Solarenergie mit Fresnel-Spiegeln

Solarenergie mit Fresnel-Spiegeln

Der Fresnel-Spiegel und die Nutzung der Solarenergie.

23. August 2005

Ich bin nicht der Einzige, der daran gedacht hat, wie dieser Artikel zeigt: http://www.klimaschutz.com/synth/sfc021001.htm

Eine Leserin, Laure Emmanuelle Muller, hat ihn für uns übersetzt. Wir danken ihr dafür.

Hier eine Zusammenfassung vor der Lektüre.

Die Belgier haben sich für eine Lösung entschieden, bei der ein fest installiertes Wärmetauscherrohr verwendet wird, in dem direkt Dampf erzeugt wird. Auf dieses Rohr wird die Sonnenstrahlung mittels einer Reihe von am Boden angebrachten Spiegeln konzentriert. Diese haben die Form langer Bänder, deren Ausrichtung mechanisch gesteuert wird.

System „Solarmundo“. Rotierende Flachspiegel (1000 m lang). Festes Sammlerrohr. Darunter Anbau von Nutzpflanzen.

Wie aus dieser schematischen Darstellung hervorgeht, werden reflektierende Bänder, Spiegel von 1000 m Länge, auf einem Gestell befestigt. Unter diesem Gestell ist es in Regionen mit sehr hoher Sonneneinstrahlung möglich, Nutzpflanzen anzubauen; ein Teil der gesammelten Energie könnte dazu dienen, Meerwasser zu entsalzen. Ein solches System könnte in der Region Dubai in den Vereinigten Arabischen Emiraten installiert werden, wo die Küste letztlich wenig attraktiv ist und sich in der Nähe einer riesigen, sehr flachen Wüste befindet, die ebenfalls wenig interessant ist. Diese Anlagen, die Bio-Wüsten schaffen würden, wären nicht unvereinbar mit den derzeit von den Emiren entwickelten Träumen vom Luxus-Tourismus. Aber natürlich ist es ... etwas anderes.

Eine Variante bestünde darin, einen beweglichen Kollektor zu verwenden, der auf rotierenden Armen getragen wird, an denen Schneckengetriebe befestigt sind. Der Spiegel wäre dann fest. Er würde meiner Meinung nach stärkeren Winden leichter standhalten (das Sammlerrohr könnte in einer Halterung verstaut werden). Auch die Reinigung wäre einfacher, etwa mit einem beweglichen Scheibenwischer. Dieser Spiegeltyp würde sich auch besser für eine weltweite Standardisierung eignen, da er in Einzelteilen geliefert werden könnte.

Solarkollektor mit festem Spiegel und beweglichem fokussierendem Sammlerrohr.

Beide Varianten sollten getestet werden. Die Belgier haben ihr System bereits erfolgreich getestet. In Frankreich gibt es meines Wissens nichts Vergleichbares.

http://www.solarmundo-power.com

Der leichte Solarmundo-Fresnel-Kollektor (SFC)

kann Solarenergie günstiger als Öl machen

Eine Bewertung des Potenzials des neuen Solarmundo-Kollektors für den Klimaschutz

Christoph Bals (Germanwatch, bals@germanwatch.org) und

Dr. rer. nat. Gerhard Knies (Hamburger Klimaschutz-Fonds, knies.gerhard@t-online.de)

Eine Künstleransicht einer in der Wüste installierten Solarmundo-Einheit

Nach einer sorgfältigen Prüfung des neuen leichten Solarmundo-Fresnel-Kollektors (SFC) kommen die beiden Autoren zu folgender Bewertung: Mit dieser jüngsten Entwicklung könnte Solarenergie in sonnenreichen Ländern innerhalb weniger Jahre günstiger als Öl werden, ohne dass weitere technologische Durchbrüche erforderlich wären. Wenn der SFC wie geplant funktioniert, bietet er ein enormes Potenzial für den globalen Klimaschutz sowie für saubere und unerschöpfliche Elektrizität weltweit. – Bonn und Hamburg, Oktober 2001.

