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Ein zylinderförmiger Behälter, der im Zehtrum eine elektrische Heizung enthält, die mit Eisen umgeben ist. Drumherum befindet sich Sand.
An der Peripherie wird die Wärme entnommen mit einem Wärmetauscher: das ist ein spiralförmiges Rohr, das in einen bestehenden Heizkreis angeschlossen ist.
das Prinzip
im Modell
das gleiche Prinzip unseres Planeten
- Alle, die Wärme benötigen.
- Alle, die Wärme verkaufen.
- Alle, die überschüssigen Solarstrom haben
Die Konstruktion einer Sandbatterie ist im Grundsatz einfach. Überirdisch genügt eine vergleichsweise einfache Hülle, zum Beispiel aus Stahl- oder Eisenblech. Der wesentliche statische Druck wirkt durch die Schwerkraft nach unten. Seitlich entstehen zwar ebenfalls Kräfte, sie sind aber deutlich einfacher zu beherrschen als bei einem Druckbehälter mit Wasser oder Dampf.
Unterirdisch lässt sich eine Sandbatterie besonders platzsparend bauen, sofern kein Grundwasser ansteht und die Baugrube trocken gehalten werden kann. Der Vorteil liegt auf der Hand: An der Oberfläche geht kaum nutzbare Fläche verloren. Bestehende Keller, Schächte, Gruben oder ungenutzte unterirdische Räume können prinzipiell mitgedacht werden.
Als Füllmaterial kommen mineralische Stoffe infrage, die billig, verfügbar und nicht knapp sind. Das kann Schwemmsand sein, aber auch gebrochener Stein, gemahlener Altbeton, Glasgranulat oder mineralische Schlacke aus industriellen Prozessen. Entscheidend ist nicht ein spezieller „Wundersand“, sondern ein robustes, temperaturbeständiges Material mit brauchbarer Wärmespeicherfähigkeit.
Muss es zwingend Sand sein? Nein. Auch Steine, Kies oder Felsbrocken können Wärme speichern und haben ähnliche thermische Eigenschaften. Sand hat aber praktische Vorteile: Er lässt sich einfach einbringen, verdichten, nachfüllen und bei Bedarf wieder bearbeiten. Zudem können später relativ einfach zusätzliche Heizelemente, Wärmetauscherrohre oder metallische Einlagen eingebracht werden, um das thermische Verhalten gezielt zu beeinflussen.
Physikalisch betrachtet geht Wärme nicht einfach „verloren“. Sie wandert nur dorthin, wo es kälter ist. Eine perfekt isolierte Thermoskanne würde den Tee theoretisch unbegrenzt warm halten. In der Praxis ist die Speicherdauer deshalb vor allem eine Frage der Dämmung, der Speichergrösse und der Temperaturdifferenz zur Umgebung.
Hier kommt Sand als Speichermaterial ins Spiel. Sand hat pro Liter zwar nur rund einen Drittel der Wärmekapazität von Wasser. Dafür kann Sand weit über 100 °C erhitzt werden, ohne zu kochen, ohne Druck aufzubauen und ohne einen dichten Druckbehälter zu benötigen. Ab höheren Temperaturen kann dadurch pro Kubikmeter mehr nutzbare Wärme gespeichert werden als in einem klassischen Warmwasserspeicher.
Da der Sand die Wärme langsam weiterleitet tritt der Batterieeffekt ein. Die Distanz bestimmt die Speicherdauer und natürlich auch die Kapazität.
Vereinfacht gesagt: Wasser ist sehr gut für niedrige Temperaturen. Sand wird interessant, wenn grosse Wärmemengen bei hohen Temperaturen über längere Zeit gespeichert werden sollen.
Eine Sandbatterie kann dort gebaut werden, wo genügend Platz, gute Dämmung und eine sinnvolle Anbindung an das Heizsystem möglich sind. Denkbare Standorte sind zum Beispiel:
Der Standort hängt weniger vom Sand selbst ab als von den baulichen Rahmenbedingungen: Tragfähigkeit, Feuchtigkeit, Dämmung, Zugänglichkeit, Brandschutz und Anschluss an die Wärmenutzung.
Das ist die wichtigste Frage.
Immer mehr Photovoltaikanlagen produzieren über Mittag mehr Strom, als lokal gerade verbraucht wird. Dieser Überschussstrom belastet zunehmend das Netz. Jede zusätzliche Solaranlage verstärkt diese Tendenz, wenn die Energie nicht lokal genutzt oder gespeichert wird.
Eine naheliegende Lösung ist deshalb: Überschüssigen Solarstrom dort speichern, wo er entsteht. Für Wärme braucht es dafür nicht zwingend Batteriezellen, Wechselrichter und ein komplexes Smart Grid. Man kann den Strom direkt in Wärme umwandeln und lokal speichern.
Ein erheblicher Teil unseres Energieverbrauchs entfällt auf Wärme: Raumheizung, Warmwasser und Prozesswärme. Genau hier setzt die Sandbatterie an. Sie kann Stromüberschüsse aufnehmen, ohne das Netz zusätzlich zu belasten, und diese Energie später als Wärme wieder verfügbar machen.
Kurz gesagt: Die Sandbatterie ist kein Ersatz für jede Form von Energiespeicher. Aber sie kann dort sinnvoll sein, wo überschüssiger Solarstrom lokal in Wärme umgewandelt und über längere Zeit gespeichert werden soll.
Wenn Sandbatterien breit eingesetzt würden, hätte das Folgen weit über den einzelnen Speicher hinaus. Photovoltaikanlagen könnten grösser dimensioniert werden, weil der überschüssige Strom nicht mehr als Problem erscheint, sondern als lokal nutzbare Energiequelle für Wärme.
Heute wird Solarstrom über Mittag oft genau dann produziert, wenn er im Gebäude nicht vollständig gebraucht wird. Das belastet das Netz und führt dazu, dass Leitungen, Transformatoren und Steuertechnik ausgebaut werden müssen. Wenn ein Teil dieses Überschusses direkt vor Ort in Wärme umgewandelt und gespeichert wird, sinkt der Druck auf das Stromnetz.
Das bedeutet nicht, dass kein Netzausbau mehr nötig wäre. Aber er könnte gezielter, langsamer und kleiner ausfallen. Vor allem lokale Spitzen würden entschärft: Strom, der gar nicht erst über weite Strecken transportiert werden muss, verursacht auch keine Übertragungsverluste.
Eine solche dezentrale Wärmespeicherung erhöht auch die Resilienz. Gebäude, Siedlungen, Gewächshäuser, Heizzentralen oder Gewerbebetriebe könnten einen Teil ihrer Wärmeversorgung selbst puffern. Bei Netzengpässen, Strompreisspitzen oder Versorgungskrisen steht lokal gespeicherte Wärme zur Verfügung.
Strategisch ist das interessant: Wärme ist ein grosser Teil unseres Energiebedarfs. Wenn überschüssiger Solarstrom direkt in lokale Wärmespeicher fliesst, wird weniger importierte Energie benötigt, weniger Infrastruktur belastet und mehr Wertschöpfung bleibt vor Ort.
Kurz gesagt: Wenn dieses Prinzip Schule macht, werden Solaranlagen nicht kleiner gedacht, sondern sinnvoll grösser. Der Überschuss wird nicht abgeregelt oder durchs Netz gedrückt, sondern lokal in Wärme verwandelt. Das entlastet das Grid, reduziert Verluste und erhöht die Versorgungssicherheit.
falls dir etwas gefällt oder missfällt, oder bei Fragen, melde es per Mail. Benutzerreaktionen werden auch publiziert, wenn es erwünscht ist, deshalb bitte vermerken.
Bundesamt für Energie: ausführliche Stellungsnahme zum Artikel in der Bernerzeitung vom 19. Dezember 2024
Hier unsere Einschätzung zu dem Thema: - der Begriff "Batterie" ist irreführend.
Im Kontext der Energietechnik wird Batterie als "Quelle für elektrischen Strom" verstanden, was hier nicht zutrifft. für die Speicherung von Wärme spricht man von Speicher, Tank oder dem Untergrund (Erdsondenspeicher, Aquiferspeicher, ...)
- die spezifische Wärmekapazität von Sand liegt bei 0.835 kJ/kg/K, bei einem spezifischen Gewicht von ca. 1.56 t/m3 (bei Wasser: 4.19 kJ/kg/K bei 1 t/m3). Die Wärmekapazität pro Gewicht von Wasser ist also 5 mal höher und auch pro Volumen noch 3.2 mal höher. Wasser ist günstiger und besser verfügbar als Sand.
- eine effizienter Wärmetransport zum und vom Speicher über Wärmetauscher ist eine Grundvoraussetzung für eine technische Anwendung im grösseren Massstab, genau dort liegen beim Sandspeicher grosse Herausforderungen (Sand ist in der Handhabung viel umständlicher als Wasser oder andere flüssige Speichermedien)
- ein Vorteil von Sand liegt in den hohen Temperaturen (mehrere Hundert Grad), die möglich sind. Um diese hohen Temperaturen erreichen zu können, sind aber entweder konzentrierende Solarreaktoren nötig (zur Stromproduktion oder für chemische Reaktionen), oder direkt Strom aus erneuerbaren Energiequellen. Die hohen Temperaturen machen nur für industrielle Prozesse einen Sinn, für Heizungen reichen Temperaturen von 30 - 50 °C, für Warmwasser 60 - 65 °C. Für den Energiebedarf für Wohngebäude ist die Technologie nicht geeignet.
- grosse Fernwärmespeicher oder saisonale Wärmespeicher benötigen mehrere 10-100'000 m3 Volumen. Es ist vollkommen unrealistisch, dies mit Sand als Wärmeträger zu realisieren. Wenn nicht Wasser, dass würde man das Erdreich über Erdsonden als Wärmemedium benutzten, dort liegen aber die Temperaturen bei 5 - 15 °C (als Quelltemperatur für Wärmepumpen).
Hochschule Luzern
Anfrage
Guten Tag Herr Worlitschek Ich bin auf der Suche nach Leuten, die sich für so was interessieren könnten.
Ich habe das bereits an Herr Peter Brunner an der BFE als Projektidee gepostet, bin aber dann Sie verwiesen worden.
Ich habe einen Prototypen einer Sandbatterie zur Wärmespeicherung gebaut, inspiriert durch Polar Night Energy ->https://polarnightenergy.fi.
Das Experiment ist gelungen, ich teste es derzeit bei mir zuhause erfolgreich aus.
Meine Anlage kann jederzeit besichtigt werden in Langnau. Eckdaten: Stück Liste: 8 PV-Module 1 Ölfass, 200 Liter Schwemmsand aus der Emme, 20 Meter Widerstands Draht, 20 Meter Edelstahlwellrohr, Solarkabel, Glaswolle, Alufolie und Kleinmaterial. Das Ergebnis: ich produziere mein Warmwasser selber. Der Speicher ist einfach meinem Elektroboiler vorgeschaltet, ist ja nur ein Experiment.
Erkenntnis bis jetzt: 1. Das Verhalten der Hitze im Sand ist sensationell praktisch. Im Zentrum herrschen schnell mal 300 Grad und mehr. Mein Grill Thermometer geht nur bis 300 Grad also messe ich 20 Zentimeter weiter weg. Die Wärme fliesst langsam an die Peripherie, wo ein Wasserwellschlauch verbaut ist ums Fass herum als W. Hier herrschen relativ konstante 80 Grad.
Dies auch nach einigen Tagen Regenwetter. Langzeiterfahrung habe ich noch nicht, aber es sieht vielversprechend als Wärmespeicher. 2. Das Ganze ist lowtech, braucht keine heikle Materialien. In meinem Fall brauchts nicht mal einen Wechselrichter, geschweige denn eine Wärmepumpe.
Mein Fazit: Sandbatterien könnten eine Beitrag zur Lösung für unsere Energie Probleme sein. Gut isoliert fungieren sie als Saisonspeicher.
Interessant ist vor allem auch das Verhalten des Sandes im Bezug auf die Wärmetransportgeschwindigkeit; die ist nämlich sehr träge. Wenn man die Distanz zwischen dem heissen Kern und dem Nutzbereich (wärmetauscher) erhöht, erhöht man gleichzeitig die Zeitdauer der Speicherung der Wärme und natürlich auch die Kapazität des Speichers.
Würde man einen Speicher mit 10 Meter Durchmesser bauen, den beheizten Kern auf 1 Meter Durchmesser aufgeheizt auf 1000 grad, würde es mehrer Monate dauern, bis die Hitze an die Peripherie "durchgewandert" wäre.(laut Chat.GPT). Ist das nicht gerade das Ideale Verhalten eines Saisonspeichers?
Antwort
Guten Tag Herr Hofer Vielen Dank für Ihre Nachricht.
Es ist immer interessant, wenn spannende Prototypen auf Eigeninitiative entstehen. Zusätzlich zu dem Wissen über die Firma Polarnightenergy sind uns bisher vor allem die Forschungsaktivitäten an der TU Wien dazu gut vertraut, wo die Wärmeübertragugung zum und aus dem Sand über Wirbelschichtprozesse gelöst wurde.
Gerne können wir uns einmal zu ihren Erfahrungen austauschen.
Einen Kommentar will ich dennoch im Vorfeld geben. Als Energietechnikern ist uns die effiziente Nutzung von Energie sehr wichtig.
Hochtemperaturerzeugung durch eine Widerstandsheizung sehen wir daher eher für industrielle Anwendungen prädestiniert. Bei Niedertemperaturanwendungen sollten wir auch andere Lösungen in Betracht ziehen.
Herzliche Grüsse Jörg Worlitschek
Anfrage (nachgehakt)
guten Tag Herr Worlitschek guten Tag Herr Wellig
Ich knüpfe an an dem bereits erfolgten Mailverkehr, jedoch jetzt von einen anderen Mailadresse aus. Da ich nun schon über mehr Daten verfüge, möchte ich gerne mit Ihnen mal einen Erfahrungsaustausch machen. Die Daten sind vielversprechend und auch wenn sie nichts von Hochtemperaturerzeugung durch Widerstandsheizung halten, sollte sie das Konzept doch mal näher anschauen. (mein Toaster ist ja eigentlich auch eine Hochtemperaturerzeugung ;-).
