Kompakt informieren
- Das Varical-Speicherkonzept basiert auf zwei Endmodulen und bis zu sechs Zwischenmodulen.
- Die knapp 70 cm breiten Elemente werden am Aufstellort aneinander gefügt und gemeinsam gedämmt.
- Über Rohre, die zur Druckaufnahme durch die Behälter geschoben werden, erfolgt gleichzeitig die Be- und Entladung des Speichersystems mit sehr guter Speicherschichtung.
- Über optional eingeschobene Vakuum-Isolationspaneele lassen sich die ohnehin schon geringen Wärmeverluste weiter reduzieren.
Die Speicherung von Energie gehört zu den Schlüsselthemen der Energiewende. Dabei kommt Wärmespeichern eine ebenso zentrale Bedeutung wie den Stromspeichern zu:
Zum einen in zukünftig wesentlich stärker vernetzten Energieversorgungssystemen, in denen durch Wärmespeicher der Bedarf an Speicherung elektrischer Energie reduziert werden kann. Beispiele sind mit Wärmespeichern gekoppelte BHKW und Wärmepumpen, die vorzugsweise mit regenerativem Strom betrieben werden und die erzeugte Wärme für spätere Bedarfszeiträume zwischenspeichern.
Zum anderen ist ein Wärmespeicher heute ohnehin Kernelement fast aller nicht mit Erd-gas oder Heizöl befeuerten Wärmeerzeugungsanlagen auf Basis von Solarwärme, Biomasse, Wärmepumpen oder Hybridlösungen. Gleichwohl stellt sich die Einbringung von exakt ausgelegten Wärmespeichern bisher schwierig dar oder erfordert Kompromisse. Speicherkaskaden nutzen vorhandene Aufstellflächen schlecht und weisen vergleichsweise hohe Wärmeverluste auf.
Für das zentrale Marktsegment der Mehrfamilienhäuser im Gebäudebestand wurde von Consolar und dem Forschungs- und Testzentrum für Solaranlagen (TZS) des Instituts für Thermodynamik und Wärmetechnik (ITW) der Universität Stuttgart im Rahmen des vom BMWi geförderten F&E-Projekts „UniSto“ ein innovatives Speichersystem entwickelt: Es ermöglicht aufgrund seiner Modularität den Zugang zu Bestandsgebäuden 1 auch für Speicherkapazitäten mit einem Volumen bis ca. 10 m3.
Der Wärmespeicher ist bis 3 bar druckbelastbar (maximal zulässige Temperatur 95 °C), sodass er in gewohnter Weise angeschlossen werden kann und einen effizienten Betrieb ohne Wärmeübertrager zwischen Speicher und Heizkreis sowie Wärmeerzeuger ermöglicht. Durch eine Dicht-an-Dicht-Montage und die integrierte Verrohrung werden eine gute Platzausnutzung und minimierte Wärmeverluste erreicht.
Ziel des Entwicklungsprojekts war die Erarbeitung und Erprobung von sicheren Lösungen für die neuartigen technologischen Herausforderungen. Dabei wurde eine hohe Montagefreundlichkeit erreicht. Weiterhin wird ein Konzept mit Vakuumdämmung des Speichersystems angeboten.
Modulaufbau vereinfacht Einbringung
Das modulare Speichersystem ist aus ca. 70 cm breiten Einzelmodulen in Stahlbauweise aufgebaut 2. Der Behältermantel der einzelnen Module (1) besteht aus einem oval geformten Stahlblech, das den radialen Druck aufnimmt. Auf die Stirnseiten ist jeweils ein dünnes Stahlblech (2) geschweißt, das nur Dichtfunktion hat. Durch die Formgebung der Stirnseiten ist der genau definierte Sitz in Schienen (3) gewährleistet. Über druckstabile Endmodule (4), die auf beiden Seiten des Speichers über die Be- und Entladerohre (5) sowie die Stangen (6) verbunden sind, wird der Druck in Längsrichtung aufgenommen. Die Durchführung der Be- und Entladerohre durch die Behälter wird durch ein neues Dichtungssystem (7) gewährleistet.
Geschichtete Be- und Entladung
Die Be- und Entladerohre, die sich über die gesamte Länge des Speichers erstrecken, ermöglichen eine gleichmäßige und geschichtete Be- und Entladung. Um einen gleichmäßigen Austritt des Wassers zu erreichen, wurde eine Lösung realisiert, bei der die Ein- und Austrittsöffnungen an der Trennstelle zwischen den Speichermodulen liegen.
Für die in diesem Bereich geschlitzten Be- und Endladerohre wird die Strömung über zu den Be- und Entladerohren achsparallele Hülsen beruhigt und verwirbelungsarm horizontal eingeschichtet. Die gleichmäßig geschichtete Be- und Entladung über die gesamte Speichertiefe wurde durch Messungen am Feldtestspeicher bestätigt.
