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| Die SunOyster: Fünffache Effizienz bei der Sonnennutzung |
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Andreas Nöhrig saß im Garten eines Öko-Hotels auf den kanarischen Inseln fühlte sich durch das ständige Brummen des Dieselgenerators in seiner Urlaubsruhe gestört. „Zu teuer“ erklärte der Hotelmanager auf seine Frage, warum man denn gerade hier keine Photovoltaik nutze, obwohl eine Kilowattstunde Strom vom Generator auch alles andere als billig ist. „Da entschloss ich mich, eine Solartechnologie zu entwickeln, die nur einen Bruchteil der heutigen PV kostet.“ Der technische Unternehmensberater erstellte eine Übersicht über alle denkbaren Weisen, die Sonnenenergie zu nutzen. Es ist generell einfacher, konzentrierte Energie zu nutzen, und Spiegel sind ein preiswertes Mittel, die parallelen Strahlen des direkten Sonnenlichts zu bündeln. So entstand die SunOyster: Ein zweiachsig der Sonne nachgeführter Spiegel, der das direkte Sonnenlicht auf einen Receiver bündelt. Durch die zweiachsige Nachführung – die für konzentrierende PV ohnehin unabdingbar ist – sammelt der Spiegel typischerweise 30 Prozent mehr Sonne als ein fest installierter Kollektor und immer noch 10 bis 20 Prozent mehr als ein nur einachsig trackender Parabolspiegel. Durch einen patentierten Klappmechanismus wird die SunOyster bei Sturm und bei fehlender Sonne auf ihre Basis geklappt und der Spiegel legt sich wie eine Austernschale schützend über die Nachführmechanik und die Steuerung. Durch diesen Klappmechanismus kann sie besonders leicht und damit auch preiswert gebaut werden. Dabei ist es gleich, ob der Spiegel mit Plastik-Strukturen 5 Quadratmeter oder mit Stahlkonstruktion 500 Quadratmeter groß sein soll. Eine 10 Quadratmeter große SunOyster für ein Einfamilienhaus wiegt nur etwa 100 kg.
Ein weiterer Clou der SunOyster ist der hybride Receiver. Leicht modifizierte Hochleistungszellen für eine Sonne, deren Fläche nur einem Hundertstel der Spiegelfläche entspricht, funktionieren mit 100 Sonnen noch besser. Sie sollten dabei allerdings kühl bleiben, weil monokristallines Silizium mit steigenden Temperaturen schnell an Wirkungsgrad verliert. Deshalb kühlt die SunOyster die PV-Zellen mit Wasser, das einen Großteil der entstehenden Wärme aufnimmt. Diese Wärme kann zur Bereitung von warmem Trinkwasser und zur Heizungsunterstützung verwendet werden. Wo konventionelle Photovoltaik nur etwa 15 % Wirkungsgrad hat und den Rest der eingestrahlten Sonne vergeudet, wandelt die SunOyster das Fünffache der Direktstrahlung in Nutzenergie um: Die Gesamteffizienz von 75 % setzt sich hierbei aus 20 % PV-Strom und weiteren 55 % in Form von Wärme zusammen. Man erhält dadurch gewissermaßen die Fünffache energetische Dividende. Eine SunOyster 10 hat beispielsweise eine Spitzenleistung von 2 Kilowatt elektrisch und 5,5 Kilowatt thermisch. Das entspricht insgesamt der Leistung von 10 Pferden.
Zu bedenken ist jedoch, dass etwa die Hälfte des Endenergiebedarfs in Europa Wärme oder Kälte ist, während Strom nur ein Fünftel ausmacht. Die SunOyster kann deshalb auch mit einem rein thermischen Receiver eingesetzt werden, der 150 Grad heißen Wasserdampf erzeugt. Die Wärmeverluste sind hierbei äußert gering gehalten, weil der Röhrenkollektor von einem Hochvakuum umgeben ist. Dies ist bei konventionellen Vakuumröhren allerdings auch schon der Fall, so dass Wärmeverluste durch Luftzirkulation und durch Wärmeleitung entfallen, und die dann allein verbleibenden Verluste durch Strahlung werden durch selektive Beschichtungen minimiert. Wo der Stand der Technik für 10 Quadratmeter jedoch Dutzende von Röhren benötigt, braucht die SunOyster nur zwei. Sie weist dadurch nicht nur eine sehr viel geringere Verlustoberfläche auf, sie wird dadurch auch preiswerter.
