Mit neuen Materialien das Potenzial der Solarenergie besser ausschöpfen
In einem solarthermischen Kraftwerk (Concentrated Solar Power, CSP) wird das Sonnenlicht mit Spiegeln auf einen zentralen Rezeptor reflektiert. In diesem Rezeptor befindet sich ein Material, üblicherweise eine Flüssigkeit, manchmal aber auch ein Gas, das durch die konzentrierte Sonnenenergie erwärmt wird. „Das Interessante an einer solarthermischen Anlage ist, dass gleich zwei Energieträger genutzt werden können – Wärme und Strom (mit einer zusätzlichen Turbine)“, erklärt Monica Della, technische Koordinatorin des Projekts IN-POWER und Managerin für Energieumwandlung und Photonik bei LEITAT in Spanien. „Das kann vorteilhaft sein, denn manchmal wird nur Wärme gebraucht.“ Im Gegensatz dazu erzeugt Photovoltaiktechnologie mit Solarmodulen nur Elektrizität und die Umwandlung von Strom in Wärme kann sehr ineffizient sein. „Ein weiterer Punkt ist, dass mit solarthermischen Anlagen die Temperaturen fein abgestimmt werden können“, erläutert Della. „In der Lebensmittel- und Getränkeindustrie sind häufig Temperaturen zwischen 100 und 200 Grad Celsius gefragt, um durch Pasteurisierungsprozesse Verunreinigungen zu beseitigen.“ In der Schwerindustrie und der Chemie, wo oft mit extrem hohen Temperaturen gearbeitet wird, kann mit solarthermischen Anlagen Prozesswärme von bis zu 400 und 500 Grad Celsius erzeugt werden.
Ganz neue Verbundwerkstoffe
Das Potenzial ist unübersehbar. Damit sich solarthermische Technik jedoch wirklich durchsetzen kann, muss die Industrie mit ins Boot geholt werden. „Unsere Idee für das IN-POWER-Projekt bestand darin, Kosten zu senken und Wirkungsgrade zu steigern“, sagt Della. Diese Ergebnisse sollten dann in einer im Maßstab vergrößerten Pilotanlage in Südspanien demonstriert werden. Das Projektteam startete mit der Suche nach billigeren, leichteren Werkstoffen für den Bau der Spiegel und der tragenden Bauteile. „Die bei der Solarthermie eingesetzten Spiegel sind in der Regel die gleichen, die auch im Badezimmer zu finden sind. Einfach Glas mit einer Aluminiumschicht dahinter“, wie sie erklärt. „Das Problem dabei ist, dass sie ziemlich schwer sind. Um mit den Spiegeln der Sonne nachzufolgen, wird eine Menge Energie verbraucht.“ Zur Lösung dieses Problems wurden neue Verbundwerkstoffe entwickelt. Durch sie konnten das Gesamtgewicht und die Grundfläche der Struktur erheblich verringert werden, während aus hochgradig reflektierenden, mit schmutzabweisenden Beschichtungen behandelten Polymermaterialien die Spiegel der nächsten Generation entwickelt wurden. „Wir haben uns außerdem auf die Wärmespeicherung konzentriert“, ergänzt Della, „denn sie ist ein entscheidender Punkt. Wenn eine Anlage die Wärme effizient speichern kann, dann kann sie rund um die Uhr arbeiten.“ Zu diesem Zweck entwickelte das Projektteam ein effizientes Wärmespeichersystem, bei dem ebenfalls innovative neue Verbundwerkstoffe zum Einsatz kamen. Die Solarwärmespeicher konnten erheblich verkleinert werden, und dank einer neuen Absorberbeschichtung wurde viel weniger entweichende Wärme registriert.
Demonstration der industriellen Realisierbarkeit
Während der zweiten Projekthälfte wurden diese Innovationen innerhalb einer Pilotanlage zusammengeführt. Mithilfe dieser Anlage konnte das Team die Leistungseigenschaften der neuen Werkstoffe, d. h. der Spiegel, Bauteile und Beschichtungen, untersuchen sowie der Industrie die Realisierbarkeit der Technologie vorführen. „Die Pilotanlage dient fast als eine Art Ausstellungsraum, denn hier können wir der potenziellen Kundschaft die Technik zeigen“, berichtet Della. „Zwei oder drei Getränkehersteller haben bereits Interesse bekundet.“ Obgleich das Projekt zu Beginn dieses Jahres abgeschlossen wurde, bleibt die Pilotanlage in Betrieb. „Wir wollen die Pilotanlage mehrere Jahre lang weiter betreiben, um die Lebensdauer der Komponenten zu demonstrieren“, fügt sie hinzu. „Es handelt sich um sehr neue Werkstoffe, sodass wir die Industrie erst davon überzeugen müssen, dass sie funktionsfähig sind.“ Außerdem können unter Einsatz der flexiblen Polymer-Spiegelmaterialien neue Geometrien erschaffen werden. Neue Designs könnten ganz neue Anwendungen erschließen. Eine weitere Möglichkeit sind Solarthermie-Photovoltaik-Hybridanlagen. „Diese Pilotanlage wird auch in Zukunft der Forschung und zukünftigen Projekten offenstehen“, bekräftigt Della abschließend.
Schlüsselbegriffe
IN-POWER, solar, thermisch, Energie, Elektrizität, Chemikalien, CSP, solarthermische Anlage, Polymer
