Die Parabolrinnentechnologie hat eine mehr als 40-jährige Erfolgsgeschichte. Bereits ab 1984 gingen in Kalifornien die ersten kommerziellen Kraftwerke mit Parabolrinnenkollektoren in Betrieb. In Europa startete 2008 mit der Andasol-Kraftwerksreihe in Spanien der kommerzielle Einsatz im Kraftwerksmaßstab. Seitdem wurde die Technologie kontinuierlich weiterentwickelt.
Das DLR-Institut für Solarforschung leistet hierzu maßgebliche Beiträge. Es optimiert sowohl einzelne Komponenten als auch komplette Kraftwerke – von der Kollektorgeometrie über die Wärmeträger bis hin zur Regelung und techno-ökonomischen Bewertung. Im Fokus stehen die Steigerung der Effizienz, Kostensenkungen durch technologische Weiterentwicklungen sowie die Demonstration der vielseitigen Einsatzmöglichkeiten in großskaligen Forschungsanlagen. Ob zur Stromerzeugung im Kraftwerksmaßstab oder zur Bereitstellung industrieller Prozesswärme – mit fortlaufender Forschung und Entwicklung wird die Parabolrinnentechnologie einen immer größeren Beitrag zu einer nachhaltigen und sicheren Energieversorgung leisten.
Funktionsweise der Parabolrinnentechnologie
Parabolrinnenkraftwerke nutzen langgestreckte, Konzentratorspiegel, die einachsig der Sonne nachgeführt werden. Im Querschnitt besitzen diese Spiegel eine Parabelform. Dadurch wird die nahezu parallel einfallende Direktstrahlung der Sonne entlang einer Fokallinie gebündelt. Entlang dieser Fokallinie verläuft ein Receiverrohr. Durch dieses Rohr strömt im Inneren ein Wärmeträgermedium, das durch die konzentrierte Sonnenstrahlung erhitzt wird. Typische Wärmeträgermedien sind synthetische Thermoöle, Wasser/Dampf (Direktverdampfung) oder – zunehmend in der Forschung und Demonstration – Salzschmelzen.
Dank jahrzehntelanger Betriebserfahrung gelten Parabolrinnenanlagen als die derzeit erfolgreichste und am weitesten eingesetzte Technologie der konzentrierenden Solarthermie. Das liegt unter anderem an ihrer standardisierten Bauweise, die eine gute Marktverfügbarkeit, ein breites Angebot an Komponenten und vergleichsweise gut kalkulierbare Kosten ermöglicht.
Forschungsschwerpunkte am Institut für Solarforschung
- Flüssigsalzsysteme (Wärmeträger und Speicher)
- Kollektorentwicklung (Mechanik, Optik, Nachführung)
- Komponentenentwicklung und -tests (Receiver, Spiegel, Dichtungen, Isolierung)
- Industrielle Prozesswärme und Fernwärme (Systemintegration, Demonstrationsanlagen)
- Prozessoptimierung und Anlagenbetrieb (Mess- und Regelungsstrategien)
- Weiterentwicklung der Regelungs- und Steuerungstechnik (inkl. digitaler Zwillinge und KI-basierter Betriebsführung)
- Techno-ökonomische Bewertungen (Simulationswerkzeuge, Lebenszyklusanalyse, Wärmegestehungskosten, Geschäftsmodelle)
Ziel der Forschung ist es, die Parabolrinnentechnologie und ihre Komponenten an unterschiedliche Anwendungsfälle anzupassen, die Kosten weiter zu senken und die Effizienz über den gesamten Lebenszyklus zu erhöhen – vom Kraftwerk in der Wüste bis zur Prozesswärmeanlage im industriellen Umfeld.
Aktuelle Entwicklungstrends
Flüssigsalz als Wärmeträgermedium
Flüssigsalz erlaubt Betriebstemperaturen von über 550 Grad Celsius. Dadurch steigt der Wirkungsgrad des nachgeschalteten Dampfkraftprozesses, und die möglichen Anwendungsbereiche für die industrielle Wärmebereitstellung erweitern sich deutlich – von der Stromerzeugung bis hin zu Hochtemperatur-Prozesswärme. Am DLR-Institut für Solarforschung wird intensiv daran geforscht, diese Technologie als neuen Standard für Parabolrinnenkraftwerke zu etablieren. Dazu gehören unter anderem Demonstrationsanlagen, in denen große Parabolrinnenkollektoren erstmals vollständig mit Flüssigsalz betrieben werden.