1. Leistung von SFC-Kraftwerken

2. Saubere Elektrizität, günstiger als mit Öl:

An Standorten mit guter Sonneneinstrahlung kann der Solarmundo-Kollektor () Dampf günstiger als mit Öl erzeugen, bei Ölpreisen über 20 US-Dollar pro Barrel. Das bedeutet, dass ein Solarkraftwerk Elektrizität zu geringeren Kosten als ein ölgefeuertes Wärmekraftwerk erzeugen kann.

Kombination mit der Wasserversalzung

Die Abwärme kann, wie in jedem Wärmekraftwerk, zur Entsalzung von Meer- oder Brackwasser genutzt werden. Ein 400-MW-Solarkraftwerk könnte 10.000 bis 20.000 Kubikmeter pro Stunde koelektrisch erzeugen. Diese Technologie ist gut etabliert.

Kombination mit der landwirtschaftlichen Nutzung der Standorte

Der Flachspiegel des SFC befindet sich etwa 4 Meter über dem Boden. Im darunterliegenden Schatten sind die Lichtintensität und die Wasserverdunstung reduziert. Es gibt genügend Licht, um beispielsweise Tomaten anzubauen.

Ein 400-MW-Kraftwerk würde etwa 3 Quadratkilometer Schattenfläche für den Anbau bieten. Das Bewässerungswasser könnte aus der Entsalzung stammen.

Die Details dieser Anwendung, wie Ertrag pro Ernte und Hektar sowie der erforderliche Bewässerungswasserbedarf, müssen durch eine Machbarkeitsstudie bewertet und in einem Pilotprojekt untersucht werden.

Zukünftiges Potenzial mit integrierter Solarenergiespeicherung

Es gibt eine vielversprechende Perspektive für eine relativ einfache Anpassung zur Wärmespeicherung und damit zur bedarfsgerechten Stromversorgung rund um die Uhr. Dies verleiht der Solarenergie ein großes Potenzial für die Energieversorgung sonnenreicher Länder sowie für den Export in die industrialisierten Länder des Nordens.

Die SFC-Technologie bietet daher interessante Möglichkeiten, sonnenreichen Ländern kostengünstig sauberen Strom für ihren Eigenbedarf und für den Export bereitzustellen und Gefahren für die lokale Umwelt wie die schmutzige Verbrennung von Kohle oder die Abholzung von Brennholz zu vermeiden. Da ein großer Teil der Bau-, Wartungs- und Betriebsarbeiten von lokalen Arbeitskräften durchgeführt werden kann, können in Entwicklungsländern industrielle Arbeitsplätze geschaffen werden.

Computeranimation: 4 Reihen von SFC-Kollektoren mit der Dampftransferleitung zum Kraftwerk.

2. Potenzial der SFC für den globalen Klimaschutz

Die SFC-Technologie würde unsere Kapazitäten zur Erzeugung von Solarstrom erheblich erweitern. Sobald diese Technologie durch eine vollständige Betriebssoftware validiert ist – wahrscheinlich innerhalb von 1 bis 2 Jahren –, könnte sie dazu beitragen, sauberen Strom für die enormen zukünftigen Bedarfe in sonnenreichen Entwicklungsländern, einschließlich Indien und China, bereitzustellen. Hier sind neue Kapazitäten im Bereich von Hunderten von Gigawatt erforderlich.

In Kombination mit den relativ geringen Kosten für den Langstromtransport über Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsleitungen (HGÜ) leben etwa 95 % der Weltbevölkerung in Reichweite von Wüstengebieten, die für die kostengünstige solarthermische Stromerzeugung geeignet sind und über ausreichend Platz für Kollektorfelder verfügen. Beispielsweise wäre für die Erzeugung von 500 TWh/a elektrischer Energie, was 20 % des jährlichen Stromverbrauchs der EU entspricht, ein Kollektorfeld von etwa 45

x

45 km erforderlich, sowie eine Sahara-Sonneneinstrahlung. Marokko bietet beide Voraussetzungen: gute Sonneneinstrahlung und eine einfache Anbindung an das europäische Netz.

