In Parabolrinnen-Solarkollektoren wird die einfallende Sonnenstrahlung auf ein Absorberrohr konzentriert, das in der Brennlinie eines Parabolspiegels verläuft. Die von der Rohrwand absorbierte Wärme wird an das Wärmeträgermedium weitergegeben, das durch das Absorberrohr gepumpt wird. Hier kommen in der Regel Wärmeträger-Öle zum Einsatz. Durch die Absorption an der Rohrwand entstehen dort die höchsten Temperaturen und damit verbunden ist eine hohe thermische Abstrahlung der Rohroberfläche. Auch ist mit dieser ‚indirekten‘ Methode der Wärmeübertragung an das Medium stets eine erhöhte Entropieproduktion verbunden.
Ziel des Forschungsprojektes ist es, die Effizienz von thermischen Solarkollektoren durch Entwicklung eines innovativen Wärmeträgers zu verbessert. Dazu soll ein Nanofluid mit speziellen Strahlungseigenschaften entwickelt werden, welches durch direkte volumetrische Absorption der kurzwelligen Strahlung erwärmt wird. Die langwellige Eigenemission wird durch eine selektive Beschichtung der transparenten Rohrwand reduziert.
Hierfür wird das Absorptions- und Streuungsverhalten unterschiedlicher Kombinationen von Basisfluiden und gelösten Nanopartikeln im Bereich des solaren Emissionsspektrum untersucht. Durch die Absorption im Volumen treten die höchsten Temperaturen innerhalb des Rohres auf. Mit Hilfe innenbeschichteter Rohre, die einen hohen Reflexionsgrad im Infrarotbereich aufweisen, könnte die Ab-strahlung nach außen – und somit die Wärmeverluste - deutlich reduziert werden.
Hohe Strömungsgeschwindigkeiten in den Rohren zur Realisierung hoher konvektiver Wärmeübergangskoeffizienten sind bei der Volumenabsorption nicht notwendig, tatsächlich sind niedrige Wärmeübergangskoeffizienten erwünscht. Durch die – im Vergleich zu herkömmlichen Wärmeträgermedien – höhere Viskosität der Nanofluide steigt zwar die benötigte Pumpenleistung. Da jedoch geringere Strömungsgeschwindigkeiten erforderlich sind, kann dies kompensiert werden.
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IfT, Leibniz Universität Hannover
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