Effektive Wärmedämmung
Das Wärmedämmsystem des Varical-Speichers umschließt alle Behältermodule wie einen einzigen Speicher, sodass gegenüber einer Speicherkaskade die Oberfläche zur Umgebung hin und damit die Wärmeverluste stark reduziert werden – und gleichzeitig auch der Material- und Platzbedarf ungefähr halbiert sind.
Die Wärmedämmung wurde so entwickelt, dass sie optional mit Vakuumisolationspaneelen (VIP) ausgestattet werden kann, um die Energieeffizienzklasse A für Wärmespeicher gemäß der Ökodesign-Richtlinie erreichen zu können.
Die Standarddämmung ohne Vakuumdämmpaneele entspricht der Energieeffizienzklasse B. Hierfür wurden Dämmschalen aus mit strahlungsreflektierendem Graphit versetztem EPS (Neopor) entwickelt, die mit Schlitzen versehen sind, in die VIP geschoben werden können. Ohne diese Einschübe befindet sich weitgehend stehende Luft in den Schlitzen, die eine vergleichbare Dämmwirkung wie das Dämmmaterial selbst aufweist.
In 3 ist der gesamte Aufbau des Dämmsystems zu sehen. Die Dämmung an den Stirnseiten ist besonders dick und in Vlies ausgeführt, sodass hier innerhalb der Dämmung siphonierte Anschlüsse zur Vermeidung von Mikro-Zirkulation untergebracht werden können.
Speichererprobung und Serienstart
Als erste Demonstrationsanlage wurde ein Varical-Speicher bestehend aus drei Modulen mit jeweils 1350 l Speichervolumen in einer Wohnresidenz mit 74 Wohneinheiten in Rheinfelden aufgebaut. In einem kleinen, schlecht zugänglichen Raum (Fläche: 3,8 × 2,6 m) konnte durch den Einsatz des Varical-Konzepts die doppelte Speicherkapazität im Vergleich zu einer Speicherkaskade realisiert werden. Die Inbetriebnahme des Speichers erfolgte im Januar 2015.
Eine zweite Demonstrationsanlage mit einem Speicher bestehend aus vier Modulen (5400 l) wurde im April 2016 in Lörrach realisiert 4 5. Es handelt sich um eine Anlage mit 100-kW-Biomasse-Heizkessel, gekoppelt mit einer Solaranlage mit 10 m2 Kollektorfläche.
Der Varical-Speicher wurde 2016 im Feldtest für die Serieneinführung vorbereitet. Neben Consolar wird das Speichersystem über Mitglieder eines Vermarktungskonsortiums in unterschiedlichen Anwendungen eingesetzt. 2017 erfolgt die Vermarktung als Serienprodukt. Für technische oder geographische Anwendungsbereiche, die über die der aktuellen Mitglieder des Konsortiums hinausgehen, ist der Einsatz des Varical-Speichers auch durch weitere OEM-Partner möglich.
Zu den beiden Endmodulen (Leergewicht ca. 190 kg) lassen sich bis zu sechs Zwischenmodule (Leergewicht ca. 150 kg) einsetzen, wodurch ein Speichervolumen zwischen 2800 (Länge ohne / mit Dämmung 1386 / 1905 mm) und 10 900 l (5166 / 5685 mm) realisiert werden kann. Zur elektrischen Nachheizung des Pufferwassers, beispielsweise im Rahmen von Power-to-heat-Konzepten, wird eine externe Nachheizgruppe mit Elektroheizstab und vorzugsweise drehzahlgeregelter Pumpe verwendet.
Kontakt zum Anbieter
Consolar Solare Energiesysteme
79539 Lörrach
Telefon (0 76 21) 42 22 85 04
2 Varical-Speicher bestehend aus vier Modulen à 1350 l. Die beiden äußeren Module sind nicht nur über den ovalen Umfang, sondern auch zu den jeweiligen Stirnseiten hin druckstabil. Die Kräfte werden durch die fünf Be- und Entladerohre (5) und Stangen (6) am Rand aufgenommen.
3 Aufbau des Wärmedämmsystems: Mantelschalen (1) aus Neopor mit Schlitzen für VIP-Einschübe, Bodendämmplatten (2) aus Neopor in der Standardausführung, Vliesdämmung (3) an den Stirnseiten, abgeschlossen durch eine PS-Hülle (4); der Behälter steht zur Reduzierung der Wärmeverluste zum Boden auf Kunststofffüßen (5).
4 Einbringen eines Varical-Speichermoduls durch einen engen Kellerzugang für die zweite Demonstrationsanlage.
5 Gedämmter Varical-Speicher der zweiten Demonstrationsanlage bestehend aus vier Modulen mit insgesamt 5,4 m 3 .