Da die Wärmespeicherung eine bedarfsgerechte Stromerzeugung Tag und Nacht ermöglichen würde, könnte die SFC-Technologie mit dieser zukünftigen Anwendung wesentlich zum weltweit geforderten raschen Übergang zu sauberem Strom beitragen.

Schon mit der aktuellen Bauweise könnte dieser Solarstrom mit Ölkraftwerken konkurrenzfähig sein. Weitere konzeptionelle Verbesserungen und Kostensenkungen werden durch die Ausweitung der Produktionskapazitäten erwartet.

Aufgrund des außergewöhnlichen Potenzials der SFC-Technologie für den globalen Klimaschutz besteht ein erhebliches öffentliches Interesse daran, die Entwicklung dieser Technologie so schnell wie möglich voranzutreiben. Daher empfehlen wir eine angemessene Unterstützung für eine schnelle Validierung des Potenzials dieser Technologie. Im Erfolgsfall der Tests wäre der Weg für einen weltweiten Markteinführung offen.

Das volle Potenzial für den globalen Klimaschutz kann aus einer unbegrenzten Nord-Süd-Zusammenarbeit entstehen.

3. Der SFC – technische Vorrichtungen

Das Sonnenlicht kann durch einen Parabolspiegel konzentriert werden, um Dampf für ein Kraftwerk zu erzeugen. Der französische Physiker A. J. Fresnel (1788–1827) erfand ein einfaches System, um gekrümmte Spiegel durch eine flache Anordnung von Spiegelstreifen zu ersetzen.

Mit diesem System hat die Solarmundo NV (Belgien) die sperrige Mulde des Parabolspiegels in eine einfache flache Oberfläche aus länglichen Spiegelstreifen umgewandelt. Eine Reihe von 48 dieser Streifen, jeder 50 Zentimeter breit und bis zu etwa 1000 Meter lang, reflektiert das Sonnenlicht auf ein 1000 Meter langes Sammlerrohr, das 15 Meter über der Reihe montiert ist. Die Spiegelstreifen können um ihre Längsachsen gekippt werden, um der Sonne zu folgen. Bei klarem Wetter könnte das konzentrierte Sonnenlicht das Sammlerrohr auf über 500 °C erhitzen. Dies reicht aus, um Dampf für eine konventionelle Turbine zu erzeugen, die an einen Generator mit einer Leistung von 4,8 Megawatt gekoppelt ist. Eine große Anzahl dieser Kollektorelemente kann kombiniert werden, um die Kapazitäten zu erweitern – bis zu mehreren hundert Megawatt.

Hier fassen wir die Verbesserungen zusammen, die das SFC-Design im Vergleich zu linearen Parabolrinnenkollektoren der ersten Generation bietet, die seit 10 Jahren sehr zuverlässig in der Mojave-Wüste in Kalifornien funktionieren.

Unterschiede im Design:

1. Ein großer Parabolspiegel mit einer typischen Breite von 6 Metern, der auf einer komplexen beweglichen Tragstruktur zur Sonnenverfolgung ruht, wird durch eine feste horizontale Reihe kleiner schwenkbarer Flachspiegelstreifen und einen kleinen Sekundärkonzentrator hinter dem Sammlerrohr ersetzt.

2. Der Brennpunkt der beweglichen Parabel – der der Sonnenbewegung folgt – wird durch eine feste Brennlinie ersetzt, auf die jedes Spiegelelement und der Sekundärkonzentrator das Sonnenlicht reflektieren. Das Sammlerrohr befindet sich nun in einer festen Position.

3. Die Tragstruktur für die Spiegelachsen und das Sammlerrohr ist fest.

Dank einer neuen Oberflächenbeschichtung des Sammlerrohrs könnte die kostspielige Vakuumisolierung des langen Rohrs durch einen einfachen Schutz gegen Wärme- und Strahlungsverluste in normaler Atmosphäre ersetzt werden.

