Heutige Solaranlagen für Einfamilienhäuser mit Kollektorflächen zwischen 5 und 15 m² und Speichervolumina von 0,3 bis 1 m³ erreichen solare Deckungsgrade von 10-30 % und ein Großteil des Wärmebedarfs wird weiterhin konventionell bereitgestellt. Um höhere solare Deckungsgrade zu erreichen, sind größere Speicher mit einer verbesserten Wärmedämmung notwendig. Damit kann die in den Kollektoren erzeugte Sonnenwärme in strahlungsärmere Perioden übertragen werden. Vor diesem Hinter­grund entwickelt das ZAE Bayern gemeinsam mit der Fa. Hummelsberger, Mühldorf, einen vakuum­superisolierten Heißwasser­speicher. Das Projekt wird vom Deutschen Bundes­ministerium für Umwelt gefördert (Kennzeichen 0325964A).

Vakuumsuperisolation (VSI) ist eine hocheffiziente Methode zur Wärmedämmung mit 5-10fach besserer Dämmwirkung als konventionelle Dämmstoffe. Das Funktionsprinzip ist ähnlich einer Thermoskanne, wo der Zwischenraum eines doppelwandigen Behälters evakuiert und dadurch der Gaswärmetransport unterdrückt wird. Damit ist bereits eine gute Dämmwirkung verbunden, jedoch findet noch ein IR-Strahlungsverlust von heißer zu kalter Behälterwand statt. Dieser wird durch Einbringen eines mikroporösen Pulvers unterbunden, wobei die zusätzliche Festkörper­wärmeleitung sehr gering ist und eine kostengünstige Evakuierung ins Feinvakuum (< 1 mbar) zur totalen Unterdrückung der Gaswärmeleitung ausreicht.

Am ZAE Bayern wurde das natürliche, ungiftige und preiswerte Perlit als Pulvermaterial ausgewählt, im Labor im Detail untersucht und der Wärmetransport theoretisch modelliert. Es weist eine hochporöse Struktur mit einer mittleren Porengröße von ca. 100 µm und Dichten zwischen 50 und 120 kg/m³ auf. Aber auch andere Materialien wie z.B. pyrogene Kieselsäure sind prinzipiell geeignet.

Im Labor ergab sich für Speichertemperaturen von 90 °C bei einem Vakuumdruck von 0,01 mbar für die effektive Gesamtwärmeleitfähigkeit der VSI-Dämmung ein Wert von lediglich 7 mW/K m gegen­über 30-50 mW/K m für konventionelle Dämmungen. Dazu kommt noch, dass Feuchte- und Degra­dationsprobleme bei einer VSI-Dämmung nicht auftreten. Für einen Echtgrößenprototyp mit 16 m³ Wasservolumen, siehe Abbildung 1, wurde auch eine effiziente Schichtladeeinrichtung entwickelt. Im realen Betrieb im Winter 2010/2011 konnte der hervorragende Wert von 9 mW/m K für die effektive Gesamtwärmeleitfähigkeit der Speicherhülle bei 0,08 mbar und 90°C Speichertemperatur erreicht werden. Der Verlustwert UA, inklusive Anschlüsse, lag damit bei unter 2 W/K gegenüber UA-Werten konventioneller Speicher von typisch 10 W/K. Pro Tag kühlte der Speicher um lediglich ca. 0,2 K aus.

In Systemsimulationen wurde ermittelt, dass durch die Verwendung von VSI-Speichern bei thermischen Solaranlagen Kollektor­fläche und/oder Speichervolumen bei gleicher solarer Deckung eingespart werden kann. Höhere Deckungsgrade über 50% bis hin zur Volldeckung sind zudem nur mit großen (> 5 m³), superisolierten Speichern sinnvoll realisierbar. Der entwickelte superisolierte Speicher ist prinzipiell auch sehr gut zur Speicherung von (solarer) Prozesswärme in der Industrie oder von Fernwärme geeignet, wo hohe Temperaturen und große Speicherzyklenzahlen auftreten. Auch in Nahwärmekonzepten kann der Einsatz von (saisonalen) VSI-Wärmespeichern vorteilhaft sein.