Welche Arten von Solarspeicher gibt es für die Heizung?

Solare Wärme, die von der Solarthermie-Anlage auf dem Dach geliefert wird, heizt Wasser und Räume. Doch das Angebot solarer Wärme und die Nachfrage danach seitens der Nutzer liegen zeitlich mitunter recht verschieden. Das ist jedoch kein Problem, schließlich gibt es Solarspeicher, die die Solarwärme zwischenlagern, bis sie gebraucht wird. Welche Speicher-Arten das sind, erklärt dieser Artikel.

Puh! Was für eine Aufgabe! Wer sich mit dem Thema Solarspeicher befasst, vielleicht, weil er einen solchen anschaffen möchte, bekommt es schnell mit zig verschiedenen Begriffen zu tun, zum Beispiel Schichtenspeicher, Kombispeicher, Brauchwasserspeicher, Nutzwasserspeicher, Puffer, Pufferspeicher, Heizungspufferspeicher, Tank-in-Tank-Speicher, Warmwasserspeicher, Boiler, Speichererhitzer, Durchlauferhitzer, Doppelmantelspeicher, Speicher-im-Speicher. Ob es sich dabei um jeweils eine Solarspeicher-Art handelt oder vielleicht um verschiedene Bezeichnungen für ein und dieselbe Sache, sprich: Speicherart, das soll hier geklärt werden. Also los!

Solarspeicher: Was ist ein Pufferspeicher?

Ein Pufferspeicher, auch nur Puffer genannt, ist ein häufig mit Wasser (Speichermedium) befülltes Bauteil einer Heizungsanlage, das die Aufgabe eines Wärmespeichers erfüllt. Es dient somit dem Zwecke, die mit der Solarthermie-Anlage auf dem Dach gewonnene Wärme aufzunehmen, zu halten und zu einem anderen Zeitpunkt wieder an den Heizwasserkreislauf abzugeben. Der Pufferspeicher puffert die Wärme quasi, denn trotz Zu- beziehungsweise Abfuhr von Wärme gewährleistet der Solarspeicher, die Temperatur im Behälter innerhalb gewisser Grenzen auf einem bestimmten Niveau zu halten.

Um dieser Aufgabe gerecht zu werden, ist der Pufferspeicher entsprechend ausgerüstet. Zum einen mit einer ordentlichen Dämmschicht. Die ist zwischen 10 und 50 Zentimetern dick. Im unteren Bereich des Pufferspeichers sitzt zum anderen ein sogenannter Wärmetauscher. Was es damit technisch auf sich hat, erklärt ein anderer Artikel dieser Serie “Solarspeicher” ganz genau. Deshalb hier nur ganz kurz: Der Wärmetauscher gibt die Wärme der Solarthermie-Anlage an das im Pufferspeicher gehaltene Wasser ab. Wichtig zu wissen: Weil die Solarthermie-Anlage auf dem Dach nicht stetig die gleiche Menge an Wärme liefert – je nach Tages- und Jahreszeit gibt es natürlich bedingte Schwankungen in der Sonnenstrahlung – kann man auch die Wärme des weiteren Erzeugers im System in den Pufferspeicher einspeisen (sogenannter bivalenter Pufferspeicher).

Die Speicherkapazität eines Pufferspeichers hängt zum einen vom Speichermedium selbst ab. Bestens bewährt hat sich Wasser deshalb, weil es gegenüber Alternativen (Sand, Wachs) eine recht hohe spezifische Wärmekapazität hat. Zum anderen beeinflussen die Ausmaße des Pufferspeichers und die daraus resultierende Menge (das Volumen) des Speichermediums darin die Speicherkapazität des Pufferspeichers. Nicht zuletzt hängt diese auch davon ab, welche nutzbare Temperaturdifferenz vorliegt.

Mit der Wärme eines Pufferspeichers lässt sich auch Brauchwasser erzeugen. Den Part übernimmt in diesem Fall eine sogenannte Frischwasserstation, also ein externer Gegenstrom-Wärmetauscher. Sie erwärmt das Wasser, das als „Warmwasser“ aus dem Hahn abgezapft wird, wobei sie die Wassertemperatur regelt und auf Solltemperatur bringt beziehungsweise hält. Die Frischwasserstation arbeitet dazu mit einem entsprechend dem Bedarf an Brauchwasser dimensionierten sogenannten Plattenwärmetauscher und einer Steuereinheit zum Regeln des Wasserdurchflusses.

Solarspeicher: Was ist ein Schichtenspeicher?

Ein Schichtenspeicher ist ein Pufferspeicher, der in einer solarthermischen Anlage mit Heizungsunterstützung eingesetzt wird. Der Solarspeicher nutzt das physikalische Prinzip aus, dass Wasser bei unterschiedlichen Temperaturen auch eine jeweils andere Dichte hat: Warmes Wasser steigt nach oben, während kaltes Wasser sinkt. Seine Wirkweise lässt sich so beschreiben: Der Schichtenspeicher hat so speziell konstruierte äußere Wärmetauscher, die fähig sind, das Wasser verschieden zu temperieren. Entsprechend seiner Temperatur schichtet sich das Wasser im Schichtenspeicher. Unten ist kühleres Wasser als oben. Das ist insofern vorteilhaft, als das die Abnahme von Warmwasser von oben erfolgt und das konventionelle Nachheizen nicht so häufig zugeschaltet werden muss. Das spart Energie und Kosten. Man unterscheidet zwei Konzepte der Schichtbeladung eines Schichtenspeichers in der Solarthermie:

• passive Schichtbeladung

Hier erfolgt die Schichtung des unterschiedlich temperierten Wassers im Pufferspeicher mit Hilfe von Schichtungsvorrichtungen. Im sogenannten Aufströmrohr steigt das dank der Sonnenwärme erwärmte Wasser nach oben auf und tritt aus dessen seitliche Öffnungen erst dann aus, wenn „draußen“ ähnlich warmes Wasser vorherrscht.

