Solarthermisches Energiesystem für Kälte und Prozesswärme im SunBelt - SunBeltChiller

Abstract

Im Verbundprojekt SunBeltChiller wurde ein hocheffizientes solarthermisches Energiesystem für Kälte und Prozesswärme speziell für die Breiten des Sunbelts (Gebiet zwischen nördlichem und südlichem 40er Breitengrad) entwickelt und im Labor demonstriert. In der SunBelt-Region muss häufig aufgrund von Wasserknappheit auf ein Nasskühlturm verzichtet werden und stattdessen eine trockene Rückkühlung verwendet werden. Ein großes Hemmnis für konventionelle solarthermische Kühlsysteme die bei hohen Außentemperaturen und damit hohen Rückkühltemperaturen stark an Kälteleistung verlieren. Der SunBeltChiller hingegen kann mit einem trockenen Rückkühlwerk betrieben werden trotz hoher Außentemperaturen. Im Rahmen des Projektes wurde eine Laboranlage (ca. 50 kW Kälteleistung) im Labor des ZAE Bayern in Garching bei München aufgebaut und unter realen Bedingungen erfolgreich demonstriert. Zudem wurde ein Systemkonzept des SunBeltChiller entwickelt, das als Grundlage für spätere kommerzielle Systeme dient und die hydraulische Ausführung und eine Regelung und Steuerungslogik umfasst. Darüber hinaus wurde eine Planungstool zur schnellen und individuellen Anlagendimensionierung und Optimierung erstellt und demonstriert. Die Erwartungen an den SunBeltChiller hinsichtlich Effizienz und Einsatzfähigkeit unter den klimatischen Bedingungen in der SunBelt-Region konnten damit bestätigt werden. Zudem konnte gezeigt werden, dass der SunBeltChiller erhebliche CO2-Einsparungen gegenüber konventionellen (fossilen) aber auch alternativen erneuerbaren Energiesystem (z.B. PV + Kompressionskältemaschinen) erzielen kann und das wirtschaftlich. Anhand einer Standortstudie basierend auf Geoinformationsdaten konnten zudem potenzielle Anwender und Märkte identifiziert und quantifiziert werden.

In the project SunBeltChiller, a highly efficient solar thermal energy system for cooling and process heat was developed and demonstrated in a laboratory setting, specifically designed for the Sunbelt latitudes (the region between the 40th parallels north and south). In the Sunbelt region, water scarcity often necessitates the use of dry cooling instead of wet cooling towers. This is a major obstacle for conventional solar thermal cooling systems, which lose significant cooling capacity at high outdoor temperatures and the resulting high heat rejection temperatures.

The SunBeltChiller, however, can be operated with a dry cooler despite high ambient temperatures. As part of the project, a laboratory plant (approx. 50 kW cooling capacity) was set up at the ZAE Bayern laboratory in Garching near Munich and successfully demonstrated under real-world conditions. Furthermore, a system concept for the SunBeltChiller was developed to serve as a foundation for future commercial systems, covering the hydraulic design as well as the control and monitoring logic.

In addition, a planning tool for fast, customized system dimensioning and optimization was created and demonstrated. The expectations for the SunBeltChiller regarding efficiency and viability under the climatic conditions of the Sunbelt region were thus confirmed. It was also shown that the SunBeltChiller can achieve significant CO2 savings compared to conventional (fossil) systems as well as alternative renewable energy systems (e.g., PV + compression chillers) while remaining economically viable. Based on a site study using geographic information data, potential users and markets were further identified and quantified."