Die Parabolrinnentechnik kann auf Erfahrungen aus mehr als 30 Jahren kommerziellem Betrieb zurückgreifen. Schon im Jahr 1984 wurden die ersten Parabolrinnen-Kraftwerke in Kalifornien errichtet. Seit dem Jahr 2008 erlebt die Technologie im Rahmen der Förderung erneuerbarer Energien mit Anfängen in Spanien und mittlerweile weltweit eine Renaissance.
Zu den linienfokussierenden Kollektoren sind neben der Parabolrinnentechnik auch Linear-Fresnel-Kollektoren zu zählen. 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. Beispiele sind Kraftwerksprozesse, Prozesswärmenutzer oder Wärmespeicher.
Parabolrinnenkollektoren sind bisher die kommerziell erfolgreichste Technologie für solarthermische Kraftwerke. Das erste kommerzielle Parabolrinnenkraftwerk in Europa war ANDASOL I, das 2008 in Betrieb ging. Es hat eine Leistung von 50 MWe und einen integriertem Wärmespeicher für rund 8 Volllaststunden. Stahlstrukturen mit parabolisch gekrümmten Glasspiegeln bilden Konzentratormodule mit einer Aperturweite von rund 5,8 Metern und 12 Metern 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.
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 für neuartige Kollektorkonzepte bieten geänderte Bauweisen, beispielsweise auf der Basis von Sandwich-Strukturen, alternative Werkstoffe wie Beton 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.
Die DLR-Standorte in Almería, Köln und Stuttgart erarbeiten 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.
Unsere Forschungsschwerpunkte:
► Flüssigsalzsysteme
► Direktverdampfung
► Kollektorentwicklung
► Industrielle Prozesswärme
► Prozessoptimierung