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Eis statt Batterie: ZHAW-Forschende untersuchen für Coop einen Eisspeicher

Fast zwei Drittel des Energiebedarfs von Supermarktfilialen entfallen auf die Kühlung von Lebensmitteln. Eigentlich naheliegend also, dass man überschüssig selbstproduzierten Photovoltaik-Strom in Form von Eis speichert. In einem von Coop initiierten Projekt hat die Firma Frigo-Consulting zu diesem Zweck einen neuartigen Eisspeicher in den Prozess einer Kältemaschine integriert. ZHAW-Forschende haben die BFE-Demonstrationsanlage im Betrieb untersucht – die Details erläutert Silvan Steiger im Interview.

Was aussieht wie ein unscheinbarer Container, ist der Eisspeicher, der in der Coop-Filiale in Etagnières die Kühlung von Waren unterstützt.

Coop hat sich das ehrgeizige Ziel gesetzt, bis 2023 in den «direkt beeinflussbaren Bereichen» CO2-neutral zu sein. Ein Weg zu diesem Ziel ist die Photovoltaik. In Etagnières im Kanton Waadt hat die grösste Schweizer Detailhändlerin 2019 eine Filiale eröffnet, die sowohl auf dem Dach als auch an der Fassade mit Photovoltaikmodulen bestückt ist. An sonnigen Tagen produziert die Anlage einen Überschuss. Statt diesen Überschuss zu ungünstigen Konditionen ins Netz einzuspeisen, ist es wirtschaftlicher, den Strom möglichst selbst zu verbrauchen.

Zu diesem Zweck wurde in der Filiale in Etagnières ein Eisspeicher eingebaut. Er soll den überschüssigen Strom von Dach und Fassade speichern und die Kälteanlage im Betrieb unterstützen. Im Interview erklärt Silvan Steiger vom ZHAW-Institut für Energiesysteme und Fluid-Engineering (IEFE), ob und wie das funktioniert, und was die ZHAW mit dem Eisspeicher zu tun hat.

Silvan Steiger, Sie arbeiten an einem Forschungsprojekt rund um den Eisspeicher mit.

Genau. Das Projekt wurde von Coop angestossen. Die Firma Frigo-Consulting hat die technische Planung des Eisspeichers sowie der gesamten Kälteanlage übernommen und, als die Filiale in Betrieb genommen wurde, Messungen durchgeführt. Dann hat Coop uns als wissenschaftlichen Partner mit ins Boot geholt, damit wir die gewonnenen Daten analysieren und auswerten können.

Die Beteiligten

Am ZHAW-Institut für Energiesysteme und Fluid-Engineering (IEFE) war die Forschungsgruppe Kältetechnik am Eisspeicher-Projekt beteiligt. Der Institutsleiter Frank Tillenkamp fungierte als Experte, Silvan Steiger als Projektleiter, und Dorian Zeindler war für die Auswertung der Daten zuständig.

Finanziell unterstützt wurde das von Coop und von der Frigo-Consulting angestossene Projekt vom Bundesamt für Energie BFE.

Bevor wir auf die Daten eingehen: Wie funktioniert der Eisspeicher in Etagnières?

In der klassischen Eisspeichertechnologie wird mit erneuerbaren Energien ein Eisspeicher gekühlt. Die so verfügbare Kälte wird per Wasser-Glykol-Kreislauf genutzt, um Waren direkt zu kühlen. Im Fall der direktverdampfenden CO2-Kälteanlage von Etagnières ist das Prinzip aber ein anderes. In einer solchen Anlage wird das Kältemittel bis zum Kühlregal transportiert und verdampft dort – die Waren werden ohne Zwischenkreis gekühlt. Dabei lohnt es sich finanziell nicht, nur für den Eisspeicher einen zusätzlichen Kreislauf zu bauen. Coop und Frigo-Consulting haben deshalb ein Konzept erarbeitet, in dem der Eisspeicher nicht direkt kühlt, sondern die Kälteanlage in ihrem Betrieb unterstützt.

Das könnte eine Batterie doch auch?

Ja, aber: Ein Eisspeicher ist weniger umweltbelastend als eine neue Batterie. Selbst mit sogenannten Second-Life-Batterien, also Batterien, die wiederverwendet werden, kann der Eisspeicher dank seiner hohen Lebensdauer mithalten.

Hat sich das gewählte Prinzip in Etagnières bewährt?

Die Messungen und unsere Auswertung haben gezeigt, dass ein Eisspeicher in eine direktverdampfende Kälteanlage eingebunden werden kann. Allerdings mussten wir feststellen, dass die Kombination von Photovoltaikanlage und Eisspeicher nicht wie erhofft funktioniert hat. Dafür gibt es einen Hauptgrund: Der Eisspeicher kann bei Weitem nicht die ganze überschüssige Energie aus der riesigen PV-Anlage speichern. Damit war es auch nur bedingt möglich, den Eigenverbrauchsanteil des Stroms aus der PV-Anlage zu erhöhen. Ein weiteres Problem: Der Eisspeicher unterstützt die Kälteanlage dann, wenn die Sonne nicht scheint – dann also, wenn die Kälteanlage tendenziell ohnehin effizienter läuft.

Sind Eisspeicher also eine schlechte Idee für Supermarktfilialen?

Nein, es kann durchaus funktionieren. Allerdings haben wir gelernt, dass man die Anlagen von der anderen Seite her auslegen müsste.

Was heisst das?

Im Fall von Etagnières hat man versucht, die Energie aus einer bestehenden PV-Anlage zu speichern. Besser wäre, und das war im Voraus nicht bekannt, bei der Planung von der Kälteanlage auszugehen. Je nach deren Kältebedarf und je nach Aussentemperatur lässt jede Kälteanlage nur eine begrenzte Energiemenge an Unterstützung zu. Man müsste also erst diese Unterstützung festlegen, um dann darauf aufbauend die PV-Anlage und den Eisspeicher korrekt zu dimensionieren.

Bleibt Coop dran?

Die Anlage in Etagnières läuft weiter. Wenn man das Ganze ein bisschen grösser denkt, zeigt sich zudem eine weitere Chance der Eisspeicher: Würde Coop ihre rund 1'000 Filialen in der Schweiz mit Eisspeichern ausrüsten, könnte sie einen wesentlichen Teil dazu beitragen, Schwankungen in unserem Stromnetz zu dämpfen. Das könnte sich für die Detailhändlerin nicht zuletzt finanziell lohnen.

Mehr zum Projekt

Der offizielle Schlussbericht zum Eisspeicher-Projekt ist hier zu finden. (PDF 7,6 MB)

Für das Fachmagazin Friscaldo hat Silvan Steiger ausserdem eine ausführliche Zusammenfassung seiner Arbeit verfasst. Der Artikel steht hier zum Download bereit. (PDF 2,1 MB)