Hat man erst einmal ein Temperaturniveau von 150 Grad Celsius erreicht, dann können handelsübliche Absorptionskältemaschinen – die normalerweise mit Öl oder Gas betrieben werden – diese Wärme in einem zweistufigen Verfahren sehr effizient in Kälte verwandeln. Konventionelle Vakuumröhren können nur einfache Absorptionskältemaschinen antreiben. Der wirtschaftliche Vorteil solarer Kühlung ist, dass sich das Angebot an Sonnenenergie und die Kältenachfrage speziell in den Ländern des Sonnengürtels zeitlich in geradezu idealer Weise decken. Im Zusammenspiel mit etwa einer Gas- oder Biomassefeuerung wird die solare Klimatisierung auch an einem wolkigen Tag verlässlich (Grafik linker Container).
Die durch die Konzentration erreichbaren hohen Temperaturen erleichtern aber auch die Speicherung der geernteten Wärme. So könnten beispielsweise Latentwärmespeicher mit so genannten Phase Change Materials wie Paraffinen und Salzhydraten oder in der Zukunft thermochemische Speicher große Mengen an Hitze speichern. Diese werden dank ihrer hohen Energiedichte voraussichtlich nur noch einen so geringen Platzbedarf haben, dass man sie zur Saisonspeicherung verwenden kann. Dann erntet man mit einem Speicher, der nur so viel Platz braucht wie der frühere Öltank, während des Sommers genug Energie, um ein gut gedämmtes Haus den ganzen Winter über zu heizen.
Schließlich können mit großen Exemplaren der SunOyster in sonnigen Ländern wie etwa in Südeuropa auch solarthermische Kraftwerke betrieben werden. Dabei wird im Receiver Thermoöl oder ein anderer Wärmeträger auf 300 oder 400 °C erhitzt, über einen zentralen Wärmetauscher Dampf erzeugt und über eine Dampfturbine Strom generiert. Mit einem Wärmespeicher etwa aus geschmolzenem Salz kann die Stromerzeugung auch noch nach Sonnenuntergang fortgesetzt werden. Und natürlich kann bei fehlendem Sonnenschein auch fossiler Brennstoff oder Biomasse (z.B. Holzabfälle oder Biogas aus der Vergärung von Gülle) zur Dampferzeugung eingesetzt werden. Die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien ist dann nicht mehr der stochastischen Schwankung der Sonneneinstrahlung unterworfen, sondern erzeugt 100% verlässlichen Grundlaststrom.
Noch gibt es von der SunOyster nur Demonstrationsanlagen. Aber sobald sie von 2010 an in Serie produziert wird, kann die SunOyster in sonnigen Ländern Haushaltsstrom weit unter den Strombezugskosten aus dem Netz (Grid Parity) erzeugen, und die Wärme gibt es gleichsam umsonst dazu. Oder wenn man nur Wärme bzw. Kälte braucht, kann sie den Energiegehalt von einem Barrel Öl für unter 25 Dollar bereitstellen während der Preis des immer knapper werdenden Öls - noch ohne Berücksichtigung der Kosten für Tanks und Brenner - wahrscheinlich irgendwo zwischen 50 und 150 Dollar vagabundiert.
„Die Sonne stahlt 10.000 mal den heutigen Weltenergiebedarf auf die Erde“ weiß Andreas. Zugleich lebt der Großteil der Weltbevölkerung in sonnenreichen Ländern. So die Vision, dass die Technologie in zwei Jahrzehnten ein Drittel des Weltenergiebedarfs erzeugen kann.
Quelle: Andreas Nöhrig 2009 // sonnenseite.com<< zurück |
