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Vor einiger Zeit bin ich auf eine faszinierende Idee gestoßen, die mich sofort überzeugt hat: die Sandbatterie. Diese clevere Lösung zur Speicherung von Energie wird von Polar Nightly Energy entwickelt und hat mich so begeistert, dass ich nicht lange gezögert habe, einen eigenen Prototypen zu bauen.

Die Sandbatterie nutzt Sand als Wärmespeicher. Das Prinzip ist einfach: Solarstrom wird in Wärme umgewandelt und im Sand gespeichert. Diese Wärme kann bei Bedarf für Warmwasser oder Heizung genutzt werden. Das Besondere an Sand ist, dass er sehr hohe Temperaturen speichern kann, ohne dass dabei Druck entsteht. Das macht ihn ideal für den Einsatz als Wärmespeicher.

Der Sand hat auch eine tiefe Wärmeleitfähigkeit. Das bedeutet, dass es lange dauert, bis die Hitze vom Zentrum aussen am Rand des Zylinders ankommt. Je grösser der Durchmesser, desto grösser die Kapazität der Batterie, und desto grösser der Zeitraum, der Speicherung. Es ist das gleiche Prinzip wie auf unserem Planeten: innen heiss, aussen kühl.

Ich habe einen kleinen Prototypen dieser Sandbatterie gebaut, um die Idee in die Praxis umzusetzen. Hier ist die **Stückliste** für meinen Prototypen:

• 8 Solarpanels
• Solarkabel bis zur Batterie
• 20 Meter Widerstandsdraht
• 200 Liter Sand
• Ein leeres Ölfass
• 3 sechseckige Hohlziegel
• 2 Schalter
• Glaswolle
• Alufolie
• Einmachgläser
• Kleinmaterial (Schrauben, Aderendhülsen etc.)
• 20 Meter Edelmetall-Wellrohr

Im Zentrum des Ölfasses stehen die drei Hohlziegel, um die ich den Widerstandsdraht in mehreren Schlaufen von oben bis unten gewickelt habe. Der Draht ist so geschaltet, dass der Gesamtwiderstand etwa 4 Ohm beträgt. Um das Fass herum habe ich das Edelmetall-Wellrohr gewickelt, welches in den Wasserkreislauf meines Hauses integriert ist. Dadurch wird das Wasser, bevor es in den Elektroboiler kommt, durch die Sandbatterie geleitet und vorgewärmt.

Diese Lösung ermöglicht mir, die Sonnenenergie effizient in Wärme zu speichern und sie für Warmwasser und Heizung zu nutzen.

Die Sandbatterie ist nicht nur für mich nützlich - Alle, die Warmwasser oder Heizung benötigten könnten von einer solchen Anlage profitieren (das sind ziemlich viele Leute ;-)

Die Größe der Sandbatterie lässt sich problemlos skalieren: Größerer Durchmesser, mehr Sand und mehr Solarpanels bedeuten mehr Kapazität und längere Speicherdauer. Dies ist eine äußerst flexible Lösung, die sich sowohl für den privaten als auch für den industriellen Einsatz eignet.

Zum Beispiel in Hilfsprojekten: mit einfachen Mitteln kann eine Heizung, eine Kochstelle, eine Warmwassererzeugung gebaut werden. Und mit geeigneter Anleitung können das alle selber bauen. Materialaufwand ist minimal. Solarpanel sind Massenware geworden in letzter Zeit. Auch könnten kleine Windkraftturbinen aus Autoschrott konstruiert werden, dies nur so als Anregung. Da der damit erzeugte Strom im Sand verheizt wird, sind die technischen Anforderungen minimal.

z.B. in Kriegsgebieten. Wenn der böse Nachbar deine Kraftwerke bombardiert, könnten lokale Sandbatterien wesentlich das Überleben erleichtern. Man kann ganz schnell in einem Raum eine Schicht Sand einbringen, Widerstandsdraht im Sand verlegen, Solarpanel anschliessen (nie mehr als 3 Panel in Serie, damit die Spannung tief bleibt). Damit wird der Raum geheizt, und durch den Sand verbleibt die Wärme lange im Raum. Der Draht kann durch Backsteine hindurch geführt und mit Mörtel ausgegossen werden, damit der Draht mechanisch geschützt wird.

