Firma Prinz Thermotechnik GmbH z Turyngii opracowuje i buduje duże buforowe magazyny ciepła o pojemności do 600 m³. Jednym z rozwijanych przez nią rozwiązań jest system akumulacji ciepła, w którym nadwyżki energii z instalacji fotowoltaicznej służą do nagrzewania piasku jako medium magazynującego.
Technologia może znaleźć zastosowanie zarówno w domach jednorodzinnych, jak i w rolnictwie oraz przemyśle. Szczególnie interesująca może być dla producentów prosiąt i gospodarstw utrzymujących drób lub trzodę chlewną, gdzie zapotrzebowanie na ciepło jest wysokie i utrzymuje się przez długi czas.
Koncepcja ta we wrześniu 2025 roku zdobyła Turyńską Nagrodę Przyszłości Rzemiosła, a na początku marca 2026 roku otrzymała Federalną Nagrodę Innowacyjną 2026 podczas targów „Zukunft Handwerk” w Monachium.
O zasadzie działania magazynu piaskowego i jego możliwym wykorzystaniu w rolnictwie z Thomasem Prinzem, dyrektorem zarządzającym Prinz Thermotechnik, rozmawiali redaktorzy topagrar.com. Poniżej publikujemy ten wywiad, który pokazuje, kiedy takie rozwiązanie może mieć sens w gospodarstwie i z jakimi ograniczeniami trzeba się jeszcze liczyć.
Jak działa magazyn ciepła z piasku?
Pytanie: Panie Prinz, jak działa magazyn piaskowy?
Thomas Prinz (dalej TP): Nadwyżki energii słonecznej są wykorzystywane do nagrzewania piasku, który pełni funkcję medium akumulującego ciepło. W naszym systemie magazyn jest podgrzewany do temperatury 500°C za pomocą opracowanego przez nas elektrycznego elementu grzejnego.
Następnie ciepłe powietrze jest odbierane przez wymiennik ciepła i wykorzystywane poza magazynem. Specjalne płyty przewodzące ciepło zapewniają optymalny transfer energii. Sprawność magazynów piaskowych wynosi około 90%.
Pytanie: Jak duży jest taki magazyn ciepła?
TP: W zależności od potrzeb magazyn może mieć formę mobilną, umieszczoną w 20-stopowym kontenerze o długości około 6,40 m, albo formę zbiornika wykonanego z metalu lub betonu.
Pytanie: Gdzie można wykorzystać tę technologię?
TP: Nadaje się ona zarówno do domów jednorodzinnych, jak i do zastosowań rolniczych oraz przemysłowych.
Dlaczego piasek może magazynować ciepło dłużej niż woda?
Pytanie: Jakie przewagi ma piasek nad wodą, która również jest wykorzystywana jako medium magazynujące?
TP: Wodę możemy podgrzać maksymalnie do około 95°C. Powyżej tej temperatury sytuacja staje się bardziej problematyczna, ponieważ powstaje para wodna. Wtedy trzeba byłoby pracować pod ciśnieniem. Poza tym woda pozwala magazynować ciepło przez dni lub tygodnie, ale nie przez miesiące.
Piasek możemy natomiast podgrzać do 500°C. Inne rodzaje skał, na przykład bazalt, można bezciśnieniowo nagrzać nawet do ponad 700°C.
Gdybyśmy chcieli zapewnić z użyciem wody taką samą ilość energii, jaką daje magazyn piaskowy o mocy 10–20 MW, zbiornik buforowy musiałby mieć pojemność 200-300 m³. Do tego potrzebne byłoby bardzo duży zbiornik wyrównawczy. W przypadku piasku nie jest to konieczne. Nie trzeba też uwzględniać zabezpieczenia przed zamarzaniem.
Nadwyżki z fotowoltaiki można zamienić w ciepło dla gospodarstwa
Pytanie: Jaka technologia pozwala najtaniej nagrzać magazyn ciepła?
TP: Przede wszystkim z nadwyżki energii słonecznej. Podobnie jak w systemie magazynowania energii, przepływ energii można kontrolować tak, przepływem energii można sterować tak, aby do magazynu trafiały tylko nadwyżki. Rolnik może najpierw zużyć energię elektryczną w gospodarstwie albo w budynku inwentarskim, a następnie w południe przekształcić nadwyżkę w ciepło.
Alternatywą może być elastyczna taryfa energii elektrycznej i wykorzystanie taniego prądu z sieci do ogrzewania magazynu wtedy, gdy jest to opłacalne.
Tak działa magazyn piaskowy:
Pytanie: Jak długo jednostka magazynująca będzie utrzymywać ciepło?
TP: Celem jest wykorzystanie nadwyżek energii elektrycznej z lata jako energii grzewczej zimą. Obecnie straty ciepła wynoszą 1,2°C dziennie. Dzięki nowej izolacji, w tym specjalnej warstwie izolacyjnej o grubości 50-60 cm oraz innym rozwiązaniom, chcemy ograniczyć straty do 0,7–0,8°C dziennie.
