Senkung des Wärmepreises bei solarthermischen Großanlagen mit Heatpipe-Vakuumröhrenkollektoren (HP-BIG)

Abstract

Das Projekt HP-BIG hatte die Kostensenkung von solarthermischen Großanlagen zum Ziel, wobei eine bestehende Vakuumröhrenkollektorlösung mit Wärmerohren den Ausgangspunkt für die Weiterentwicklung im Kontext der Anwendung in Wärmenetzen oder der Industrie darstellte. Eine Bestandsanalyse hat gezeigt, dass solare Wärmenetze teils bereits relevante Deckungsanteile erreichen, die allerdings mit beachtlichen Stagnationshäufigkeiten einhergehen. Stagnation tritt auf, wenn ein solares Überangebot herrscht und die Wärme nicht ins System abgegeben werden kann. Dies führt zu unerwünschten hohen Temperaturen im Solarkreis. Basierend auf dem inhärenten Überhitzungsschutz der Wärmerohrtechnologie wurden verschiedene Optimierungsansätze untersucht, wobei sich die Voll-Vakuumröhre mit CPC-Reflektor in Bezug auf Leistungsfähigkeit als vielversprechend erwies. Im nächsten Schritt wurde ein innovatives Systemkonzept entwickelt, was erheblichen Einsparungen bei der Feldverrohrung bietet. Zudem können Kunststoffrohre verwendet werden, um die Montage deutlich zu vereinfachen. Zur Dimensionierung der Feldhydrauliken wurde ein freizugängliches Planungstool entwickelt, was bereits im Rahmen der Umsetzung einer Demonstrationsanlage erfolgreich eingesetzt werden konnte. Ein Messsystem für die Evaluation von Leistung, Ertrag und Temperaturen wurde installiert, allerdings konnte eine Bewertung von Messdaten aufgrund Verzögerungen im Bauprozess nicht mehr innerhalb des Projekts erfolgen. Die Einsparungen im Wärmepreis (LCoH) können für das Konzept je nach Feldtopologie bis zu 15% betragen. Gleichzeitig können die LCoH aber auch leicht oberhalb der Referenzkosten liegen. Das entwickelte Systemkonzept mit schaltenden Wärmerohr-Kollektoren ist in der Planung und Realisierung deutlich einfacher. Aufgrund des Überhitzungsschutzes im Stagnationsbetrieb können die Betriebssicherheit erhöht und etwaige Risiken minimiert werden, wobei der Wärmepreis maximal genauso hoch ist wie der Stand der Technik.