• aktive Schichtbeladung

Hier erfolgt der Eintritt des solarthermisch erhitzten Wassers in den Pufferspeicher via Einfüllstutzen. Die befinden sich seitlich in verschiedenen Speicherhöhen und lassen sich über Ventile ansteuern, die der jeweils herrschenden Temperatur zugeordnet sind. Je mehr Ebenen zum Einfüllen es gibt, desto höher ist der Aufwand für die Regelung des Ganzen.

Typischerweise ist ein Schichtenspeicher besonders hoch und schmal.

Solarspeicher: Was ist ein Kombispeicher?

Ein Kombispeicher ist eine Alternative zum Pufferspeicher. Er speichert sowohl warmes Trink- als auch Heizungswasser in einem Tank, wobei das Speicherwasser hydraulisch in das Heizungssystem eingebunden ist. Demzufolge braucht’s hier keine Nachheizung! Auch gut zu wissen: Statt des Kombispeichers könnte man auch zwei komplett getrennte Wassertanks einsetzen: einen als Pufferspeicher für das Trinkwasser und einen als Pufferspeicher für die Heizung. Dazu bräuchte man jedoch auch Platz für Zwei! Zudem gestaltet sich das Verteilen der solaren Wärme, die die Anlage auf dem Dach liefert, in solch einem Fall sehr viel komplizierter. Da sich beide „Gewässer“ im Kombispeicher jedoch nicht mischen sollen, gibt es zwei getrennte Wasserkreisläufe. Oben sitzt das Volumen an Wasser, das zur Erwärmung des Brauchwassers bereitgehalten wird. Im mittleren Bereich des Kombispeichers ist Platz für das Heizungswasser, mit dem die Räume beheizt werden sollen.

Der Wärmetauscher sitzt in der Regel nahe dem Boden des Kombispeichers. Oder er befindet sich als Plattenwärmetauscher außerhalb dessen. Kombispeicher gibt es aus Kunststoff und aus Stahl. Letztere sind zwar schwerer und verursachen somit mehr Aufwand bei der Montage, sind aber gegenüber denen aus Kunststoff weitaus beständiger gegenüber hohen Temperaturen. Sie benötigen deshalb meist keine weiteren Wärmetauscher für die Beladung und die Entnahme seitens des Heizsystems. In vielen Kombispeichern sitzen heute zwei Schichtladeeinrichtungen oder zwei Solarwärmetauscher übereinander. Das hat den Vorteil, dass beide Teile unabhängig voneinander erwärmt werden können mit dem Ziel, das Brauchwasser schnell auf die benötigte Temperatur zu erhitzen.

Ein Kombispeicher ist genau genommen also zum einen ein Pufferspeicher für den Heizkessel und zum anderen einer für das Brauchwasser, das er auf dreierlei Weise auf Solltemperatur bringen kann:

1. im Durchlaufverfahren
2. in einem integrierten Behälter (Tank-in-Tank, Speicher-im-Speicher, Doppelmantelspeicher)
3. mittels eines externen Gegenstrom-Wärmetauschers (Frischwasserstation).

Um das Brauchwasser aus dem Kombispeicher zu entnehmen, hat man zwei Möglichkeiten:

1. Tank-in-Tank-System:

Hierbei sind Boiler für Brauchwasser in dem Behälter für Heizungswasser im Kombispeicher eingebaut, wobei das Heizungswasser auch das Brauchwasser auf Temperatur bringt. Der Boiler ist meist aus Edelstahl, weil dessen Wärmeleitung besser ist als emaillierter Stahl. Der Vorteil des Boiler- oder Tank-in-Tank: Er ist nicht so teuer wie eine Frischwasserstation und liefert eine recht konstante Zapftemperatur.

2. Frischwasserstation:

Die externen Wärmetauscher sind zwar teurer als das Tank-in-Tank-System, liefern jedoch eine höhere Leistung, die man aus dem Kombispeicher abzapfen kann.

Solarspeicher: Was ist ein Brauchwasserspeicher?

Brauchwasserspeicher, auch Warmwasserspeicher genannt, sind Behälter aus reinem Edelstahl oder innseitig mit Emaille beschichtet. Letztere sind preiswerter zu haben, benötigen jedoch einen Rostschutz. Der wird mit Hilfe einer sogenannten Schutzanode (eine Magnesiumanode, auch „Verzehranode“, oder Fremdstromanode) realisiert. Kennzeichnend für einen Brauchwasserspeicher ist der Fakt, dass das sauerstoffhaltige und somit rostfähige (korrosive) Brauchwasser selbst das Wärmespeichermedium ist. Die Wärme, die die Solaranlage auf dem Dach liefert, wird in den unteren Teil des Brauchwasserspeichers eingeführt. Darüber befindet sich ein weiterer Wärmetauscher, der den Bereitschaftsteil auf Gebrauchstemperatur erwärmt, gegebenenfalls auch mit Hilfe konventionellen Nachheizens. So ist gewährleistet, dass man auch bei Wetter mit kleinem Sonnenwärme-Ertrag ausreichend warmes Brauchwasser zur Verfügung hat.

Geschafft! Ein Versuch, die zig Bezeichnungen und Begriffe rund um solare Speicher zu sortieren. Ihr dürft euch in den nächsten Wochen auf einige Artikel zu diesem Thema freuen. Wir geben diesem “Chef des Hauses” wie ihn einer unserer Interviewpartner liebevoll bezeichnet hat, nun die Aufmerksamkeit die er verdient!

Foto: Paradigma