Es liegt in der Natur der Dinge, dass die Sonne ausgerechnet dann nicht scheint, wenn der Energiebedarf am höchsten ist. Die Sonnenenergie muss also entweder direkt genutzt, oder in Form von Wärme gespeichert werden. Dabei gilt die Maxime: je höher die initiale Temperatur, desto höher die nutzbare Temperatur am Ende der Speicherphase.

Keramikkügelchen als Absorber- und Speichermedium
Als Speichermedien für die solar erzeugte Wärme bieten sich diverse Materialien an. Zu den aus dem Haushalt bekanntesten zählen die mit Wasser gefüllte Wärmflasche und das Körnerkissen. Für industrielle Hochtemperaturprozesse sind diese Materialien jedoch nicht geeignet. Wasser zum Beispiel verdampft unter Normaldruck bereits bei 100 Grad Celsius und kühlt zudem relativ schnell ab. Spezielle Öle eignen sich als Speichermedium für Temperaturen um 400 Grad Celsius, während verflüssigtes Salz das Speichern mit bis zu 565 Grad Celsius ermöglicht. Die Technologie der neuen Testanlage in Jülich, CentRec (Centrifugal Receiver), verwendet Keramikkügelchen als Absorber- und Speichermedium. Dadurch können Temperaturen von über 1000 Grad Celsius erreicht werden.



CentRec
Als Wärmequelle dient die Sonne, verstärkt durch rund 2500 Solarspiegel die gemeinsam auf den Receiver ausgerichtet sind. Die CentRec-Anlage besteht im Kern aus einer rotierenden Kammer, die mit kleinen Keramikkugeln befüllt wird. Durch die Zentrifugalkräfte werden die nur einen Millimeter grossen Kugeln an der Aussenwand gehalten, hierdurch wird eine gleichmässige Verteilung und somit eine gleichmässige Bestrahlung erreicht. Durch die Anpassung der Drehgeschwindigkeit kann die Verweildauer der Partikel im Receiver gesteuert werden und so selbst bei unterschiedlichsten Lastzuständen die Temperatur konstant gehalten werden.

Weitere Vorteile
Neben der hohen Temperaturbeständigkeit bieten die Keramikpartikel auch weitere Vorteile, wie die weltweit kostengünstige Beschaffung, gefahrlose Lagerung und nicht zuletzt die einfache Förderung innerhalb des Kraftwerksbetriebes. Bislang wurde das Verfahren im verkleinerten Massstab im Labor konzipiert, getestet und weiterentwickelt. Dabei wurden künstliche Strahlungsquellen, wie der 10 Kilowatt Hochleistungsstrahler am DLR-Sonnenofen in Köln eingesetzt. Bei den Solarturmtests werden bis zu 500 Kilowatt erreicht.

Basis für industrielle Verwertung der Partikeltechnologie
"Der Einbau des Receivers in den Solarturm ist ein grosser Schritt auf dem Weg zum solaren Testbetrieb. Der im Herbst beginnende solare Test wird die Basis für die geplante industrielle Verwertung der Partikeltechnologie darstellen." sagte Dr. Reiner Buck, Abteilungsleiter "Punktfokussierende Systeme" am DLR-Institut für Solarforschung. CentRec ist zudem nicht ausschliesslich für die Speicherung von Wärme in Solarkraftwerken ausgelegt. Das System kann in der Industrie auch direkt genutzte Prozesswärme bereitstellen. Der nutzbare Temperaturbereich wird in der Industrie zwischen 600 und 900 Grad Celsius liegen.

Das Projekt wird durch den Validierungsfond der Helmholtz-Gemeinschaft sowie durch Mittel des DLR-Technologie Marketings, der DLR-Programmdirektion Energie und dem Institut für Solarforschung gefördert.

Text: Deutsches Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR)