Solarenergie und Eisspeicher: Ein prima Duo

Das Kühlen von Lebensmitteln war früher echte Knochenarbeit. Im Winter wurden dafür von Hand große Eisblöcke aus Weihern und Teichen geschlagen und mit dem Pferdekarren in unterirdische Gewölbe, die sogenannten Eiskeller, transportiert. Mit den ersten elektrisch betriebenen Eisschränken und Kühlmaschinen geriet diese Art der Kühlenergie in Vergessenheit. Zu Unrecht, denn „Eis ist eine hervorragende Speicherform, “ sagt Stephan Baumgartner. Der Elektromeister aus dem oberbayrischen Ramsau konzentriert sich mit seinem Betrieb darauf, dem Eisspeicher zu einer Renaissance zu verhelfen. Ganz ohne Schinderei, dafür mit der Kraft der Sonne.

Wie es funktionieren kann, zeigt das Beispiel der Milchwirtschaft Zacherl im oberbayrischen Emmering, die pro Jahr rund 620.000 Liter Milch zu kühlen hat. Der Betrieb besitzt seit einigen Jahren eine Photovoltaikanlage mit einer Leistung von 30 Kilowatt, die in Ost-West-Ausrichtung installiert ist, um den Tagesverlauf bestmöglich abzudecken. Tagsüber werden damit alle Gebäude und verschiedene Geräte des Bauernhofs von der Anlage versorgt, wie zum Beispiel die vollautomatische Fütterung und der Melkroboter. Zudem wird mit Hilfe des Solarstroms Wasser in einem Boiler auf 95 Grad Celsius erhitzt, womit nachts der Melkrobotor hygienisch gereinigt wird. Der restliche Strom wird dazu verwendet, Wasser im Speicher in Eis zu verwandeln.

„Wenn man die Kälte direkt nutzen kann, dann ist es sehr sinnvoll einen thermischen Speicher einzusetzen“, sagt Stefan Gschwander, Leiter der Arbeitsgruppe Wärme- und Kältespeicher am Fraunhofer ISE. Das bedeutet, Eisspeicher sind besonders effizient, wenn die Eisenergie nicht wieder in elektrische Energie umgewandelt werden muss, sondern Kälte bei null Grad benötigt wird. In Baumgartners Fokus stehen deswegen bislang ausschließlich Viehwirte, die große Mengen zu kühlen haben. Die Milchkühlung, so Gschwander, sei eine besonders naheliegende Anwendung weil das Lebensmittel bei etwa 4–6 Grad Celsius gekühlt werden muss, was nicht weit weg liegt von der Eistemperatur. Gebäudekühlungen beispielsweise benötigen bereits tiefere Temperaturen.

Kristallisationsenergie setzt Energie frei

Die physikalische Begründung für diese ideale Verquickung ist die Kristallisationsenergie, die bei der Eisschmelze freigesetzt wird. Wenn minus 0,1 Grad kaltes Eis in plus 0,1 Grad kaltes Wasser geschmolzen wird, steckt darin so viel Energie, wie wenn null Grad kaltes Wasser auf 81 Grad erwärmt würde.

Um die Energieversorgung zuverlässig zu steuern, hat Stephan Baumgartner eine Software entwickelt, mit der mehrere Gebäude wie der Stall, Wohnhaus und die Maschinenhalle miteinander vernetzt werden können. Sein Fullenergy-Energiemanagement erfasst die erzeugte Energie aus Photovoltaik-Anlage, und erkennt, welchen Bedarf die einzelnen Verbraucher haben.

Bei kleineren Tanks befindet sich der Eisspeicher unter dem Milchtank und bildet mit diesem eine Einheit. Um die Verdampferrohre herum wird ein Eisvorrat aufgebaut. Das Kühlaggregat wird immer dann angesteuert, wenn die Fullenergy-Steuerung meldet, dass ausreichend Strom aus der PV-Anlage vorhanden ist. Die Kühlung der Milch erfolgt, indem die Außenwände des Innentanks mit dem restlichen Eiswasser besprüht werden. Bei größeren Mengen sind Eisspeicher und Kühltank getrennte Einheiten. Der Kältevorrat wird im separaten Eisspeicher aufgebaut.

Der Eisspeicher System hat laut Baumgartner einen rund sieben Prozent schlechteren Wirkungsgrad als bei einem normalen Direktverdampfer, der in der Regel bei der Milchkühlung zum Einsatz kommt. Dabei strömt ein Kältemittel durch den Verdampfer und kühlt die Milch im direkten Kontakt ab.

Potenzial für die Lebensmittelkühlung

Die Anschaffung eines Eisspeichers sei für Landwirte immer dann ökonomisch interessant, wenn sie ohnehin neue Milchkühltechnik anschaffen müssten, erklärt Baumgartner. Den Mehraufwand beziffert der Unternehmer mit 5.000 bis 6.000 Euro für die Technik und rund 5.000 Euro für die Energiesteuerung. „Damit erkauft sich der Landwirt ein Speichermedium mit rund 50 Kilowattstunden“. Der Eisspeicher ist damit deutlich günstiger als ein Batteriespeicher mit einer vergleichbaren Leistung, der heute rund 50.000 Euro kostet. Eine Selbstentladung wie beim Batteriespeicher gibt es nicht. Die Eisspeicher sind isoliert, der Wärmeverlust gering. Es gibt auch keinen Verschleiß im Sinne einer Tiefenentladung, da sich Eis immer wieder vollständig auf und abtauen lässt. Als Konkurrenz seien die beiden Technologien aber nicht zu betrachten, sondern vielmehr als sinnvolle Ergänzung, so Baumgartner.

Denn die Kombinationsmöglichkeiten seien mannigfaltig. Egal ob vollautomatische Fütterung, ein Melkroboter, ein Warmwasserboiler, eine Elektroheizung, eine Ladesäule für Elektroautos oder eben auch ein Batteriespeicher – all diese Geräte lassen sich über das Energiemanagementsystem mit Strom vom Dach versorgen.