Die physikalische Wärmespeicherung wird in sensible bzw. fühlbare und latente Wärme unterteilt. Bei sensiblen Wärmespeichern wird das Speichermaterial erhitzt und gibt über die Zeit Wärme ab. Es können sowohl Flüssigkeiten als auch Feststoffe verwendet werden. Typische Beispiele für sensible Wärmespeicher sind Wassertanks, welche besonders günstig sind und sich sowohl für Heiz- als auch Kühlanwendungen eignen.
Im Gegensatz zu den sensiblen Wärmespeichern nutzen Latentwärmespeicher, auch Phase Change Material (PCM) genannt, die Energie der Phasenübergänge aus. Als Phasenwechsel gelten sowohl die Änderung des Aggregatszustand (fest-flüssig, flüssiggasförmig), als auch Umkristallisationen zwischen unterschiedlichen Kristallstrukturen (festfest).
Durch den sehr kleinen Temperaturbereich, in dem der Phasenübergang stattfindet, eignen sich Temperatursensoren zum Überwachen des Grads der Kristallisation, im folgenden Ladezustand genannt, nur bedingt. Da die Information über den Ladezustand je nach Anwendung jedoch aufgrund von temperatursensiblen Prozessen oder unerwartet hohem Energieeintrag zeitlich kritisch sein kann, kommen PCM-Speicher bislang für einige Anwendungen nicht infrage. Dieses Problem soll mit der Einführung von Piezoelementen in den PCM-Speicher gelöst werden. Hierfür ist es eventuell notwendig, aber in jedem Fall vorteilhaft, einen formstabilen PCM-Speicher zu verwenden, da das PCM auch im geschmolzenen Zustand ortsfest bleibt und es zu keinem konvektiven Materialtransport kommt. Mit Piezoelementen kann eine Reihe an etablierten Methoden wie das elektromechanische Impedanz Spektrum, Acousto Ultrasonics Guided Waves und unter Umständen auch Acoustic Emission genutzt werden, um den Ladezustand und darüber hinaus auch den allgemeinen Zustand des PCM-Speichers und je nach Anwendung auch diese mitzuüberwachen und hierdurch zeitgleich ein kosteneffektives SHM-System zu integrieren.
Weitergehend kann die Erfindung wichtige Informationen für ein Energiemanagementsystem zur Verfügung stellen, da die im PCM gespeicherte/verfügbare Energie messbar wird und so eine Steuerung von z.B. (Nacht)-Wärmespeichern oder Wärmetauschern/-pumpen im privaten und industriellen Umfeld ermöglicht wird. Hierdurch kann eine Optimierung und Effizienzsteigerung in der Nutzung von verfügbarer Energie (aus z.B. nachhaltigen, nichtkonstant produzierenden Quellen) ermöglicht, sowie eine Schädigung des PCM beispielsweise durch Überladen verhindert werden.
Der Einsatz der Technologie ist skalierbar und kann auf unterschiedliche Latentwärmespeicher angepasst werden. Damit sind Anwendungen in der Photovoltaik, der Solarthermie, bei Wärmetauschern/-pumpen, Nacht- und Wärmespeichern sowie mobilen Latentwärmespeichern möglich. Auch im medizinischen Bereich finden Latentwärmespeicher Anwendung, hier kann insbesondere die automatisierte Überwachung Prozesse vereinfachen und die Sicherheit erhöhen.
Erste Labormuster wurden erstellt, in den Hochschulen vermessen und die Funktionstauglichkeit belegt. Eine Anmeldung beim Patentamt ist Ende letzten Jahres ebenfalls erfolgt. Aktuell beschäftigen wir uns mit der Optimierung der Technologie. Hierfür werden Untersuchungen zur Art und Form der Piezoelemente, den Additiven und den letztlich verwendeten Merkmalen der Signale vorgenommen. Versuche hierfür gestalten sich aufgrund der hohen Speicherkapazität und kleinen Temperaturschritte, die für genaue Aussagen nötig sind, als sehr zeitintensiv und wurden weitgehend automatisiert.
