top innovation: Naturwärmespeicher erhöht die Effizienz einer elektrischen Heizung

Herbert Bass hilft, das Nützliche mit dem Schönen zu verbinden. Wie ein Brunnen oder ein Teich fügt sich das Produkt, das der Vertriebsmanager der Firma Naturspeicher verkauft, in den Garten oder das Firmengelände ein. Wasserspiele oder eingebaute Lichter verraten nichts über seine eigentliche Funktion. Das kleine Gewässer ist nämlich die Wärmequelle für das Heizsystem im Haus daneben und damit eine effiziente Alternative zu Luft-Wasser-Wärmepumpen, die meistens installiert werden. Denn wenn es so kalt ist, dass im Garten Schneemänner stehen, ist es üblicherweise vorbei mit der hohen Effizienz, wenn die Umgebungswärme aus der Luft gewonnen werden muss.

„Luftmaschinen haben eine System-Jahresarbeitszahl von 3, maximal 3,2“, sagt Bass. „Wir kommen beim Heizen auf 4,5 bis 5.“ Mit einer Kilowattstunde Strom erzeugt die an den Naturwärmespeicher angeschlossene Wärmepumpe im Mittel über das gesamte Jahr also fünf Kilowattstunden Wärme. Bei der Kühlung sei der Naturstromspeicher noch effizienter, so Bass. Im Vergleich zu Luftwärmepumpen sinke der Strombedarf um bis zu 50 Prozent. Gegenüber Wasserwärmepumpen mit Erdbohrung erreiche man fast die gleiche Effizienz. Auch der Preis sei ähnlich, für den Naturwärmespeicher seien aber keine behördliche Genehmigung und kein geologisches Gutachten nötig. Und selbst mit Gutachten bleiben Ungewissheiten bei den teuren Bohrungen, auch wenn die Erdbohrungen noch verlässlicher Wärme liefern mögen. Das hat die Jury überzeugt. pv magazine zeichnet das Produkt des Unternehmens, das zu 50 Prozent zum Baukonzern Max Bögl gehört, mit dem Prädikat „top innovation“ aus.

pv magazine top business model und top innovation

Preis für gute Ideen – in der Märzrunde zeichnet pv magazine zwei Einreichungen aus. Das sagt die Jury zum Naturwärmespeicher:

Naturwärmespeicher bringt Sektorkopplung voran

Sektorkopplung ist nicht nur ein Modewort, sondern dringend nötig. Wer bisher Photovoltaik mit einer Wärmepumpe kombinieren und eine besonders hohe Effizienz erreichen wollte, musste Erdbohrungen anlegen lassen. Mit dem Naturwärmespeicher besteht nun eine Alternative, die auf einer einfachen Idee beruht und zudem gut aussieht. Nicht nur das, sie erlaubt es gewerblichen Kunden sogar, aus der Wärmequelle ein repräsentatives Objekt zu machen. Das Konzept muss zwar noch im längeren Praxiseinsatz zeigen, dass die Effizienz so hoch ist wie vorhergesagt, doch alles zusammen ist das System nach Einschätzung der Jury eine „top innovation“.

pv magazine vergibt die Prädikate „top business model“ und „top innovation“ seit vier Jahren vierteljärlich. Die Gewinner werden automatisch Kandidaten für den allumfassenden internationalen pv magazine award, den wir Ende des Jahres vergeben.

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Die Juroren für „top business model“ und „top innovation“: Volker Quaschning, Professor für regenerative Energiesysteme an der HTW Berlin. Hans Urban, Experte und Berater für Photovoltaik, Speichertechnik und E-Mobilität. Er berät Schletter, Maxsolar und Smart Power. Winfried Wahl, Solarexperte und Leiter des Produktmanagements bei Longi Solar in Deutschland.

Der Einsendeschluss für die nächste Runde ist am 10. Mai 2018 (Kontakt per Email)

Damit das Konzept auch im Winter gut funktioniert, haben sich die Entwickler einiges einfallen lassen. Der Naturwärmespeicher besteht aus einem flachen Wasserbecken an der Oberfläche, dem sogenannten Powerfroster, einem großen Wasserbecken unten, das bis in zwei Meter Tiefe reicht, sowie einem Luftkanal zwischen beiden Wasserkörpern. In jeder Funktionseinheit befinden sich Wärmetauscher, und der Naturwärmespeicher greift für die angeschlossene Wärmepumpe automatisch auf die wärmste Schicht zu. In den kalten Jahreszeiten gewinnt der Speicher Energie, indem das Wasser vereist. Im Vergleich zu einer Luftwärmepumpe biete der Naturwärmespeicher den Vorteil, dass das flüssige Wasser bis zum vollständigen Gefrieren eine Temperatur von null Grad Celsius hat und somit eine deutlich bessere Wärmequelle darstellt als kalte Luft, schreibt das Unternehmen. „Bei einem Dauerfrost wie Mitte, Ende Februar halten die Anlagen mit dem Eisspeicher vier bis fünf Tage durch“, sagt Bass. Bleibt es darüber hinaus bei Minusgraden, schaltet sich ein Elektroheizstab dazu. Das ist wie bei Luftwärmepumpen kein wünschenswerter Zustand, da dann der Wirkungsgrad auf eins zurückgeht, mit allen Nachteilen einer direkten Stromheizung. „Sobald die Temperatur über null Grad Celsius liegt, startet sofort wieder der reguläre Betrieb der Wärmepumpe“, erklärt der 56-Jährige. In den hiesigen Breiten kommt es allerdings selten vor, dass es wirklich längere Perioden unter null bleibt. Im Januar sei es für die Anlagen tagsüber warm genug gewesen, um den Speicher für die Nacht wieder aufzuladen, so Bass.

Wie der Naturwärmespeicher über das Jahr hinweg funktioniert, hat das Unternehmen bisher nur berechnet. Noch läuft das System nicht lange genug für einen Realitätscheck. Naturspeicher hat im vergangenen Jahr nach eigenen Angaben rund 30 Anlagen ausgeliefert, die seitdem bereits mit der Hitze und vor allem eisiger Kälte zurechtkommen mussten.

Wichtig ist die Dimensionierung etwa im Zusammenspiel zwischen Photovoltaikanlage, chemischer Batterie und dem Naturwärmespeicher. Für ein Einfamilienhaus mit etwa 120 Quadratmetern Wohnfläche und einem KfW-Standard 70 reicht Bass zufolge ein Naturwärmespeicherteich mit 2,2 Metern Durchmesser und bis zu zehn Kilowatt Heizleistung. „Jedes Objekt, jeder Kunde, jeder Standort liefert unterschiedliche Voraussetzungen, die wir in Simulationen durchrechnen“, sagt Bass. „Wir haben bisher zu 98 Prozent genau das erreicht, was wir in diesen Berechnungen prognostiziert haben.“ Über das Marktanreizprogramm gibt es für den Speicher einen Zuschuss von 4.500 Euro bei Neubau, bei einer Sanierung sogar 6.500 Euro. Dieses Jahr will das Unternehmen 100 Naturwärmespeicher ausliefern.