Einfluss der Konzentration auf solarthermische Systeme - Thermische Solarenergie: Grundlagen, Technologie, Anwendungen - page 99

Verschiedene Aspekte, wie der selektiven Transmission und Absorption, der Einsatz
von Folien und besonderer konstruktiver Lösungen bzw. materialspezifischer Auswahl im
Bereich der Isolation können den Wirkungsgradverlauf signifikant ändern. Die Diskus-
sion der Größenordnung der einzelnen Maßnahmen im Hinblick auf den Wärmetransport
und die auftretenden Verluste sind Gegenstand der folgenden Kapitel. Auf der Basis der
im Lauf des Skripts erworbenen Erkenntnisse erfolgt im Kap. 6.2 erneut eine detaillierte
Bewertung der einzelnen Kollektorsysteme.

3.5 Konzentrierende Systeme

In konzentrierenden Kollektoren erfolgt eine Bündelung der solaren Einstrahlungsleistung
auf den Absorber mit Hilfe von Spiegeln und/oder von Linsen. Damit entspricht die Fo-
kussierung mit Hilfe eines Spiegels der Abbildung einer Linse. Der abgebildete Gegenstand
ist die Sonne und der Fokus der Linse entspricht dem Bild. Eine Abbildung ist aber nur mit
einem gerichteten Strahlengang möglich. Eine unmittelbare Konsequenz ist, dass fokussie-
rende Systeme lediglich in der Lage sind, die direkte Strahlungskomponente i dir zu nutzen,
nicht aber den diffusen Strahlungsanteil, der in Deutschland ca. 40 % der einfallenden
Strahlung ausmacht (s. Kap. 2.4). Im Sonnengürtel um den Äquator liegt dagegen der An-
teil der direkten Strahlung zwischen 70 und 80 %.
Mit Hilfe von Spiegeln lassen sich mehrere konzentrierende Arten der Abbildungen
realisieren. Die Konturierung erlaubt in rotationssymmetrischen Geometrien die Fokus-
sierung auf einen Punkt, wie beispielsweise in einem Paraboloid, und somit sehr hohe
Konzentrationen der Solarstrahlung. Mit gekrümmten Spiegeln, die auch segmentiert sein
können, lassen sich linien- oder flächenförmige Abbildungen mit einer geringeren Fokus-
sierungsintensität realisieren.
In diesem Zusammenhang wird lediglich auf die Grundgedanken der Konzentration,
der wichtigsten Begriffe sowie deren limitierender Aspekte eingegangen. Da die Bünde-
lung der Solarstrahlung auf ein Absorberelement ein Schlüsselfaktor insbesondere bei
der Gewinnung elektrischer Energie mit Hilfe hochtemperatursolarthermischer Anlagen
ist, werden in diesem Abschnitt die Grundbegriffe erarbeitet. Im Kap. 7 Solarthermische
Hochtemperatursysteme erfolgt eine weitere Vertiefung hinsichtlich der Berechnungsver-
fahren und der Auslegung für Kraftwerksanwendungen.
Den auf der geometrischen Optik basierenden Grundgedanken der Konzentration ein-
fallender Lichtstrahlung skizziert die Abb. 3.12 . Hierbei wird die Lichtquelle als Sender
(„Emitter“) einer planparallelen Einstrahlung auf einen Konzentrator der Öffnungsfläche
F E ( E = Apertur) und der normal zur Strahlung einfallenden Aperturlänge D E betrachtet.
Im Konzentrator wird die einfallende Strahlung auf einen Empfänger (typischerweise
einen Absorber) der Fläche F A und der normal zur Strahlung liegenden Abmessung D ge-
bündelt (Abb. 3.11 ).
Den einfachsten Fall eines Konzentrators stellt im zwei-dimensionalen Raum eine Para-
bel der Brennweite f dar. Die parallel zur y -Achse einfallenden Lichtstrahlen werden durch
die Parabelkontur auf den Brennpunkt F der Parabel fokussiert, wie dies die Abb. 3.12