Bi-Valente Solarspeicher - Thermische Solarenergie sinnvoll nutzen

Was ist ein Solaranlagenspeicher? 

Das Energiepotenzial der Sonne ist praktisch unendlich. Es für uns im Alltag nutzbar zu machen, ist nicht nur eine gute Idee, sondern dringend notwendig, um die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen ein für alle Mal hinter uns zu lassen. Dafür ist es aber wichtig, Sonnenenergie auch vernünftig speichern zu können. Denn bei allen Vorteilen, die diese mitbringt, hat sie einen gravierenden Nachteil: Sie ist nicht konstant im selben Ausmaß verfügbar. In der Nacht ohnehin nicht und auch tagsüber schwankt ihre Intensität meist. Ganz zu schweigen von den kürzeren Tagen in Herbst und Winter. 

Solaranlagenspeicher übernehmen die Lagerung der umgewandelten Sonnenenergie. Sie machen es möglich, aktuell nicht benötigte Energie zu einem späteren Zeitpunkt zu verwenden. Sie garantieren die Versorgung Ihres Zuhauses mit Warmwasser oder Strom aus Sonnenlicht, auch wenn diese gerade nicht scheint. Solaranlagenspeicher sind somit eine der zentralsten Komponenten eines modernen Heizungssystems. 

Welche Methoden gibt es, um Sonnenergie zu speichern? 

Grundsätzlich ist bei der Antwort auf die Frage nach der Methode der Sonnenenergiespeicherung wichtig, um welche Art von Energie es sich überhaupt handelt: Wärme oder elektrischer Strom? Solaranlagen können nämlich beides liefern. Es kommt nur immer darauf an, für welche Solaranlage Sie sich entschieden haben bzw. welche der beiden Energien Sie benötigen. 

• Solarthermie: Wandelt Sonnenlicht in Wärmeenergie um, dient der Erwärmung von Brauch- und Trinkwasser. 
• Photovoltaik: Wandelt Sonnenlicht in elektrischen Strom um. Dieser kann dann nach Belieben eingesetzt werden. 
  

Solaranlagenspeicher in der Solarthermie 

Der überwiegende Großteil der Solaranlagenspeicher, die Sie im Onlineshop von Klimaworld kaufen können, sind für den Einsatz in einer Solarthermie-Anlage konzipiert.  

Die gängigsten Speicherarten sind: 

• Bi-valenter Solarspeicher: Diese Speicherart ist so ausgelegt, dass sie über eine Möglichkeit verfügt, auf eine andere Energiequelle als die Sonne zuzugreifen. Liefert diese nicht genug Energie, um den Bedarf an Warmwasser zu decken, beispielsweise wenn mehrere Regen- oder stark bewölkte Tage aufeinanderfolgen, kann die Solaranlage kaum Warmwasser aufbereiten. In diesem Fall erfolgt das Nachheizen im bi-valenten Solaranlagenspeicher über den Anschluss an eine konventionelle Heizung oder eine Wärmepumpe. Eine sehr effiziente und umweltfreundliche Art des Heizens, greift der bi-valente Speicher doch bevorzugt auf die Sonnenenergie zu.  

Alternativ besteht auch die Möglichkeit, einen elektrischen Heizstab zu verwenden, um das Wasser mit Strom aufzuheizen. Das ist allerdings energetisch gesehen wenig effizient und nicht unbedingt umweltfreundlich. 

• Kombispeicher: Diese Variante zeichnet sich durch ein sogenanntes „Tank-in-Tank-System“ aus. Das heißt, dass sich im Haupttank ein Nebentank befindet. Der größere der beiden Vorratsbehälter ist für die Erwärmung des Heizungswassers gedacht. Im unteren Bereich des Tanks kommt dafür Sonnenenergie zum Einsatz. Besteht Bedarf, wird das Wasser im oberen Bereich durch die Zentralheizung erwärmt. Im zweiten, deutlich kleineren Tank befindet sich das Trinkwasser. Dieses wird durch das umgebende heiße Heizungswasser – also quasi indirekt – erwärmt. Die auch als Hygienespeicher bekannten Kombispeicher weisen grundsätzlich ein sehr hohes Volumen auf, der Anteil des aufgeheizten Trinkwassers ist allerdings nicht besonders groß. 