Sand ist ein hervorragendes Speichermedium, da er hohe Temperaturen aushält, ohne Druck zu erzeugen. Zudem ist der Wärmefluss vom Zentrum zur Peripherie relativ langsam, was von Vorteil ist, wenn die Wärme gleichmäßig ins Wasser übertragen werden soll. So kann man beispielsweise Wasser in einem Hauskreislauf vorwärmen oder die Sandbatterie in größere Systeme wie Heizungsanlagen integrieren.

Die Einsatzmöglichkeiten von Sandbatterien gehen über den privaten Gebrauch hinaus. Man könnte grosse Sandbatterien in der Nähe von Fernheizwerken installieren. Die in der Sandbatterie gespeicherte Wärme könnte nicht nur für Heizung, sondern auch zur Erzeugung von Strom genutzt werden, indem man damit Dampfturbinen antreibt. So könnte Strom bedarfsgerecht produziert werden, und die Abwärme würde sinnvoll genutzt, ohne dass Energie verloren geht.

Mit meiner kleinen Sandbatterie konnte ich bereits vielversprechende Ergebnisse erzielen. Nach nur drei sonnigen Tagen messe ich im Zentrum der Batterie **300 Grad Celsius** und an der Peripherie **um die 80 Grad**. Diese hohe Speichertemperatur ermöglicht es, über mehrere Tage hinweg Energie zu speichern und sie nach Bedarf abzurufen. Die tiefste Temperatur am Wasserkreislauf betrug bisher 37 Grad. Das würde für den Betrieb einer Bodenheizung noch reichen.

Die Sandbatterie ist eine einfache, skalierbare und effiziente Lösung zur Speicherung von erneuerbarer Energie. Ob für den privaten Gebrauch oder für größere industrielle Anwendungen ? das Potenzial ist enorm. Besonders beeindruckend ist, wie flexibel diese Technik ist und wie sie das Beste aus Sonnenenergie herausholt. Ich bin überzeugt, dass Sandbatterien in Zukunft eine wichtige Rolle in der nachhaltigen Energieversorgung spielen werden.

Die ganze Denkweise in der schweizerischen Energiepolitik gründet noch auf der vor-Solarzeit. Strom wurde in Wasserkraftwerken erzeugt. Die Lieferung konnte dem Bedarf angepasst werden bei den Stauseen, indem man einzelne Turbinen abschaltete. Es kamen dann AKW`s in Betrieb, bei denen man die Produktion besser nicht abschaltete, weil das gigantische Probleme verursacht hätte. Um den nächtlichen Überschuss loszuwerden, wurden reine Elektroheizungen propagiert (die mittlerweilen verboten sind und stillgelegt werden müssen*).

Unsere Nachbarländer litten damals unter Strommangel, vor allem über Mittag und waren bereit, für die Deckung des täglichen Spitzenbedarfs hohe Preise zu zahlen. Da kam die Idee auf, Speicherkraftwerke zu bauen, um damit den Strom zu "veredeln", was auch realisiert wurde. Aber dann kam die Photovoltaik auf, und der Spitzenbedarf schwand dahin, und damit ein lukratives Geschäft, weil über Mittag sehr viel Überschussstrom anfiel. Katerstimmung unter den Investoren machte sich vorübergehend breit.

Zum Glück (??) stieg auch der allgemeine Stromverbrauch und zunehmend wurden auch in der Schweiz Solaranlagen installiert. Das rettete die Investitionen in die Speicherkraftwerke, konnte man doch jetzt den mittäglichen Solarüberschuss speichern, theoretisch. Allerdings bedarf es grosser Investitionen in das Netz, um das effizient auszuschöpfen, was sich auch unseren Stromtarif auswirkt.

(*) Die bestehenden Elektroheizungen könnten z.B. anstatt mit Hightechstrom aus dem Netz direkt mit "Rohstrom" aus Solarpanels betrieben werden.

Spricht man Fachleute zum ersten Mal mit der Idee an, Energie in Form von Wärme zu speichern, dann erntet man Stirnrunzeln. Hochwertige Energie (Strom) in Form einer niederwertigen Energieform (Wärme) umzuwandeln tönt auf Anhieb absurd.

Viel lieber sieht man Lösungen wie Power to Gas, Schwerkraftbatterien, Redox-Flow Batterien etc. All diese Technologien sind aufwändig vom Material her, haben eine begrenzte Lebensdauer und einen schlechten Wirkungsgrad.

Der Ausbau des Netzes zum Smart-Grid um damit Strom zu speichern, das ist schön und gut; das soll man auch machen: jedoch nur für Hightechanwendungen von Strom wie der Betrieb von Elektromotoren, Computeranlagen, Lampen, Kühlaggregaten, Medizinalgeräten etc.

