Eine sichere, einfachere und effizientere Möglichkeit zum Ernten von Solarenergie

Hintergrund 

Parabolrinnen-Solarkollektoren ernten die Solarenergie, indem sie deren Strahlung auf ein zirkulierendes Wärmeübertagungsmedium lenken, für gewöhnlich Dampf, Thermoöl oder Flüssigsalz. Allerdings zirkulieren diese Medien im Solarfeld bei hohem Druck. Dies bedeutet, dass im Falle eines Lecks Menschen und die Umgebung in Gefahr sind. Dieses Risiko ist signifikant, wenn man bedenkt, dass bei einem 50-MW-Kraftwerk etwa eine Million Liter Thermoöl zum Einsatz kommen. 

Das schweizerische Unternehmen Airlight Energy Manufacturing SA hat den Prototyp eines innovativen Parabolrinnen-Solarkollektors entwickelt, der dieses Risiko eliminiert, dabei die Effizienz steigert und die Kosten reduziert – durch technologische Einfachheit. Das Design, bei dem Luft als Absorbermedium verwendet wird, sorgt für zwei wichtige Vorteile. Erstens können Temperaturen von über 600 °C erreicht werden und zweitens kann die Luft die gesammelte Solarenergie in einen Speicher transportieren, der mit Kieselsteinen gefüllt ist. In der Nacht kann der Transportfluss einfach umgekehrt werden, um bei Bedarf gespeicherte Solarenergie zu liefern. 

Die Gewinnung der Solarenergie erfolgt über eine Parabol-Druckkammer, die von zwei Folien umschlossen wird. Die erste Folie besteht aus einem silikonbeschichteten Glasfasergewebe, das in der Basisstruktur verspannt ist. Die zweite Folie ist eine Deckschicht aus transparentem ETFE-Material (Ethylentetrafluoroethylen) mit geringer Reflexion, die eine hohe Licht- und UV-Durchlässigkeit bei geringem Eigengewicht bietet. Die Kammer wird mit einigen Millibar unter Druck gesetzt. Dazu wird ein drehzahlgeregelter Ventilator eingesetzt, der dem Parabolreflektor eine perfekte Krümmung verleiht. Dies stellt eine hohe Strahlungskonzentration auf den Absorber sicher. 

Airlight Energy entwickelte eine weitere Innovation für Kraftwerke in Form einer Tragstruktur, die unter Verwendung von Betonleichtelementen gebaut wurde. Dadurch kann der Reflektor auf dem Sockel mit sehr geringer Energie gedreht werden, um der Sonne folgend jederzeit eine optimale Nutzung der Strahlung sicherzustellen. Zudem kann der Kollektor bei hohen Windgeschwindigkeiten einfach in eine sichere Position bewegt werden. 

Herausforderung 

Diese Solarkollektoren sind für die Installation in Regionen mit starkem, regelmäßigem Sonnenlicht bestimmt. Dazu gehören entlegene Gebiete in Afrika, Mexiko, auf der arabischen Halbinsel und in einigen Teilen Indiens und Australiens. In diesen anspruchsvollen Umgebungen muss die auf jedem Kollektor installierte elektronische und elektrische Ausstattung robust sein – und dazu gehören auch das Stromverteilungssystem und die Schalteinrichtungen. Wartungseinsätze für Equipment an solchen Standorten sind kostspielig und zeitraubend. Außerdem kann es problematisch sein, gut geschultes Personal zu finden. Der Mangel an lokal verfügbaren Ersatzteilen war ein weiteres potenzielles Problem, das berücksichtigt werden musste. 

Lösung 

Eaton war in der Lage, sowohl eine technische als auch eine logistische Lösung für die von Airlight Energy geforderten Schalteinrichtungen anzubieten. Das Unternehmen lieferte Komponenten wie Leistungsschalter und Fehlerstromschutzschalter (FAZ und FRCmM), Mess- und Überwachungsrelais des Typs EMR4 und den Leistungsschalter NZM2, der als Hauptschalter verwendet wird. Die Produkte werden primär zum Überprüfen der Kabel und Systeme auf Überstrom oder Kurzschluss verwendet. Airlight Energy vergab aufgrund der überzeugenden Funktionen des Gesamtpakets den Auftrag an Eaton. Der hohe Standard der Fertigungs- und Materialqualität aller Produkte passte zu der anspruchsvollen Zielanwendung. 

Zudem ermöglichte das für die xEffect-Geräte verwendete Sammelschienensystem ein schnelles Anbringen der Leistungsschalter und Fehlerstromschutzschalter im Kontrollzentrum des Kraftwerks. Diese Geschwindigkeit und die Einfachheit haben in Verbindung mit vielseitigen Einsatzmöglichkeiten die ursprünglichen Herstellungskosten reduziert und die Wartung vor Ort vereinfacht. Außerdem verfügen die Leitungsschutzschalter FAZ mit 63 A über On-Board-Funktionen, was die Wartungsaufgaben noch weiter vereinfacht. Dazu gehören eine rot-grüne Kontaktpositionsanzeige, eine Befestigungshilfe, eine Schutzhülle und ein Sperrschieber mit drei Positionen. Gleichfalls verfügen die Fehlerstromschutzschalter FRCmM über eine große Auswahl an Nennströmen und bieten eine echte Kontaktpositionsanzeige. 

Die große Zahl an internationalen Zulassungen für die Produkte unterstreicht auch die Exportpläne von Airlight Energy, da das Unternehmen darauf vertrauen kann, dass diese Systeme überall in der Welt für den Einsatz geeignet sind. Dieser Vorteil wird durch Eatons weltweite Präsenz und den Support vor Ort ergänzt, was bedeutet, dass Ersatzteile für in entlegenen Gebieten befindliche Solarkollektoren erhältlich sind und schnell ausgeliefert werden können. 

Ergebnis

Das Projekt wird vom Bundesamt für Energie der Schweiz unterstützt. Die Arbeiten im Rahmen der Forschung und Entwicklung werden von Spezialisten der Tessiner Fachhochschule SUPSI, der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) Zürich und dem Paul Scherrer Institut unterstützend begleitet. Am Aufstellungsort des dritten Prototyps in Biasca, Schweiz, wird ein Testprogramm durchgeführt, wobei die relevanten Daten ebenfalls erfasst und die mathematischen Modelle validiert werden. Alle wesentlichen Indikatoren, z. B. die Temperaturen im Kollektor und im Speicherbett, werden aufgezeichnet, dokumentiert und auf den Bildschirmen im Kontrollraum visualisiert.

Eaton freut sich darauf, Airlight Energy seine flexiblen, robusten und international qualifizierten Schutzschaltungsprodukte anzubieten und diese zu unterstützen. Im Rahmen dieser Partnerschaft werden auch weiterhin Technologien entwickelt und Produktionssysteme installiert, wo sie in entlegenen Gebieten der Welt benötigt werden sind.