese Komponenten abgeschaltet, um die Wärmebatterie in den Stand-by-Modus zu versetzen, wenn der Wärmeverlust vernachlässigbar ist“, so die Wissenschaftler.

Sie gingen davon aus, dass die Wärmebatterie ein Speichervolumen von 320 Liter oder 93 Kilowattstunden und die Solarkollektoren eine Gesamtfläche von 8 Quadratmetern haben. Außerdem gingen sie davon aus, dass die Wärmepumpe eine Nennheizleistung von 12 Kilowatt und eine Leistungszahl (COP) von 4,0 hat. Das Haus befindet sich in Eindhoven und hat einen jährlichen Stromverbrauch von 9 Megawattstunden.

Anhand der Simulationen fand die Gruppe heraus, dass die neuartige Batterie in der Lage ist, die von den Solarkollektoren stammende Wärmeenergie zu „verdauen“ und den jährlichen Stromverbrauch der Wohnung für die Heizung um 0,7 bis 1,0 Megawattstunden zu senken. Außerdem wurde festgestellt, dass eine Vergrößerung des Speichervolumens der Batterie zu einer Verringerung des Wärmekomforts führen kann und dass die optimale Größe zwischen 80 und 160 Litern liegen sollte.

„Das Ergebnis deutet auch darauf hin, dass es sich nicht lohnt, das Speichervolumen zu erhöhen, um eine saisonale Speicherung zu erreichen, da der Platz für die Wärmebatterie und die Solarkollektoren in einem Einfamilienhaus begrenzt ist, insbesondere im Vergleich zum spezifischen Nutzen von Wassertanks mit demselben Speichervolumen“, so die Wissenschaftler. „All diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass eine kleine Wärmebatterie für diesen Anwendungsfall der täglichen Speicherung praktischer sein könnte als eine große Wärmebatterie, da sowohl die Speicherkapazität als auch die Lade-/Entladeleistung effizient genutzt werden können.“

Das System wurde in der Studie „A design optimization method for solar-driven thermochemical storage systems based on building performance simulation“ vorgestellt, die im „Journal of Energy Storage“ veröffentlicht ist. Der Forschungsgruppe gehören auch Wissenschaftler des niederländischen Unternehmens Cellcius B.V. an, das Wärmebatterien herstellt.

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