DE102018217772B3

DE102018217772B3 - Solaranlage sowie Verfahren zum solaren Betrieb einer endothermen Reaktion eines thermochemischen Reaktionsmaterials

Info

Publication number: DE102018217772B3
Application number: DE102018217772.4A
Authority: DE
Inventors: Stefan Brendelberger
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2018-10-17
Filing date: 2018-10-17
Publication date: 2020-02-13
Anticipated expiration: 2038-10-18

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Solaranlage (1) mit einem Solarstrahlungsempfänger (3) und mit einer Strahlungskonzentrationsvorrichtung (5), wobei über den Solarstrahlungsempfänger (3) ein gasförmiges erstes Wärmeträgermedium erwärmbar ist, wobei der Solarstrahlungsempfänger (3) mindestens eine erste Receivervorrichtung (11) zur Erwärmung des ersten Wärmeträgermediums aufweist, wobei die erste Receivervorrichtung (11) eine Absorbervorrichtung (39) aufweist, die mittels von der Strahlungskonzentrationsvorrichtung (5) konzentrierter Solarstrahlung erwärmbar ist, wobei das erste Wärmeträgermedium die Absorbervorrichtung (39) durchströmt, wobei mindestens eine Reaktionskammer (17) mit einem thermochemischen Reaktionsmaterial zur Durchführung einer thermochemischen Reaktion des thermochemischen Reaktionsmaterials, wobei die erste Receivervorrichtung (11) mit der mindestens einen Reaktionskammer (17) über eine erste Leitungsvorrichtung (15) für das erste Wärmeträgermedium verbunden ist, wobei über die erste Leitungsvorrichtung (15) das erste Wärmeträgermedium zur Erwärmung des thermochemischen Reaktionsmaterials in die mindestens eine Reaktionskammer (17) einleitbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Solaranlage mit einem Solarstrahlungsempfänger und mit einer Strahlungskonzentrationsvorrichtung, wobei über den Solarstrahlungsempfänger ein erstes gasförmiges Wärmeträgermedium erwärmbar ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum solaren Betrieb einer endothermen Reaktion eines thermochemischen Reaktionsmaterials.
Solarenergie kann beispielsweise mittels konzentrierender Solarkraftwerke im großen Maße nutzbar gemacht werden. Dabei werden unterschiedliche Konzepte verfolgt. Zu den meist verbreiteten Kraftwerkstypen zählen sogenannte Parabolrinnenkraftwerke, wie beispielsweise in DE 197 44 767 A1 offenbart, bei denen mittels parabolrinnenförmiger Reflektoren Solarstrahlung auf langgestreckter Absorberrohre konzentriert wird. In den Absorberrohren wird ein Wärmeträgermedium erwärmt, das zur Stromerzeugung mittels eines herkömmlichen thermodynamischen Kreisprozesses verwendet wird.
Ferner wurden in den letzten Jahren auch solare Turmkraftwerke entwickelt. Hierbei wird mittels Heliostaten Solarstrahlung auf einen Solarstrahlungsempfänger konzentriert. In dem Solarstrahlungsempfänger wird beispielsweise Salzschmelze oder Dampf als Wärmeträgerfluid erwärmt. Auch sind Receivertypen bekannt, bei denen Luft als Wärmeträgerfluid verwendet wird. Hierbei werden Absorber mittels der Solarstrahlung erhitzt, wobei die Luft durch die Absorber strömt und dadurch erwärmt wird. Ein derartiges Kraftwerk ist beispielsweise aus DE 10 2014 214 142 A1 bekannt. Luftkollektoren mit Absorbern aus Glas sind aus DE 42 06 745 A1 bekannt.
In letzter Zeit werden ferner Ansätze verfolgt, Solarenergie für den Betrieb von thermochemischen Prozessen zu verwenden, wie beispielsweise in DE 10 2016 216 733 A1 offenbart ist. Hierbei wird die Hochtemperaturwärme für einen endothermen Reaktionsschritt durch die konzentrierte Solarstrahlung bereitgestellt.
