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Überschüssige Wärmeenergie aus einer Solarthermieanlage wird in einem zentralen Wärmespeicher zwischengespeichert, um sie zeitversetzt nutzbar zu machen. In der Regel handelt es sich dabei um einen gut gedämmten Speicherbehälter, der entweder als Trinkwasserspeicher oder als Kombispeicher (für Warmwasser und Heizungsunterstützung) ausgeführt ist. Der Speicher enthält Wasser als Speichermedium, das die über den Wärmetauscher aus den Solarkollektoren zugeführte Wärme aufnimmt.

Bei größerem Wärmebedarf oder höheren solaren Erträgen kommen sogenannte Pufferspeicher zum Einsatz, die mehrere hundert bis über tausend Liter fassen können. Um die Temperaturverluste zu minimieren, sind diese Speicher mit einer hochwertigen Wärmedämmung ausgestattet. Einige Systeme nutzen zudem Schichtspeichertechnologie, bei der das Wasser im Speicher temperaturstratifiziert eingelagert wird – also heißes Wasser oben, kälteres unten. Dadurch lässt sich die Wärme gezielt und effizient entnehmen.

In Kombination mit intelligenter Regelungstechnik wird der Speicher so gesteuert, dass überschüssige Solarwärme optimal genutzt wird – etwa zur Warmwasserbereitung, zur Heizungsunterstützung oder zur Vorerwärmung. So lässt sich ein möglichst hoher Anteil des Solarertrags auch zeitversetzt nutzen und die Effizienz der gesamten Anlage deutlich steigern.