Solarthermie: Effizienter durch neue Techniken

Produktion von Röhren, Kapillaren und Stäben aus Spezialglas für Solarthermie.

Foto: Schottglas

Verdrängt die immer billiger werdende Photovoltaik die klassische Solarthermie irgendwann bei der Wärmebereitstellung vom Markt? Die Frage stand auf der diesjährigen Branchen-Leitmesse Intersolar im Juni in München anlässlich einer hochkarätig besetzten Podiumsdiskussion im Raum.

Solarthermie ist der sinnvollste Weg der Wärmeerzeugung

„Es ist einfach am sinnvollsten, zur Erzeugung von Wärme Solarthermie zu nutzen und Photovoltaik für alles andere“, zeigte sich Harald Drück, Leiter des Forschungs- und Testzentrums für thermische Solarsysteme am Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik der Universität Stuttgart, überzeugt. „Zu oft wird übersehen, dass Solarthermie grundsätzlich inklusive Speicher verkauft wird“, argumentiert Robin Welling, Präsident des europäischen Industrieverbands Solarthermie und Geschäftsführer des Thermieanbieters Tisun.

Damit die Photovoltaik nicht doch auf Dauer die Solarthermie in ihrem Stammmarkt verdrängt, so Gerhard Styri-Hipp, Vorstand der Gruppen Energiepolitik sowie Thermische Prozesse und Thermische Niedertemperatursolarenergie am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE), müsse die Technologie dringend billiger werden. Die Zukunft gehöre wahrscheinlich trotz des bisher geringen Erfolgs der Technologie hybrider Systeme aus Modulen und Kollektoren – „weil die als Einzige die Solarenergie voll ausnutzen“, so Styri-Hipp.

Wie viel effizienter ein Vakuumröhrenkollektor arbeiten kann, zeigte auf der Intersolar Vittorio Palmeri, Technologieleiter der schweizerischen TVP Solar. Diverse Verbesserungen unterscheiden seine Kollektoren von bisherigen Vakuumkollektoren: Sie verwenden keine einzelnen Vakuumröhren, sondern benutzen eine Metallschlange, durch die das Wärmemittel fließt. Der gesamte Kollektor wird unter Vakuum gesetzt.

Damit ein Kollektor komplett vakuumiert werden kann, schließt TVP ihn durch eine Platte eines neuartigen Glasmaterials nach oben ab. Sie weise eine großer Flexibilität und extreme Lichtdurchlässigkeit auf, so Palmeri. Die Metalldichtungen sind direkt in dieses Material gewissermaßen eingegossen. Das Deckmaterial sorgt außerdem dafür, dass die Röhrenkollektoren auch diffuses Licht verarbeiten und so die Effizienz erheblich ansteigt. Bisher litt die Solarthermie darunter, dass wegen Reflexion diffusen Lichts durchs Deckglas ihre Effizienz stark von direkter Sonneneinstrahlung abhing.

Für effiziente Solarthermie wichtig: Stabile Hochvakuumbedingungen

Wichtig für die Vermeidung von Transmissions- und anderen Wärmeverlusten sind kontinuierliche Hochvakuumbedingungen von mindestens einem Tausendstel Millibar. Um das zu erreichen, verwendet TVP eine Ionengetterpumpe. Diese saugt kleinste Reste von Gasen durch Sorptionsmechanismen ein. Die in diesem Fall verwendete Pumpe regeneriert sich von selbst, wenn sie vollem Sonnenlicht ausgesetzt ist.

Das Vakuum lässt sich durch einen Punkt am Absorberglas prüfen, der bei zu hohem Druck im Kollektor durch chemisch-physikalische Prozesse automatisch und kurzfristig seine Farbe ändert. Auf diese Weise lassen sich defekte Module schnell erkennen und auswechseln. So wird wenig Energie verschenkt und es sollen Temperaturen des Wärmemediums bis 300 °C erreichbar sein – genug auch für industrielle Prozesse.

Einen anderen Weg geht die US-amerikanische Cogenra Solar mit einem Hybridkollektor. Das Licht wird von hyperbolischen Rinnen auf einen im Zentrum angebrachten streifenförmigen Solarzellenbalken reflektiert. Dessen Rückseite besteht aus einem extrudierten Spezialmaterial, durch das flächenförmig die Wärmeleitflüssigkeit fließt.

Damit das konzentrierte Licht nicht nur einen schmalen Streifen des Photovoltaikkollektors bescheint, ist der reflektierende Trog nicht aus einem gebogenen Metallstück, sondern besteht aus entsprechend angeordneten kleinen rechteckigen Spiegeln aus galvanisiertem Stahl, die das Licht jeweils auf einen Teilstreifen des im Brennpunkt angebrachten Photovoltaikkollektors lenken. Im Dezember vergangenen Jahres ging die erste Produktionslinie für mehr als 20 MW jährlich in Betrieb, erste Dach- und Bodensysteme wurden installiert.

Der italienische Ingenieur und Solarthermiespezialist Antonio Zullani wählte mit seinem Einfachkollektor, den er auf der Intersolar vorstellte, im Gegensatz zu Cogendra einen Lowtech-Ansatz. Seine Kollektormodule, die es in mehreren Größen gibt, brauchen keinen teuren Rahmen mehr, sondern werden – getrennt durch eine Schaumstoffschicht – direkt auf eine Wand montiert.

Die Räume zwischen den Kollektorschlangen will Zullani mit Dünnschichtsolarzellen belegen. An der Wand werden die Kollektorschlangenmodule eins neben dem anderen mittels mehrerer Meter langer Metallschienen befestigt. Dadurch kann man letztlich die ganze Wand zu einer Kollektorfläche machen. Den Deckel des Systems, am von der Wand weiter entfernten Teil der Schiene ebenfalls einzuschieben, bildet ein kostengünstiges Plastikmaterial.

Solarthermie: Technische Veränderungen können Kollektor-Preise um 80% senken

„Ein solcher Kollektor kostet inklusive saisonalem Speicher nur ein Fünftel der heutigen Systeme, funktioniert aber genauso gut“, behauptet Zollani. Ein Fabrikationsbetrieb in der Nähe von Mailand für die Massenproduktion sei gefunden. Man darf also gespannt sein, ob und wann der Einfachkollektor auf den Markt kommt und was er dann tatsächlich kostet.