Bei diesen solarthermochemischen Prozessen werden thermochemische Reaktionsmaterialen mittels der Solarstrahlung erwärmt und reduziert und beispielsweise für die Wasser und CO₂-Spaltung verwendet. Die bei derartigen Verfahren notwendigen Prozessbedingungen sind sehr herausfordernd, da hohe Temperaturen und geringe Sauerstoffpartialdrücke notwendig sind. Erste vielversprechende Konzepte, wie sie beispielsweise in DE 10 2016 205 027 A1 beschrieben sind, sehen vor, dass das thermochemische Reaktionsmaterial direkt bestrahlt wird und somit die notwendigen hohen Temperaturen erreicht werden. Bei der Direktbestrahlung der Reaktionsmaterialen besteht die besondere Schwierigkeit darin, einen kontinuierlich betriebenen Prozess zu ermöglichen. Hierzu werden Ansätze verfolgt, dass thermochemische Reaktionsmaterial partikelförmig durch den Solarstrahlungsempfänger zu leiten. Andere Ansätze sehen einen Batchbetrieb vor, bei dem die konzentrierte Solarstrahlung auf unterschiedliche Bereiche der Oberfläche des Solarstrahlungsempfängers konzentriert werden.
Bei dem Transport des thermochemischen Reaktionsmaterials besteht stets die Schwierigkeit darin, dass dieses von hoher Temperatur ist und somit ein vorrichtungstechnisch hoher Aufwand für den Transport vorliegt. Ferner besteht die Problematik, dass nach der Reduktion des thermochemischen Reaktionsmaterials der Sauerstoffpartialdruck geringgehalten werden muss, um eine Oxidation des thermochemischen Reaktionsmaterials zu vermeiden.
Die Verwendung eines Batchbetriebs führt zu einer Vergrößerung der Gesamtoberfläche des Solarturms, wodurch die Feldverschattung zunimmt und darüber hinaus der Vorrichtungstechnische Aufwand des Solarturms erhöht ist.
Bei Solarstrahlungsempfängern an Solartürmen besteht darüber hinaus das Problem, dass die Flussdichteverteilung der konzentrierten Solarstrahlung sich gaußförmig verteilt. Somit entstehen Bereiche besonders hoher Strahlungsflussdichten sowie Bereiche geringerer Strahlungsflussdichten. In den Bereichen der geringeren Strahlungsflussdichten werden die für den thermochemischen Prozess notwendigen hohen Temperaturen häufig nicht erreicht, so dass bei der Erstellung der entsprechenden solartechnischen Anlage häufig eine Überdimensionierung des Feldes vorgenommen wird. Dadurch ist der Feldwirkungsgrad reduziert.
US 2016 / 0 319 804 A1 offenbart eine Solaranlage nach dem Oberbegriff des Anspruch 1.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Solaranlage für den solaren Betrieb einer endothermen Reaktion eines thermochemischen Reaktionsmaterials zu schaffen, bei dem die zuvor genannten Nachteile vermieden werden und eine verbesserte Ausnutzung der konzentrierten Solarstrahlung am Turm erfolgt. Darüber hinaus soll ein möglichst effektiver thermochemischer Reaktionsprozess erfolgen.
Es ist ferner die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum solaren Betrieb einer endothermen Reaktion eines thermochemischen Reaktionsmaterials bereitzustellen.
Die erfindungsgemäße Solaranlage ist definiert durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist definiert durch die Merkmale des Anspruchs 21.
Die erfindungsgemäße Solaranlage weist einen Solarstrahlungsempfänger und eine Strahlungskonzentrationsvorrichtung auf. Über den Solarstrahlungsempfänger ist ein gasförmiges erstes Wärmeträgermedium erwärmbar. Vorzugsweise ist das erste Wärmeträgermedium ein Inertgas. Das erste Wärmeträgermedium kann auch Luft, Dampf oder CO2 sein. Der Solarstrahlungsempfänger weist mindestens eine erste Receivervorrichtung zur Erwärmung des ersten Wärmeträgermediums auf, wobei die erste Receivervorrichtung eine Absorbervorrichtung aufweist, die mittels von der Strahlungskonzentrationsvorrichtung konzentrierte Solarstrahlung erwärmbar ist, wobei das erste Wärmeträgermedium die Absorbervorrichtung durchströmt. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Reaktionskammer mit einem thermochemischen Reaktionsmaterial zur Durchführung einer thermochemischen Reaktion des thermochemischen Reaktionsmaterials vorgesehen ist, wobei die erste Receivervorrichtung mit der mindestens einen Reaktionskammer über eine Leitungsvorrichtung für das erste Wärmeträgermedium verbunden ist, wobei über die erste Leitungsvorrichtung das erste Wärmeträgermedium zur Erwärmung des thermochemischen Reaktionsmaterials in die mindestens eine Reaktionskammer einleitbar ist.
