Das norwegische Unternehmen SINTEF hat ein Wärmespeichersystem auf Basis von Phasenwechselmaterialien (PCM) entwickelt, um die Photovoltaik-Produktion zu unterstützen und Lastspitzen zu reduzieren. Der Batteriebehälter enthält drei Tonnen flüssiges Biowachs auf Pflanzenölbasis und übertrifft in der Pilotanlage derzeit die Erwartungen.
Das norwegische unabhängige Forschungsinstitut SINTEF hat eine PCM-basierte Batterie entwickelt, die mithilfe einer Wärmepumpe Wind- und Sonnenenergie als Wärmeenergie speichern kann.
PCM können große Mengen latenter Wärme innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs aufnehmen, speichern und wieder abgeben. Sie werden in der Forschung häufig zur Kühlung und Warmhaltung von Photovoltaikmodulen eingesetzt.
„Eine Wärmebatterie kann jede Wärmequelle nutzen, solange das Kühlmittel die Wärmebatterie zuführt und abführt“, erklärte Forscher Alexis Sewalt gegenüber pv. „In diesem Fall dient Wasser als Wärmeträgermedium, da es für die meisten Gebäude geeignet ist. Unsere Technologie kann auch in industriellen Prozessen eingesetzt werden, indem unter Druck stehende Wärmeträgerflüssigkeiten wie Kohlendioxid zum Kühlen oder Gefrieren industrieller Prozesse verwendet werden.“
Die Wissenschaftler platzierten eine sogenannte „Biobatterie“ in einem silbernen Behälter mit drei Tonnen PCM, einem flüssigen Biowachs auf Pflanzenölbasis. Es soll bei Körpertemperatur schmelzen und sich bei Temperaturen unter 37 Grad Celsius in ein festes, kristallines Material verwandeln.
„Dies wird durch 24 sogenannte Pufferplatten erreicht, die Wärme an das Prozesswasser abgeben und als Energieträger dienen, um diese vom Speichersystem abzuleiten“, erklären die Wissenschaftler. „PCM und Thermoplatten zusammen machen die Thermobank kompakt und effizient.“
PCM absorbiert viel Wärme, ändert seinen Aggregatzustand von fest zu flüssig und gibt beim Erstarren Wärme ab. Die Batterien können dann kaltes Wasser erwärmen und es an die Heizkörper und Lüftungssysteme des Gebäudes abgeben, um warme Luft zu erzeugen.
„Die Leistung des PCM-basierten Wärmespeichersystems entsprach genau unseren Erwartungen“, sagte Sevo und wies darauf hin, dass sein Team das Gerät seit über einem Jahr im ZEB-Labor der Norwegischen Forschungsuniversität (NTNU) testet. „Wir nutzen so viel wie möglich von der gebäudeeigenen Solarenergie. Außerdem haben wir festgestellt, dass das System ideal für die sogenannte Spitzenlastkappung ist.“
Der Analyse der Gruppe zufolge kann das Aufladen von Biobatterien vor der kältesten Tageszeit dazu beitragen, den Stromverbrauch im Stromnetz deutlich zu senken und gleichzeitig von den Schwankungen der Spotpreise zu profitieren.
„Dadurch ist das System deutlich weniger komplex als herkömmliche Batterien, eignet sich aber nicht für alle Gebäude. Da es sich um eine neue Technologie handelt, sind die Investitionskosten noch hoch“, so der Konzern.
Die vorgeschlagene Speichertechnologie sei viel einfacher als herkömmliche Batterien, da sie keine seltenen Materialien benötige, eine lange Lebensdauer habe und nur minimale Wartung erfordere, so Sevo.
„Gleichzeitig sind die Stückkosten in Euro pro Kilowattstunde bereits vergleichbar oder niedriger als bei herkömmlichen Batterien, die noch nicht in Massenproduktion hergestellt werden“, sagte er, ohne Einzelheiten zu nennen.
Andere Forscher von SINTEF haben kürzlich eine Hochtemperatur-Industriewärmepumpe entwickelt, die reines Wasser als Arbeitsmedium nutzen kann, dessen Temperatur 180 Grad Celsius erreicht. Das Forschungsteam bezeichnete sie als „heißeste Wärmepumpe der Welt“. Sie kann in einer Vielzahl von industriellen Prozessen eingesetzt werden, die Dampf als Energieträger nutzen. Laut ihrem Erfinder kann sie den Energieverbrauch einer Anlage um 40 bis 70 Prozent senken, da sie Niedertemperatur-Abwärme zurückgewinnen kann.
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Hier gibt es nichts, was nicht auch mit Sand funktioniert und die Wärme bei höheren Temperaturen speichert, sodass Wärme und Strom gespeichert und produziert werden könnten.
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