Parabolrinnentechnik sucht nach Sonnenseiten bei Anwendungen

Solarthermische Anwendungen sind nicht nur im sonnigen Süden interessant. Forscher am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt haben ein Konzept entwickelt, das die Parabolrinnentechnologie auch in Mitteleuropa wirtschaftlich machen kann.

Der Boom bei erneuerbaren Energien hat hierzulande auch solarthermische Anwendungen ins Licht des öffentlichen Interesses gerückt. Von der gestiegenen Nachfrage profitieren bislang vor allem Flachkollektoren, die technisch weniger aufwendiger sind als Parabolrinnenkollektoren. In beiden Fällen dient Wasser oder ein Wasser-Glykolgemisch als Wärmeträger. Über die Koppelung mit saisonalen Wärmespeichern werden Flachkollektoren etwa zur Nahwärmeversorgung von Wohngebieten genutzt, was je nach Größe der Kollektorfläche einige MWh bis mehrere GWh Energieersparnis im Jahr einbringt. In Friedrichshafen werden auf diese Weise 570 Wohnungen über eine 5600 m2 große Kollektorfläche und einen 12 000 m2 fassenden Saisonalwasserspeicher mit zusätzlicher Wärmeenergie versorgt. Ein Marktsegment, das nun auch die Parabolrinnentechnologie erobern will.
Dass in einem solchen Fall auch der Einsatz von Parabolrinnenkollektoren lohnen kann, haben Simulationen am Stuttgarter Steinbeis-Transferzentrum für Energie-, Gebäude- und Solartechnik gezeigt. „Wir gehen von mindestens 15 % Mehrertrag durch die Parabolrinnentechnik aus. Außerdem wird auch der Energiespeicher besser genutzt“, sagt Klaus Hennecke, Solarthermieexperte beim Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Köln.
Immerhin lockt selbst in Deutschland bei Parabolrinnen ein Jahresertrag von rund 500 kWh/m2 auch noch bei 100 °C Absorbertemperatur. Dies liegt im Wesentlichen daran, dass der Kollektor durch seine Nachführung bereits früh morgens und auch noch abends in die Sonne sieht. Der Preis für den Vorteil: Parabolrinnenkollektoren müssen nachgeführt werden und gelten deshalb als kostspieliger. Zu unrecht, wie die Kölner DLR-Forscher meinen. „Die Kosten für einen großen Kollektor inklusive Planung, Nachführung und Verrohrung belaufen sich auf 540 DM/m2 bei einer Feldgröße von 500 m2. Das ist durchaus vergleichbar mit den Kosten für einen entsprechenden Flachkollektor“, sagt Hennecke.
Dabei können Parabolrinnenkollektoren aufgrund ihres guten Wirkungsgrades auch noch bei hohen Temperaturen in vielseitigen Anwendungen im Bereich industrieller Prozesswärme bis hin zur Dampferzeugung für Kraftwerke genutzt werden, besonders vorteilhaft natürlich in sonnen- reichen Ländern.
Während die Solarthermie mit dem Auslaufen von Fördermaßnahmen in den USA, dem einstigen Mutterland großer Solarfarmen, vor sich hin dümpelt, ergreifen die Europäer nun die Initiative bei der Weiterentwicklung umweltfreundlicher Energien. „Wir wollen nicht verhehlen, dass die Parabolrinnentechnologie mit den aktuellen Energiepreisen für Großabnehmer in der Industrie nicht konkurrieren kann. Der Schwerpunkt der solaren Energien liegt denn auch auf ökologischer Nachhaltigkeit in wirtschaftlich lukrativen Nischen und der Ausrichtung auf Zukunftstechnologien. Dafür suchen wir industrielle Kooperationen“, erläutert Gerd Eisenbeiß, DLR-Programmdirektor für Verkehr und Energie.
Wie das europäische Engagement gemeinsam mit der Industrie aussehen wird, skizziert Eisenbeiß: „Allein in Spanien entstehen derzeit fünf Vorhaben für solarthermische Kraftwerke, die jeweils im Bereich von 10 MW bis 30 MW elektrische Leistung liegen. Zwei davon sind Parabolrinnenprojekte, bei denen außer dem DLR auch deutsche Unternehmen wie Pilkington Solar und Schott dabei sein werden.“
Sogar die Weltbank scheint sich für die Solarthermie zu erwärmen. Sie hat die Finanzierung von Projekten in Mexico, Indien und Ägypten zugesagt. Hier sollen in den nächsten Jahren Parabolrinnenkollektoren mit 600 MW thermischer Gesamtleistung installiert werden. Marokko und Brasilien arbeiten ebenfalls an Studien für große Solarthermievorhaben. Doch nicht nur in den Ländern des sonnigen Südens, auch in Mitteleuropa sehen die DLR-Forscher Chancen für einen wirtschaftlichen Einsatz der Parabolrinnentechnik.
„Anwendungen sehen wir insbesondere bei Temperaturen ab 60 °C und wegen der Kostenreduktion bei größeren Parabolrinnenfeldern ab 400 m2 Aperturfläche. Wir denken dabei nicht nur an die Versorgung saisonaler Wärmespeicher, sondern auch an die Erzeugung industriell nutzbarer Prozesswärme bis 200 °C und an die Herstellung von Absorptionskälte“, erläutert Dirk Krüger, DLR-Experte für Parabolrinnentechnologie. Er kalkuliert für den Einsatz der Solartechnik zwischen Köln und Würzburg mit einem spezifischen Wärmepreis zwischen 12 Pf/kWh und 20 Pf/kWh. Optimal wäre freilich die flächendeckende Platzierung von Rinnenkollektoren etwa auf Industrieflachdächern. Gerade das war bislang jedoch kaum möglich, weil der aufgeständerte Aufbau naturgemäß eine hohe Windlast zu verkraften hat, was wiederum eine entsprechend stabile und teure Dachkonstruktion voraussetzt.
Abhilfe könnte ein von den Kölner DLR-Forschern neu entwickeltes Konzept schaffen. Bei der so genannten Fix-Focus-Rinne sind die Strahlung auffangenden Module als Facetten ausgelegt, die einzeln leicht dem Sonnengang nachgeführt werden können. Der Vorteil: Die Anlage lässt sich bodennah in Leichtbauweise ausführen und ist deshalb windsicher. Sie kann wahlweise mit Heißluft und Wasser als Wärmeträger betrieben werden und soll Prozesstemperaturen von 200 °C bis 250 °C erreichen. Damit würden sich auch neue Einsatzmöglichkeiten etwa für Vorwärm- oder Trocknungsprozesse erschließen. Mit einem 36 m2 großen Prototypen haben die DLR-Forscher bereits erste Versuche gefahren, die ermutigende Resultate erbrachten. Nun soll diese Technik zur Fertigungsreife entwickelt werden. SILVIA VON DER WEIDEN/mg
Solarthermische Anlagen erproben Wissenschaftler der Kölner DLR auf ihrem Testgelände. Anders als der klassische Parabolrinnenkollektor besteht die Fix-Focus-Rinne aus einzelnen Facetten.