Die erfindungsgemäße Solaranlage hat den Vorteil, dass das erste Wärmeträgermedium in vorteilhafter Weise auf ein erstes Temperaturniveau erwärmbar ist, wobei die mindestens eine erste Receivervorrichtung kontinuierlich betrieben werden kann. Das erste Wärmeträgermedium strömt nach der Erwärmung in der Receivervorrichtung in die Reaktionskammer und umströmt oder überströmt das thermochemische Reaktionsmaterial, so dass dieses in vorteilhafter Wese erwärmt wird. Da das erste Wärmeträgermedium direkt mit dem Reaktionsmaterial in Kontakt kommt, wird eine vorteilhafte Wärmeübertragung erreicht, da ein sehr guter konvektiver Wärmeübergang erfolgt. Dadurch, dass ein gasförmiges Wärmeträgermedium verwendet wird, kann in vorteilhafter Weise auf bekannte Solarstrahlungsempfänger zurückgegriffen werden. Ferner wird durch die Trennung von Solarstrahlungsempfänger und Reaktionskammer erreicht, dass die Solarstrahlungsempfangsfläche des Turms optimal genutzt werden kann. Ferner wird der vorrichtungstechnische Aufwand des Solarstrahlungsempfängers reduziert, der die Reaktionskammer getrennt von dieser ausgebildet ist. Somit kann bei der Ausgestaltung des Solarstrahlungsempfängers an einem Turm die Reaktionskammer separat und entfernt zum Beispiel am Boden angeordnet sein.
Das thermochemische Reaktionsmaterial kann insbesondere ein Redoxmaterial sein.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Solarstrahlungsempfänger mindestens eine zweite Receivervorrichtung zur Erwärmung eines zweiten Wärmeträgermediums aufweist, wobei die mindestens eine zweite Receivervorrichtung mittels von der Strahlungskonzentrationsvorrichtung konzentrierte Solarstrahlung bestrahlbar ist.
Durch das Vorsehen einer zweiten Receivervorrichtung zur Erwärmung eines zweiten Wärmeträgermediums kann mittels eines Solarstrahlungsempfängers verschiedene solarthermische Prozesse kombiniert werden. Mittels der zweiten Receivervorrichtung kann das zweite Wärmeträgermedium beispielsweise auf ein zweites Temperaturniveau erwärmt werden, das deutlich geringer ist als das erste Temperaturniveau des ersten Wärmeträgermediums. Somit kann mittels der ersten Receivervorrichtung des ersten Wärmeträgermediums auf eine sehr hohe Temperatur von beispielsweise höher 1400 °C erwärmt werden, um hiermit einen thermochemischen Hochtemperaturprozess durchzuführen. Mittels der zweiten Receivervorrichtung kann das zweite Wärmeträgermedium auf eine deutlich niedrigere Temperatur von bis zu 700 °C erwärmt werden. Das zweite Wärmeträgermedium kann dann für andere solarthermische Prozesse verwendet werden. Durch das Vorsehen einer ersten oder zweiten Receivervorrichtung an den Solarstrahlungsempfänger kann darüber hinaus die konzentrierte Solarstrahlung in vorteilhafter Weise ausgenutzt werden. Konzentrierte Solarstrahlung liegt in Bezug auf die Flussdichteverteilung nicht binär vor, sondern ein oder mehrere Maxima entstehen, die zu den Seiten hin abfallen. Es liegt grob vereinfacht eine in etwa gaußförmige Flussdichteverteilung vor. Die vorteilhafte Ausnutzung der konzentrierten Solarstrahlung erfolgt, indem die Anordnung der ersten und zweiten Receivervorrichtungen an dem Solarstrahlungsempfänger an die Flussdichteverteilung angepasst ist. Bereiche mit hoher Strahlungsflussdichten können somit die ersten Receivervorrichtungen erwärmen und Bereiche mit geringer Strahlungsflussdichte können im Bereich der zweiten Receivervorrichtung liegen.