Und zwar sollten mehr Erfahrung mit der Ausbreitung von Wärme im Sand gesammelt werden, da liegt ein grosses Potential drin. Das Zentrum des Speichers ist warm, und die Wärme gelangt zeitversetzt an die Peripherie, das ist der Schlüssel.
Ich wünsche Ihnen ein gutes neues Jahr. und.. besuchen Sie doch bitte mal https://sandbatterie.ch
mit freundlichen Grüssen Robert Hofer
Antwort
Guten Tag Herr Hofer
Besten Dank für Ihre Anfrage. Thermische Energiespeicher sind ein wichtiger Baustein in der Energiewende.
Am richtigen Ort eingesetzt, kann man mit thermischen Energiespeichern viel erreichen. Ich bin schwerpunktmässig in den Themen «Industrieprozesse» und «Wärmepumpen/Kältesysteme» unterwegs.
Die überwiegende Mehrheit der Produktionsprozesse in der Schweizer Industrie sind nicht-kontinuierlich und die Integration von Wärmespeichern ist oft die einzig mögliche Optimierungsstrategie.
Dank Wärmespeichern sind oft grosse Effizienzsteigerungen möglich! Verschiedene Speichertypen kommen dabei zum Einsatz – für eine Sandbatterie sehe ich jedoch keine Anwendungsgebiete.
Auch in anderen Gebieten wie z.B. der Gebäudeheizung sehe ich keine sinnvollen Anwendungsmöglichkeiten.
Ich wünsche Ihnen alles Gute und viel Erfolg fürs 2025
und grüsse Sie freundlich, Beat Wellig
Eine Rückmeldung mit einem Link auf ein NASA Dokument von 1979 zum Thema Thermal Enery Storage
Zusammenfassung auf Deutsch
Die Studie untersucht die Speicherung von Hochtemperaturwärmeenergie (TES) mit verschiedenen Materialien und Konfigurationen und kommt zu dem Ergebnis, dass die sogenannte „Sand-Rohr-Wärmespeichereinheit“ (TSU) die kosteneffizienteste Lösung für großflächige Anwendungen, wie beispielsweise Kraftwerke, darstellt. Die wichtigsten Ergebnisse sind:
- Sand wird als Wärmespeichermedium verwendet und umschließt druckführende Wasserrohre. Sand wurde gegenüber Beton bevorzugt, da Beton unter thermischer Belastung schlechter abschneidet, was zu Spannungsrissen und einer Trennung von den Rohren führt.
- Das Sand-Rohr-System zeichnet sich durch niedrige Kosten, die Verwendung weit verbreiteter Materialien und eine geringe Abnutzung aus. Die geschätzten Kosten liegen bei etwa 2,60 USD/kWh für die Energiespeicherung, was deutlich günstiger ist als bei stahlbasierten Systemen..
- Optimale Designparameter umfassen einen Rohrdurchmesser von etwa 8,9 cm (3,5 Zoll) und einen Abstand von rund 25 cm (10 Zoll). Dies bietet ein ausgewogenes Verhältnis zwischen thermischer Leistung und Kosten.
- Die thermische Analyse zeigt, dass Sand zwar eine geringere Wärmeleitfähigkeit als Stahl oder Beton aufweist, dies jedoch durch die geringeren Kosten mehr als ausgeglichen wird.
- Im Vergleich zu anderen Systemen zeigt die Sand-Rohr-Konfiguration eine 4–5-fache Kostenreduktion bei der Energiespeicherung im Vergleich zu stahlbasierten TES-Systemen.
- Sie ist besonders geeignet für Anwendungen, bei denen die Wärme nicht sofort übertragen werden muss, wie beispielsweise bei täglichen Lade- und Entladezyklen in Kraftwerken.
Das Sand-Rohr-TES-Design bietet eine vielversprechende Lösung zur kostengünstigen Speicherung von Wärmeenergie mit großem Potenzial für großflächige Anwendungen wie Dampfkraftwerke. Seine etwas langsamere thermische Reaktionszeit könnte jedoch bei Anwendungen, die eine schnelle Energiefreisetzung erfordern, eine Einschränkung darstellen. Die Studie hebt das Potenzial dieses Systems als wirtschaftliche, langlebige und skalierbare Speichermöglichkeit hervor.
Mail von Schwellenzähler45
Anfrage
Hallo, ich habe einige Anmerkungen zur Webseite.
Also grob rund 4000 kWh gespeicherte Energie für 160 €+ 40€ für den Kaminkehrer, gegenüber 120000€ für 1000 kWh Batterie aus denen sich dann per Wärmepume 4000 kWh Wärme machen lassen.