Der Dampf wird direkt im Sammlerrohr erzeugt, anstatt nach einer Wärmeübertragung auf einen Dampfkessel durch eine spezielle Flüssigkeit und Wärmetauscher.

Unterschiede in der Effizienz bei der Lichtsammlung und der Tagesleistung

:

Vergleich der Effizienzen von Systemen basierend auf Parabolspiegeln und Fresnel-Kollektoren

(auf der Breite von Kairo). Man sieht, dass sie recht ähnlich sind.

Die Abdeckung des Kollektorfeldes durch die Spiegelelemente unterscheidet sich in beiden Systemen.

Beim Solarmundo-System ist das Kollektorfeld fast vollständig mit Spiegeln abgedeckt. Dies führt zu einer gewissen gegenseitigen Verschattung in den extremen Tagesstunden, früh morgens und spät abends. Bei Parabolspiegelsystemen sind die in Nord-Süd-Richtung ausgerichteten Parabelreihen durch zwei leere Reihen getrennt, um eine Verschattung am Morgen und Nachmittag zu vermeiden, was zu einem geringeren Ertrag führt, der nur auf 1/3 des Kollektorfeldes verteilt ist, aber tagsüber konstanter bleibt.

Aus der Sicht der genutzten Spiegelfläche ist die Strahlungssammlung bei den Solarmundo-Fresnel-Kollektoren besser, und aus der Sicht des Spiegelabschnitts ist die Strahlungssammlung bei Parabolspiegeln besser.

4. Kostensenkungen werden hauptsächlich erreicht durch:

5. Viele kleine, leicht herzustellende Flachspiegel anstelle eines großen speziell entworfenen Spiegels (Parabolspiegel).

6. Nur die kleinen Spiegel werden zur Sonnenverfolgung gedreht. Ihre Stützachsen, Rahmen und das Sammlerrohr bleiben fest.

7. Die gesamte Tragstruktur kann leicht aus Standardteilen hergestellt werden.

8. Die permanente horizontale Position der Spiegelreihe reduziert die Windlast erheblich.

9. Die Vakuumisolierung um das Sammlerrohr konnte vermieden werden.

10. Direkte Dampferzeugung im Sammlerrohr.

11. Günstige lokale Arbeitskräfte können weitgehend für die Montage der Komponenten eingesetzt werden.

12. Vereinfachter Betrieb und Wartung des Kollektorfeldes.

13. Entwicklungsstand

Bisher wurden die Fresnel-Spiegelstreifen, der Sekundärkonzentrator und das Sammlerrohr realisiert, im Labor getestet und in einer Pilotanlage in Belgien mit einer Breite von 24 Metern, aber einer Länge von nur 100 Metern anstelle der geplanten 1000 Meter für das vorgesehene Standardmodul von 4,8 MW montiert.

Die mechanischen Funktionen des Kollektors wurden in dieser Pilotanlage überprüft. Darüber hinaus wurde Dampf bei einer Temperatur von 270 °C erzeugt, was den Erwartungen für die Pilotanlage entsprach, wobei die maximale Temperatur durch eine vorläufige selektive Beschichtung auf dem Sammlerrohr begrenzt war. Eine neue selektive Hochtemperaturbeschichtung wurde erfolgreich im Labor bei 500 °C getestet. Die Produktion von Rohren mit dieser Beschichtung wurde eingeleitet. Die Langzeitstabilität der Eigenschaften hoher Absorption und niedriger Emission dieser Beschichtung sowie die Steuerung des Dampferzeugungsprozesses müssen bei den vorgesehenen Betriebstemperaturen von 400 °C mit einem Kollektor in voller Größe und voller Sonneneinstrahlung überprüft werden.

Die zusätzlichen Vorrichtungen zur Wärmespeicherung und landwirtschaftlichen Nutzung existieren bisher nur „auf dem Papier“.

6. Nächste Schritte

7. Der nächste Schritt besteht darin, die Funktionsweise des Kollektors unter realistischen Sonnenbedingungen und über einen angemessenen Zeitraum, beispielsweise einige Monate, nachzuweisen. Zu diesem Zweck sollte eine Demonstrationsanlage, bestehend aus mindestens einer vollen Kollektorreihe für etwa 5 MW, gebaut und für die solare Dampferzeugung betrieben werden.