Wichtig ist aber, die Verwendung des Stroms genau zu analysieren. Es wird ein grosser Anteil des Stroms für Heizzwecke genutzt, und dieser Anteil nimmt zu. Mit Strom heizen ist sehr einfach. Man lässt den Strom durch einen Widerstandsdraht fliessen, und der Draht wird heiss. Es muss aber nicht ein Hochqualitätsstrom mit einer geregelten Spannung und Frequenz sein. Der Strom könnte direkt aus dem Solarpanel kommen, Gleichstrom, unveredelt. Kein Wechselrichter nötig. Aber.. wir benötigen die Hitze in der Nacht, und vor allem im Winter. Und jetzt kommt die Idee der finnischen Firma Polar Night Energy zum Zug. Diese Firma baut grosse bis riesige (10 MW Leistung und 1000 MWH Kapazität) Sandspeicher, für industrielle Anwendungen. Doch es muss nicht immer ein Grossprojekt sein. Jeder, der heute eine Luftwärmepumpe bestellen will, um z.B. eine Ölheizung abzulösen, soll sich folgendes Konzept mal überlegen:

Man stelle einen gut isolierten Sandspeicher auf, der kann im Keller oder im Garten (unter einem Treibhaus), oder unter der Garage angeordnet sein. 10 - 30 m3, je nach Heizbedarf.

Im Sandspeicher sind Heizdrähte verlegt. Durch diese fliesst der Strom von den Solarpanels, direkt ohne Wechselrichter. Jedesmal, wenn die Panels Strom liefern, wird der Sand weiter aufgeheizt. Das geschieht kumulativ, also wird der Speicher immer heisser, jedes Watt landet im Sand! Da jedes Watt effizient gespeichert wird, macht plötzlich auch der Betrieb von Kleinstwindrädern (1-5kw) oder Wasserturbinen Sinn.

Durch den Speicher hindurch verlaufen Metallröhren. Durch diese kann Luft geblasen werden und somit erhält man heisse Luft. Es könnte auch direkt ein Wärmetauscher mit Wasser für die Heizung und das Brauchwasser angebaut werden. Dieser befindet sich dann eher an der Peripherie, wo die Temperatur weniger hoch ist.

Da der Sandspeicher rundum gut isoliert ist, fungiert er als Saisonspeicher. Im Sommer wird er im Zentrum auf mehrere hundert Grad erwärmt, im Winter wird er durch die Nutzung wieder abgekühlt.

Richtig, den Sand gibt es nicht mehr "wie Sand am Meer". Aber nicht jeder Sand ist für die Bauwirtschaft geeignet. Im Sandspeicher jedoch kann genau der ungeeignete Bausand bestens verwendet werden. Auch gemahlener Alt-Beton oder Glas eignet sich. Vielleicht eignet sich sogar das Aushubmaterial für einen unterirdischen Sandspeicher als Speichermaterial? Solche Fragen könnten auch empirisch in Projektstudien an technischen Schulen untersucht werden. Entsprechende Anfragen von mir wurden leider bislang nicht beantwortet. Falls jemand Zugang zu Leuten hat, die sie für solche Studien interessieren könnten, dann teilt bitte diese Blog.

Sicher ist, dass das Volumen des benötigen Sandes relativ klein ist im Vergleich zu den Sandmengen, die für die Bauwirtschaft verwendet wird.

Richtig, Wärme speichern in mineralischem Material ist nichts Neues: Es gibt Elektrospeicheröfen, die Schamottsteine bis 300 Grad erwärmen, und bei denen die Wärmebezug durch einen Lüfter erfolgt. So kann mit billigem Nachtsrom Hitze gespeichert, und damit tagsüber der Raum geheizt werden.

Es ist jedoch kein Saisonspeicher, lediglich ein Speichern von der Nacht in den nächsten Tag.

Ja, die gibt es, und die sind schon gut.

Thermische Kollektoren haben einen Wirkungsgrad von bis zu 80%, d.h. sie nutzen 80 % der eingestrahlten Sonnenernergie.

Photovoltaik Panels jedoch haben maximal 22 % Wirkungsgrad.

Das sieht auf den ersten Blick ganz eindeutig aus: für Wärme muss eine thermische Anlage her.