Antwort
Betreff: Ihre Anmerkungen zu Sandspeichern – herzlichen Dank für Ihre Rückmeldung
Lieber Schwellenzähler 45
Vielen Dank für Ihre ausführliche und engagierte Rückmeldung. Es freut mich sehr, dass Sie sich so intensiv mit dem Thema Energie und Speicherung beschäftigen. Gerne gehe ich auf einige Ihrer Punkte ein – nicht um zu widersprechen, sondern um ergänzende Perspektiven aufzuzeigen, insbesondere in Bezug auf Sandspeicherlösungen, wie sie auf sandbatterie.ch vorgestellt werden.
Sie haben Recht: In typischen Niedertemperaturanwendungen (<100 °C) ist Wasser als Speichermedium energetisch effizient. Der Vorteil des Sandspeichers liegt aber gerade nicht im Vergleich zu einem 90°C-Wasserspeicher im Heizungskeller – sondern in der Möglichkeit, dauerhaft deutlich höhere Temperaturen zu speichern (200–800 °C, je nach Konzept). Dies erlaubt Langzeitspeicherung über Wochen oder Monate, ohne hohen Druckaufwand, ohne Korrosionsprobleme und mit preiswerten Materialien.
Ein gut isolierter Sandspeicher arbeitet nicht mit Dampf und birgt keine Explosionsgefahr, da keine Verdampfung stattfindet. Er ist aufgebaut wie ein kleiner Planet: im Zentrum herrschen hohe Temperaturen und an der Peripherie tiefe Nutztemperaturen, die bequem abgegriffen werden können mit einem Wärmetauscher. Der Sand überträgt die Wärme nur sehr langsam ist also gleichzeitig Isolation und Speichermasse. Die Distanz zwischen Nutzzone und Heizzone bestimmt die Kapazität und Speicherdauer.
Ihr Vergleich mit der Batterie (120 000 € für 1000 kWh) ist nachvollziehbar – allerdings sprechen wir bei Sandspeichern von Investitionskosten in der Größenordnung von 30–80 €/kWh thermisch, also ein Bruchteil elektrischer Speicherpreise.
Sandspeicher speichern Wärme nicht in Konkurrenz zu Stom-Batterien, sondern als Ergänzung oder Ersatz für Gasheizung, Holzheizung oder Groß-Wärmepumpe – insbesondere dort, wo PV-Überschüsse im Sommer in den Winter verschoben werden sollen.
Dass Holz regional und nachhaltig verfügbar ist, ist ein großer Vorteil – wenn der Kreislauf gut gepflegt wird. Dennoch hat auch Holz Grenzen:
Ein Sandbatterie-System kann – im Gegensatz zu Holz – vollständig automatisiert und CO₂-frei mit PV betrieben werden. Auch das ist ein Komfort- und Klimavorteil.
Sie haben Recht: Für Einfamilienhäuser ist ein Sandspeicher nicht zwingend die effizienteste Lösung – außer in Sonderfällen (viel PV-Überschuss, große Speicherkapazität im Keller oder Garten, CO₂-neutrale Heizlösung ohne Holz gewünscht).
Dafür eignet er sich umso besser für:
Gerne veröffentliche ich Ihre Nachricht und füge diese Antwort gerne hinzu – denn Sie bringen wichtige Perspektiven ein, die zur Weiterentwicklung des Themas beitragen.
Mit freundlichen Grüßen in Ihre waldreiche Umgebung
Robert Hofer
Haldenstrasse 19, CH-3550 Langnau
+41 78 603 67 90
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.
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:
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:
(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 Erhitzen von Sand mit Photovoltaikpanels hat folgende Nachteile
die Vorteile:
Sandspeicher, so gut wie auch immer konstruiert, werden sicher etwas Abwärme generieren. Diese könnte genutzt werden, indem
an beiden Orten ist Wärme in der Regel willkommen.
z.b sowas..
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
falls dir etwas gefällt oder missfällt, oder bei Fragen, melde es per Mail. Benutzerreaktionen werden auch publiziert, wenn es erwünscht ist, deshalb bitte vermerken.
Bundesamt für Energie: ausführliche Stellungsnahme zum Artikel in der Bernerzeitung vom 19. Dezember 2024
Hier unsere Einschätzung zu dem Thema: - der Begriff "Batterie" ist irreführend.
Im Kontext der Energietechnik wird Batterie als "Quelle für elektrischen Strom" verstanden, was hier nicht zutrifft. für die Speicherung von Wärme spricht man von Speicher, Tank oder dem Untergrund (Erdsondenspeicher, Aquiferspeicher, ...)