Dies erfordert eine Investition von 8 bis 10 Millionen Euro und die Identifizierung eines Standorts mit hoher Sonneneinstrahlung und niedrigen Arbeitskosten. Die marokkanische Regierung hat angeboten, einen geeigneten Standort bereitzustellen. In Südeuropa wäre es bei geringerer Sonneneinstrahlung und höheren Arbeitskosten etwa 50 % teurer.

Es wäre wünschenswert, dass die Bauarbeiten Anfang 2002 beginnen (! ... ).

2. Parallel zu den Bauarbeiten sollten Machbarkeitsstudien zu technischen Potenzialen und Marktstudien zur landwirtschaftlichen Option für Solarmundo-Kollektorfelder sowie ein Demonstrator durchgeführt werden.

3. Die technische Machbarkeit der Tag-Nacht-Energiespeicherung sollte untersucht werden, ebenso wie die Bedeutung der bedarfsgerechten Stromerzeugung für die inländische Versorgung und den großflächigen Stromexport.

4. Basierend auf den Erfahrungen aus dem Bau und Betrieb der Demonstrationsanlage sollten die Planung und der Bau kommerzieller Kraftwerke im Bereich von 50 bis mehreren hundert MW begonnen werden.

Der leichte Solarmundo-Fresnel-Kollektor (SFC)

kann Solarenergie günstiger als Öl machen

Eine Bewertung des Potenzials des neuen Solarmundo-Kollektors für den Klimaschutz

von

Christoph Bals (Germanwatch, bals@germanwatch.org) und

Dr. rer. nat. Gerhard Knies (Hamburger Klimaschutz-Fonds, knies.gerhard@t-online.de)

Eine Künstleransicht einer in der Wüste installierten Solarmundo-Einheit

Nach einer sorgfältigen Prüfung des neuen leichten Solarmundo-Fresnel-Kollektors (SFC) kommen die beiden Autoren zu folgender Bewertung: Mit dieser jüngsten Entwicklung könnte Solarenergie in sonnenreichen Ländern innerhalb weniger Jahre günstiger als Öl werden, ohne dass weitere technologische Durchbrüche erforderlich wären. Wenn der SFC wie geplant funktioniert, bietet er ein enormes Potenzial für den globalen Klimaschutz sowie für saubere und unerschöpfliche Elektrizität weltweit. – Bonn und Hamburg, Oktober 2001.

1. Leistung von SFC-Kraftwerken

2. Saubere Elektrizität, günstiger als mit Öl:

An Standorten mit guter Sonneneinstrahlung kann der Solarmundo-Kollektor () Dampf günstiger als mit Öl erzeugen, bei Ölpreisen über 20 US-Dollar pro Barrel. Das bedeutet, dass ein Solarkraftwerk Elektrizität zu geringeren Kosten als ein ölgefeuertes Wärmekraftwerk erzeugen kann.

Kombination mit der Wasserversalzung

Die Abwärme kann, wie in jedem Wärmekraftwerk, zur Entsalzung von Meer- oder Brackwasser genutzt werden. Ein 400-MW-Solarkraftwerk könnte 10.000 bis 20.000 Kubikmeter pro Stunde koelektrisch erzeugen. Diese Technologie ist gut etabliert.

Kombination mit der landwirtschaftlichen Nutzung der Standorte

Der Flachspiegel des SFC befindet sich etwa 4 Meter über dem Boden. Im darunterliegenden Schatten sind die Lichtintensität und die Wasserverdunstung reduziert. Es gibt genügend Licht, um beispielsweise Tomaten anzubauen.

Ein 400-MW-Kraftwerk würde etwa 3 Quadratkilometer Schattenfläche für den Anbau bieten. Das Bewässerungswasser könnte aus der Entsalzung stammen.

