Neues System sorgt dafür, dass CPV-Abwärme nicht verschwendet wird
Bei CPV wird nur ein kleiner Teil der einfallenden Sonnenenergie in Strom umgewandelt, während der größte Teil als Abwärme abgeführt wird. Diese überschüssige Niedertemperatur-Wärme wird häufig in herkömmlichen CPV/Wärmeanlagen eingesetzt. Im Rahmen des Projekts CPV/RANKINE (Improving the performance of concentrating PV by exploiting the excess heat through a low temperature supercritical organic Rankine cycle) arbeiteten Partner aus Belgien, Griechenland, Spanien und Schweden zusammen, um die geringe Wärme zurückzugewinnen und sie in eine Wärmekraftmaschine einzuspeisen, die aus einem überkritischen organischen Rankine-Kreisprozess (SORC) besteht. Die Projektpartner wählten diesen Ansatz, da er einen unterkritischen Zyklus aus Sicht der Nettoausgangsleistung bei niedrigen Temperaturen übertrifft. Das Arbeitsfluid ist ein Kühlmittel, das bei niedrigen Temperaturen sieden kann. Das Team von CPV/RANKINE integrierte dann erfolgreich das SORC-System in ein CPV/Wärmesystem. Durch die Verbesserung der jährlichen Energieproduktivität kann das kombinierte System um bis zu 40% effizienter als eine herkömmliche flache PV-Anlage sein, je nach Jahreszeit. Nach sorgfältiger Prüfung der Wärmetauscher-Designs beschlossen die Forscher, mit einem schraubenförmigen Spiralwärmetauscher fortzufahren, der über eine kompakte Bauweise und hohen Wärmeübertragungskoeffizienten verfügt. Während der Versuche zeigte der überkritische Wärmetauscher sowohl für unter- als auch für überkritischen Betrieb sehr gute Leistung und erreichte Wirkungsgrade von bis zu 6%. Das CPV/Wärmesystem besteht aus 10 Solarkollektoren, die gleichzeitig Strom und Wärme erzeugen, da sie ein PV-Paneel und thermische Solarkollektoren im selben Modul kombinieren. Ein großer Teil der Anstrengungen widmete sich der Anpassung der Solarkollektoren, um bei höheren Temperaturen als üblich (95 °C) betrieben werden zu können. Die Projektpartner produzierten erfolgreich eine 100 qm große Installation für das kombinierte System, das rund 15% mehr Strom erzeugt als ein ähnliches herkömmliches CPV/Wärmesystem für die Wetterdaten von Athen. Eine solche Konfiguration stellt auch sicher, dass die komplette Niederwärme vom SORC-System ausgenutzt wird, wenn niemand diese Wärme benötigt. Das neu entwickelte System kann ein alternatives Kleingerät für die Stromerzeugung durch Sonnenenergie darstellen. Es eignet sich für Geschäfts- und Wohnbauten sowie für andere Anwendungen, wie z.B. die Erzeugung von Wärme, Strom, entsalztes Wasser und Kühlung.
Schlüsselbegriffe
Abwärme, Konzentrator-Photovoltaik, Strom, Wärmetauscher, überkritischer organischer Rankine-Kreisprozess