Vorzugsweise ist eine Anlage zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses vorgesehen, wobei die mindestens eine zweite Receivervorrichtung über eine zweite Leitungsvorrichtung mit der Anlage zur Durchführung des thermischdynamischen Kreisprozesses verbunden ist und die zweite Leitungsvorrichtung das zweite Wärmeträgermedium zu der Anlage zur Durchführung des thermodynamischen Kreisprozesses leitet. Mittels des zweiten Wärmeträgermediums kann somit ein herkömmlicher Prozess zur Stromerzeugung, beispielsweise ein Clausis-Rankine-Kreisprozess, betrieben werden.
Da für einen derartigen thermodynamischen Kreisprozess ein geringes Temperaturniveau im Bereich von 700 °C ausreichend ist, kann mittels des in der zweiten Receivervorrichtung erwärmten zweiten Wärmeträgermediums dieser vorteilhaft betrieben werden.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Absorbervorrichtung der mindestens einen ersten Receivervorrichtung ein poröser keramischer Absorber ist. Beispielsweise kann der Absorber aus einer „ reticulate porous ceramic“(RPC) bestehen oder aus einer Keramik mit geordneten Strukturen, wie beispielsweise mit parallel Kanälen oder mit optimierten 3D gedruckten Strukturen.
Eine derartige Absorbervorrichtung hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, da diese in vorteilhafter Weise von dem gasförmigen ersten Wärmeträgermedium durchströmt werden kann. Gleichzeitig besteht eine hohe Temperaturfestigkeit, so dass die Absorbervorrichtungen in vorteilhafter Weise mittels der konzentrierten Solarstrahlung auf sehr hohe Temperaturen erwärmt werden kann.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die mindestens eine erste Receivervorrichtung einen Hohlraum aufweist, der eine zu der Strahlungskonzentrationsvorrichtung gerichtete Öffnung aufweist, durch die die konzentrierte Solarstrahlung in den Hohlraum leitbar ist, wobei die Absorbervorrichtung in dem Hohlraum angeordnet ist. Durch das Vorsehen eines Hohlraums, einer sogenannten Kavität, können Wärmeverluste aufgrund von Wärmestrahlung der erwärmten Absorbervorrichtung reduziert werden. Ferner kann die Absorbervorrichtung eine große Oberfläche aufweisen, so dass das erste Wärmeträgermedium beim Durchleiten durch diesen in vorteilhafter Weise erwärmt wird und der Druckverlust reduziert ist. Die erste Receivervorrichtung ist insbesondere als volumetrischer Receiver ausgebildet, wodurch die Strahlung minimiert ist und der Wärmeeintrag in der Tiefe der Absorberstruktur und somit der Wärmeübertrag an das Wärmeträgermedium erhöht ist. Die mindestens eine erste Receivervorrichtung kann auch einen Sekundärkonzentrator aufweisen, der die Öffnung des Hohlraums umgibt.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Öffnung des Hohlraums mittels einer für die Solarstrahlung transparenten Scheibe verschlossen ist. Auf diese Weise können konvektive Verluste minimiert werden. Unter einer für die Solarstrahlung transparenten Scheibe wird eine Scheibe verstanden, die für die Solarstrahlung einen hemisphärischen solaren (AM 1,5) Transmissionsgrad von mindestens 85 % aufweist. Vorzugsweise ist die Scheibe aus Quarzglas. Durch das Vorsehen einer Scheibe kann darüber hinaus der Hohlraum abgedichtet werden, so dass das in die erste Receivervorrichtung eingeleitete erste Wärmeträgermedium in gewünschter Weise durch die Absorbervorrichtung geleitet wird und nicht aus dem Hohlraum entweicht. Ferner wird eine Verunreinigung des Wärmeträgermediums durch Gase von außen vermieden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weißt die Solaranlage mehrere zweite Receivervorrichtungen auf, die mindestens eine erste Receivervorrichtung umgehend angeordnet sind. Durch eine derartige Anordnung der ersten und zweiten Receivervorrichtung kann Solarstrahlung in vorteilhafter Weise mittels der Strahlungskonzentrationsvorrichtung auf die ersten Receivervorrichtungen konzentriert werden. Aufgrund der gaußförmigen Flussdichteverteilung der konzentrierten Solarstrahlung werden somit die zweiten Receivervorrichtungen, die auf ein geringeres Temperaturniveau erwärmt werden sollen, mit geringerer Strahlungsflussdichte bestrahlt. Dadurch ist eine besonders vorteilhafte Ausnutzung der konzentrierten Solarstrahlung möglich.