Die Details dieser Anwendung, wie Ertrag pro Ernte und Hektar sowie der erforderliche Bewässerungswasserbedarf, müssen durch eine Machbarkeitsstudie bewertet und in einem Pilotprojekt untersucht werden.

Zukünftiges Potenzial mit integrierter Solarenergiespeicherung

Es gibt eine vielversprechende Perspektive für eine relativ einfache Anpassung zur Wärmespeicherung und damit zur bedarfsgerechten Stromversorgung rund um die Uhr. Dies verleiht der Solarenergie ein großes Potenzial für die Energieversorgung sonnenreicher Länder sowie für den Export in die industrialisierten Länder des Nordens.

Die SFC-Technologie bietet daher interessante Möglichkeiten, sonnenreichen Ländern kostengünstig sauberen Strom für ihren Eigenbedarf und für den Export bereitzustellen und Gefahren für die lokale Umwelt wie die schmutzige Verbrennung von Kohle oder die Abholzung von Brennholz zu vermeiden. Da ein großer Teil der Bau-, Wartungs- und Betriebsarbeiten von lokalen Arbeitskräften durchgeführt werden kann, können in Entwicklungsländern industrielle Arbeitsplätze geschaffen werden.

Computeranimation: 4 Reihen von SFC-Kollektoren mit der Dampftransferleitung zum Kraftwerk.

2. Potenzial der SFC für den globalen Klimaschutz

Die SFC-Technologie würde unsere Kapazitäten zur Erzeugung von Solarstrom erheblich erweitern. Sobald diese Technologie durch eine vollständige Betriebssoftware validiert ist – wahrscheinlich innerhalb von 1 bis 2 Jahren –, könnte sie dazu beitragen, sauberen Strom für die enormen zukünftigen Bedarfe in sonnenreichen Entwicklungsländern, einschließlich Indien und China, bereitzustellen. Hier sind neue Kapazitäten im Bereich von Hunderten von Gigawatt erforderlich.

In Kombination mit den relativ geringen Kosten für den Langstromtransport über Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsleitungen (HGÜ) leben etwa 95 % der Weltbevölkerung in Reichweite von Wüstengebieten, die für die kostengünstige solarthermische Stromerzeugung geeignet sind und über ausreichend Platz für Kollektorfelder verfügen. Beispielsweise wäre für die Erzeugung von 500 TWh/a elektrischer Energie, was 20 % des jährlichen Stromverbrauchs der EU entspricht, ein Kollektorfeld von etwa 45

x

45 km erforderlich, sowie eine Sahara-Sonneneinstrahlung. Marokko bietet beide Voraussetzungen: gute Sonneneinstrahlung und eine einfache Anbindung an das europäische Netz.

Da die Wärmespeicherung eine bedarfsgerechte Stromerzeugung Tag und Nacht ermöglichen würde, könnte die SFC-Technologie mit dieser zukünftigen Anwendung wesentlich zum weltweit geforderten raschen Übergang zu sauberem Strom beitragen.

Schon mit der aktuellen Bauweise könnte dieser Solarstrom mit Ölkraftwerken konkurrenzfähig sein. Weitere konzeptionelle Verbesserungen und Kostensenkungen werden durch die Ausweitung der Produktionskapazitäten erwartet.

Aufgrund des außergewöhnlichen Potenzials der SFC-Technologie für den globalen Klimaschutz besteht ein erhebliches öffentliches Interesse daran, die Entwicklung dieser Technologie so schnell wie möglich voranzutreiben. Daher empfehlen wir eine angemessene Unterstützung für eine schnelle Validierung des Potenzials dieser Technologie. Im Erfolgsfall der Tests wäre der Weg für einen weltweiten Markteinführung offen.

Das volle Potenzial für den globalen Klimaschutz kann aus einer unbegrenzten Nord-Süd-Zusammenarbeit entstehen.

3. Der SFC – technische Vorrichtungen

Das Sonnenlicht kann durch einen Parabolspiegel konzentriert werden, um Dampf für ein Kraftwerk zu erzeugen. Der französische Physiker A. J. Fresnel (1788–1827) erfand ein einfaches System, um gekrümmte Spiegel durch eine flache Anordnung von Spiegelstreifen zu ersetzen.

