Solarkraftwerk

80 Prozent Wirkungsgrad dank Solarkonzentration

| Autor / Redakteur: Marco Schmid* / Franz Graser

Die Parabolschüssel wird per Sensor der Sonne nachgeführt, was zum Wirkungsgrad der Anlage beiträgt.
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Die Parabolschüssel wird per Sensor der Sonne nachgeführt, was zum Wirkungsgrad der Anlage beiträgt. (Bild: Schmid Elektronik)

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Eine neue Generation der Solartechnik bringt mehrfachen Nutzen für den Anwender. Wo immer er auch wohnt – er erhält Elektrizität, Kühlung im Sommer, Wärme im Winter und jederzeit sauberes Trinkwasser. Der Schlüssel dazu ist die Konzentration von Sonnenenergie mit Hilfe einer Parabolschüssel.

Jeder, der schon einmal mit Lupe und Sonne experimentiert hat, kennt die Wirkung gebündelter Solarkraft. Dank der Kombination hocheffizienter Solarzellen und eines aktiven, von IBM entwickelten Kühlsystems steigt der Wirkungsgrad bis zu 80 Prozent. Ein Tracking-System führt die Schüssel um zwei Achsen immer direkt der Sonne nach. Daher rührt ihr informeller Name „Sonnenblume“. Der Clou: das Hirn der Anlage ist Embedded-Hardware, die grafisch mit LabVIEW programmiert wird!

Die 10 Meter hohe und 10 Tonnen schwere Sonnenblume hat eine Lebensdauer von bis zu 60 Jahren. Sie liefert an einem sonnigen, wolkenlosen Tag 32 kW Leistung, was über eine Zeitdauer von 10 Stunden (zum Beispiel in einer Wüstenregion) 320 Kilowattstunden Energie pro Tag erzeugt, womit mehrere durchschnittliche Haushalte versorgt werden können. Eine grössere Anlage mit mehreren Sonnenblumen könnte demnach genügend Energie und Wasser für ein Dorf liefern. Die Sonnenblume besteht im Kern aus folgenden drei Systemkomponenten:

Optik: Eine 40 Quadratmeter grosse Parabolschüssel enthält 36 elliptische Spiegel (Bild 2). Diese sind mit einer nur 0.2 Millimeter dünnen, silberbeschichteten Kunststofffolie verbunden. Sie ähnelt der Verpackungsfolie von Schokolade und wird mit kontrolliertem Unterdruck verformt und an die gekrümmten Spiegel gesaugt. Damit bündeln sie die Sonnenstrahlen im Brennpunkt auf das 2000-fache ihrer Energie. Eine luftgefüllte, klimageregelte Kunststoffhülle schützt einerseits vor Regen, Hagel und Staub und andererseits Vögel gegen Verletzungen.

Empfänger: Im Brennpunkt der Parabolschüssel trifft die konzentrierte Sonnenenergie auf 6 Empfänger (Receiver), die jeweils mit 36 Photovoltaik-Thermischen Multizellenempfängern bestückt sind. Im Laufe eines sonnigen Tages kann jede dieser einen Quadratzentimeter grossen Zellen bis zu 57 W produzieren, was einer Gesamtleistung von 12 kW entspricht. Ohne Kühlung würden die Zellen jedoch bei 1500 Grad verglühen.

Dies verhindert ein von IBM für ihre Supercomputer entwickeltes Kühlsystem, das Verlustleistung in thermische Energie konvertiert. Mikrokanäle unter den Zellen bringen dabei 85-90 Grad heisses Wasser bis auf wenige Zehntelmillimeter an diese heran und halten deren Betriebstemperatur auf 105 Grad. Dabei werden zusätzliche 20 Kilowatt gewonnen, was zum Beispiel für Entsalzungsanlagen genutzt werden kann. Inspiration für diese Kühltechnik war das hierarchisch verzweigte Blutsystem im menschlichen Körper.

Tracker: Für bestmöglichen Wirkungsgrad wird die Schüssel per Tracking kontinuierlich der Sonne nachgeführt. Das geschieht in mehreren Phasen. Zuerst ermittelt der Tracker dank aktueller Meteodaten die ungefähre Lage der Sonne und führt eine Grobpositionierung der Schüssel aus. Anschliessend ermittelt ein Sonnensensor den aktuellen Positionsvektor und regelt die Schüssel nach.

Schliesslich wird sie kontinuierlich zur Sonne hin ausgerichtet. Dabei wird die Ausleuchtung aller Photovoltaikzellen gemessen und der Tracker für bestmöglichen Ausgleich nachjustiert. Das Tracking geschieht über zwei Schrittmotorachsen mit Absolut-Encodern in der Rückführung (Bild 3).

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