Der Latentwärmespeicher: Die Zukunft der solarthermischen Wärmespeicherung 

Erneuerbare Energien für die Heiz- und Warmwasserbereitung zu nutzen, ist so beliebt wie nie zuvor. Doch während Solarthermieanlagen und Wärmepumpen in den Sommermonaten häufig viel Wärme erzeugen, fehlt diese in den Wintermonaten, wenn der Bedarf besonders hoch ist. Normale Wärmespeicher können die Wärme auch nur für eine begrenzte Zeit speichern und sind nicht mehr verfügbar, wenn es richtig kalt wird. Latentwärmespeicher sind die Lösung für diese Problematik: Sie ermöglichen es, die in den warmen Monaten gewonnene Wärmeenergie bis in den Winter zu speichern. Wie diese nahezu verlustfreie Speicherung funktioniert und welche Vorteile die Latentwärmespeicher mit sich bringen, erfahren Sie hier. 

> Was ist ein Latentwärmespeicher? 
> Wie funktionieren Latentwärmespeicher? 
> Welche Arten von Latentwärmespeichern gibt es? 
> Wo kommen Latentwärmespeicher zum Einsatz? 
> Vorteile und Nachteile von Latentwärmespeichern 

Was ist ein Latentwärmespeicher? 

Bei den als Phasenwechsel- oder PCM-Speicher bezeichneten Latentwärmespeichern handelt es sich um eine spezielle Art des Wärmespeichers. Ein Großteil der thermischen Wärme, die von der Solaranlage erzeugt wird, wird mithilfe des sogenannten Phasenwechsels in latente Wärme umgewandelt. Latent bedeutet, dass die gespeicherte Wärme verborgen ist. Die Temperatur des Speichermediums steigt trotz fortgeführter Wärmezufuhr nicht weiter an, solange die Phasenumwandlung nicht abgeschlossen ist. Dadurch ist es möglich, große Mengen an Wärme zu speichern. Latentwärmespeicher übertreffen sogar die Kapazität der Heißwasserspeicher. Als Phasenwechselmaterial kommen je nach Anlage verschiedene Stoffe mit unterschiedlichen Schmelzpunkten zum Einsatz. 

Wie funktionieren Latentwärmespeicher? 

Für die Speicherung von Wärme im Innern eines Latentwärmespeichers kommt ein spezielles Phasenwechselmaterial (PCM = Phase Changing Material) zum Einsatz. Das am häufigsten genutzte Prinzip ist der Phasenübergang zwischen fest und flüssig. Das Phasenwechselmaterial, bei welchem es sich meist um Salze oder Paraffine handelt, wird geschmolzen und nimmt dabei eine große Menge Schmelzwärme auf.  

Der Wechsel des Aggregatzustands von fest auf flüssig ermöglicht die Speicherung der Wärmeenergie, da das Speichermaterial diezugeführte Energie bindet. Das alles passiert beim Phasenübergang. Die PCM-Materialien wechseln durch die Erhitzung in einen flüssigen Zustand, speichern die thermische Energie und kühlen auf ihre Eigentemperatur ab. Erst durch den Einsatz physikalischer Kräfte, beispielsweise durch das Auslösen einer Kristallisation erfolgt die Freisetzung der Wärme. Das Phasenwechselmaterial nimmt erneut einen festen Aggregatszustand an. Meist findet die Entladung beim Erstarren des Speichermediums, also einem erneuten Wechsel des Aggregatszustands, statt. Während dieses Prozesses wird die Erstarrungswärme an die Umgebung abgegeben. 

Welche Arten von Latentwärmespeichern gibt es? 

Obwohl das Be- und Entladen in bestimmten Temperaturbereichen oft noch einige Probleme mit sich bringt, gibt es dennoch bereits einige Hersteller, die unterschiedliche Arten funktionsfähiger Latentwärmespeicher anbieten: 

