Solarspeicher: Die Tankfüllung macht es aus

Bei Wärmespeichern handelt es sich um mehr als um mit Wasser gefüllte Behälter. Effektive Schichtladetechnik, neuartige Belade-Systeme und integrierte Trinkwassererwärmung machen Solarspeicher zu Schaltzentralen moderner Solarheizungen. Das Jahrbuch Solarthermie blickt in ihr Inneres.

Manche Anbieter nennen sie Hygienespeicher, andere Thermozelle oder Wärmeboiler. Welche Art von Speicher sich hinter der jeweiligen Bezeichnung versteckt, lässt sich meist erst nach einem genauen Studium des Produktblatts herauslesen. Was die Speicher im Einzelnen können, offenbart sich meist erst bei einem zweiten Blick – und der er sollte auf die Technik in ihrem Inneren gerichtet sein.

Dort finden sich zum Beispiel Wellrohre für die Warmwasserbereitung, Schichtladeeinheiten für die temperaturgerechte Wärmespeicherung und Plattenwärmetauscher für die Solarbeladung. Grundsätzlich lassen sich je nach Funktion drei Typen von Wärmespeichern unterscheiden: Warmwasserspeicher, Pufferspeicher und Kombispeicher. Als Sonderform kommt der Schichtenspeicher hinzu. 

Mit der Sonne duschen

Warmwasserspeicher lagern erhitztes Trinkwasser für Bad und Küche. In Solar-Warmwasserspeichern stecken zwei Wärmetauscher. Über den oberen kann ein Heizkessel den Tankinhalt erwärmen, über den unteren liefern die Sonnenkollektoren ihre Energie. Die üblicherweise emaillierten oder kunststoffbeschichteten Stahlspeicher benötigen zum Schutz vor Korrosion eine Magnesium- oder Fremdstromanode. Edelstahlspeicher sind zwar korrosionsbeständig, aber auch um einiges teurer.

Warmwasserspeicher bietet sich die einfachste Möglichkeit, Sonnenenergie im eigenen Heim zu nutzen. Allerdings auch nur einen kleinen Teil. Ein Einfamilienhaus kann mit ihnen 50 bis 60 Prozent des Energieverbrauchs für die Warmwasserbereitung oder fünf bis zehn Prozent seines Gesamtwärmebedarfs sparen. Wesentlich mehr Wärme, 15 bis 35 Prozent, in Sonnenhäusern sogar über 50 Prozent, sparen kann, wer sich eine sogenannte Kombianlage zulegt, die außer dem Wasser für Bad und Küche auch Energie für die Heizung liefert. Dafür braucht es entweder einen Puffer- oder einen Kombispeicher.

Solarspeicher: Mit der Sonne auch heizen

Pufferspeicher lagern kein Trinkwasser, sondern das warme Wasser für die Heizung. In ihnen findet sich meist kein Wärmeübertrager, weil sie direkt mit dem Heizungswasser beladen werden. Zirkuliert durch die Solaranlage eine spezielle Wärmeträgerflüssigkeit, muss zwischen Kollektorkreis und einem Solarspericher in der Pufferspeicher-Ausführung jedoch ein Wärmeübertrager installiert sein. Wegen des geschlossenen Heizungskreislaufs benötigen sie keinen besonderen Korrosionsschutz. Sie sind oft aus Baustahl gefertigt und im Aufbau einfach konstruiert. Pufferspeicher braucht es vor allem für solche Holz- und Festbrennstoffkessel, deren Feuerung sich nicht automatisch starten und stoppen lässt. Ein Pufferspeicher bietet ihnen genügend Volumen für einen vollständigen Abbrand des beladenen Brennstoffs.

Kombispeicher schließlich vereinen einen Warmwasser- mit einem Pufferspeicher. Sie können auf unterschiedliche Weise das Trinkwasser erwärmen. Entweder über jeweils in ihrem Inneren platzierte kleinere Speicher, sogenanntes Tank-inTank-System, oder Wärmetauscher. Eine andere Möglichkeit der Trinkwassererwärmung bieten außerhalb des Tankkörpers installierte Frischwasserstationen. Sie liefern warmes Wasser immer dann, wenn es gebraucht wird. Dazu heizt Heizungswasser aus dem Puffertank durch einen Wärmetauscher fließendes Trinkwasser auf die gewünschte Temperatur auf. Vorteil: Mit dieser Technik müssen im Speicher nicht große Mengen warmen Trinkwassers bevorratet werden.

Anstelle großer Warmwasservolumina, die energieaufwändig auf der richtigen Temperatur gehalten werden müssen, decken Frischwasserstationen mit einem kleineren Volumen den Bedarf an Warmwasser. Weil sie das Frischwasser beim Zapfen im Direktdurchlauf auf eine konstant hohe Nutztemperatur von etwa 60 Grad Celsius erwärmen, bieten Frischwasserstationen zudem einen Schutz vor Legionellen. Tank-in-Tank-Systeme haben demgegenüber die Vorzüge, dass schwankende Volumenströme sich nicht auf die Warmwassertemperatur auswirken, dass sie hohe Entnahmeleistungen erlauben und keine aufwändige Regelung benötigen.

Als Schichtenspeicher schließlich bezeichnet man Behälter, in die sich Wärme über spezielle Lader entsprechend der Temperatur einbringen und herausholen lässt. Um hohe Temperaturen effektiv nutzen zu können, sollten sie im oberen Speicherteil eingebracht werden können. Andererseits würde es beispielsweise bei Niedertemperaturheizungen keinen Sinn machen, heißes Wasser aus dem Speicherkopf zu entnehmen, um es dann abzukühlen. Deshalb sollte auch die Entnahme der gespeicherten Wärme je nach Temperaturanforderung möglich sein. Das Spektrum an Schichtenlader bietet eine Vielfalt an konstruktiven Lösungen. Es reicht von Doppelwandleitwerken über Leitrohre bis zu Schichtlanzen. Sowohl Warmwasser- wie Puffer oder Kombispeicher können als Schichtenspeicher ausgeführt sein.