Die erste und zweite Receivervorrichtungen können beispielsweise als Receivermodule ausgebildet sein, die in einem Array angeordnet sind. Beispielsweise können mehrere erste Receivervorrichtungen als Block angeordnet werden und von mehreren zweiten Receivervorrichtungen ringförmig umgeben sein. Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die zweiten Receivervorrichtungen jeweils eine Absorbereinrichtung aufweisen, die mittels von der Strahlungskonzentrationsvorrichtung konzentrierter Solarstrahlung erwärmbar sind, wobei das zweite Wärmeträgermedium gasförmig ist und die Absorbereinrichtungen von dem zweiten Wärmeträgermedium durchströmbar sind. Somit können die zweiten Receivervorrichtungen in vergleichbarer Weise wie die erste Receivervorrichtung ausgebildet sein und als volumetrische Receiver wirken. Bei einer derartigen Ausgestaltung kann beispielsweise vorgesehen sein, dass eine oder mehrere erste Receivervorrichtungen von derartig ausgebildeten zweiten Receivervorrichtungen ringförmig umgeben sind. Um diese ist ein weiterer Ring von zweiten Receivervorrichtungen angeordnet. Die in dem unmittelbar an die erste Receivervorrichtungen angrenzenden zweiten Receivervorrichtungen können so ausgebildet sein, dass diese entweder für einen Hochtemperaturprozess verwendet werden können und somit in vergleichbarer Weise wie die ersten Receivervorrichtungen oder das von dem zweiten Wärmeträgermedium durchströmt werden, das dann an die Anlage zur Durchführung des thermodynamischen Kreisprozesses geleitet wird. Durch das Vorsehen entsprechender Leitungen, die umschaltbar sind, kann somit diese unmittelbar neben den ersten Receivervorrichtungen angeordneten zweiten Receivervorrichtungen entweder von dem ersten oder dem zweiten Wärmeträgermedium durchströmt werden und Teil des Hochtemperaturprozesses oder des Prozesses mit niedrigerer Temperatur sein. Dadurch kann eine vorteilhafte Anpassung an Einstrahlungsbedingungen geschaffen werden.
Die mindestens eine zweite Receivervorrichtung kann auch als Rohrreceiver ausgebildet sein. Derartige Receiver besitzen einen vorrichtungstechnisch einfachen Aufbau.
Dabei kann vorgesehen sein, dass die mindestens eine zweite Receivervorrichtung in einer Ebene angeordnet ist, die in Strahlungsrichtung der konzentrierten Solarstrahlung vor einer Anordnungsebene der mindestens einen ersten Receivervorrichtung liegt. Dabei kann vorgesehen sein, dass Teile der mindestens einen Receivervorrichtung Teil der mindesten einen ersten Receivervorrichtung abschatten bzw. abdecken. Somit kann mittels der zweiten Receivervorrichtung empfindliche Teile der ersten Receivervorrichtung gegen direkte Bestrahlung geschützt werden, wie beispielsweise ein Flansch der transparenten Scheibe. Ferner wird die um die erste Receivervorrichtung auf den Strahlungsempfänger auftreffende konzentrierte Solarstrahlung in vorteilhafter Weise durch die mindestens eine zweite Receivervorrichtung absorbiert.
Dabei sind vorzugsweise mehrere zweite Receivervorrichtungen vorgesehen, die parallel angeordnet sind oder eine Gitteranordnung bilden. Die mehreren zweiten Receivervorrichtungen bilden somit Zwischenräume, durch die konzentrierte Solarstrahlung auf die dahinterliegende liegende ersten Receivervorrichtungen gelangen können.
