Erneuerbare Energien

Mit dieser Technologie könnten 90 Prozent der Heizenergie kostenlos werden

An der Universität Stuttgart kombinieren Wissenschaftler Sonnenkollektoren, Wärmespeicher und Wärmepumpen zu einem hocheffizienten Gesamtsystem. Damit könnten erneuerbare Energien 90 Prozent des Wärmebedarfs decken.

Heizungstechnik Klimatechnik

Noch sind Projektleiter Harald Drück von der Universität Stuttgart und sein Team auf der Suche nach Interessenten, die das neue System in ihrem Zuhause realisieren wollen. Die Entwicklungsphase im Labor ist aber abgeschlossen, die Ergebnisse dynamischer Systemsimulationen liegen vor. Nur an der Umsetzung in die Praxis hapert es eben noch. Doch schon jetzt ist Drück überzeugt: „Mit unserem System lassen sich rund 90 Prozent aus Sonnenenergie und oberflächennaher Geothermie bereitstellen.“

Kombinationsgabe

Dieser Erkenntnis gehen viele Jahrzehnte Forschung voraus. Seit Jahrzehnten beschäftigen sich die Wissenschaftler des Forschungs- und Testzentrums für Solaranlagen der Universität Stuttgart mit Solarthermie und seit vielen Jahren auch mit Wärmepumpen. Beide Technologien wurden etwa im Projekt WPSol (Leistungsprüfung und ökologische Bewertung von kombinierten Solar-Wärmepumpenanlagen) oder in Projekten zur wissenschaftlich-technischen Begleitforschung zu großen solaren Nahwärmeanlagen mit saisonaler Wärmespeicherung im baden-württembergischen Crailsheim erfolgreich kombiniert. „Da bei diesem Projekt auch ein Erdsondenwärmespeicher eingesetzt wird, und wir so auch mit dieser Technologie Erfahrungen sammeln konnten, lag die effiziente Kombination der drei Schlüsseltechnologien Solarthermie, oberflächennahe Geothermie sowie Wärmepumpen und damit die Konzeption des 1zu10-Wärmeversorgungssystems nahe“, schildert Drück im Gespräch mit HLK die Entwicklung.

Das Prinzip Thermoskanne

In der Jahressumme sollen aus einer Kilowattstunde elektrischer Energie bis zu zehn Kilowattstunden Wärme generiert werden. Ähnlich wie bei einem SolarAktiv-Haus werden rund 50 Prozent des jährlichen Wärmebedarfs zur Trinkwasserbereitung und Raumheizung solarthermisch erzeugt. Weitere 40 Prozent werden durch oberflächennahe Geothermie bereitgestellt, wofür ergänzende zehn Prozent elektrische Energie zum Antrieb einer Kompressionswärmepumpe benötigt werden.

Das Herzstück ist ein großvolumiger, vakuumgedämmter Warmwasserspeicher. Sein Prinzip entspricht jenem einer Thermoskanne. Dadurch hat er bis zu zehnfach geringere Wärmeverluste und kann auch außen aufgestellt werden. Für die hohe Effizienz des Gesamtsystems sorgen die leistungsfähigen Kollektoren. Vakuumflachkollektoren sind hier eine Alternative zu herkömmlichen Vakuumröhrenkollektoren. Für die Erschließung des Erdreichs werden sogenannte Helixsonden verwendet, das sind eine Art hocheffiziente, schlanke Erdwärmekörbe, verwendet. Die Vorteile sind eine geringe Bohrtiefe von vier bis maximal zehn Meter, wodurch keine hydrogeologischen Probleme zu erwarten sind.

Die Wärmepumpe nutzt als Wärmequelle das Helixsondenfeld. Die Nutzwärme der Wärmepumpe wird an den Warmwasserspeicher abgegeben. Aufgrund der großen zur Verfügung stehenden Wärmespeicherkapazität kann die Wärmepumpe gezielt zu Zeiten betrieben werden, in denen Strom im Netz im Überschuss zur Verfügung steht. Die Kosten für das Wärmeversorgungskonzept liegen bei 37.000 Euro für ein Einfamilienhaus.

INTERVIEW

„Für Installateure kein Problem“

Forscher Harald Drück: "Theoretisch marktreif." (c) Universität Stuttgart Bild: Bildquelle

Forscher Harald Drück über die Umsetzbarkeit seines 1zu10-Konzepts.

Wie firm sind eigentlich die Installateure, um Ihr Konzept auch umsetzen zu können?

Harald Drück: Da das 1zu10-Wärmeversorgungskonzept auf den üblichen Komponenten wie Sonnenkollektoren, Wärmespeicher, Erdwärmesonden und Wärmepumpen basiert, sollte die Installation des Systems für einen erfahrenen Installateur kein grundsätzliches Problem darstellen.

Was gilt es denn besonders zu beachten?

Drück: Wichtig ist insbesondere der Einsatz von hocheffizienten Sonnenkollektoren und Warmwasserspeichern mit einer großen thermischen Kapazität und geringen Wärmeverlusten. Außerdem ist die richtige Dimensionierung der einzelnen Schlüsselkomponenten wie Sonnenkollektoren, Wärmespeicher, Erdwärmesonden und der Wärmepumpe entscheiden.

Ist das Wärmesystem bereits marktreif?

Drück: Theoretisch ja. Damit meine ich, dass wir das 1zu10-Wärmeversorgungssystem detailliert mittels dynamischer Systemsimulationen untersucht und optimiert haben. Eine praktische Realisierung sowie die messtechnische Analyse im realen Betrieb sind bisher jedoch nicht erfolgt. Hier sind wir gegenwärtig auf der Suche von Interessenten für die Errichtung entsprechender Anlagen.

Wie sieht es mit der Amortisation aus?

Drück: Die finanzielle Amortisation hängt sehr stark von dem gewählten Vergleichssystem sowie der Preisentwicklung von Öl und Gas ab. Eine generelle Antwort auf diese Frage gibt es leider nicht.