CPV-T System gekoppelt mit Entsalzungssystemen

Konzentratorsystem der Kogeneration von thermischer und elektrischer Energie (CPV-T) gekoppelt mit Entsalzungssystemen aus Umkehrosmose und Membrandestillation

Laufzeit: April 2013 - April 2016
Projektfokus:
© Foto Fraunhofer ISE

Flussdiagramm des kombinierten Systems aus CPV-T- Membrandestillation und Umkehrosmose. (Quelle: http://dx.doi.org/10.1063/1.4962076)

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CPV-T-System auf dem Testgelände des Fraunhofer ISE. Ein 16 m² großer Spiegel konzentriert das Licht auf einen aktiv gekühlten Receiver.

Einige Systeme in der Konzentratorphotovoltaik werden mit aktiver Kühlung betrieben, so dass neben der elektrischen Energie auch thermische Energie genutzt werden kann (CPV-T-Systeme). In CPV-T-Systemen wurden schon Gesamtwirkungsgrade von mehr als 75% realisiert.

CPV-Systeme sind am besten geeignet an sonnenreichen Standorten, die gleichzeitig häufig trocken sind. Dort wird Trinkwasser oft durch Entsalzungsanlagen gewonnen. Daher ist eine Kombination der CPV-T- und Entsalzungssysteme ideal. Wir nutzen ein Teil der elektrischen Energie des CPV-Systems, um die Pumpen eines Entsalzungssystems mit Umkehrosmose zu betreiben. Die thermische Energie des CPV-T-Systems wird in einer zweiten Stufe des Entsalzungsprozesses der Membrandestillation genutzt. So kann wertvolles Trinkwasser effizient aus Salzwasser bereitgestellt werden.

In dem Projekt entwickelten wir ein kombiniertes System der Konzentratorphotovoltaik zur Kogeneration von thermischer und elektrischer Energie (CPV-T) mit hybriden Entsalzungssystemen aus Umkehrosmose und Membrandestillation. Das Komplettsystem (Abb. 1) wurde in theoretischen Simulationen untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass bei einer Aufbereitung von Brackwasser durch Umkehrosmose mit sehr hoher Ausbeuterate von 80% und anschließender weiteren Aufkonzentration in einer Membrandestillation der Salzgehalt des Brackwassers von 10 auf 122 g/kg erhöht werden kann und damit in dem Simulationsbeispiel aus 4680 l Brackwasser 4306 l reines Wasser gewonnen werden kann. In der Membrandestillation wird die im CPV-T-System generierte thermische Energie von 116 kWh genutzt. Für das Betreiben der Entsalzungssysteme wird am Beispieltag auf Basis der zugrundeliegenden meteorologischen Wetterdaten nur 23% der im CPV System generierten elektrischen Energie genutzt. Das bedeutet, zusätzliche nutzbare elektrische Energie wird gewonnen.

Zur experimentellen Untersuchung entwickelten wir ein CPV-T System und installierten ein Spiegelsystem am Fraunhofer ISE (Abb. 2). Erste Tests mit einem thermischen Receiver ergaben eine maximale thermische Effizienz von mehr als 79%.