Mit diesem System hat die Solarmundo NV (Belgien) die sperrige Mulde des Parabolspiegels in eine einfache flache Oberfläche aus länglichen Spiegelstreifen umgewandelt. Eine Reihe von 48 dieser Streifen, jeder 50 Zentimeter breit und bis zu etwa 1000 Meter lang, reflektiert das Sonnenlicht auf ein 1000 Meter langes Sammlerrohr, das 15 Meter über der Reihe montiert ist. Die Spiegelstreifen können um ihre Längsachsen gekippt werden, um der Sonne zu folgen. Bei klarem Wetter könnte das konzentrierte Sonnenlicht das Sammlerrohr auf über 500 °C erhitzen. Dies reicht aus, um Dampf für eine konventionelle Turbine zu erzeugen, die an einen Generator mit einer Leistung von 4,8 Megawatt gekoppelt ist. Eine große Anzahl dieser Kollektorelemente kann kombiniert werden, um die Kapazitäten zu erweitern – bis zu mehreren hundert Megawatt.

Hier fassen wir die Verbesserungen zusammen, die das SFC-Design im Vergleich zu linearen Parabolrinnenkollektoren der ersten Generation bietet, die seit 10 Jahren sehr zuverlässig in der Mojave-Wüste in Kalifornien funktionieren.

Unterschiede im Design:

1. Ein großer Parabolspiegel mit einer typischen Breite von 6 Metern, der auf einer komplexen beweglichen Tragstruktur zur Sonnenverfolgung ruht, wird durch eine feste horizontale Reihe kleiner schwenkbarer Flachspiegelstreifen und einen kleinen Sekundärkonzentrator hinter dem Sammlerrohr ersetzt.

2. Der Brennpunkt der beweglichen Parabel – der der Sonnenbewegung folgt – wird durch eine feste Brennlinie ersetzt, auf die jedes Spiegelelement und der Sekundärkonzentrator das Sonnenlicht reflektieren. Das Sammlerrohr befindet sich nun in einer festen Position.

3. Die Tragstruktur für die Spiegelachsen und das Sammlerrohr ist fest.

Dank einer neuen Oberflächenbeschichtung des Sammlerrohrs könnte die kostspielige Vakuumisolierung des langen Rohrs durch einen einfachen Schutz gegen Wärme- und Strahlungsverluste in normaler Atmosphäre ersetzt werden.

Der Dampf wird direkt im Sammlerrohr erzeugt, anstatt nach einer Wärmeübertragung auf einen Dampfkessel durch eine spezielle Flüssigkeit und Wärmetauscher.

Unterschiede in der Effizienz bei der Lichtsammlung und der Tagesleistung

:

Vergleich der Effizienzen von Systemen basierend auf Parabolspiegeln und Fresnel-Kollektoren

(auf der Breite von Kairo). Man sieht, dass sie recht ähnlich sind.

Die Abdeckung des Kollektorfeldes durch die Spiegelelemente unterscheidet sich in beiden Systemen.

Beim Solarmundo-System ist das Kollektorfeld fast vollständig mit Spiegeln abgedeckt. Dies führt zu einer gewissen gegenseitigen Verschattung in den extremen Tagesstunden, früh morgens und spät abends. Bei Parabolspiegelsystemen sind die in Nord-Süd-Richtung ausgerichteten Parabelreihen durch zwei leere Reihen getrennt, um eine Verschattung am Morgen und Nachmittag zu vermeiden, was zu einem geringeren Ertrag führt, der nur auf 1/3 des Kollektorfeldes verteilt ist, aber tagsüber konstanter bleibt.

Aus der Sicht der genutzten Spiegelfläche ist die Strahlungssammlung bei den Solarmundo-Fresnel-Kollektoren besser, und aus der Sicht des Spiegelabschnitts ist die Strahlungssammlung bei Parabolspiegeln besser.

