Aber erst mit der Entwicklung eines Solar-Hybrid-Konzentrators, der nicht nur direktes sondern auch diffuses Sonnenlicht nutzen kann, ist der Durchbruch hin zu einer ganzjährigen solaren Energieversorgung gelungen.

Die Herausforderung bestand darin, die im Kernwinter typischen durchschnittlichen Einstrahlungswerte pro Tag von unter 100W/m² thermisch nutzen zu können. Dieses wurde möglich durch die Vakuumisierung des gesamten Energieflusses im Anlagensystem des Konzentrators. Um dieses anschaulich darzustellen haben wir die Erträge eines Vakuumröhrenkollektors, eines Photovoltaikmoduls und des TOBECK-Konzentrators in der energetisch wichtigen Kernwinterzeit simuliert.

 

 

In diesem Diagramm ist die durchschnittliche  Sonneneinstrahlung im Kernwinter eines beliebigen Jahres auf eine horizontale Fläche pro Quadratmeter und Tag dargestellt.   

Auf dieser Grundlage wurden die nachfolgenden            simulierten Ertragsdiagramme erstellt.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               Zum Vergrößern Klicken                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          

Die nachfolgenden Ertragsdiagramme beruhen auf der Annahme eines jährlichen Wärmeenergieverbrauchs eines Gebäudes von 20.000 kWh. Das entspricht einem durchschnittlichen Energieverbrauch für die angegebene Zeitspanne von ca. 90 kWh täglich. 

Einen entscheidenden Einfluss auf  die Leistung eines thermischen Kollektors hat neben dem optischen Wirkungsgrad (eta0) der Wärmeverlustfaktor (a1). Er gibt an wieviel Energie pro Quadratmeter wieder an die Umwelt abgegeben wird. 

 

Simulationsdaten:

  • Kollektorgröße = 240 m²
  • Vorlauftemperatur = 40°C

 

1. Solar-Hybrid-Konzentrator

eta0 = 0,620; a1 = 0,1 Wm²K; pro Meter Anlage = 2,4 m² Kollektorfläche; (simuliert wurden nur die thermischen Erträge des Kollektors; da es sich hierbei um einen Hybrid-Kollektor handelt werden zusätzlich ca. 15.000 kWh Strom jährlich erzeugt)

2. Vakuumröhrenkollektor

eta0 = 0,650; a1 = 1,5 Wm²K 


3. Photovoltaikmodul

Wirkungsgrad = 19% 



Wie zu erwarten war ist keines der simulierten solaren Energiesysteme unter vertretbaren Kosten in der Lage, eine direkte ganzjährige Energieversorgung zu gewährleisten. Deutlich zu erkennen ist aber die wesentlich höhere Effizienz des Konzentrators, der nur ca. 17% Fremdenergie bis zur thermischen Autarkie benötigt. Die Fremdenergiezufuhr kann bei einem Hybridkonzentrator über die zuvor erzeugte und in Wasserstoff gespeicherte elektrische Energie erfolgen. Da jegliche Energiespeicherung Kosten verursacht ist es aber für jedes Energiesystem der Zukunft essenziell, diese Fremdenergiezufuhr so gering wie möglich zu halten.