Das zweite Wärmeträgermedium kann ein Flüssigsalz, Wasser, ein Thermo-Öl oder gasförmig sein.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die erste Leitungsvorrichtung einen Kreislauf mit einem Rückleitungsabschnitt bildet und der Rückleitungsabschnitt das erste Wärmeträgermedium von der mindestens einen Reaktionskammer zu der mindestens einen ersten Receivervorrichtung zurückleitet. Das erste Wärmeträgermedium kann somit in einem abgeschlossenen Kreislauf geleitet werden, wobei insbesondere bei der Verwendung eines inerten ersten Wärmeträgermediums eine Verunreinigung des ersten Wärmeträgermediums mit sauerstoffhaltigem Gas reduziert oder vermieden wird. Bei einer derartig Ausführungsform ist die Verwendung einer ersten Receivervorrichtung mit einer transparenten Scheibe von Vorteil, da auf diese Weise das erste Wärmeträgermedium in vorteilhafter Weise innerhalb des Kreislaufs gehalten werden kann.
Der Rückleitungsabschnitt kann einen Wärmetauscher aufweisen, der mit der Anlage zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses oder mit der zweiten Leitungsvorrichtung verbunden ist. Somit kann die nach der Erwärmung des thermochemischen Reaktionsmaterials in dem ersten Wärmeträgermedium vorhandene Restwärme für den Betrieb des thermodynamischen Kreisprozesses verwendet werden. Beispielsweise kann in dem thermodynamischen Kreisprozess eine Überhitzung des Arbeitsmediums des thermodynamischen Kreisprozesses erfolgen.
Ferner wird durch den Wärmetauscher das erste Wärmeträgermedium abgekühlt. Somit wird der vorrichtungstechnische Aufwand in dem Rückleitungsabschnitt der Leitungsvorrichtung reduziert. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass in dem Rückleitungsabschnitt der Leitungsvorrichtung die für den Transport des ersten Wärmeträgermediums verwendete Pumpeinrichtung angeordnet ist. Durch die Abkühlung des ersten Wärmeträgermediums mittels des Wärmetauschers wird der vorrichtungstechnische Aufwand für die Pumpeinrichtung reduziert, da die Wärmebelastung der Pumpeinrichtung geringgehalten werden kann. Auch kann das abgekühlte erste Wärmeträgermedium verwendet werden, um beim Einleiten in die erste Receivervorrichtung die transparente Scheibe zu kühlen.
Vorzugsweise ist mindestens ein erster Wärmespeicher vorgesehen, der mit der mindestens einen Reaktionskammer verbunden ist. Der erste Wärmespeicher kann mit einem dritten Wärmeträgermedium verwendet werden, das beispielsweise eine inertes Gas ist. Mittels des dritten Wärmeträgermediums kann sensible Wärme des reduzierten thermochemischen Reaktionsmaterials rückgewonnen werden und in dem Wärmespeicher gespeichert werden. Zu einem späteren Zeitpunkt kann diese Wärme beispielsweise für die Vorwärmung der mindestens einen Reaktionskammer verwendet werden. Dies ist insbesondere bei der Verwendung von mehreren Reaktionskammern, die im Batchbetrieb verwendet werden, von besonderen Vorteil.
Grundsätzlich kann auch ein Wärmespeicher mit der ersten Leitungsvorrichtung verbunden sein, um beispielsweise Restwärme des aus der Reaktionskammer zurückgeleiteten ersten Wärmeträgermediums zu speichern und für die Vorwärmung einer Reaktionskammer zu einem späteren Zeitpunkt oder zur Verwendung in den thermodynamischen Kreisprozess zu speichern.
Vorzugsweise ist ein zweiter Wärmespeicher vorgesehen, der mit der zweiten Leitungsvorrichtung verbunden ist. Über den zweiten Wärmespeicher lässt sich Wärme auf dem zweiten Temperaturniveau speichern, um einen kontinuierlichen Betrieb der Anlage zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses zu ermöglichen, beispielsweise auch zu Zeitpunkten von geringer oder keiner Sonneneinstrahlung.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die erste Leitungsvorrichtung ein Sauerstoffabsorbermaterial aufweist. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass in dem ersten Wärmeträgermedium kein oder nur ein geringer Sauerstoffanteil vorhanden ist und der Sauerstoffpartialdruck im Wärmeträgermedium geringgehalten wird. Dadurch kann die Reduktion des thermochemischen Reaktionsmaterials in der Reaktionskammer in der Aufheizphase in vorteilhafter Weise erfolgen.
