Einfluss der Konzentration auf solarthermische Systeme - Thermische Solarenergie: Grundlagen, Technologie, Anwendungen - page 87

chen zur Erhöhung der Energieausbeute ausgestattet sein. Häufig handelt es sich um CPC
Konzentratoren mit Konzentrationsverhältnissen kleiner als 2. Vakuumröhrenkollektoren
arbeiten bei erhöhtem Betriebsdruck, so dass hier Temperaturen bis ca. 150-160 °C bei
guten Wirkungsgraden erzielt werden können.
Parabolrinnenkollektoren bestehen aus gewölbten Spiegeln, die das Sonnenlicht auf ein
in der Fokuslinie verlaufendes Absorberrohr bündeln. Die Länge solcher Kollektoren kann
je nach Bautyp zwischen 20 und 150 m liegen. In den Absorberrohren wird die konzent-
rierte Sonnenstrahlung in Wärme umgesetzt und an ein zirkulierendes Wärmeträgerme-
dium abgegeben. Parabolrinnensysteme werden aus Kostengründen meist nur einachsig
der Sonne nachgeführt. Sie sind deshalb in Nord-Süd-Richtung angeordnet und werden
der Sonne im Tagesverlauf von Ost nach West nachgeführt. In höheren geographischen
Breiten liefern Ost-West-Ausrichtungen bessere Erträge. Technisch werden im Regelfall
Konzentrationsverhältnisse bis ca. 100 erzielt. Als Wärmeträgermedien kommen Wasser,
Salze oder Thermoöle zum Einsatz. Letztere disproportionieren bei höheren Temperatu-
ren, so dass auch unter Druck Temperaturen von 400 °C oft nicht überschritten werden.
Fresnelkollektoren sind linienkonzentrierende Kollektoren, die nach einem ähnlichen
Prinzip wie Parabolrinnensysteme arbeiten. Bezüglich der Ausrichtung und Nachführung
treten daher bei beiden ähnliche Anforderungsprofile auf.
Paraboloidkollektoren bestehen aus einem rotationssymmetrischen parabolisch ge-
krümmten Konzentratorspiegel, der drehbar auf einem Gestell montiert wird und konti-
nuierlich zweiachsig der Sonne nachgeführt. Es handelt sich bei ihnen um punktkonzen-
trierende Systeme. Im Brennpunkt befindet sich ein Empfänger (oder Receiver), der die
Strahlung absorbiert und als Hochtemperaturwärme an einen nachgeschalteten Prozess
beispielsweise einen Stirling-Motor abführt. Das erzielbare Konzentrationsverhältnis bis
10 3 erlaubt hohe Receivertemperaturen stellt aber an den Empfänger wie auch die Nach-
führeinheiten hohe technische Anforderungen.
In einer Solarturmanlage richten Stellmotoren hunderte bis tausende positionierbare
Spiegel, sogenannte Heliostaten, die Solarstrahlung so aus, dass das einfallende Sonnen-
licht auf den zentralen Absorber, dem Receiver (Empfänger), fokussiert wird. Durch die
starke Konzentration der Einstrahlung entstehen an der Spitze des Turms Temperaturen
bis zu mehreren 1000 °C. Die technisch sinnvoll handhabbaren Temperaturen liegen bei
rund 1400 °C. Die Konzentrationsverhältnisse können bis zu 10 3 betragen.
In Abhängigkeit von der Betriebstemperatur werden in den Kollektoren verschiedene
Wärmeträgermedien eingesetzt werden. In den Schlauchmatten kann Wasser nur druck-
los umgewälzt werden. Bei den Solarteichen (Solarponds) kann die Salzlösung ebenfalls
direkt ohne druckführende Leitungen umgepumpt werden. Kollektorsysteme verwenden
Wasser bis 150 °C, wobei über 100 °C die Kreislaufauslegung höhere Betriebsdrücke zu-
lassen muss. In frostgefährdeten Gebieten und ganzjährigem Betrieb müssen Frostschutz-
mittel zugesetzt werden. Bis einige 10 °C über der Umgebungstemperatur kommt auch
Luft als Wärmeträger in Betracht, sofern lediglich kleine Wärmedichten benötigt werden.
Verdampfendes Wasser wurde im Wesentlichen bisher nur in Experimentieranlagen ge-
nutzt. Thermoölen, Salzschmelzen, flüssiges Metallen oder Inertgase erlauben den Betrieb