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StartseiteForschung aktuellSpiegelrinnen auf den Zahn gefühlt11.08.2011

Spiegelrinnen auf den Zahn gefühlt

Folge 4 der Sendereihe zur Solarthermie: der Kollektoren-Prüfstand

Energie.- Parabolrinnenkollektoren sind gekrümmte Spiegelrinnen, die Sonnenlicht auf ein ölgefülltes Absorberrohr konzentrieren. Mit dem entstehenden Dampf wird eine Turbine angetrieben, die Strom erzeugt. Ob solche Hitzekollektoren auch über Jahre den harten Betriebsbedingungen standhalten, testen Forscher des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt am Drehprüfstand der Plataforma Solar de Almeria.

Von Ralf Krauter

Drehprüfstand auf der Plataforma Solar de Almeria (Deutschlandradio - Ralf Krauter)
Drehprüfstand auf der Plataforma Solar de Almeria (Deutschlandradio - Ralf Krauter)

Die Straße zum Solarforschungszentrum Almeria führt durch eine Wüstenlandschaft mit bizarren Felsformationen, wo schon Western gedreht wurden. Die Sonne brennt, es ist heiß und staubig. Und genau deshalb ist Peter Heller hier. Der promovierte Ingenieur vom Institut für Solarforschung des deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt arbeitet eigentlich in Köln. Aber um die Qualität von Kollektoren für Parabolrinnenkraftwerke bewerten zu können, testet er sie unter den Bedingungen, bei denen sie später zum Einsatz kommen: Sengende Sonne, Wind und Wetter.

"Das ist ein Prüfstand, der im Prinzip unser Testzentrum in Köln erweitert, um einen weiteren Prüfstand zur Komponentenprüfung. Was wir mit diesem Teil machen können, ist: Wir können komplette Kollektormodule aufbauen oder auch einzelne Komponenten hier integrieren und dann vermessen."

Der Prüfstand, vor dem Peter Heller in der Mittagshitze schwitzt, sieht aus wie jene Drehscheiben, die früher vor Lokomotivschuppen standen. Auf einer kreisförmigen Stahlschiene ruht eine drehbare Plattform. Allerdings steht hier keine Lokomotive darauf, sondern ein komplett montiertes, tonnenschweres Kollektormodul: Eine spiegelnde Reflektorrinne, sechs Meter mal zwölf Meter groß, in deren linienförmigem Fokus ein schwarzes Absorberrohr befestigt ist. Das konzentrierte Sonnenlicht erhitzt das zirkulierende Öl darin auf 400 Grad Celsius. Damit das Absorberrohr dennoch keine Hitze abstrahlt, steckt es in einer luftleer gepumpten Glasröhre.

"Eine normale Parabolrinne ändert ja ihre Orientierung zur Sonne je nachdem wie dicht sie am Äquator steht. Je näher am Äquator, desto vertikaler trifft die Sonne in diese Rinne. Deshalb dieser Drehprüfstand. Hier können wir diesen Winkel ganz beliebig einstellen – und können auf die Art und Weise jede beliebige Orientierung eines Kollektors zur Sonne nachfahren. Wir können also sehr schnelle und sehr stabile Tests fahren, mit so einem Prüfstand."

KONTAS, so heißt der Dreh-Prüfstand, den die DLR-Forscher gerade in Betrieb nehmen. Bis zu 19 Meter lange Kollektormodule können damit auf Herz und Nieren geprüft und vermessen werden. Der derzeit montierte, stammt aus der Hochebene von Guadix und ist baugleich jenen, die dort bei den 50-Megawatt-Kraftwerken Andasol I, II und III Sonnenwärme einfangen. Um den realen Betrieb in einem Solarfeld möglichst realistisch nachspielen zu können, steht hinter der Drehscheibe mit dem Kollektor darauf ein grauer Container, in dem das erhitzte Öl aus dem Absorberrohr landet.

"Da ist eine Kühlungseinheit drin und eine Umwälzeinheit. Das heißt, das Öl wird dort runtergekühlt und wird wieder zum Kollektor geleitet. Der Trick dabei ist, dass wir mit dieser Anlage unter die Umgebungstemperatur herunter kühlen können, damit wir auch Umwelteinflüsse wie Abstrahlung an die Umgebung, konvektive Wärmeverluste des Wärmeträgermediums ausschließen können, in der Evaluierung des Wirkungsgrades von Solaranlagen."

Neben den optischen und thermischen Eigenschaften interessiert die Forscher auch, wie gut die Kollektoren mit Wind klar kommen. Weil die riesigen Spiegel wie Segel wirken, müssen sie bei starkem Wind in eine Schutzstellung gekippt werden, um nicht wegzufliegen. Mangels Ausrichtung zur Sonne wird dann kein Dampf mehr für die Turbine erzeugt. Damit das möglichst selten passiert, wüssten Kraftwerksbetreiber gern genauer, wann der Wind zu stark wird.

"Wenn diese Spiegelfacetten jetzt vibrieren, durch den Wind, sie sehen jetzt schon da oben, wie die vibrieren – diese Effekte können wir jetzt natürlich hier mit kalkulieren. Und wir können, dadurch, dass wir die Messtechnik präzise genug beherrschen, Mittelwerte aus solchen Schwingungen auch mit erfassen."

Peter Heller sieht sich als Entwicklungshelfer der Solarthermiebranche. Als Servicedienstleister, der den jungen Firmen hilft, ihre Produkte zu verfeinern, damit Parabolrinnen künftig noch preiswerter und effizienter werden.

"Das Spannendste ist natürlich der Spiegel. Das Zweitspannendste ist das Absorberrohr und die flexiblen Verbindungen zwischen dem Absorberrohr."

Druck- und Wärmeverluste des Wärmeträgeröls müssen minimiert und Leckagen verhindert werden. Und das bei kilometerlangen Rohrleitungen die über Jahrzehnte bei hohen Temperaturen im Dauereinsatz sind. Keine einfache Aufgabe. Um im laufenden Betrieb die Wartung zu erleichtern, setzt man beim DLR auf Luftunterstützung. Die Forscher erproben derzeit einen fliegenden Roboter, dessen Kameras defekte Kollektoren auf einem quadratkilometergroßen Solarfeld rasch aufspüren soll.

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