Solare Prozesswärme

Komponenten

Bei thermischen CPC-Sonnenkollektoren wird die einfallende Solarstrahlung in der Regel mit Hilfe von Spiegeln auf die Absorberfläche gelenkt, wo die Strahlungsenergie in Wärme umgelenkt wird. Der so erhitzte Absorber stellt eine Verlustfläche dar, welche möglichst klein gehalten werden soll. Dies ist der Kerngedanke von CPC-Kollektoren: Eine kleinere heiße Oberfläche führt zu geringeren Wärmeverlusten

CPC-Schlüssel zu höherer Effizenz

Von Andreas Simetzberger*

Im Wesentlichen werden CPC-Kollektoren durch den Konzentrationsfaktor und den Akzeptanzwinkel charakterisiert: Der Konzentrationsfaktor ist das Verhältnis der Aperturfläche („Lichteintrittsfläche“) zur Absorberfläche. Der Akzeptanzwinkel ist definiert durch den maximal möglichen Einfallswinkel von Strahlung in den Konzentrator, sodass diese vollständig den Absorber trifft. Diese beiden Größen sind nicht unabhängig voneinander, denn je größer der Konzentrationsfaktor ist, desto kleiner ist der Akzeptanzwinkel und umgekehrt.

Der stationäre CPC–Kollektor

Im Fall des stationären, nicht der Sonne nachgeführten, CPC–Kollektors muss der Akzeptanzwinkel möglichst groß sein. Das bringt einen geringen Konzentrationsfaktor mit sich, der kleiner als zwei ist. Der Vorteil von stationären CPCs im Vergleich zu der Sonne nachgeführten Anordnungen besteht in den geringeren Herstellungs- und Betriebskosten.
Die Firma Kalkgruber Solar- und Umwelttechnik GmbH produziert seit 1993 einen stationären CPC-Kollektor mit großem Erfolg. In einem im Jahr 2000 abgeschlossenen EU-Projekt wurden Anstrengungen unternommen, um die Effizienz weiter zu steigern. Die Erkenntnisse aus diesem flossen in das aktuelle EU-Projekt „SoCold“ ein, das zum Ziel hat, Kältemaschinen solarthermisch anzutreiben. Einerseits wird solare Raumklimatisierung mit Hilfe einer Adsorptionskältemaschine realisiert und andererseits solare Kälteerzeugung (-4 °C zur Lebensmittelkonservierung) mit einem Absorptionsgerät - beides im kleinen Leistungsbereich mit ca. 10 kW Kälte. Die Antriebstemperatur ist im Fall der Adsorptionsmaschine 90 °C. Im Fall der Absorptionskältemaschine beträgt sie sogar 120 °C, was eine Herausforderung an den Kollektorentwickler darstellt.
Die Sinnhaftigkeit des Kühlens mit der Kraft der Sonne liegt auf der Hand: Der Anwender erhält Komfortsteigerung und einen hohen solaren Jahresdeckungsbeitrag, ohne für Betriebsmittel zahlen zu müssen. Das Einsatzgebiet von stationären CPC-Kollektoren beschränkt sich jedoch nicht nur auf solare Kühlung, sondern auch zahlreiche andere Mitteltemperaturanwendungen, z. B. bei industriellen Prozessen, sind denkbar.

Abbildung 1: Einstrahlung auf den stationären CPC-Kollektor

*) Dipl.-Ing. Andreas Simetzberger ist Entwicklungsleiter der Fa. SOLARFOCUS-Kaltgruber Solar- und Umwelttechnik GmbH, a.sietzberger@solarfocus.at [^]