• Solarpufferspeicher: Beinhalten lediglich Heizungswasser, welches von der Solaranlage aufgeheizt wird. Bei Solarpufferspeichern handelt es sich also um reine Warmwasserspeicher, die ein deutlich höheres Volumen aufweisen als reine Trink- bzw. Frischwasserspeicher. Die Verbindung zur Solaranlage funktioniert in der Regel übe einen Solar-Wärmetauscher im unteren Bereich des Speichers. 
   
• Frischwasserspeicher: Ausschließlich für die Lagerung von Trinkwasser vorgesehen. Diese Speicherart verfügt über ein integriertes, langes Rohr, welches der Wärmeüberträger ist. Der Funktionsweise liegt das sogenannte „Durchflussprinzip“ zugrunde. Dieses sorgt dafür, dass das Wasser immer wieder schnell erneuert und nicht stundenlang im Speicher gehortet wird. So sinkt die Gefahr einer Legionellenbildung praktisch gegen null.
  

Solarspeicher in der Photovoltaik 

Photovoltaikanlagen wandeln Sonnenergie in elektrischen Strom um. Um diesen speichern zu können, sind spezielle Akkus bzw. Batterien erforderlich, diese finden Sie selbstverständlich ebenso im Onlineshop von Klimaworld. 

Das Funktionsprinzip eines Stromspeichers für PV-Anlagen gleicht jenem der Akkus einer Autobatterie. Die Akkumulatoren wandeln den aus Sonnenenergie gewonnenen Strom in chemische Energie um und lagern diese ein. Besteht nun Bedarf an Strom, wird die chemische Energie innerhalb des Speichers zurück in elektrische Energie umgewandelt. Nach der Entladung der Akkumulatoren kann der Kreislauf (Der Ladezyklus genannt wird) von Neuem beginnen. Moderne Stromspeicher erlauben mehrere Tausend dieser Ladezyklen. 

Aufbau eines PV-Stromspeichers 

Ein moderner  Solarspeicher für PV-Strom besteht im Wesentlichen aus drei Komponenten: 

• Akku 
• Batteriemanagement 
• Speicherregelung
  

Während die Aufgabe des Akkus bekannt ist, dürfte bei jener von Management und Regelung weniger Klarheit herrschen. Das Batteriemanagement ist dafür zuständig, alle relevanten Stromverbraucher des Haushaltes mit Energie zu versorgen und einen möglichst optimalen Speicherbetrieb zu gewährleisten.  

Die Speicherregelung legt wiederum fest, auf welche Weise der erzeugte Strom verwendet wird. Entweder für das Laden des Speichers, direkt für den Betrieb der Stromabnehmer oder als Einspeisung ins öffentliche Netz. Grundsätzlich sind die Steuerungen so programmiert, dass die Deckung des akuten Eigenbedarfs Vorrang vor den anderen beiden Optionen hat. 

Wie lässt sich die passende Größe eines Solaranlagenspeichers berechnen? 

Wer eine Solaranlage plant, will natürlich wissen, wie groß der notwendige Speicher idealerweise ist. Nur so lässt sich ein effizienter Betrieb des gesamten Systems überhaupt gewährleisten. Die exakte Berechnung sollten Sie zwar unbedingt einem Experten überlassen, allerdings kann es nicht schaden, sich im Vorfeld mit einigen Faustregeln vertraut zu machen. 

Größenberechnung für Solar-Wärmespeicher 

Für die passende Größe eines Solarthermiespeichers zur Trinkwassererhitzung gilt der Grundsatz „Nicht zu groß und nicht zu klein“. Ist der Speicher nämlich zu groß, lässt sich das Wasser nicht schnell genug auf die gewünschte bzw. benötigte Temperatur erwärmen. Das hat ein Steigen der Kosten zur Folge. Ist der Speicher hingegen zu klein, wird die Sonnenenergie nicht optimal genutzt. Die Entlastung der Hauptheizung fällt geringer aus als erhofft. 

Die tatsächliche Berechnung der notwendigen Speichergröße wird in der Praxis von einer Vielzahl unterschiedlicher Faktoren beeinflusst. An dieser für alle Eventualitäten Beispiele durchzugehen, würde den Rahmen sprengen.  

Allerdings gibt es ungefähre Richtwerte für Trinkwasserspeicher in einer Solaranlage, die sehr treffsicher sind: 

Was Wärmespeicher zur Heizungsunterstützung angeht, gilt hingegen das (stark vereinfachte) Prinzip: „Größer ist besser“. Der Richtwert liegt bei 60 Litern Speichervolumen je Quadratmeter Kollektorfläche (der Solaranlage). Als Mindestgröße empfiehlt sich ein Volumen von 750 Litern – und zwar unabhängig von der tatsächlichen Kollektorfläche. 

Größenberechnung für Solar-Stromspeicher 

Die optimale Größe eines PV-Stromspeichers wird durch viele unterschiedliche Faktoren beeinflusst. Eine pauschal gültige Faustregel aufzustellen, ist somit nicht möglich. Es gibt jedoch Möglichkeiten, zumindest in die Nähe der passenden Größe zu gelangen.  

Für die Berechnung sind relevant: 

• Jahresbedarf an Strom 
• Leistung der Photovoltaikanlage 
• Anteil des tagsüber verbrauchten Stroms 

Bevor wir uns der Berechnung widmen, noch ein grundsätzlicher Gedanke. Ist der Strombedarf in Ihrem Haushalt am Abend besonders hoch, weil tagsüber ohnehin alle unterwegs sind, ist die Anschaffung eines größeren Speichers ratsam. Kommen die meisten Familienmitglieder aber bereits um die Mittagszeit nach Hause und wird zum Beispiel regelmäßig gekocht, reicht ein kleiner Speicher aus. 

• Stromverbrauch morgens und abends: Teilen Sie den Stromjahresverbrauch durch 365 und multiplizieren Sie das Ergebnis mit 0,5. Bei einem Verbrauch von 4.500 kWh ergibt sich eine notwendige Kapazität von 6,16 kWh. In der Praxis sollte der Speicher somit 7 kWh Strom bevorraten können. 
• Stromverbrauch ab mittags: Teilen Sie den Stromjahresverbrauch durch 365 und multiplizieren Sie das Ergebnis mit 0,33. Ausgehend von unseren Beispielwerten würde am Ende eine Kapazität von 4,1 kWh stehen. Der Speicher sollte also 5 kWh Strom bevorraten können.

Wer die Unterscheidung zwischen Stromverbrauch morgens/abends bzw. ab der Mittagszeit nicht treffen kann oder will, der hat immer noch die Möglichkeit, sich einer Faustformel zu bedienen. Diese besagt, dass die Speicherkapazität in etwa 0,9- bis 1,6-mal der Leistung Ihrer Photovoltaik-Anlage (Kilowatt-Peak) entsprechen sollte. Bei einem Peak von 6 kW wäre eine Speichergröße zwischen 5 und 10 kWh notwendig. Hier kann man mit einem kleinen Speicher anfangen kann und dann modular um meist 3kWh bzw. 5,8kWh aufstocken.. 

Solaranlagenspeicher: Fazit 

Egal, ob Sie sich für eine Solarthermie- oder eine Photovoltaikanlage entschieden haben: Ohne einen guten Solarspeicher ist die gesamte Anlage nur halb so viel wert. Erst der Speicher reizt die Effizienz einer Anlage komplett aus, ermöglicht er doch die Bevorratung überschüssiger Sonnenenergie für eine Verwendung zu einem späteren Zeitpunkt. Das gilt natürlich für Wärme und Strom gleichermaßen.  

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