• Eisspeicher
  Eisspeicher kommen in Kombination mit Wärmepumpen und Solarthermie zum Einsatz. Der Eisspeicher befindet sich dabei unter der Erdoberfläche. Meist handelt es sich um eine nicht isolierte Zisterne aus Beton. In der Zisterne sind Leitungen in Form von Spiralen verlegt. In diesen befindet sich eine frostsichere Flüssigkeit, die durch die Spiralen zirkuliert. Die Spiralen sind unterteilt  in Entzugswärmetauscher und Regenerationswärmetauscher. Das aufbereitete Warmwasser aus der Wärmepumpe wird in die Zisterne geleitet und gibt im Entzugswärmetauscher die Energie ab. Dadurch gefriert das Wasser langsam. Über den Regenerationswärmetauscher ist die Zufuhr von Wärme aus der Solaranlage möglich. Das kontinuierliche Gefrieren und Auftauen des Wassers setzt Energie frei. Diese Energie lässt sich in Wärme umwandeln. Dadurch ermöglicht der Eisspeicher die nahezu verlustfreie Speicherung der Abwärme über mehrere Monate hinweg. Dieser Prozess lässt sich beliebig oft wiederholen.
• Paraffinwärmespeicher
  In Kombination mit Solarthermieanlagen kommen oft Paraffinwärmespeicher zum Einsatz, da sie genau für diesen Zweck entwickelt wurden und als Speicher in ihrer Leistung ausreichend sind. Paraffin ist ein chemisches Gemisch aus acrylischen gesättigten Kohlenwasserstoffen (die Alkane genannt werden). Sobald Wärme aus der Solaranlage in den Paraffinwärmespeicher geleitet wird, schmilzt das Paraffin in den Rohren. Dieser Phasenwechsel ermöglicht die Speicherung der thermischen Energie. Um diese Energie wieder freizusetzen, wird kaltes Wasser durch die Rohre geleitet. Dadurch verfestigt sich das Paraffin erneut. Paraffinwärmespeicher verfügen über die fünffache Speicherkapazität von herkömmlichen Wasserspeichern. Ein weiterer Vorteil: Siesind sie besonders platzsparend und benötigen nur rund ein Drittel des Platzes von normalen Wasserspeichern.
• Thermobatterie
  Thermobatterien eignen sich insbesondere als Wärmespeicher für Solaranlagen. Als Phasenwechselmaterial kommt Salz zum Einsatz. Auch hier dient ein Phasenwechsel der Speicherung von Energie. Sobald dem Salz, welches sich durch Warmwasser verflüssigt, feste Salzkristalle zugesetzt werden, startet eine Kettenreaktion. Durch diese wird die gespeicherte Energie freisetzt. Diese Anlagen ermöglichen die Speicherung von ungefähr zwei Drittel der zugeführten Energie über mehrere Monate. Dadurch sind sie zwar nicht genauso effizient wie Eisspeicher, bieten in Bezug auf die Kosten und die erforderlichen baulichen Maßnahmen allerdings einige Vorteile. 

Wo kommen Latentwärmespeicher zum Einsatz? 

Im Alltag begegnen uns Latentwärmespeicher unter anderem in Form von Handwärmekissen, Warmhalteplatten oder aber Thermoskannen. Auch bei Fertiggerichten können latente Wärmespeicher in Form von sogenannten “Heat Pads” zum Einsatz kommen. Mithilfe von lauwarmen Wasser, erhitzt sich das Pad und kann so vollkommen ohne Herd oder Mikrowelle eine Mahlzeit kochen. In der Bauindustrie kommen ebenfalls Baustoffe zum Einsatz, welche wärmespeichernde Eigenschaften besitzen und in der Textilindustrie dienen spezielle Kleidungsstücke der Pufferung von Körpertemperatur. Neben diesen alltäglichen Verwendungen dienen Latentwärmespeicher ebenfalls als Unterstützung für Heizsysteme. 

Vorteile und Nachteile von Latentwärmespeichern 

Anders als Wärmespeicher, welche Wasser als Speichermedium nutzen, entsteht bei Latentwärmespeichern kaum ein Energieverlust und eine längerfristige Speicherung ist möglich. Darüber hinaus bieten Latentwärmespeicher den Vorteil, dass viel Energie in einer kleineren Umgebung zwischengelagert wird. Im Vergleich zu Warmwasserspeichern verfügen sie daher über eine fünffach höhere Speicherkapazität bei lediglich einem Drittel des Platzbedarfs. 

Der größte Nachteil dieser Wärmespeicher sind die Kosten. Neben den hohen Anschaffungskosten sind auch Investitionen für die notwendigen baulichen Maßnahmen notwendig.Auch die Wechselbeständigkeit des Latentwärmespeichers ist ein Faktor, welcher sich auf die Kosten auswirken kann. Nach einer gewissen Anzahl an Be- und Entladezyklen ist es bei vielen Geräten notwendig, das Speichermedium auszutauschen. Dadurch dauert es natürlich viel länger, bis sich die Investitionskosten ausgleichen . 

Hier finden Sie alle Vor- und Nachteile von Latentwärmespeichern auf einen Blick: 

Latentwärmespeicher:  Fazit 

Latentwärmespeicher nutzen den Wechsel des Aggregatszustands eines Mediums, um Wärme über mehrere Monate möglichst verlustfrei zu speichern. Dafür kommen in den Anlagen unterschiedliche Phasenwechselmaterialien zum Einsatz. Am häufigsten handelt es sich um Salze oder Paraffine. Das bei diesen Prozessen genutzte Funktionsprinzip ist vielen bereits von Wandwärmekissen oder Warmhalteplatten bekannt. 

Besonders in Verbindung mit Heizsystemen, welche thermische Energie aus der Umwelt beziehen, sorgen die Latentwärmespeicher für eine enorme Steigerung der Effizienz. Während in den Sommermonaten meist viel Wärme aus der Umwelt zur Verfügung steht, fehlt diese oft in den Wintermonaten, in welchen der Wärmebedarf deutlich höher ist. Die Latentwärmespeicher ermöglichen es, die in den warmen Monaten vorhandene thermische Energie in der kalten Jahreszeit nutzbar zu machen. Darüber hinaus punkten diese Wärmespeicher durch ihren geringen Platzbedarf und die sehr hohe Wärmespeicherkapazität. Der große Nachteil dieser Speicher liegt in den Kosten. Sowohl die Anschaffungskosten als auch die Kosten für Wartung und Instandhaltung liegen deutlich höher als die der klassischen Warmwasserspeicher. 

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