- die spezifische Wärmekapazität von Sand liegt bei 0.835 kJ/kg/K, bei einem spezifischen Gewicht von ca. 1.56 t/m3 (bei Wasser: 4.19 kJ/kg/K bei 1 t/m3). Die Wärmekapazität pro Gewicht von Wasser ist also 5 mal höher und auch pro Volumen noch 3.2 mal höher. Wasser ist günstiger und besser verfügbar als Sand.
- eine effizienter Wärmetransport zum und vom Speicher über Wärmetauscher ist eine Grundvoraussetzung für eine technische Anwendung im grösseren Massstab, genau dort liegen beim Sandspeicher grosse Herausforderungen (Sand ist in der Handhabung viel umständlicher als Wasser oder andere flüssige Speichermedien)
- ein Vorteil von Sand liegt in den hohen Temperaturen (mehrere Hundert Grad), die möglich sind. Um diese hohen Temperaturen erreichen zu können, sind aber entweder konzentrierende Solarreaktoren nötig (zur Stromproduktion oder für chemische Reaktionen), oder direkt Strom aus erneuerbaren Energiequellen. Die hohen Temperaturen machen nur für industrielle Prozesse einen Sinn, für Heizungen reichen Temperaturen von 30 - 50 °C, für Warmwasser 60 - 65 °C. Für den Energiebedarf für Wohngebäude ist die Technologie nicht geeignet.
- grosse Fernwärmespeicher oder saisonale Wärmespeicher benötigen mehrere 10-100'000 m3 Volumen. Es ist vollkommen unrealistisch, dies mit Sand als Wärmeträger zu realisieren. Wenn nicht Wasser, dass würde man das Erdreich über Erdsonden als Wärmemedium benutzten, dort liegen aber die Temperaturen bei 5 - 15 °C (als Quelltemperatur für Wärmepumpen).
Hochschule Luzern
Anfrage
Guten Tag Herr Worlitschek Ich bin auf der Suche nach Leuten, die sich für so was interessieren könnten.
Ich habe das bereits an Herr Peter Brunner an der BFE als Projektidee gepostet, bin aber dann Sie verwiesen worden.
Ich habe einen Prototypen einer Sandbatterie zur Wärmespeicherung gebaut, inspiriert durch Polar Night Energy (https://polarnightenergy.fi).
Das Experiment ist gelungen, ich teste es derzeit bei mir zuhause erfolgreich aus.
Meine Anlage kann jederzeit besichtigt werden in Langnau. Eckdaten: Stück Liste: 8 PV-Module 1 Ölfass, 200 Liter Schwemmsand aus der Emme, 20 Meter Widerstands Draht, 20 Meter Edelstahlwellrohr, Solarkabel, Glaswolle, Alufolie und Kleinmaterial. Das Ergebnis: ich produziere mein Warmwasser selber. Der Speicher ist einfach meinem Elektroboiler vorgeschaltet, ist ja nur ein Experiment.
Erkenntnis bis jetzt: 1. Das Verhalten der Hitze im Sand ist sensationell praktisch. Im Zentrum herrschen schnell mal 300 Grad und mehr. Mein Grill Thermometer geht nur bis 300 Grad also messe ich 20 Zentimeter weiter weg. Die Wärme fliesst langsam an die Peripherie, wo ein Wasserwellschlauch verbaut ist ums Fass herum als W. Hier herrschen relativ konstante 80 Grad.
Dies auch nach einigen Tagen Regenwetter. Langzeiterfahrung habe ich noch nicht, aber es sieht vielversprechend als Wärmespeicher. 2. Das Ganze ist lowtech, braucht keine heikle Materialien. In meinem Fall brauchts nicht mal einen Wechselrichter, geschweige denn eine Wärmepumpe.
Mein Fazit: Sandbatterien könnten eine Beitrag zur Lösung für unsere Energie Probleme sein. Gut isoliert fungieren sie als Saisonspeicher.
Interessant ist vor allem auch das Verhalten des Sandes im Bezug auf die Wärmetransportgeschwindigkeit; die ist nämlich sehr träge. Wenn man die Distanz zwischen dem heissen Kern und dem Nutzbereich (wärmetauscher) erhöht, erhöht man gleichzeitig die Zeitdauer der Speicherung der Wärme und natürlich auch die Kapazität des Speichers.
Würde man einen Speicher mit 10 Meter Durchmesser bauen, den beheizten Kern auf 1 Meter Durchmesser aufgeheizt auf 1000 grad, würde es mehrer Monate dauern, bis die Hitze an die Peripherie "durchgewandert" wäre.(laut Chat.GPT). Ist das nicht gerade das Ideale Verhalten eines Saisonspeichers?
Antwort
Guten Tag Herr Hofer Vielen Dank für Ihre Nachricht.