Jeśli przyjmiemy stratę na poziomie 1°C dziennie, magazyn nagrzany do 500°C po 100 dniach nadal będzie miał temperaturę 400°C. Pozwala to przesunąć wykorzystanie ciepła między sezonami. System jest jednak dynamiczny. Także w okresach przejściowych i zimą nowoczesne moduły fotowoltaiczne produkują energię elektryczną i nadal dogrzewają magazyn.
Magazyn piaskowy przy chlewni. Jak ciepło trafia do budynku?
Pytanie: W jaki sposób ciepło jest przekazywane ze zbiornika akumulacyjnego?
TP: Ciepło ogrzewa powietrze przez wymiennik ciepła powietrze–piasek. Następnie można je przekazać do instalacji grzewczej budynku za pomocą wymiennika powietrze–woda. W ten sposób magazyn piaskowy działa jak generator ciepła, podobnie jak ogrzewanie gazowe, olejowe czy na drewno.
Przekazywaniem ciepła steruje zawór mieszający trójdrogowy. Dzięki temu z powietrza rozgrzanego do kilkuset stopni Celsjusza uzyskujemy temperaturę zasilania instalacji grzewczej na poziomie około 80-90°C. To wystarcza dla chlewni.
Dla jakich budynków inwentarskich ta technologia może mieć sens?
Pytanie: Do jakich budynków inwentarskich nadaje się ta technologia?
TP: System bardzo dobrze nadaje się do kurników i chlewni, czyli budynków, w których stale potrzebne są duże ilości ciepła. Wiele takich obiektów jest wyposażonych w duże instalacje fotowoltaiczne.
Magazyn ciepła można ustawić w kontenerze obok budynku inwentarskiego. System jest wstępnie montowany w naszej fabryce, a na miejscu instaluje się go w ciągu dwóch–trzech dni. Można go podłączyć do instalacji ciepłej wody w domu lub budynku inwentarskim, podobnie jak źródło ciepła, albo wykorzystać ciepłe powietrze bezpośrednio w systemie wentylacji budynku.
Pytanie: Jak duży musiałby być magazyn, aby zasilić na przykład dom jednorodzinny?
TP: Jeśli wykorzystamy 20-stopowy kontener o temperaturze 500°C, jego moc cieplna wyniesie 7–8 MW. To wystarcza dla domu jednorodzinnego. W przypadku chlewni magazyn musiałby być znacznie większy. W tym zakresie brakuje nam jeszcze danych z praktyki.
Pytanie: Jak długo trwa nagrzewanie się zbiornika magazynowego?
TP: Wielkość magazynu i moc instalacji fotowoltaicznej muszą być dobrze do siebie dopasowane. W ciągu dwunastu minut ciepło przenika w głąb magazynu tylko na około 20 cm. Dlatego pełne nagrzanie magazynu trwa stosunkowo długo. W jednym z obecnych projektów osiągnięcie temperatury 260°C zajęło nam około sześciu tygodni.
Ile kosztuje magazyn piaskowy i co jeszcze trzeba sprawdzić?
Pytanie: Piasek jest bardzo ciężki. Jak wygląda transport przy rozwiązaniach mobilnych?
TP: Zwykle ogranicza nas maksymalna masa 40 ton. W przypadku piasku może to jeszcze wystarczyć. Jeśli jednak użyjemy bazaltu jako materiału magazynowego, który ma większą gęstość, 20-stopowy kontener szybko osiągnie masę 60-70 ton. Wtedy musielibyśmy użyć specjalnego transportera, który może przewieźć do 120 ton. Alternatywnie można przetransportować kilka mniejszych kontenerów i połączyć je na miejscu.
Pytanie: Jakie są koszty takiego rozwiązania?
TP: Obecnie budujemy magazyn o pojemności 45 m³ dla domu jednorodzinnego. Przy mocy 7-8 MW kosztuje on około 38 tys. euro. Od tej kwoty należałoby odjąć dofinansowanie dostępne w różnych programach. W przypadku domu jednorodzinnego koszt wyniósłby około 25-30 tys. euro.
Pytanie: Czy rozwijają Państwo dalej tę technologię?
TP: Obecnie pracujemy nad indukcyjnym elementem grzejnym, który pozwoli uzyskać temperaturę 1500°C. Chcemy też wykorzystać inne rodzaje skał, aby magazynować więcej ciepła. Na przykład bazalt ma 2,5 razy większą pojemność akumulacji ciepła niż piasek i można go nagrzać do temperatury 800°C.
Pracujemy również nad ponownym przekształcaniem ciepła w energię elektryczną przy użyciu silników Stirlinga, silników na sprężone powietrze oraz ogniw Peltiera.
Źródło: topagrar.com