Auf die Dämmung achten

So unterschiedlich sie auch sind, eines gilt für sämtliche Wärmespeicher: Sie sollten ausreichend gedämmt sein. Die auf dem Markt angebotenen Speicher lassen sich vor allem in ihrer Dämmqualität unterscheiden. Gute Speicher sind auf ihrer gesamten Oberfläche eng anliegend und lückenlos mit einer mindestens acht Zentimeter dicken Hart- oder zehn Zentimeter starken Weichschaumisolierung versehen. Ein paar Zentimeter mehr Dämmung lohnen sich, schließlich geht dann weniger Wärme verloren. Inzwischen setzen Speicherhersteller auch Vliesdämmstoffe ein.

Wie hoch die Wärmeverluste sein können, haben Wissenschaftler des Instituts für Thermodynamik und Wärmetechnik an der Universität Stuttgart an solaren Kombianlagen untersucht. Unter ungünstigen Bedingungen kann eine sehr schlechte Dämmung des Wärmetanks dazu führen, dass seine Verluste die solaren Energiegewinne übersteigen. In einem solchen Fall hätte die solare Kombianlage nicht zur Energieeinsparung beigetragen, sondern das Gegenteil bewirkt.

Ein guter Wärmespeicher bringt wenig, wenn die Wärme über die Anschlüsse und Leitungen verloren geht. Nicht nur der Speicher sollte gut gedämmt sein, auch die Anschlussflansche und Zuleitungen dürfen nicht vergessen werden. Jedes für einen Rohranschluss oder für einen Temperatursensor in die Wärmedämmung gebohrte Loch verursacht eine Kältebrücke, über die wertvolle Energie ungenutzt den Speicher verlässt. Experten raten deshalb zu Speicherkonstruktionen, bei denen die über die Speicherhöhe verteilten Heizungs- und Warmwasserleitungen innerhalb der Dämmung zu einer einzigen Anschlussstelle verlaufen.

Speicher richtig beladen

Eine Solarwärmeanlage belädt einen Speicher zusammen mit einem anderen Heizgerät. Sie sollten sich dabei nicht in die Quere kommen. Hält der Kessel die Speichermitte ständig auf Temperatur, verliert der Wärmetank nicht nur mehr Energie, sondern die Solaranlage bekommt ihre Wärme nicht mehr los. Nach Erkenntnissen des Instituts für Solartechnik SPF in Rapperswil am Zürichsee legt  der Kessel in vielen Anlagen nach dem Anfahren erst einmal mit voller Leistung los. Mit dem Überschuss, den die Raumheizung nicht abnimmt, belädt er den mittleren Speicherbereich. Erst wenn dieser voll beladen ist und seine Rücklauftemperatur infolgedessen zu steigen beginnt, mindert der Kessel automatisch seine Leistung.

Besser wäre es, die Kesselleistung gleich zu Beginn zu reduzieren und den mittleren Speicherbereich erst dann zu beladen, wenn der Kessel selbst noch bei seiner kleinsten Leistungsstufe zu viel Wärme liefert. Das lässt sich bei den bekannten hydraulischen Schaltungen allerdings nur erreichen, wenn die Kesselregelung einer Temperaturmessung im Speicher folgt.

Solarspeicher: Weitere Entwicklungen

Inzwischen bieten Speicherhersteller große Wärmetanks an, die sich im Erdboden vergraben lassen. So liefert Mall Stahlbetonbehälter mit Volumen zwischen 2.000 und 10.700 Litern. Zwischen der Innenauskleidung aus Edelstahl und dem Stahlbetonspeicher sorgt aus Recyclingglas hergestelltes Blähglasgranulat als Dämmung dafür, dass der Wärmetank so wenig Energie wie möglich verliert. Altmayer stellt mit Hartschaum aus Polyurethan gedämmte, 5.000 Liter große Pufferspeicher her, um ausreichend Sonnenenergie zum Heizen zu speichern. Die unterirdischen Druckspeicher von Dehoust gibt es in Größen zwischen 3.000 und 14.000 Liter. Ihre Wärmedämmung besteht aus Polyurethanschaum und glasfaserverstärktem Kunststoff.

Die Speicher werden aber nicht nur größer. Manche Hersteller stecken den Brenner gleich mit in die Speicher. Solvis hat damit schon vor Jahren den Anfang gemacht. Ihren Kombispeicher Solvismax gibt es mit integrierten Brennwert- und Wärmepumpenmodulen. Sie sparen Platz im Heizungskeller und verringern den Montageaufwand. Ein weiterer Vorteil: Weil der Brenner im Speicher steckt, muss keine Pumpe die erzeugte Wärme in den Speicher transportieren. Noch besser: Wärmeverluste der Brennereinheiten kommen dem System zugute anstatt in der Umgebung nutzlos zu verpuffen.

So führt Solarfocus die Rauchgase beim Octoplus beispielsweise über zwei eingebaute Wärmetauscherrohre durch den Speicher. Auch Ökofen bringt Pelletsbrenner, Schichtspeicher und Heizungshydraulik beim Pellematic Smart in einem Gerät unter. Für ihre Kombinationsgeräte haben die Unternehmen unterschiedliche Bezeichnungen gefunden. Eines nennt sie Energiezentrale, ein anderes Speicherkessel. Lassen Sie sich nicht verwirren. Blicken sie in hinein, um zu sehen, was der Speicher kann.