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
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: