Steckt die Zukunft der Energiespeicher in diesem Container?

Thermische Speicher sind ein wichtiger Baustein des Energiesystems von morgen. Diese lassen sich mittlerweile – auch dank Forschung an der HSLU – kostengünstig bauen, benötigen aber Platz. In dichtgebauten Arealen oder Städten sind thermische Speicher Konkurrenz für Wohnraum. Kompakte Systeme sind gefragt. Darum hat die Europäische Union das Forschungsprojekt «MiniStor» gefördert.  

Ein Speicher für alles: Strom, Wärme und Kälte 

Ziel dieses Projekts war die Entwicklung eines Speichersystems für Wohngebäude mit der zehnfachen Speicherkapazität eines herkömmlichen Wassertanks. Sechs Jahre lang hat ein Konsortium aus 17 Partnern am kompakten Energiespeichersystem gearbeitet. Das Ergebnis ist ein Container voll Technologie, welcher erneuerbare Energie speichert und sie in Form von Strom, Wärme oder Kälte wieder abgibt – je nach dem, was gerade gebraucht wird. 

Der Ministor beinhaltet: 

• Eine neue Generation von photovoltaisch-thermischen Sonnenkollektoren, die eine effizientere Umwandlung von Licht in Strom ermöglichen und gleichzeitig noch warmes Wasser bereitstellen. 
• Ein kompaktes thermochemisches Speichersystem mit hoher Speicherdichte und Phasenwechselmaterialien, welches Wärme bei ungefähr 60 °C und Kälte bei etwa 5 °C bereithält. 
• Eine gewöhnliche Lithium-Ionen-Batterie zur Stromspeicherung.  
• Ein digitales Gebäude-Energiemanagement, das die Energiespeicherung optimiert und dafür Messwerte, Verbrauchsprognosen und teilweise Signale aus dem Stromnetz berücksichtigt. So soll immer die richtige Menge Energie in der geforderten Form zur Verfügung steht. 

Die HSLU hilft Ministor intelligent zu machen 

«Die grosse Herausforderung ist, wie man die beiden Energieformen ausbalanciert, sodass Strom zur Verfügung steht, wenn Strom gebraucht wird und Wärme bereitsteht, wenn Wärme gebraucht wird», sagt Philipp Schütz.

Der Forschungsgruppenleiter des Kompetenzzentrums Thermische Energie Speicher der HSLU hat gemeinsam mit Louis Schibli und weiteren Kolleg:innen das Energiemanagementsystem des MiniStor mitentwickelt. Also die Mechanik, wie die einzelnen Teile des Ministor miteinander kommunizieren. 

Das kostengünstige Monitoringsystem hilft die Auswirkungen des Ministor auf den Energiebedarf des Gebäudes zu verfolgen. Die HSLU verantwortete auch die Analyse der Monitoring-Daten und half dabei, die Leistungsfähigkeit des Systems zu beurteilen und betriebliche Herausforderungen während der Entwicklungsphase zu identifizieren. Louis Schibli erklärt: «Die Herausforderung in diesem Schritt bestand darin, stabile Bewertungsmethoden zu entwickeln, die helfen, das Systemverhalten auch dann zu quantifizieren, wenn Messdaten aufgrund von technischen Problemen fehlen». Aus wenig Daten viel rausholen – das ist eine Kernkompetenz der HSLU-Forschungsgruppe.

Mit Phasenwechselmaterial der HSLU zum Super-Speicher 

Forschende des Kompetenzzentrums Thermische Energie Speicher waren auch im ersten Teil des Projekts beteiligt. Dort untersuchten sie verschiedene Phasenwechselmaterialien. Gemeinsam mit der schottischen Firma Sunamp, welche die Phasenwechselmaterial-Speicher baute, haben die HSLU-Forschenden das optimale Speichermaterial evaluiert. Sie wälzten Literatur, charakterisierten neuartige Materialien, reproduzierten Lösungen, bewerteten ihre langfristige Zyklenstabilität und testeten Prototypen. Das Ergebnis liefert ein wichtiges Puzzle-Stück zum anspruchsvollen Ziele des Projekts: ein kompakter Energiespeicher mit zehnmal mehr Speicherkapazität als Wasser. 

Einsatz in der Schweiz denkbar 

«Wir haben viele Erkenntnisse gewonnen, wie man kompakte Speicher baut und komplexe Energiesysteme koordiniert», sagt Philipp Schütz über die Beteiligung am EU-Forschungsprojekt.

Getestet wurde Ministor in Irland, Spanien, Ungarn und Griechenland. Zum Teil konnten bis zu 30 kWh thermische Energie pro Tag eingespart werden. Die Ergebnisse unterschieden sich stark nach Gebäude, Klima, Bewohnerverhalten und Anlagenkonfiguration. «Das System funktioniert auch in der Schweiz», sagt Philipp Schützt und verweist auf ähnliche klimatische Voraussetzungen wie in Ungarn. 

Das Projekt ist mittlerweile abgeschlossen. Ministor erreicht den Technologiereifegrad TRL 7. Also ein funktionsfähiger Prototyp in realer Umgebung. Die Partner des Konsortiums stellen das Projekt weiterhin an Messen und Konferenzen vor. Gesucht wird ein Kommerzialisierungspartner, der die Entwicklung eines Produktes und dessen Vermarktung übernimmt. Die Marktlücke ist eigentlich da: «Grosse Speicher bauen ist kein Problem, aber nicht überall gibt es den Platz dafür», sagt Philipp Schütz.