Die vom DLR maßgeblich entwickelten volumetrischen Receivertypen nutzen Umgebungsluft als Wärmeträgermedium anstelle der in kommerziellen Kraftwerken weit verbreiteten flüssigen (Wasser, Öl, Salz) oder festen (Partikel) Wärmeträger. Die Entwicklung der Technologie ist bereits so weit fortgeschritten, dass der Transfer in die Industrie zur Umsetzung in kommerziellen Anlagen stattfindet.
Aufgabe eines Receivers ist es, die gebündelte Solarstrahlung „einzufangen“ und bei möglichst hohen Temperaturen an ein Wärmeträgermedium abzugeben. In den vom DLR-Institut für Solarforschung entwickelten volumetrischen Receivertypen wird hierfür Umgebungsluft genutzt. Die extremen Temperaturen von 700 bis 1.000°C sowie die hohen Strahlungsflussdichten von bis zu ca. 1 MW/m² stellen höchste Anforderungen an die Belastbarkeit der zum Einsatz kommenden Werkstoffe des Receivers. Diejenigen Bauteile, die der hochkonzentrierten Solarstrahlung direkt ausgesetzt sind, bestehen daher meist aus einem besonders temperaturbeständigen Keramikwerkstoff.
Offener volumetrischer Receiver
Beim offenen volumetrischen Receiver nehmen eine Vielzahl von keramischen Absorbermodulen die konzentrierte Solarstrahlung auf und werden auf bis zu 1.000 Grad Celsius erwärmt. Die Umgebungsluft, die in die offenen Poren des Receivers eindringt, strömt an der keramischen Struktur vorbei und nimmt dabei einen Großteil der Wärme auf. Diese heiße Luft wird dann zur Befeuerung dem Kessel eines Wasser/Dampf-Kreislaufs zur Stromerzeugung zugeführt. Parallel dazu kann die Wärme auch an einen thermischen Speicher abgegeben werden. Die abgekühlte Luft aus dem Kessel oder Speicher wird mit einer Restwärme von 100 bis 150 Grad Celsius zum Receiver zurückgeführt und vor die bestrahlte Receiveroberfläche geleitet, um wieder eingesaugt zu werden. Da nicht die gesamte Luft wieder eingesaugt werden kann, handelt es sich um einen nicht-geschlossenen Luftkreislauf.
Zur einfachem Skalierung auf verschiedene Leistungsgrößen ist der offene volumetrische Receiver modular aus wenigen Grundkomponenten aufgebaut: Das Absorbermodul ist hierbei das zentrale Element des Receivers. Es besteht aus einem porösen hochtemperaturbeständigen Absorber, der in einem Haltekelch gelagert ist. Aktueller Stand der Technik ist ein keramischer Wabenkörper aus Siliziumkarbid in einem Kelch aus gleichem Material. Auch metallische Absorber aus geeigneten Legierungen sind einsetzbar. Die Solarstrahlung dringt in die Kanäle der Waben ein, wird an deren Innenfläche absorbiert und erwärmt die Absorberstruktur. Die Kanäle werden in Strahlungsrichtung von Luft durchströmt und nehmen die Wärme an den Kanalwänden auf. Die Absorber erreichen an ihrer Front Temperaturen von über 1.000 Grad Celsius.
Die einzelnen Absorbermodule werden von einer metallischen Trägerstruktur gehalten, die modular erweitert werden kann. Die Trägerstruktur wird von der zurückgeführten Warmluft gekühlt, bevor diese vor den Receiver ausgeblasen wird. Um große Receiverflächen mit inhomogener Bestrahlung betreiben zu können, müssen die Luftströme durch die verschiedenen Receiverbereiche mit Drosselorganen angepasst werden.
Geschlossener volumetrischer Receiver
Das zentrale Element des geschlossenen volumetrischen Receivers ist der innen isolierte Druckkessel, der durch ein kuppelförmig gewölbtes Quarzglasfenster zur Umgebung abgeschlossen ist. Der Receiver wird daher auch volumetrischer Druckreceiver genannt.
Im Inneren des Receivers befinden sich keramische oder metallische hochporöse „volumetrische“ Absorber. Diese Absorber funktionieren ebenso wie die Absorber des offenen volumetrischen Receivers: Die konzentrierte Solarstrahlung transmittiert durch das Quarzglasfenster und wird von der dahinter im Kessel angeordneten Absorberstruktur aufgenommen, die sich dadurch erwärmt und die Wärme an die durchströmende Luft abgibt.
Dieser Receivertyp wird eingesetzt, um im Hochdruckteil eines Gasturbinenprozesses Solarenergie an den Wärmeträger Luft zu übertragen. Die verdichtete Luft (10-15bar) wird in den zweiwandigen Druckkessel des Receivers geleitet und an der Quarzglasscheibe vorbei vor den Absorber geführt. Die Luft wird mit metallischem Absorbermaterial auf ca. 600°C, mit keramischem Absorberwerkstoff auf über 1000°C erhitzt. Im nachgeschalteten Brenner wird die Luft ggf. weiter auf die definierte Turbineneintrittstemperatur erhitzt.
Die maximale Größe dieses Receivers ist aufgrund seiner Bauart beschränkt. Um größere Leistungen erreichen zu können, müssen mehrere Receiver nebeneinander angeordnet und parallel geschaltet werden. Dazu sind diese Receiver mit einem Sekundärkonzentrator ausgestattet, der eine lückenlose Anordnung vieler Receiver auf einem Turm erlaubt.