Parabolrinnenkollektoren für industrielle Prozesswärme
Auf dem Kollektorfeld in Turnhout grasen Schafe neben Parabolrinnenkollektoren, welche Prozesswärme bei bis zu 400 °C an den chemischen Betrieb von Avery Dennison liefern.
Für die Erzeugung solarthermischer Wärme mit konzentrierenden Kollektoren stehen verschiedene Technologien zur Verfügung. Linear-konzentrierende Kollektoren wie Parabolrinnen eignen sich gut für den Einsatz von industriellen Prozessen bis zu 400 Grad Celsius und Wärmenetzen. Höhere Temperaturen, wie sie in der Metallverarbeitung benötigt werden, können mit Solartürmen bereitgestellt werden.
Parabolrinnen besitzen längliche, gebogene Reflektoren, die das Sonnenlicht auf ein Absorberrohr entlang der Brennlinie bündeln. In diesem Rohr zirkuliert ein Wärmeträgermedium, das durch die konzentrierte Solarstrahlung stark erhitzt wird. Als Medien werden Wasser oder Öl genutzt oder es wird direkt Sattdampf im Solarfeld erzeugt. Auf kommerzieller Ebene gelten Parabolrinnen als die am weitesten etablierte Technologie unter den konzentrierenden Prozesswärmesystemen. Sie erreichen Betriebstemperaturen von 80-400 Grad Celsius.
Lineare Fresnel-Reflektoren (LFR) bestehen aus mehreren flachen, am Boden aufgestellten Spiegeln, die in bestimmten Winkeln angeordnet sind, um das Sonnenlicht auf einen oberhalb liegenden Receiver zu konzentrieren. Im Vergleich zu Parabolrinnen weisen LFR-Systeme eine geringere Effizienz auf. Mit den feststehenden Receiverrohren sollen geringere Herstellungskosten erreicht werden. Sie erreichen ebenfalls Betriebstemperaturen von 80-400 Grad Celsius.
Solartürme verwenden eine Vielzahl computergestützter Spiegel (Heliostaten), die die Sonne individuell entlang zweier Achsen verfolgen. Dadurch wird die Sonnenstrahlung auf einen zentralen Receiver an der Spitze eines Turms gebündelt. Solar-Tower-Anlagen erreichen in der Regel höhere Temperaturen als Parabolrinnen- oder LFR-Systeme. Sie erreichen Betriebstemperaturen von 500-1000 Grad Celsius.
Weitere Infos zu den verschiedenen Technologien finden sich hier auf unserer Webseite.
Parabolrinnenkollektoren sind nach der parabolischen Krümmung ihrer Spiegel benannt. Durch diese Krümmung wird die einfallende Sonnenstrahlung an jeder Stelle im Spiegel auf ein Absorberrohr gelenkt, welches dadurch erhitzt wird. Das Absorberrohr ist meist von einem Glashühlrohr mit Vakuum umgeben, welches die Wärmeverluste minimiert. Durch das Absorberrohr fließt ein Wärmeträgermedium (zum Beispiel Wasser oder Thermalöl), das die Wärme aufnimmt und entweder direkt oder über einen Wärmeübertrager an den Verbraucher abgibt. Parabolrinnenkollektoren werden der Sonne über einen Tracking-Mechanismus einachsig nachgeführt, sodass die Spiegel dem Sonnenstand folgen. Zudem ist es möglich, den Kollektor über die Nachführung aus der Sonne zu fahren, wodurch die Kollektorleistung geregelt werden kann.
Parabolrinnenkollektoren
Aufbau und Funktionsweise von Parabolrinnenkollektoren.
Im Vergleich zu Flachkollektoren und Vakuumröhren können linear konzentrierende Kollektoren wie die Parabolrinne nur die Direktstrahlung der Sonne verwerten. Dies gleicht ein Parabolrinnenkollektor jedoch durch seine Nachführung aus, mit der im Sommer bereits morgens und auch abends die Sonne in günstigstem Winkel zur Sonne steht sowie durch eine vergleichsweisen niedrigeren Wärmeverluste aus, sodass der Kollektor bereits bei ungefähr 80 Grad Celsius Betriebstemperatur ähnliche Jahreserträge erzielt. Bei höheren geforderten Betriebstemperaturen erzielt die Parabolrinne höhere Jahreserträge im Vergleich zu den beiden nicht-konzentrierenden Technologien. Das macht den Einsatz von Parabolrinnenkollektoren auch in Deutschland attraktiv, wo sie sich insbesondere für den Einsatz in Wärmenetzen und Prozesswärme eignen.
Anwendungsmöglichkeiten von Parabolrinnen
Durch die verschiedenen Kollektortypen und ihre Regelbarkeit sind Parabolrinnen sehr vielseitig und können einen breiten Temperaturbereich abdecken, wodurch sie in unterschiedlichen Bereichen eingesetzt werden können.
Zur Stromerzeugung: Mithilfe von hohen Temperaturen wird ein Wärmeträger erhitzt, der über Dampferzeugung Turbinen antreiben kann. Das funktioniert ähnlich wie bei konventionellen Kraftwerken.
Zur Erzeugung von industrieller Prozesswärme: Viele industrielle Prozesse (beispielsweise in der Chemie, Getränkeindustrie oder Lebensmittelproduktion) benötigen Wärme über 80 Grad Celsius. Diese Wärme kann von Parabolrinnenkollektoren bereitgestellt werden, wobei Prozesse bis zu 400 Grad Celsius versorgt werden können.
Zur Wärmeversorgung: Mit Parabolrinnenkollektoren erzeugte Wärme kann auch in Nah- und Fernwärmenetzen genutzt werden, beispielsweise zur Beheizung von Gebäuden und Quartieren.
