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Abb. 7.81
Sankey-Dia-
gramm zur Verlustkette
eines solarthermischen
Kraftwerks im portugiesi-
schem Faro. (Mertins
2006
)
Im Regelfall werden alle Verlustprozesse in einem sogenannten Sankey-Diagramm
aufgeführt. Das in der Abb.
7.81
dargestellte Sankey-Diagramm zeigt die Verlustkette,
ausgehend von der Direktnormalstrahlung (DNI) bis zum elektrischen Ertrag (
P
el
) für ein
Fresnelkraftwerk in portugiesischem Faro, das mit einem einfachen Dampfprozess arbei-
tet. Von der dort jährlich eingestrahlten Direktnormalstrahlung gehen fast 58 % durch
optische Verluste verloren, während die thermischen Verluste mit 7 % deutlich geringer
ausfallen. Einen kleinen Anteil haben die Verluste (knapp 4 %), die durch die Begren-
zung des Aufnahmevermögens der Turbine entstehen (Dumping). Bedingt durch den
thermischen Wirkungsgrad des Kraftwerksprozesses von etwa 32 %, bezogen auf die vom
Solarfeld erzeugte thermische Leistung, gehen nochmal 22 % im Kondensator der Kraft-
werkskühlung verloren. Wenn möglich ist eine Durchflusskühlung dem Luftkondensator
vorzuziehen. Die großen notwendigen Wassermengen der Durchflusskühlung aus Meer
oder Fluss sind aber gerade an sonneneinstrahlungsreichen Standorten nicht notwendi-
gerweise vorhanden.
Die meisten Solarkraftwerksysteme nutzen einen Clausius-Rankine-Prozess als Ener-
giekonversionsverfahren, da neben bewährten Speichertechnologien auch auf Komponen-
ten aus dem konventionellen Kraftwerksbau zurückgegriffen werden kann. Dies gewähr-
leistet neben der Planungs- und Preissicherheit auch eine hinreichende Betriebssicherheit.
Bei der Entwicklung einer solarthermischen Kraftwerksanlage stellt sich oft die Fra-
ge, ob ein einfacher oder ein aufwändiger Dampfprozess gewählt werden soll. Vergleicht
man beide, so liegt die Wirkungsgradverbesserung des aufwändigen Prozesses lediglich
bei wenigen Prozent, obwohl am Auslegungspunkt der thermische Wirkungsgrad im Mit-
tel um ca. 15 % höher ist. Der Kollektor erzeugt beim aufwändigen Prozess eine höhere
Mitteltemperatur, allerdings steigen die Wärmeverluste erheblich schneller an. Die höhere
Mitteltemperatur resultiert zum einen aus der Zwischenüberhitzung und zum anderen
aus der durch die größere Anzahl an Vorwärmern bedingten höheren Eintrittstempera-
tur ins Solarfeld. Die erhöhten Wärmeverluste wirken sich insbesondere beim Solarfarm-
Kraftwerkskonzept, wie Parabolrinnen- oder Fresnelkraftwerken, wegen ihrer großen
Leitungslängen stark aus. (Mertins
2006
) wies bei einem optimierten Fresnelkraftwerk
einen um ca. 37 % größeren Wärmeverlust bei Wahl eines aufwändigen Dampfprozesses
nach, der durch eine höhere Kollektorfeldeintrittstemperatur (226 °C gegenüber 150 °C)
zustande kam. Ebenso kann es durch den zweiten Überhitzer zu weiteren Verlusten kom-
men, die durch die Anpassung insbesondere bei niedrigen Dampfmassenströmen also ge-
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