4. Kostensenkungen werden hauptsächlich erreicht durch:

5. Viele kleine, leicht herzustellende Flachspiegel anstelle eines großen speziell entworfenen Spiegels (Parabolspiegel).

6. Nur die kleinen Spiegel werden zur Sonnenverfolgung gedreht. Ihre Stützachsen, Rahmen und das Sammlerrohr bleiben fest.

7. Die gesamte Tragstruktur kann leicht aus Standardteilen hergestellt werden.

8. Die permanente horizontale Position der Spiegelreihe reduziert die Windlast erheblich.

9. Die Vakuumisolierung um das Sammlerrohr konnte vermieden werden.

10. Direkte Dampferzeugung im Sammlerrohr.

11. Günstige lokale Arbeitskräfte können weitgehend für die Montage der Komponenten eingesetzt werden.

12. Vereinfachter Betrieb und Wartung des Kollektorfeldes.

13. Entwicklungsstand

Bisher wurden die Fresnel-Spiegelstreifen, der Sekundärkonzentrator und das Sammlerrohr realisiert, im Labor getestet und in einer Pilotanlage in Belgien mit einer Breite von 24 Metern, aber einer Länge von nur 100 Metern anstelle der geplanten 1000 Meter für das vorgesehene Standardmodul von 4,8 MW montiert.

Die mechanischen Funktionen des Kollektors wurden in dieser Pilotanlage überprüft. Darüber hinaus wurde Dampf bei einer Temperatur von 270 °C erzeugt, was den Erwartungen für die Pilotanlage entsprach, wobei die maximale Temperatur durch eine vorläufige selektive Beschichtung auf dem Sammlerrohr begrenzt war. Eine neue selektive Hochtemperaturbeschichtung wurde erfolgreich im Labor bei 500 °C getestet. Die Produktion von Rohren mit dieser Beschichtung wurde eingeleitet. Die Langzeitstabilität der Eigenschaften hoher Absorption und niedriger Emission dieser Beschichtung sowie die Steuerung des Dampferzeugungsprozesses müssen bei den vorgesehenen Betriebstemperaturen von 400 °C mit einem Kollektor in voller Größe und voller Sonneneinstrahlung überprüft werden.

Die zusätzlichen Vorrichtungen zur Wärmespeicherung und landwirtschaftlichen Nutzung existieren bisher nur „auf dem Papier“.

6. Nächste Schritte

7. Der nächste Schritt besteht darin, die Funktionsweise des Kollektors unter realistischen Sonnenbedingungen und über einen angemessenen Zeitraum, beispielsweise einige Monate, nachzuweisen. Zu diesem Zweck sollte eine Demonstrationsanlage, bestehend aus mindestens einer vollen Kollektorreihe für etwa 5 MW, gebaut und für die solare Dampferzeugung betrieben werden.

Dies erfordert eine Investition von 8 bis 10 Millionen Euro und die Identifizierung eines Standorts mit hoher Sonneneinstrahlung und niedrigen Arbeitskosten. Die marokkanische Regierung hat angeboten, einen geeigneten Standort bereitzustellen. In Südeuropa wäre es bei geringerer Sonneneinstrahlung und höheren Arbeitskosten etwa 50 % teurer.

Es wäre wünschenswert, dass die Bauarbeiten Anfang 2002 beginnen (! ... ).

2. Parallel zu den Bauarbeiten sollten Machbarkeitsstudien zu technischen Potenzialen und Marktstudien zur landwirtschaftlichen Option für Solarmundo-Kollektorfelder sowie ein Demonstrator durchgeführt werden.

3. Die technische Machbarkeit der Tag-Nacht-Energiespeicherung sollte untersucht werden, ebenso wie die Bedeutung der bedarfsgerechten Stromerzeugung für die inländische Versorgung und den großflächigen Stromexport.

4. Basierend auf den Erfahrungen aus dem Bau und Betrieb der Demonstrationsanlage sollten die Planung und der Bau kommerzieller Kraftwerke im Bereich von 50 bis mehreren hundert MW begonnen werden.

Übersicht „Erneuerbare Energien“

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