Es ist immer interessant, wenn spannende Prototypen auf Eigeninitiative entstehen. Zusätzlich zu dem Wissen über die Firma Polarnightenergy sind uns bisher vor allem die Forschungsaktivitäten an der TU Wien dazu gut vertraut, wo die Wärmeübertragugung zum und aus dem Sand über Wirbelschichtprozesse gelöst wurde.
Gerne können wir uns einmal zu ihren Erfahrungen austauschen.
Einen Kommentar will ich dennoch im Vorfeld geben. Als Energietechnikern ist uns die effiziente Nutzung von Energie sehr wichtig.
Hochtemperaturerzeugung durch eine Widerstandsheizung sehen wir daher eher für industrielle Anwendungen prädestiniert. Bei Niedertemperaturanwendungen sollten wir auch andere Lösungen in Betracht ziehen.
Herzliche Grüsse Jörg Worlitschek
Anfrage (nachgehakt)
guten Tag Herr Worlitschek guten Tag Herr Wellig
Ich knüpfe an an dem bereits erfolgten Mailverkehr, jedoch jetzt von einen anderen Mailadresse aus. Da ich nun schon über mehr Daten verfüge, möchte ich gerne mit Ihnen mal einen Erfahrungsaustausch machen. Die Daten sind vielversprechend und auch wenn sie nichts von Hochtemperaturerzeugung durch Widerstandsheizung halten, sollte sie das Konzept doch mal näher anschauen. (mein Toaster ist ja eigentlich auch eine Hochtemperaturerzeugung ;-).
Und zwar sollten mehr Erfahrung mit der Ausbreitung von Wärme im Sand gesammelt werden, da liegt ein grosses Potential drin. Das Zentrum des Speichers ist warm, und die Wärme gelangt zeitversetzt an die Peripherie, das ist der Schlüssel.
Ich wünsche Ihnen ein gutes neues Jahr. und.. besuchen Sie doch bitte mal https://sandbatterie.ch
mit freundlichen Grüssen Robert Hofer
Antwort
Guten Tag Herr Hofer
Besten Dank für Ihre Anfrage. Thermische Energiespeicher sind ein wichtiger Baustein in der Energiewende.
Am richtigen Ort eingesetzt, kann man mit thermischen Energiespeichern viel erreichen. Ich bin schwerpunktmässig in den Themen «Industrieprozesse» und «Wärmepumpen/Kältesysteme» unterwegs.
Die überwiegende Mehrheit der Produktionsprozesse in der Schweizer Industrie sind nicht-kontinuierlich und die Integration von Wärmespeichern ist oft die einzig mögliche Optimierungsstrategie.
Dank Wärmespeichern sind oft grosse Effizienzsteigerungen möglich! Verschiedene Speichertypen kommen dabei zum Einsatz – für eine Sandbatterie sehe ich jedoch keine Anwendungsgebiete.
Auch in anderen Gebieten wie z.B. der Gebäudeheizung sehe ich keine sinnvollen Anwendungsmöglichkeiten.
Ich wünsche Ihnen alles Gute und viel Erfolg fürs 2025
und grüsse Sie freundlich, Beat Wellig
Eine Rückmeldung mit einem Link auf ein NASA Dokument von 1979 zum Thema Thermal Enery Storage
Zusammenfassung auf Deutsch
Die Studie untersucht die Speicherung von Hochtemperaturwärmeenergie (TES) mit verschiedenen Materialien und Konfigurationen und kommt zu dem Ergebnis, dass die sogenannte „Sand-Rohr-Wärmespeichereinheit“ (TSU) die kosteneffizienteste Lösung für großflächige Anwendungen, wie beispielsweise Kraftwerke, darstellt. Die wichtigsten Ergebnisse sind:
- Sand wird als Wärmespeichermedium verwendet und umschließt druckführende Wasserrohre. Sand wurde gegenüber Beton bevorzugt, da Beton unter thermischer Belastung schlechter abschneidet, was zu Spannungsrissen und einer Trennung von den Rohren führt.
- Das Sand-Rohr-System zeichnet sich durch niedrige Kosten, die Verwendung weit verbreiteter Materialien und eine geringe Abnutzung aus. Die geschätzten Kosten liegen bei etwa 2,60 USD/kWh für die Energiespeicherung, was deutlich günstiger ist als bei stahlbasierten Systemen..
- Optimale Designparameter umfassen einen Rohrdurchmesser von etwa 8,9 cm (3,5 Zoll) und einen Abstand von rund 25 cm (10 Zoll). Dies bietet ein ausgewogenes Verhältnis zwischen thermischer Leistung und Kosten.
- Die thermische Analyse zeigt, dass Sand zwar eine geringere Wärmeleitfähigkeit als Stahl oder Beton aufweist, dies jedoch durch die geringeren Kosten mehr als ausgeglichen wird.
