Die Sonnenstrahlung wird bis zu 80-fach konzentriert und auf das innere Absorberrohr des Receivers gebündelt. Zwischen diesem und dem umgebenden Hüllrohr entsteht auf wenigen Millimetern ein Temperaturgefälle von bis zu 400 Grad Celsius. Gleichzeitig müssen die Receiver die solare Strahlung höchst effizient umwandeln, so dass möglichst wenig Wärme verloren geht.

Temperaturen bis 500 Grad Celsius

Eine ganz besondere Herausforderung ist die Langzeitstabilität, die den Receivern abverlangt wird: Mehr als 20 Jahre intensivste Sonneneinstrahlung dürfen ihnen nichts anhaben. Insbesondere die Beschichtung des Receivers, die nur wenige hundert Nanometer dick ist, muss über diesen langen Zeitraum Temperaturen von bis zu 500 Grad Celsius standhalten. Diesen Anforderungen wurden Receiver in der Vergangenheit nur unzureichend gerecht.

Die neuen Receiver bestehen aus einem Absorberrohr aus Metall, das von einem gläsernen Hüllrohr vakuumdicht umschlossen ist. Um das Vakuum zwischen Hüllrohr und Absorberrohr stabil zu halten und somit Wärmeverluste zu minimieren, ist die dauerhafte Verbindung aus Glas und Metall entscheidend. Da sich Glas und Metall unterschiedlich ausdehnen, hat man einen speziellen Glastyp entwickelt, der die gleichen Ausdehnungseigenschaften hat wie das Metall. Die Verbindung der beiden Werkstoffe Glas und Metall ist patentiert und macht die Receiver dauerhaft belastbar.

Neuartige Übergangselemente

Ein Faltenbalg kompensiert die unterschiedliche Längenausdehnung von Glashülle und Absorberrohr. Dadurch sind die beiden Werkstoffe spannungsfrei verbunden, so dass die thermomechanische Belastung auch bei großen Temperaturunterschieden nicht kritisch wird. Jedoch sind gerade die Verbindungselemente zwischen kaltem Hüllrohr und heißem Absorberrohr besonders gefährdete Bauteile. Bei früheren Receivern hat man sie zum Schutz abgedeckt. Dadurch fiel jedoch ein Schatten auf die Oberfläche des Sammelrohres, was den Wirkungsgrad der Receiver verringerte. Schott Solar hat neuartige Übergangselemente entwickelt, die eine bessere Stabilität aufweisen und so angeordnet sind, dass rund 96 Prozent der Receiverlänge tatsächlich genutzt werden.

Für das Hüllrohr des Receivers wurde eine neuartige Antireflexbeschichtung entwickelt. Sie ist gegen Abrieb beständig und lässt gleichzeitig bis zu 96 Prozent der Sonnenstrahlung durch. Die Beschichtung beruht auf Nanotechnologie. Gemeinsam mit der TU Clausthal-Zellerfeld wurde die Antireflexbeschichtung entwickelt und in ein serientaugliches Herstellverfahren überführt.

Reduzierte Wärmeabstrahlung

Die Qualität des Absorberrohres ist ebenfalls ausschlaggebend dafür, wie wirkungsvoll das Solarkraftwerk arbeitet. Das Absorberrohr muss möglichst viel Sonnenstrahlung absorbieren und sollte so wenig wie möglich Wärme abstrahlen. In Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut für solare Energiesysteme (Fraunhofer-ISE) wurde eine temperaturbeständige Absorberbeschichtung entwickelt, die die Wärmeabstrahlung eines 380 Grad Celsius heißen Receivers auf unter zehn Prozent reduziert. Das äußere Hüllrohr wird bei dieser geringen Abstrahlung gerade noch handwarm.