DLR - Institut für Solarforschung - Linienfokussierende Systeme


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Linienfokussierende Systeme
Linienfokussierende Kollektoren sind für den Einsatz im Temperaturbereich bis ca. 500°C geeignet. Sie bestehen aus in der Regel einachsig der Sonne nachgeführten Konzentratorspiegeln und einem in der Fokallinie angebrachten Absorberrohr. Durch dieses fließt ein Wärmeträgermedium, mit dem die Wärme der vorgesehenen Anwendung (z.B. Kraftwerksprozess, Prozesswärmenutzer, Wärmespeicher) zugeführt wird.

Parabolrinnenkollektoren sind die bisher kommerziell erfolgreichste Technologie für solarthermische Kraftwerke. Den Stand der Technik repräsentieren die in Spanien errichteten Anlagen vom Typ ANDASOL mit einer Leistung von 50 MWe und integriertem Wärmespeicher für rund 8 Volllaststunden. Stahlstrukturen mit parabolisch gekrümmten Glasspiegeln bilden Konzentratormodule mit einer Aperturweite von rund 5,8 Meter und 12 Meter Länge, die zu 150 Meter langen Kollektoren zusammengesetzt werden.
Die Absorberrohre haben eine selektiv beschichtete Oberfläche und sind von einem evakuierten Glashüllrohr umgeben. Als Wärmeträgermedium dient ein Thermoöl, im Wärmespeicher wird aus Kostengründen eine Salzschmelze eingesetzt.

Bei Linear-Fresnel-Kollektoren besteht der Konzentrator aus leicht gekrümmten, schmalen Facetten, die das Sonnenlicht auf einen feststehenden Absorber konzentrieren. Wegen der vergleichsweise geringen Windlasten auf den Konzentrator lässt sich dieser besonders material- und kostensparend konstruieren. Dem stehen optische bzw. geometrische Nachteile im Vergleich mit der Parabolrinne gegenüber. Bisher ausgeführte Anlagen erzeugen Heißwasser oder Sattdampf.

Parabolrinnenanlage auf der Plataforma Solar de Almería.
Bild: DLR / Markus-Steur.de

 

 

 

 

 

 

 

Fresnelanlage auf der Plataforma Solar de Almería
Fresnelanlage auf der Plataforma Solar de Almería.
Bild: DLR / Markus-Steur.de

Forschungsthemen

Das derzeit übliche Thermoöl begrenzt mit seiner Einsatztemperatur von knapp 400°C den Wirkungsgrad des Dampfturbinenkreislaufs. Um das Temperaturpotenzial der Kollektoren optimal nutzen zu können wird an der Entwicklung der direkten Dampferzeugung im Kollektorfeld für Frischdampfzustände bis ca. 120bar/ 500°C gearbeitet. Darüber hinaus werden Prozesse für alternative Wärmeträgermedien, beispielsweise Salzschmelze, untersucht.

Beim heutigen Stand der Technik sind die Potenziale für weitere Wirkungsgradsteigerungen von Schlüsselkomponenten bereits weitgehend ausgereizt. Ziel der Komponentenentwicklung muss daher die Kostensenkung bei Materialeinsatz, Fertigung, Transport und Montage sein, ohne jedoch das Leistungsvermögen zu beeinträchtigen. Ansatzpunkte bieten geänderte Bauweisen, beispielsweise auf der Basis von Sandwich-Strukturen, oder innovative Kollektorgeometrien.

Neben der Anwendung in solarthermischen Kraftwerken werden linienfokussierende Kollektoren auch im Bereich industrieller Prozesswärme- oder Kälteerzeugung eingesetzt. In diesem Marktsegment liegt die besondere Herausforderung bei der Systemintegration.

Arbeitsgebiete

Die Abteilung bearbeitet an den Standorten Almería, Köln und Stuttgart relevante Fragestellungen zu linienfokussierenden Systemen im gesamten Spektrum von Grundlagenforschung und Theoriebildung über experimentelle und numerische Methoden bis zur Demonstration unter realen Betriebsbedingungen einschließlich der wirtschaftlichen Bewertung:

  • Prozesse und Verfahren
    Entwicklung von Grundlagen für Auslegung und Optimierung neuer Technologien
  • Komponenten
    Entwicklung und Optimierung von Komponenten für linienfokussierende Systeme und deren Anwendungen
  • Demonstration und Versuchsbetrieb
    Konzeption, Bau und Betrieb von Versuchsanlagen in anwendungsrelevantem Maßstab
  • Anwendungsunterstützung
    Beratungsdienstleistungen, Machbarkeitsstudien und Pilotprojekte in Kooperation mit Industriepartnern
Kontakt
Klaus Hennecke
Abteilungsleiter Linienfokussierende Systeme

Institut für Solarforschung

Linienfokussierende Systeme

Köln-Porz

Tel.: +49 2203 601-3213

Fax: +49 2203 601-4141

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