SHIP – Solar Heat for Industrial Processes
Ein bisher deutlich unterschätztes Potenzial der Parabolrinnentechnologie ist neben der Stromerzeugung die Bereitstellung von Wärme für industrielle Prozesse sowie für die Dekarbonisierung von Nah- und Fernwärmenetzen („Solar Heat for Industrial Processes“, SHIP). An Standorten mit wenig verfügbarer Fläche ermöglichen insbesondere Aufdachlösungen die Installation kleinerer, leichter Kollektoren auf Industriedächern. Ihre oft einfachere Bauweise schafft zusätzliche Kostenvorteile. Größere Kollektoren und komplette Anlagen werden typischerweise ebenerdig aufgestellt und können Prozesswärme oder Fernwärme in großem Maßstab bereitstellen. Für die Deckung von Prozesswärmebedarfen ist die direkte Erzeugung von Wärme mittels konzentrierender Solartechnologie eine wirtschaftliche Option – auch im mitteleuropäischen Klima. Zusätzlich lässt sich die Wärme in thermischen Speichern effizient und deutlich kostengünstiger speichern als elektrische Energie in Batterien.
Nutzen für externe Anwender
Externe Anwender – wie Komponentenhersteller, Kraftwerksbetreiber, Netzbetreiber oder Unternehmen mit hohem Wärmebedarf – profitieren von den Forschungsarbeiten am DLR-Institut für Solarforschung in mehrfacher Hinsicht:
- Kostensenkung und Marktwachstum
Durch die Entwicklung standardisierter, optimierter Komponenten und Anlagenkonzepte werden Parabolrinnenanlagen wirtschaftlich attraktiver. Geringere Investitions- und Betriebskosten erleichtern den Markteintritt neuer Projekte.
- Planungssicherheit
Verbesserte Speicherlösungen und erprobte Anlagendesigns ermöglichen eine stabilere und planbare Energieversorgung. Sie mindern das Risiko von Betriebsausfällen und erleichtern langfristige Lieferverträge (zum Beispiel „Heat-as-a-Service“-Modelle).
- Flexibilität der Einsatzbereiche
Dank unterschiedlicher Wärmeträgermedien und Kollektorbauweisen lässt sich eine breite Palette von Anwendungen abdecken – von Industrie-Prozesswärme über Nah- und Fernwärme bis hin zur Stromversorgung.
- Zukunftssichere Technologie
Unsere Forschung trägt dazu bei, diese bereits zuverlässige Technologie noch effizienter und kostengünstiger zu machen. Für Investoren, Betreiber und Industrieanwender entsteht so ein attraktives, langfristig tragfähiges Geschäftsmodell zur Dekarbonisierung von Strom- und Wärmeerzeugung.
Anwendungsbeispiele in der Industrie
Stromproduktion im Kraftwerksmaßstab
Ein bekanntes Beispiel in Europa ist Andasol I mit einer elektrischen Leistung von 50 Megawatt. Das Solarfeld erwärmt ein Thermoöl auf knapp 400 Grad Celsius, mit dem ein Dampfkraftprozess betrieben wird. Der integrierte Wärmespeicher mit circa 29.000 Tonnen Flüssigsalz ermöglicht es, bei vorübergehender Abschattung des Solarfeldes oder nachts etwa 7,5 Stunden lang Strom zu produzieren. Direkt neben Andasol I wurden die nahezu baugleichen Kraftwerke Andasol II und III errichtet. Die Andasol-Kraftwerke sind klassische solarthermische Kraftwerke mit einem Ölkreislauf im Solarfeld und einem separaten Salzkreislauf im Speicher. Das DLR-Institut für Solarforschung arbeitet an der nächsten Generation solarthermischer Kraftwerke, die vollständig mit Salz als Wärmeträger und Speichermedium betrieben werden. Damit verbunden sind eine Erweiterung der Anwendungsmöglichkeiten, die Reduktion von Investitionskosten und Anlagenkomplexität sowie höhere Gesamtwirkungsgrade.
Prozesswärme in Industrie und Gewerbe
Ein aktuelles Beispiel liefert die Heineken-Brauerei in Sevilla. Zur Deckung des benötigten Wärmebedarfs wurde dort eine große Solarthermieanlage mit Parabolrinnenkollektoren errichtet. Die Anlage verfügt über eine thermische Leistung von rund 30 Megawatt und belegt eine Fläche von etwa acht Hektar. Als Wärmeträgermedium im Solarfeld dient Druckwasser mit Temperaturen bis zu 210 Grad Celsius. Mehrere Druckwassertanks bilden ein Gesamtvolumen von rund 800 Kubikmeter mit einer thermischen Speicherfähigkeit von etwa 68 Megawattstunden. Damit kann die Anlage mehrere Stunden lang CO₂-neutrale Wärme liefern und im Jahresmittel rund 60 Prozent des Wärmebedarfs von 10–20 Megawatt decken, bei Temperaturen bis etwa 140 Grad Celsius. Das Projekt zeigt, welches Potenzial Parabolrinnenanlagen für die Dekarbonisierung von industrieller Prozesswärme und für langfristige Wärmelieferverträge haben.