„nachhaltigen technologien“ 4|2019

m Rahmen des Technologienetzwerks der Interna- tionalen Energieagentur IEA wird das Thema „Mate- rial- und Komponentenentwicklung für thermische Energiespeicher“ in einer interdisziplinären Arbeits- gruppe behandelt [1, 2] . Dabei werden sowohl latente als auch thermochemische Speichermaterialien entwickelt und untersucht. Neben der Materialfor- schung steht die Entwicklung geeigneter Speicher- komponenten im Fokus der Aktivitäten. In diesem Artikel soll vor allem dieser Aspekt beleuchtet und der Zusammenhang zwischen Material und Kompo- nente herausgehoben werden. Einfluss der Anwendung auf die Speicherkomponente Bei Energiespeichern besteht ein enger Zusammen- hang zwischen der Speicherkomponente und der aktuellen Anwendung. Der Speicher nimmt wäh- rend des Ladevorgangs Energie unter bestimmten Bedingungen auf, und muss sie zu einem späteren Zeitpunkt unter vielleicht anderen Bedingungen wieder abgeben. Diese Bedingungen sind durch die Anwendung gegeben. Eigenschaften der Speicherkomponente, wie die Speicherkapazität, die Lade-/Entladeleistung, der Speicherwirkungsgrad, die Speicherdauer und schließ- lich die Speicherkosten, stehen alle in engem Zu- sammenhang mit der tatsächlichen Anwendung und werden durch diese weitgehend festgelegt 1 . Daher sollte auch schon bei der Materialentwicklung und bei der Auslegung von Speicherkomponenten die Anwendung mit ihren Betriebsbedingungen berück- sichtigt werden. Vom Labor zum realen Speicher Die Arbeiten der Forschungsgruppe „Material and Component Development for Thermal Energy Sto- rage“ der IEA [1, 2] folgen daher dem Ansatz, schon bei der Materialentwicklung die möglichen Einsatzbe- dingungen zu berücksichtigen. Dabei wird in einem ersten Schritt das Material auf seine physikalisch- chemischen Eigenschaften hin charakterisiert. In einem zweiten Schritt werden die Materialeigen- schaften unter anwendungsnahen Bedingungen bestimmt. Dies findet noch unter Laborbedingungen statt. Zuletzt wird das Speichermaterial dann in ei- nem konkreten Komponentendesign getestet, auch hier unter Anwendungsbedingungen. Damit können die tatsächlichen Vorteile eines neuentwickelten Materials quantifiziert werden. Als konkretes Beispiel kann eine neue Mischung von Salzhydraten dienen. Das neue Phasenwechsel- material 2 wird hinsichtlich seiner Schmelzenthalpie vermessen. Der Schmelzbereich der Mischung liegt zwischen 14 °C und 16 °C. Der Speicher soll in einem System eingesetzt werden, das Klimakälte und Warmwasser in Kombination mit einer Wärmepumpe bereitstellt. Damit ergibt sich eine theoretische und im Labor zwischen 5 °C und 25 °C gemessene spezi- fische Energiespeicherdichte von 170 kJ/kg. Wird das Material in einen isolierten Behälter mit integrierten Kapillarrohrmatten für den Wärmetransport gefüllt, ergibt sich unter den gleichen Bedingungen eine ge- messene spezifische Energiespeicherdichte von nur mehr 135 kJ/kg bezogen auf das Speichermaterial, d. h. die Energiespeicherdichte sinkt auf etwa 80 % des ursprünglich erzielten Wertes. In der Praxis müssen weiters thermische Verluste durch Isolierung minimiert werden und die Auskopp- lung der gespeicherten Wärme unter bestimmter I Andreas Hauer Kristallisieren eines Phasenwechselmaterials (PCMs) an einem Wärmeübertrager (Calciumchlorid an Kapillarrohrmatte) Foto: ZAE Bayern Thermische Energiespeicher – vom Material zur Komponente