Jedoch gibt es auch Nachteile:

• Die meiste Wärme fällt im Sommer an, wenn sie am wenigsten gebraucht wird
• Da die Anlage wasserführend ist, hat man einen Stress im Sommer wegen Überhitzung, und im Winter wegen Frostschaden
  

  (es gibt allerdings ein clevers System von HPWTec das die Kollektoren nur dann mit Wasser befüllt, wenn die Sonne scheint und wenn das Wasser unter dem Siedepunkt ist. Das reduziert den obgenannten Stress schon mal gewaltig ;-)

• Das Speichern der Wärme über Schlechtwetterperioden oder gar saisonübergreifend bedingt riesige Tanks als Wärmespeicher.
• Es kann nur Wärme genutzt werden, die höher ist als die im Speicher. Durch die Zirkulation des Trägermediums (Wasser Glykolgemisch) transportiert man auch immer wieder Wärme vom Speicher aufs Dach.

Das Erhitzen von Sand mit Photovoltaikpanels hat folgende Nachteile

• es wird nur 22% der Sonnenenergie genutzt

die Vorteile:

• die Energie, die von Panel kommt, gelangt sehr effizient in Form von Wärme in den Sand. Es ist kein Kreislauf, der Wärme auch wieder hinausführt.
• jedes Watt, das produziert wird, auch das, das während trüben Tagen noch anfällt, gelangt in den Speicher und macht ihn wärmer.
• der Sand kann auf hohe Temperaturen geheizt werden, und hat somit die höhere Speichekapazität als Wasser.
• der Sand leitet die Wärme schlecht, daher hat man unterschiedliche Zonen im Speicher. Hohe Temperatur bei den Heizelementen, moderate beim Wärmetauscher. Die Wärmeleitfähigkeit des Sandes kann durch Zugabe von metallischem "Sand" je nach Anwendungszweck auch beeinflusst werden. Also Saisonspeicher ist jedoch die langsame Ausbreitung der Hitze erwünscht.
• Die Installation und der Anschluss ist weniger aufwändig als bei wassergeführten thermischen Anlagen.

Sandspeicher, so gut wie auch immer konstruiert, werden sicher etwas Abwärme generieren. Diese könnte genutzt werden, indem

• Der Sandspeicher unter einem Treibhaus oder
• unter einem Biogasreaktor angeordnet wird
  

  an beiden Orten ist Wärme in der Regel willkommen.

• man könnte auch einen stillgelegten Kachelofen mit Sand füllen und moderat mit Solarstrom erwärmen.
• Eine gut isolierte Sandbatterie, in der Küche im Kochbereich angeordnet, könnte als Kochherd für gewisse Rezepte verwendet werden. Zum Kochen einfach den isolierten Deckel entfernen, und das Kochgut draufstellen.
• Eine solarbetriebener Kochstelle wäre auch denkbar.  
  z.b sowas..

  

• bestehende Elektrospeicherheizungen vom Netz trennen und direkt mit Solarstrom betreiben.
• in einem Schwimmbad. Der Sandspeicher ist zugleich ein beheizter Sandstrand
• Zum Verringern der Wärmeverluste im Sandspeicher und zur Erhöhung des Wirkungsgrades der Solarpanels kann folgendes Konzept angewandt werden:

  • Die Solarpanels werden mit Wasser gekühlt, sog. Hybridpanels, die Strom und Wärme erzeugen.
  • Das Wasser der Hybridpanels wird ausserhalb der äussersten Isolationsschicht der Sandbatterie geführt und vermindert damit das Temperaturgefälle. Bemerkung: ansich sind Hybridpanels ja eigentlich ein Widerspruch, da man möglichst kühle Panels wünscht aber gleichzeitig möglichst warmes Wasser möchte. So genutzt macht dieses Konzept jedoch Sinn.

• Der Sandspeicher kann direkt im bestehenden Untergrund erstellt werden, ohne Aushub einer Grube. Vorraussetzung: kein Grundwasser.  Es wird auf einem flachen Gelände (z.b. Parkplatz) eine kreisrunde Region als Sandspeicher definiert und mit Bohrungen für Heizelemente im Zentrum des Kreises und am Rand des Kreises Bohrungen oder mittels Kabelpflug Rillen für Wärmetauscherrohre versehen.
  

  ErdBatterie

• Eisenkern
  

  In der Kernzone wird anstelle von Sand Eisen eingebracht. Vorteile: höhere Wärme Kapazität, bessere Übertragung der Wärme in den Sand. Die Qualität des Eisen muss nicht hoch sein. Eisen ist kein knapper Rohstoff.

• Kalk brennen und löschen

  Wir machen aus Kalk den saisonalen Energiespeicher für die Wärmewende.