- Im Vergleich zu anderen Systemen zeigt die Sand-Rohr-Konfiguration eine 4–5-fache Kostenreduktion bei der Energiespeicherung im Vergleich zu stahlbasierten TES-Systemen.
- Sie ist besonders geeignet für Anwendungen, bei denen die Wärme nicht sofort übertragen werden muss, wie beispielsweise bei täglichen Lade- und Entladezyklen in Kraftwerken.
Das Sand-Rohr-TES-Design bietet eine vielversprechende Lösung zur kostengünstigen Speicherung von Wärmeenergie mit großem Potenzial für großflächige Anwendungen wie Dampfkraftwerke. Seine etwas langsamere thermische Reaktionszeit könnte jedoch bei Anwendungen, die eine schnelle Energiefreisetzung erfordern, eine Einschränkung darstellen. Die Studie hebt das Potenzial dieses Systems als wirtschaftliche, langlebige und skalierbare Speichermöglichkeit hervor.
Mail von Schwellenzähler45
Anfrage
Hallo, ich habe einige Anmerkungen zur Webseite.
Also grob rund 4000 kWh gespeicherte Energie für 160 €+ 40€ für den Kaminkehrer, gegenüber 120000€ für 1000 kWh Batterie aus denen sich dann per Wärmepume 4000 kWh Wärme machen lassen.
Antwort
Betreff: Ihre Anmerkungen zu Sandspeichern – herzlichen Dank für Ihre Rückmeldung
Lieber Schwellenzähler 45
Vielen Dank für Ihre ausführliche und engagierte Rückmeldung. Es freut mich sehr, dass Sie sich so intensiv mit dem Thema Energie und Speicherung beschäftigen. Gerne gehe ich auf einige Ihrer Punkte ein – nicht um zu widersprechen, sondern um ergänzende Perspektiven aufzuzeigen, insbesondere in Bezug auf Sandspeicherlösungen, wie sie auf sandbatterie.ch vorgestellt werden.
Sie haben Recht: In typischen Niedertemperaturanwendungen (<100 °C) ist Wasser als Speichermedium energetisch effizient. Der Vorteil des Sandspeichers liegt aber gerade nicht im Vergleich zu einem 90°C-Wasserspeicher im Heizungskeller – sondern in der Möglichkeit, dauerhaft deutlich höhere Temperaturen zu speichern (200–800 °C, je nach Konzept). Dies erlaubt Langzeitspeicherung über Wochen oder Monate, ohne hohen Druckaufwand, ohne Korrosionsprobleme und mit preiswerten Materialien.
Ein gut isolierter Sandspeicher arbeitet nicht mit Dampf und birgt keine Explosionsgefahr, da keine Verdampfung stattfindet. Er ist aufgebaut wie ein kleiner Planet: im Zentrum herrschen hohe Temperaturen und an der Peripherie tiefe Nutztemperaturen, die bequem abgegriffen werden können mit einem Wärmetauscher. Der Sand überträgt die Wärme nur sehr langsam ist also gleichzeitig Isolation und Speichermasse. Die Distanz zwischen Nutzzone und Heizzone bestimmt die Kapazität und Speicherdauer.
Ihr Vergleich mit der Batterie (120 000 € für 1000 kWh) ist nachvollziehbar – allerdings sprechen wir bei Sandspeichern von Investitionskosten in der Größenordnung von 30–80 €/kWh thermisch, also ein Bruchteil elektrischer Speicherpreise.
Sandspeicher speichern Wärme nicht in Konkurrenz zu Stom-Batterien, sondern als Ergänzung oder Ersatz für Gasheizung, Holzheizung oder Groß-Wärmepumpe – insbesondere dort, wo PV-Überschüsse im Sommer in den Winter verschoben werden sollen.
Dass Holz regional und nachhaltig verfügbar ist, ist ein großer Vorteil – wenn der Kreislauf gut gepflegt wird. Dennoch hat auch Holz Grenzen:
Ein Sandbatterie-System kann – im Gegensatz zu Holz – vollständig automatisiert und CO₂-frei mit PV betrieben werden. Auch das ist ein Komfort- und Klimavorteil.
Sie haben Recht: Für Einfamilienhäuser ist ein Sandspeicher nicht zwingend die effizienteste Lösung – außer in Sonderfällen (viel PV-Überschuss, große Speicherkapazität im Keller oder Garten, CO₂-neutrale Heizlösung ohne Holz gewünscht).
Dafür eignet er sich umso besser für:
Gerne veröffentliche ich Ihre Nachricht und füge diese Antwort gerne hinzu – denn Sie bringen wichtige Perspektiven ein, die zur Weiterentwicklung des Themas beitragen.
Mit freundlichen Grüßen in Ihre waldreiche Umgebung
Robert Hofer
Haldenstrasse 19, CH-3550 Langnau
+41 78 603 67 90
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.