Die mindestens eine Reaktionskammer kann mit einer Vakuumpumpe und/oder einem Pufferspeicher und/oder einer thermochemischen Pumpe verbunden sein. Dadurch kann der Sauerstoffpartialdruck in der Reaktionskammer in vorteilhafter Weise auf dem gewünschten Niveau gehalten werden. Bei der erfindungsgemäßen Solaranlage kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die eigentliche Reduktion des thermochemischen Reaktionsmaterials im großen Maße erst in einem zweiten Schritt nach der Erwärmung des thermochemischen Reaktionsmaterials durch das erste Wärmeträgermedium erfolgt.
Bei der Erwärmung des thermochemischen Reaktionsmaterials mittels des ersten Wärmeträgermediums wird der bei der Reduktion des thermochemischen Reaktionsmaterials austretende Sauerstoff zunächst nicht abgeführt, so dass die Reduktion limitiert ist. In einem zweiten Schritt nach der Aufheizphase wird das erste Wärmeträgermedium nicht weiter in die Reaktionskammer geleitet. Mittels der Vakuumpumpe wird in der Reaktionskammer der Gesamtdruck und somit der Sauerstoffpartialdruck herabgesetzt, so dass die Reduktion in vorteilhafter Weise durchgeführt werden kann. Durch die Reduktion kann die Atmosphäre in der Reaktionskammer bei Betrieb der Vakuumpumpe eine hohe Sauerstoffkonzentration bei geringem gesamt Druck aufweisen. Zu diesem Zeitpunkt kann es von Vorteil sein, die Vakuumpumpe abzutrennen und einen zuvor auf einen niedrigen Gesamtdruck evakuierten Pufferspeicher zu zuschalten. Dieser kann ein deutlich größeres Gasvolumen als die Reaktionskammer aufweisen und senkt somit den Sauerstoffpartialdruck in der Reaktionskammer ab. Auch kann eine thermochemische Pumpe verwendet werden, um den Sauerstoffpartialdruck zu senken. Diese kann beispielsweise aus einem anderen Redoxmaterial als das thermochemische Reaktionsmaterial in der Reaktionskammer bestehen. Auch kann die thermochemische Pumpe in dem Pufferspeicher integriert sein.
In der Reaktionskammer kann ein Inertmaterial als Wärmespeicher angeordnet sein, um die Reaktionswärmeverluste auszugleichen. Das Inertmaterial wird während der Erwärmung der Reaktionskammer mittels des ersten Wärmeträgermediums ebenfalls erwärmt und gibt die Wärme während der Reduktion ab.
Das thermochemische Reaktionsmaterial kann beispielsweise Ceroxid, dotiertes Ceroxid, ein Perowskit, ein Ferrit oder ein Zinkoxid sein. Das thermochemische Reaktionsmaterial kann beispielsweise als Partikelbett, monolithischer Körper oder als Schaumstruktur in der Reaktionskammer vorhanden sein. Auch ist es möglich, dass eine beschichtetet Struktur das thermochemische Reaktionsmaterial bildet.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum solaren Betrieb einer endothermen Reaktion eines thermochemischen Reaktionsmaterials. Dabei sind folgende Schritte vorgesehen:

- Bereitstellen eines gasförmigen ersten Wärmeträgermediums,
- Einleiten des ersten Wärmeträgermediums in eine erste Receivervorrichtung eines Solarstrahlungsempfängers, wobei das erste gasförmige Wärmeträgermedium in der ersten Receivervorrichtung durch eine Absorbervorrichtung geleitet wird,
- Bestrahlen der Absorbervorrichtung mit konzentrierter Solarstrahlung, um die Absorbervorrichtung zu erwärmen, wobei bei dem Durchströmen der Absorbervorrichtung das erste Wärmeträgermedium erwärmt wird,
