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Innovative Micro Solar Heat and Power System for Domestic and Small Business Residential Buildings

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Mikro-Solaranlagen mit industriellem Potenzial

Ein kostengünstiger Solarkonzentrator könnte in südeuropäischen Ländern nahezu den gesamten Strombedarf kleiner Gebäude decken und so den CO2-Ausstoß verringern.

Energie

Da auf den Gebäudesektor rund 40 % des weltweiten Energieverbrauchs und etwa ein Drittel aller Treibhausgasemissionen entfallen, muss in diesem Sektor Energieeffizienz erreicht und der Emissionsausstoß verringert werden. Das EU-finanzierte Projekt Innova MicroSolar entwickelte einen hochleistungsfähigen, preisgünstigen Solarkonzentrator (concentrating solar power, CSP) für die lokale Strom- und Wärmeerzeugung in kleinem Maßstab.

Solarkonzentrator für die weltweit kleinste ORC-Turbine

Photovoltaik (PV)-Systeme wandeln über Halbleiter-PV-Zellen Sonnenlicht direkt in Strom um. Solarkonzentratoren hingegen verwenden Reflektorspiegel, um die Wärme der Sonne zu nutzen, etwa lineare Fresnel-Reflektoren, die einfacher, kostengünstiger und effizienter sind als andere Systeme. Diese Spiegel konzentrieren das Sonnenlicht über eine lineare Empfängerröhre und erwärmen das Arbeitsmedium für die direkte Dampferzeugung ohne komplexe, teure Wärmetauscher. Mit dem Dampf wird eine Turbine und damit wiederum ein Stromgenerator angetrieben. „Innova MicroSolar entwickelte auf Basis eines linearen Fresnel-Reflektors einen neuen gewichtsreduzierten Solarkonzentrator, der mit der hochleistungsfähigen, synthetischen Wärmeübertragungsflüssigkeit Therminol 62 arbeitet. Die Betriebstemperatur liegt zwischen 220 und 280 ⁰C und ist damit relativ niedrig“, erklärt Projektkoordinator Khamid Mahkamov von der Universität Northumbria. Das System wurde mit einer mikroorganischen Rankine-Cycle-Turbine (organic Rankine cycle, ORC) gekoppelt. Durch den niedrigen Siedepunkt des organischen Arbeitsmediums kann bei niedrigen Temperaturen Dampf durch Wärme erzeugt werden. „Das Ergebnis von Innova MicroSolar ist die weltweit kleinste ORC-Turbine mit 2 Kilowatt elektrischer Leistung“, ergänzt Mahkamov.

Innovativer thermischer Energiespeicher für Solarkonzentratoren

Über Phasenwechselmaterialien (phase change materials, PCM) können Solarkonzentratoren mit thermischen Energiespeichern (TES) kombiniert werden, um auch indirekte Sonnenwärme effizient zu nutzen. „Durch die umkehrbaren Wärmerohre unseres neuen PCM-TES wird Wärmeenergie von der Trägerflüssigkeit Therminol 62 zum PCM und umgekehrt übertragen, was das Gerät kompakt und hocheffizient macht. Mit Solarsalz (geschmolzenes Salzgemisch) und Blähgraphit wurde ein neues PCM entwickelt, das die Wärmeleitfähigkeit des Solarsalzes um das 20-fache erhöht“, erklärt Mahkamov. Durch den thermischen Energiespeicher kann die ORC-Turbine bis zu vier Stunden ohne Sonneneinstrahlung laufen.

Solarenergie für emissionsarme Strom-/Wärmeerzeugung in kleineren Anlagen

Tests der elektrischen 2-KW- und thermischen 18-KW-Anlage von Innova MicroSolar im Feldversuch in Spanien bestätigten die angestrebte Leistung für den gesamten Zeitraum zwischen Frühjahr und Herbst. Im Winter erzeugt der Solarkonzentrator direkte Wärmeenergie für die Warmwasserbereitung in Haushalten. Mahkamov fügt hinzu: „Die größte Energieeinsparung ergibt sich für südliche EU-Länder, wo teilweise der gesamte Strombedarf gedeckt werden kann. Sonst werden zwischen 20 und 60 % erreicht. So kann ein Einfamilienhaus in südlichen Regionen den CO2-Ausstoß um 70 bis 95 % senken, in anderen Ländern werden durchschnittlich 30 % weniger erreicht.“ Eine technisch-wirtschaftliche und ökologische Analyse bestätigte die Vorteile des äußerst wettbewerbsfähigen Systems gegenüber anderen Innovationen zur Erzeugung erneuerbarer Energien. Handels- und Regierungsorganisationen in der Golfregion, Indien, Italien, Lateinamerika und Nigeria verhandeln bereits über die Übernahme der Technologie. Die nächste Station ist Sardinien, wo die Leistung des Innova Microsolar-Systems optimiert werden soll, um lokale Schulen und die Ausbildungseinrichtung einer technischen Hochschule mit Energie zu versorgen. Weltweit könnten dann kleine Gebäude zuverlässig, kostengünstig und unabhängig Strom und Wärme aus erneuerbaren Energieträgern beziehen.

Schlüsselbegriffe

Innova Microsolar, Solar, CSP, Emissionen, TES, linearer Fresnel-Reflektor, organischer Rankine-Zyklus, ORC, thermische Energiespeicher, Therminol 62, Solarkonzentrator

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21 Oktober 2020