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Solarwärme ist auch für Industrie geeignet

Bis 2020 wird die weltweite Kapazität von Solaranlagen von heute rund 7 Gigawatt auf voraussichtlich 200 Gigawatt steigen.

Solarkollektoren: Das Vakuum vermindert die Verluste und erhöht den solaren Ertrag des Flachkollektors. Dank den hohen Temperaturen findet diese neue Entwicklung auch Eingang bei industriellen Prozess

Von JÜRG WELLSTEIN
am 28.04.2011

Können auch flache Sonnenkollektoren hohe Betriebstemperaturen erreichen? Für Cristoforo Benvenuti ist diese Frage schon lange beantwortet. Bereits während seiner Tätigkeit als Physiker am CERN in Genf hat er sich mit Solartechnologien und mit Hochleistungs-Vakuumtechnik befasst. Diese stellt eine wichtige Voraussetzung für hohe Temperaturen und damit einen hohen solaren Ertrag dar. So entwickelte Benvenuti schon in den 1970er-Jahren einen Flachkollektor auf der Grundlage der Vakuumtechnik. «Der Weg war klar vorgezeichnet – die thermischen Verluste mussten minimiert werden», sagt heute Benvenuti. Entsprechend gebaute Prototypen wurden auf einem CERN-Gebäude installiert und getestet.

Vakuum als Basis für mehr Leistung

Im Rahmen des Technologietransfers am CERN wurde für Benvenuti schliesslich eine neue Türe geöffnet. Seine Erfindung eines flachen Vakuumkollektors konnte durch die Gründung der SRB Energy Research in Genf ab 2005 umgesetzt werden. Nun erfolgten die weiteren Entwicklungsarbeiten in diesem Unternehmen. Und die Fertigung wird heute im spanischen SRB-Betrieb in Almussafes bei Valencia durchgeführt.

Der SRB-Flachkollektor weist ein hohes Vakuum auf und eine entsprechende Druckbelastung des Gehäuses. Mit einem Stahlrahmen und zusätzlichen Abstandselementen zwischen den beiden Glasscheiben wird diesem Druck entgegengehalten. Wesentliche technologische Hürde war die dichte Verbindung von Glas und Metall. Diese kritische Schnittstelle, welche für die Funktion des Kollektors über einen langen Zeitraum von grosser Bedeutung ist, wurde durch Forschungsaktivitäten am CERN vorbereitet. Durch das Vakuum wird eine ausserordentliche thermische Isolierung ermöglicht, sodass die Verluste minimiert werden können. Eine im Kollektor integrierte, solar betriebene Getter-Pumpe dient zur Aufrechterhaltung des Vakuums über die gesamte Lebensdauer von 20 bis 30 Jahren.

Benvenuti: «Unser Ziel war stets, im Vakuum eine möglichst hohe Absorptionsfähigkeit zu erreichen und die Abstrahlung zu vermindern. Beim Absorber geht es um die Selektivität, also hohe Absorption des sichtbaren Sonnenlichts und gleichzeitig geringe Emission der Infrarot-Strahlung.» Der Kollektor zeichnet sich durch ungefähr 90 Prozent Absorption und weniger als 3,5 Prozent Verluste aus. Er erreicht dank diesen Eigenschaften eine Stagnationstemperatur von 320 Grad Celsius und arbeitet im Betriebstemperaturbereich von bis zu 250 Grad Celsius. Da der Kollektor ohne fokussierende Elemente auskommt, kann auch diffuses Licht verwendet werden. Dieses hat in Mitteleuropa einen Anteil von über 50 Prozent und bietet somit eine Chance für eine stärkere Verbreitung der Sonnenenergienutzung. Werden zusätzlich zwei zylindrische Spiegel beidseits auf der Rückseite angefügt, verdoppelt sich die von der Rückseite aufgenommene Energie. Auf diese Weise erreicht man Anwendungsmöglichkeiten bei industriellen Prozessen und verfahrenstechnischen Anlagen.

Erster Einsatz in Genf

Das Schweizer Strassenbauunternehmen Colas mit Sitz in Lausanne ist bei seinem Produktionsbetrieb in Genf darauf angewiesen, das gelagerte Bitumen-Mischgut für Fahrbahnbelage in den Tanks auf einer Temperatur von rund 180 Grad Celsius zu halten. Als der Kontakt zu Benvenuti entstand, sah man bei Colas eine neue, interessante Chance zur Nutzung der Sonnenenergie. Vor einem Jahr konnte in Genf eine Demonstrationsanlage mit 20 Vakuumkollektoren installiert werden. Unterstützt wurde das Projekt durch diverse Partner, unter anderem die Energiefachstelle des Kantons Genf, die Industriellen Werke Genf (SIG), den Genfer Ausschuss für neue erneuerbare Energie Cogener und das Bundesamt für Energie (BFE).

Die Sonnenenergie dient heute der Erwärmung der in den 9 Meter hohen und 3,4 Meter dicken Tanks vorhandenen 80 000 Liter Inhalt. Bisher war ausschliesslich eine Erdgasfeuerung mit 700 Kilowatt Leistung im Einsatz. Mit dieser Sonnenkollektoranlage werden bei Colas jährlich 6 Tonnen CO₂ substituiert.
Während der Vakuum-Flachkollektor in strahlungsarmen Standorten zur Unterstützung der Haustechnik eingesetzt werden kann, bietet er in sonnenreicheren Gebieten dank Temperaturen bis 200 Grad Celsius industrielle Applikationen. Bereits in Planung sind weitere Anwendungen in Spanien: Ein Färbereiofen (175 Grad Celsius) einer Automobilfabrik, ein Kunststoff- und ein Textilverarbeitungsbetrieb (beide 190 Grad Celsius).

Im Weiteren sind Anlagen möglich, mit welchen man Nahwärmenetze versorgen kann: Entweder für die Wärmelieferung von Wohngebäuden bzw. Quartieren oder im Sommer für Kühlaufgaben mit Hilfe eines Betriebs von Absorptionskältemaschinen. Auch der Anschluss einer ORC-Turbine und somit die solare Stromproduktion ist denkbar.
 

cbenvenuti@srbenergy.com

www.srbenergy.com

www.colas.ch

www.bfe.admin.ch/forschungindustriesolar

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