Das Energieangebot der Sonne schwankt. Um es für die Deckung des Wärmebedarfs optimal nutzen zu können, muss die durch Solarkollektoren gewonnene Wärme daher in einem Wärmespeicher eingelagert werden, bis sie durch einen Verbraucher wieder entnommen wird. Je nach Anwendung stehen verschiedene Speicherarten zur Verfügung. Diese werden nachfolgend erläutert.
Wichtig bei allen Speicherarten ist eine gute Wärmedämmung, damit möglichst wenig Wärme verloren geht. Aufgrund der Dichteunterschiede von Wasser mit unterschiedlichen Temperaturniveaus kommt es im Wärmespeicher zu einer sogenannten Schichtung. Diese ist gewünscht, da hierdurch der solare Deckungsgrad und die Systemeffizienz positiv beeinflusst werden. Durch eine optimierte Beladung des Speichers (z. B. Einsatz von Prallplatten und Schichtlanzen) kann die Effizienz und somit auch die Wirtschaftlichkeit des Systems erhöht werden.
Trinkwasserspeicher
Bei Trinkwasserspeicher handelt es sich um emaillierte oder kunststoffbeschichtete Stahlspeicher, die häufig mit zwei eingebauten Wärmeübertragern ausgestattet sind, einem für den Solarkreis und einem weiteren für die Nachheizung durch eine zusätzliche Wärmeerzeugungsanlage (siehe schematische Darstellung unten). Je größer der Speicher und das Leitungsvolumen sind, desto genauer muss bei der Bereitstellung und Speicherung des Brauchwarmwassers auf den Schutz vor Legionellen geachtet werden. Um eine Legionellen-Gefahr zu minimieren, kann im Trinkwasserspeicher ein aktiver Legionellenschutz integriert werden. Hierfür wird die Temperatur im gesamten System ca. einmal pro Woche auf 60 bis 70 °C erhöht, um mögliche Keime abzutöten. Alternativ kann auch mit einem sogenannten Frischwassersystem energieeffizienter gearbeitet werden. Ein sinnvolles Speichervolumen ist bei Wohnbauten abhängig von der Anzahl und dem Wärmeverbrauch der Bewohner. Das Speichervolumen eines Systems zur solaren Trinkwassererwärmung sollte auf das ca. 1,5- bis 2-fache des täglichen Bedarfs ausgelegt werden. Ein- und Zweifamilienhäuser benötigen damit zur Unterstützung der Warmwasserbereitstellung Speicher mit 300 bis 500 Liter Fassungsvermögen.
Pufferspeicher
Die in einem Pufferspeicher gespeicherte Wärme kann zur Heizungsunterstützung genutzt werden (siehe schematische Darstellung unten). Es wird kein Trinkwasser, sondern nur Heizungswasser gespeichert. Über ein Frischwassersystem mit einem integrierten Wärmeübertrager besteht jedoch die Möglichkeit, auch das Trinkwasser nach dem Durchlaufprinzip zu erwärmen. Dieses stellt das Warmwasser erst im Moment des Zapfvorgangs über einen externen Wärmeübertrager bereit. Auf diese Weise werden die Warmwasservolumina reduziert und die beim zuvor beschriebenen aktiven Legionellenschutz auftretenden Wärmeverluste minimiert.
Kombispeicher
Kombispeicher vereinen die Funktion eines Trinkwasserspeichers mit der eines Pufferspeichers (siehe schematische Darstellung unten). Küche und Bad werden mit warmem Wasser versorgt und gleichzeitig wird die Heizung unterstützt. Ein Kombispeicher wird als Tank-in-Tank-Speicher mit einem kleinen Trinkwasserspeicher im oberen, heißen Bereich des Wärmespeichers ausgeführt.
Saisonale Speicher
Mittels saisonaler Speicher können Überschüsse aus der Wärmeerzeugung des Sommers im Winter genutzt werden. Es bestehen verschiedene Arten der Ausführung dieser Langzeitspeicher. Zum Beispiel können große isolierte Wassertanks realisiert oder Erdwärmesonden zur Wärmespeicherung im Erdreich eingesetzt werden. Die Speicher haben, je nach Anwendung, in der Regel zwischen 10 und 40 m³ Fassungsvermögen, um den überwiegenden Wärmebedarf decken zu können.
Latentwärmespeicher
In Latentwärmespeichern wird der Wechsel des Aggregatzustands von Medien für die Speicherung von Wärme genutzt. Bei der Beladung eines Latentwärmespeichers wird ein sogenanntes Phasenwechselmaterial (PCM) geschmolzen (z. B. Paraffin oder Salzhydrate), welches die beim Schmelzen gespeicherte Wärme beim erneuten Erstarren zum Feststoff wieder freigibt. Dieser Speichertyp zeichnet sich gegenüber üblichen Warmwasserspeichern durch eine höhere Wärmespeicherdichte und geringere Verluste aus. Ein bekanntes Beispiel hierfür sind Eisspeicher. Bei Eisspeichern ist für die Anwendung dieses Prinzips zusätzlich eine Wärmepumpe notwendig. Saisonale Speicher und Latentwärmespeicher haben aufgrund ihrer noch relativ hohen Kosten bislang kaum Einzug im Privatsektor gehalten.
Wärmespeicher sorgen also in der Solarthermie, wie Batteriespeicher in der Photovoltaik dafür, dass die solar erzeugte Energie zu genau dem Zeitpunkt bereitsteht indem sie gebraucht wird. Wenn ein für die jeweilige Anwendung geeigneter Speicher in das System integriert wird, trägt dieser entscheidend zur Effizienz und damit auch zur Wirtschaftlichkeit des gesamten Heizsystems bei.