Die Speicherung würde, kurz zusammengefasst, folgenden Prinzipien folgen:
• Speicherladung (fast) immer schichtend von oben mit T ≈ 95 °C, • Ladung konvektiv von unten nur, um die Schichtung zu bewahren, - beim Aufwärmen, - evtl. am Tagesende, - für Frostschutz und bei Stagnation, • Speicherentladung immer von oben, • FW-Rücklauftemperatur = Speichergrundtemperatur, • Regeneration der Schichtung mit WP 85 95 °C // 55 45 °C mit JAZ ≥ 5, • WP-Leistung << Spitzenwärmebedarf (ca. 3%, bei 10 TWh/a maximal 100 MW).
Solarthermisch autarke Dörfer
Zwischen dem EFH und der Großstadt liegt ein großer Bereich. Kann ein kleines Dorf noch solarthermisch autark werden oder wenigstens eine Kleinstadt? Technisch ist das möglich, wirtschaftlich noch nicht. Bei einem Wärmenetz mit einem Jahresbedarf von 5 GWh wäre die Autarkie möglich mit 85.000 m³ Speichervolumen und 14.275 m² Bruttokollektorfläche. Der Speicher müsste ein gut gedämmter, druckloser Stahlspeicher sein, Erdbeckenspeicher wären hierfür noch „zu klein“. Die erforderlichen etwa drei Hektar Land wären wieder wenig gegenüber der mit Wärme versorgten Fläche. Der Wärmepreis wäre jedoch mit 190 Euro/MWh fast 8-mal so hoch wie bei der Großstadt mit dem 2.000-fachen Wärmebedarf. Trotzdem wäre es sinnvoll, 24 Mio. Euro in ein Projekt dieser Größe zu investieren, um das Konzept einmal praktisch zu beweisen. Im Nebeneffekt wäre im günstigsten Fall eine Gemeinde mit etwa 500 Haushalten für die nächsten 25 Jahre zum Festpreis von etwa 190 Euro/MWh mit Wärme versorgt, was bei der aktuellen Inflation vielleicht sogar günstig wäre. Bei einer Inflation von jährlich 7,5 Prozent käme das einem heutigen Wärmepreis von 70 Euro/MWh gleich (vgl. Formel): (190* 25*0,075)/(〖1,075〗^25-1)
Zusammenfassung und Fazit
• Große Solarthermie-Anlagen könnten solarautark sein. • Sehr große Anlagen wären dabei sogar sehr wirtschaftlich. Dabei sinkt der spezifische Investitions-aufwand mit der Anlagengröße. Ab ca. 20% Solaranteil am Jahresbedarf ist es vor allem die Speicherung, die den Preis nach oben treibt. • Ab ca. 50% Solardeckung steigt der Systempreis nicht mehr. • Bis 5% Solardeckung brauchen FW-Netze keinen Speicher. • Bis 20% trägt der Speicher wenig zum Wärmepreis bei. • Von 20 bis 50% wächst der Speicherbedarf schnell. • Über 50% kompensieren Skalierung und sinkende Wärmeverluste die Kosten für den weiter wach-senden Speicherbedarf. • FW-Solaranlagen mit großen Solardeckungsgraden kommen mit ganz wenigen Stagnationen aus. • Kleine FW-Anlagen sind bis 50% Solardeckung wirtschaftlicher, wenn der Speicher unter- und die Kollektorfläche überdimensioniert wird, so dass ganz sicher Stagnation auftritt. • Je kleiner eine Anlage ist, umso mehr Stagnationen sind wirtschaftlich. • Kleine Solaranlagen (EFH, MFH, Quartiere) erfordern für akzeptable solare Deckungsgrade immer Stagnationen. • Eine WP ist für Solaranlagen mit Langzeitspeicherung voraussichtlich immer erforderlich, aber nicht als Wärmequelle, sondern zur Regeneration der thermischen Speicherschichtung.
Ist es tatsächlich eine Option, drei bis fünf Prozent der Versorgungsflächen von Wärmenetzen für Solarthermie-Anlagen freizumachen? Das kann technisch nicht beantwortet werden. Auf jeden Fall ist es noch ein sehr langer Weg dorthin. Zur solarthermischen Volldeckung aller FW-Netze Deutschlands mit bis 2040 vielleicht 200 TWh Wärmebedarf wären 2,7 km³ Speichervolumen und 700 km² Fläche notwendig. Das sind 0,18 Prozent der Fläche Deutschlands und nur 2,8 Prozent der bisherigen Biomasse-Anbaufläche [3]. Gegenüber dieser landwirtschaftlichen Nutzung würden Freiland-Solaranlagen eine Vergrößerung der Biodiversität und damit eine ökologische Aufwertung bedeuten, denn sie können sich die Fläche mit Insekten, Kleintieren und niederem Wildwuchs teilen und brauchen weder Dünger noch Insektizide.
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