Solarthermische Hochtemperatursysteme - Thermische Solarenergie: Grundlagen, Technologie, Anwendungen - page 584

Abb. 7.80 Wirkungsgrad-
verlauf des thermodynami-
scher Wirkungsgrad eines
Joule Brayton Prozesses
( η th, --) und System-
wirkungsgrad η sys bei
Kopplung mit dem Kol-
lektorwirkungsgrad η A als
Funktion der maximalen
Wärmeträgertemperatur
in der Q ein die eingestrahlte Wärmeleistung ist und Q verlust der Wärmeverlust des Absor-
bers. α gibt den effektiven Absorptionskoeffizienten des Absorbers an.
Eine zentrale Erkenntnis der Abbildung ist, dass es für jedes Anlagenkonzept einen
durch das Konzentrationsverhältnis gegebenen maximalen Systemwirkungsgrad gibt. Eine
weitere Steigerung der Absorbertemperatur führt dann zu keiner Wirkungsgradsteigerung
mehr.
Im Realfall sind die erzielbaren thermodynamischen Wirkungsgrade der Kreisprozesse
niedriger als der des idealen Carnot-Kreislaufs. Verknüpft man den Absorberwirkungsgrad
mit dem thermodynamischen Wirkungsgrad beispielsweise eines Joule-Brayton-Kreispro-
zesses, so erhält man qualitativ den in der Abb. 7.80 dargestellten Systemwirkungsgrad η sys
als Funktion der Temperatur des Wärmeträgers bei verschiedenen Konzentrationsverhält-
nissen k . Die darin erreichbaren Werte liegen erheblich unterhalb derer der idealisierten
Betrachtung, da sowohl die maximale Wärmeträgertemperatur unter der maximalen Ab-
sorbertemperatur liegt und auch die niedrigste Prozesstemperatur deutlich größer als T U
ist. Aber selbst diese Suggestion, dass Systemwirkungsgrade η sys von η sys ≈ 20-30 % erreich-
bar sind, sind eher akademischer Natur. Denn wie aus der Optimierung im Abschn. 7.5
ausgearbeitet worden ist, beträgt der optische Wirkungsgrad η opt selbst bei senkrechtem
Einfall zwischen 50 und 70 %. Diese müssen multiplikativ mit dem Systemwirkungsgrad
gekoppelt werden.
Weitere Wirkungsgradverringerungen entstehen durch thermische Verluste im Rohr-
leitungsnetz. Diese sind bei Turmanlagen relativ klein, betragen aber bei Parabol- und
Fresnelsystemen mit ihren mehreren kilometerlangen Leitungen oft mehr als 10 %. Da der
maximale Auslegungspunkt in Solarkraftwerksanlagen zumeist so gewählt wird, dass selbst
bei einer mittleren Einstrahlung die Nennleistung erreicht wird, entstehen zusätzliche Ver-
luste durch das sogenannte Dumping. Weitere Verluste sind unter anderem die Wandlungs-
verluste im Generator (zumeist kleiner als 1 %), Leistungsaufnahme der Stellmotoren zur
Spiegelsteuerung und viele andere mehr. Da alle am Gesamtprozess teilnehmenden Wir-
kungsgrade multiplikativ miteinander verknüpft sind, liegen in der Realität die Gesamtwir-
kungsgrade solarthermischer Systeme η ges in der Größenordnung von etwa 20 %.