  Unser System nutzt überschüssige Energie, die heute oft verloren geht: Spitzen-Solarstrom über Mittag

  Statt teuerer Hochtemperaturtechnik arbeiten wir mit einem bewährten, natürlichen Material: Calciumhydroxid.

• Laden:
  

  Bei moderaten 400–600°C wird Kalkhydroxid in Calciumoxid umgewandelt. Dabei speichern wir Energie – pro Kubikmeter ca. 500 kWh Ladeenergie.

• Entladen:
  

  Im Winter wird Wasser zugesetzt. Das Löschen setzt ca. 740 kWh Wärme frei, sofort nutzbar für Fernwärme, Gebäudeheizung oder Prozesswärme.

• Abwärme bleibt nicht Abfall:
  

  Die Lade-Abwärme wird intelligent direkt ins Fernwärmenetz eingespeist.

• Die Vorteile:

• ✔ Skalierbar: kleine Containerlösung bis große Speicherfelder

• ✔ 100% erneuerbar, CO₂-neutraler Kreislauf

• ✔ Geringe Materialkosten, weltweit verfügbare Rohstoffe

• ✔ Hohe Sicherheit, ungiftig, kein Druck, kein Explosionsrisiko

• ✔ Speicherzeiten von Wochen bis Monaten

• BZ vom 19. Dezember 2024 Berner Zeitung
• Bericht auf Radio Neo1, Emmentaler Lokalradio
• Bericht in der Wochen-Zeitung für das Emmental und Entlebuch
• Bericht "Wie eine Sand-Batterie Wärme speichert" auf energie-experten.ch
• Bericht in der "Bauern Zeitung"
• Bericht in  "Energie und Umwelt" Nr. 2/2025
• Bericht zum Konzept der (finnischen) Sandbatterie im Schweizer Fernsehen "10 vor 10" mit fragwürdigem Kommentar von schweizerischen Thermie-Experten. Was ist  daran fragwürdig? z.B. die Aussage, dass Hochtemperaturanwendungen eher im Ausland benötigt werden? Im Bericht wird erklärt, dass die bisher realisierten Sandbatterien in Fernheizwerken zum Einsatz kommen. Die Hochtemperatur wird nicht durch die Bodenheizungen gepumpt, sondern dazu gebraucht, das Heizwasser auf die nötige Temperatur zu erwärmen.

falls dir etwas gefällt oder missfällt, oder bei Fragen, melde es per Mail. Benutzerreaktionen werden auch publiziert, wenn es erwünscht ist, deshalb bitte vermerken.

rh@sandbatterie.ch

Zum Betrieb einer Bodenheizung reicht eine Vorlauftemperatur von 35-45 Grad.

Berechnung bei Nutzung ohne Wärmepumpe:

Einem m3 Wasser, der 95 Grad heiss ist, kann ich 64 kWh Energie entnehmen, bis die Temperatur auf 40 Grad gesunken ist.

Einem m3 Sand, der 600 Grad heiss ist, kann ich 200 kWh Energie entnehmen, bis die Temperatur auf 40 Grad gesunken ist.

Einem m3 Eisen, der 600 Grad warm ist, kann man 550 Kwh Energie entnehmen, bis er 40 Grad warm ist.

Die grosse Herausforderung stellt die Isolation dar. Je höher der Temperaturunterschied, desto grösser sind die Verluste. Ohne Verluste, würde die Hitze auf ewig im Speicher verbleiben.

Daher muss ein Schichtensystem gedacht werden: Ebenso, wie bei grossen Wasserwärmespeichern die Schichtungen wichtig sind, jedoch nicht wegen der Isolation, muss der Sandspeicher in Wärmzonen aufgeteilt werden.

Im Zentrum wird die Wärme zugeführt mit Elektroheizstäben. Diese sind im Kontakt mit massiven Eisenvolumen, z.B. gebündelte Armiereisenstäbe gut umschlossen vom Sand. In dieser Zone werden die hohen Temperaturen erzeugt.

Dieser Kernbereich wird mit einer Isolationsschicht umschlossen. Damit dauert es länger, bis sich die nächste Zone, hier mal Batteriezone genannt, erwärmt.

Um die Batteriezone verläuft eine weitere Isolationsschicht die die Nutzzone abgrenzt. In dieser wird die Wärme auf Wasserrohre übertragen.

Denkbar ist auch eine zusätzliche Zone innerhalb der Batteriezone, um die Speicherdauer zu erhöhen.