Verlustfreier Wärmespeicher

Selbst bei guter Isolierung eines Speichertanks wird das von der Sonne erhitzte Wasser nach relativ kurzer Zeit kalt. Ausweg könnte eine Sorptionsspeicheranlage sein, die Sonnenenergie chemisch speichert. Hierfür haben die Kasseler Forscher des von Professor Dr. Klaus Vajen geleiteten Fachgebiets Solar- und Anlagentechnik unter Federführung des Doktoranden Roland Heinzen eine Lösung entwickelt: Die Sonnenenergie wird in Form von konzentrierten Salzlösungen chemisch gespeichert. Die Wärmeerzeugung geschieht in einem an der Universität entwickelten Absorber, in dem der Energieaustausch zwischen der durchströmenden Abluft und der Salz-Wasser-Lösung erfolgt. Die so erhitzte Luft gibt ihre Wärme dann mittels Wärmeübertrager an den Zuluftkanal des Hauses ab.

Die Forscher machen sich dabei zwei an sich einfache Prinzipien zunutze. Wird der Luft Feuchtigkeit entzogen, so verwandelt sich der in der Luft enthaltene Wasserdampf in Wasser. Bei diesem Übergang vom gasförmigen in den flüssigen Zustand (Kondensa­tion) wird Energie frei. Die Luft wird wärmer. Verdunstet Wasser dagegen, so wird dabei Energie verbraucht. Die Luft kühlt ab.

Die Wissenschaftler entziehen in dem Absorber der Raumluft mithilfe einer hochprozentigen Lithiumchlorid-Salzlösung die Feuchtigkeit, wodurch sie sich erwärmt. Dadurch wird die Lösung natürlich immer wässriger und ihr Vermögen, mittels Kondensa­tion die Luft zu erwärmen, lässt nach. Deshalb wird der Salzlösung mithilfe der von den Sonnenkollektoren erzeugten warmen Luft in einem Regenerator wieder das Wasser entzogen. So wird die Sonnenenergie in der konzentrierten Salzlösung gespeichert. Eine Wärmedämmung des Speichers ist überflüssig.

Der neu entwickelte Absorber ist nach den Worten von Heinzen in der Lage, die Lufttemperatur um bis zu 10 °C zu erhöhen. Das gelingt mit einem ausgeklügelten System: In einem Kunststoffkasten, den die zu erwärmende Luft durchströmt, werden 50 mit High-Tech-Textilien bespannte Rahmen dicht nebeneinander gesetzt und dann von oben über ein Kanalsystem mit Salzlösung benetzt. Das muss variabel geschehen, denn zum Heizen braucht der Absorber wenig Salzlösung. Als Klimaanlage mit vorgeschaltetem Verdunstungskühler für die heißen Tage benötige er nach Aussage des Instituts größere Mengen Salzwasser.

Kompakte Anlage für Zu- und Abluftsysteme

Der Absorber sei nicht nur kompakt und wirkungsstark, er gebe auch kein Salz an die Raumluft ab, was bei herkömmlichen Anlagen selten zu vermeiden sei, teilt Heinzen mit, der seit vier Jahren an dem Thema forscht und vor zwei Jahren die Firma Fsave-Solartechnik als Ausgründung der Universität mit aufgebaut hat.

Die Sorptionsspeicheranlage wird in das Abluft- und Zuluft-System des Hauses integriert. Hoch- und niedrigprozentige Salzlösungen aus dem Wärmekreislauf finden in einem einzigen, etwa 4 m³ fassenden Kunststoffbehälter Platz. Die Flüssigkeiten sind in dem Tank durch eine Membran getrennt.

Bis zur Marktreife der Anlage, die dieses Jahr erst im Labor des Fachgebiets getestet wird, ist noch ein weiter Weg. Man habe ein Unternehmen aus der Region gefunden, das einen weiteren Prototyp bauen will, sagt Heinzen. Der Absorber soll dann im Rahmen eines Feldtests in der Außenstelle Witzenhausen der Universität Kassel unter anderem zum Trocknen von Heilkräutern und Obst eingesetzt werden.