Civil Engineering Reference
In-Depth Information
Abb. 7.14
Strahlengang
und technische Ausführung
eines Sekundärreceivers mit
Wasserdirektverdampfung.
(Novatec Solar
2010
)
Unterkonstruktion montiert sind und separat der Sonne nachgeführt werden. Das Kon-
zentrationsverhältnis
k
von Fresnelkollektoren ist in ähnlicher Weise wie das der Parabol-
rinnen als Verhältnis aus Kollektorapertur- zu Absorberaperturfläche definiert. Als Kol-
lektorapertur wird vereinfacht die Spiegelfläche angenommen, obwohl sie für den Fresnel-
kollektor mit dem Sonnenstand variiert. Selbst für senkrechten Einfall der Solarstrahlung
-und damit auch für jeden anderen Sonnenstand- ist sie durch die Ausrichtung der Spiegel
auf den Receiver kleiner als die Spiegelfläche. Dies führt zumeist zu einer Überschätzung
des Konzentrationsverhältnisses
k
(vergl. Abb.
7.12
). Der Demonstrationskollektor auf der
Plataforma Solar de Almería (PSA) erreicht so ein geometrisches Konzentrationsverhält-
nis von
k
≈ 107. Durch diese sonnenstandsvariable Konzentration erfordern Fresnelkollek-
toren eine höhere Spiegel- sowie eine höhere Nachführgenauigkeit zum Erreichen einer
gleichmäßigen Leistungsfähigkeit. Durch Einsatz eines Sekundärkonzentrators wird der
Bereich, auf den zu fokussieren ist, jedoch wieder vergrößert, wie die Abb.
7.14
illustriert.
Der Sekundärkonzentrator ist auch wegen der Aufweitung der Brennlinie bei nicht senk-
rechtem Einfall der Solarstrahlung auf die parabelförmigen Spiegel erforderlich.
Der Receiver besteht neben den Absorberrohren und dem himmelseitig wärmege-
dämmten Sekundärkonzentrator zusätzlich aus einer Glasabdeckung (primärspiegelsei-
tig). Der Zwischenraum ist luftgefüllt und nicht hermetisch abgedichtet, daher bestimmt
die Konvektion die Wärmeverluste. Im Unterschied zum Parabolrinnenkollektor muss
eine Absorberschicht für Fresnelkraftwerke eine hohe Stabilität an Luft aufweisen.
Eine möglichst hohe Selektivität der Absorberbeschichtung wird auch hier angestrebt,
jedoch hat die Emission im Vergleich zur Absorption einen um den Faktor fünf geringe-
ren Einfluss auf die Stromgestehungskosten (Morin
2009
). Hauptgründe sind das höhere
Konzentrationsverhältnis des Fresnelkollektors gegenüber dem der Parabolrinne und der
unterschiedlichen Hauptwärmeverlustmechanismus der beiden Technologien. Während
die Parabolrinne durch das evakuierte Glashüllrohr die Konvektionsverluste am heißen
Absorberrohr unterdrückt und die Strahlungsverluste dominieren, ist beim Fresnelkol-
lektor das heiße Absorberrohr nur durch eine Glasplatte und den Sekundärreceiver mit
Wärmedämmung von der Umgebung abgeschirmt. Die Konvektionsverluste, die von der
Emission unabhängig sind, spielen daher dort eine größere Rolle als bei der Parabolrinne.
Die Abb.
7.15
zeigt die Beleuchtungsstärkeverteilung am Absorberrohr in Abhängigkeit
verschiedener Transversalwinkel, die bei einer Nord-Süd-Ausrichtung des Kollektors über
den Tagesgang und bei einer gegebenen Einstrahlungsintensität auftreten. Der Hauptteil
der Strahlung kommt für alle Transversalwinkel von unten durch den Sekundärreceiver.
Ein geringerer Teil erreicht aber auch seitlich das Absorberrohr. Als Folge sind in einem
Fresnelabsorber die Leistungsdichten wie auch deren umfangsseitige Gradienten gerin-
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