Aufblasbarer Sonnenkollektor für kohlenstofffreie Energie
Spiegel oder Linsen können eine große Menge Sonnenlicht auf einer kleinen Fläche konzentrieren und damit Wärme oder Strom erzeugen. Diese Technologie, die aus Kraftwerken mit konzentrierender Solarthermie (CSP) bekannt ist, bietet enormes Potenzial für die kommerzielle Stromerzeugung in Nordafrika, dem Mittleren Osten sowie den südlichen Gebieten der USA und Europas, wo Photovoltaikanlagen den abendlichen Höchststand im Stromverbrauch nicht effektiv absichern können. Allerdings ist die aktuelle CSP-Technologie noch zu teuer, um diese Fehlmenge auszugleichen. Das Projekt HELIOtube hat sich von der konventionellen CSP-Technologie mit schweren und teuren Parabolrinnen aus verspiegeltem Glas verabschiedet. Stattdessen konzentrierten sich die Forscher auf die Entwicklung einer kostengünstigen und leichten Alternative, die zur Sammlung der Sonnenstrahlen große aufblasbare Zylinder verwendet. Diese werden von Metallringen in Position gehalten, die wiederum Teil eines modularen Designs sind und den Schlauch mit dem Lauf der Sonne bewegen. Projektmanager Christoph Schnabel sagt: „Das Team hat eine maßstäbliche HELIOtube hergestellt – 220 Meter lang mit einem Durchmesser von neun Metern – die wir dann in eine echte Demonstrationsanlage eingebaut und dort getestet haben.“ Ein neuer Ansatz für Solarenergie Für den Zylinder wurde ein höchst beständiges, flexibles, leichtes und recyclingfähiges Material verwendet. Er besteht aus drei Kunststofffolien: einer Unterfolie, einer transparenten Folie und einer Spiegelfolie. Die Spiegelfolie trennt den Zylinder in zwei luftdichte Kammern, die jeweils über die ganze Länge des Schlauchs reichen. Kleine Druckunterschiede zwischen der oberen und der unteren Kammer wölben die Spiegelfolie nach unten, wodurch ein Spiegelkanal entsteht. So werden die Sonnenstrahlen um den Faktor 100 konzentriert und die Flüssigkeit im thermischen Empfänger der oberen Kammer wird auf bis zu 400 °C erhitzt. Jede HELIOtube erzeugt etwa ein Megawatt thermischer Energie und kann mit anderen zu einem Solarkraftwerk zusammengeschlossen werden. Die erzeugte Energie wird direkt in verschiedene Industrieprozesse eingespeist oder mit einer Dampfturbine in Strom umgewandelt. Demzufolge kann das System sowohl in kleinerem Maßstab eingesetzt werden, zum Beispiel zur Industriebeheizung, als auch zur Stromerzeugung im großen Maßstab in der öffentlichen Energieversorgung. Die eingerollte HELIOtube wiegt 90 % weniger als ein vergleichbarer Parabolrinnenkollektor und kann problemlos in einem FEU-Container transportiert und am gewünschten Ort aufgeblasen werden. Dadurch reduzieren sich die Kosten für Herstellung, Transport und Aufbau signifikant. Ein besonders großer Vorteil ist, dass durch das innovative Material des Zylinders weniger wertvolles Frischwasser zur Reinigung notwendig ist. Partikel wie Sand oder Staub können mit Druckluft weggeblasen werden und der Wasserverbrauch sinkt. Eine validierte Technologie Am Modell haben die Forscher genaue Untersuchungen zur Windlast durchgeführt, um die notwendige Größe der Schutzvorrichtungen zu bestimmen sowie die finale Schlauchgeometrie und Feldkonfiguration festzulegen und zu testen. „Uns stand eine unglaubliche Datenmenge zur Analyse zur Verfügung“, beschreibt Schnabel. „So konnten wir das System verstehen und optimieren und es dann potenziellen Kunden vorstellen, was uns als Technologieanbieter in der Branche bekannt macht.“ Der maßstäbliche HEILIOtube Prototyp in Spanien hat gezeigt, dass diese kostengünstigere und weniger ressourcenintensive Kollektorentechnologie für Kraftwerke mit konzentrierender Solarthermie der neue Standard für eine bessere CO2-Bilanz in Kraftwerken werden kann. Laut Schnabel ist: „unsere Technologie wahrscheinlich die flexibelste, die gerade am Markt zu haben ist, und sie kann fast alle möglichen Kundenansprüche bedienen.“ HELIOtube wird den Einsatz umweltfreundlicher Kraftwerke mit konzentrierender Solarthermie in der Industrie und der Stromerzeugung enorm voranbringen. „Das oberste Ziel ist, die erneuerbaren Energien im globalen Energiemix zu stärken und die Nutzung von CSP-Technologie auf eine breitere Kundenbasis auszuweiten sowie die allgemeine Akzeptanz dafür zu erhöhen“, fasst Schnabel zusammen.
Schlüsselbegriffe
HELIOtube, Kraftwerke mit konzentrierender Solarthermie (CSP), Folie, thermischer Empfänger, Kraftwerk