- Leiten des erwärmten ersten Wärmeträgermediums in eine Reaktionskammer mit thermochemischem Reaktionsmaterial, wobei das erste Wärmeträgermedium das thermochemische Reaktionsmaterial umströmt, durchströmt oder überströmt und zur Bereitstellung von thermischer Energie für die endotherme Reaktion erwärmt.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht somit vor, dass die thermische Energie für die endotherme Reaktion in der Reaktionskammer von dem gasförmigen ersten Wärmeträgermedium bereitgestellt wird, wobei das gasförmige erste Wärmeträgermedium in dem Solarstrahlungsempfänger erwärmt wird und die thermische Energie anschließend zu der Reaktionskammer transportiert. Die Reaktionskammer ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren somit separat von dem Solarstrahlungsempfänger ausgebildet, so dass eine Optimierung der Erwärmung des Wärmeträgermediums erfolgen kann. Gegenüber dem Stand der Technik, bei dem das thermochemische Reaktionsmaterial direkt mit Solarstrahlung bestrahlt wird, hat das erfindungsgemäße Verfahren deutliche Vorteile, da die Erwärmung von gasförmigen Wärmeträgermedium mittels Solarstrahlung mit vorrichtungstechnisch geringem Aufwand und einem relativ hohen Wirkungsgrad erfolgen kann. Da das erwärmte erste Wärmeträgermedium das thermochemische Reaktionsmaterial umströmt oder überströmt ist in vorteilhafter Weise ein konvektiver Wärmeübergang von dem Wärmeträgermedium auf das thermochemische Reaktionsmaterial möglich. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das erste Wärmeträgermedium ein Inertgas ist, so dass keine Reaktion zwischen dem thermochemischen Reaktionsmaterial und dem ersten Wärmeträgermedium erfolgt. Somit kann bereits bei dem Erwärmen des thermochemischen Reaktionsmaterials durch das erste Wärmeträgermedium die endotherme Reaktion erfolgen. Beispielsweise bei der Verwendung eines Redoxmaterials als thermochemisches Reaktionsmaterial erfolgt eine Reduktion des Redoxmaterials während der bzw. durch die Erwärmung durch das erste Wärmeträgermedium.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das erste Wärmeträgermedium die Reaktionskammer durchströmt und zu der ersten Receivervorrichtung zurückgeleitet wird. Das erste Wärmeträgermedium kann somit in einem Kreislauf zirkulieren. Insbesondere bei der Verwendung eines inerten Gases als erstes Wärmeträgermedium hat das Vorsehen eines Kreislaufes für das erste Wärmeträgermedium den Vorteil, dass durch entsprechende Abdichtung der Leitungsvorrichtung, in der das erste Wärmeträgermedium geleitet wird, eine Verunreinigung des Wärmeträgermediums vermieden wird. Auch kann die Restwärme in dem rückgeführten ersten Wärmeträgermedium genutzt werden.
Es kann vorgesehen sein, dass bei Erreichen einer vorgegebenen Temperatur des thermochemischen Reaktionsmaterials kein weiteres erstes Wärmeträgermedium in die Reaktionskammer geleitet wird und der Sauerstoffpartialdruck in der Reaktionskammer reduziert wird, wodurch eine Reduktion des thermochemischen Reaktionsmaterials erfolgt. Bei dem Erwärmen des thermochemischen Reaktionsmaterials mittels des ersten Wärmeträgermediums startet bereits die Reduktion des thermochemischen Reaktionsmaterials, wodurch Sauerstoff freigesetzt wird. Der Sauerstoffpartialdruck im Wärmeträgermedium steigt somit an, so dass die Reduktion des thermochemischen Reaktionsmaterials in der Aufheizphase limitiert ist. Wenn beim Erreichen der vorgegebenen Temperatur des thermochemischen Reaktionsmaterials kein weiteres Wärmeträgermedium in die Reaktionskammer geleitet wird, kann in vorteilhafter Weise der Sauerstoffpartialdruck in der Reaktionskammer reduziert werden, wodurch die Reduktion des thermochemischen Reaktionsmaterials erfolgt bzw. unterstützt wird. Die endotherme Reaktion des thermochemischen Reaktionsmaterials kann somit quasi in zwei Phasen erfolgen. Zunächst wird mittels des ersten Wärmeträgermediums das thermochemische Reaktionsmaterial erwärmt und anschließend durch die Herabsetzung des Sauerstoffpartialdrucks in der Reaktionskammer die Reduktion durchgeführt bzw. unterstützt. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Reduktionsphase durch erneutes Erwärmen unterbrochen werden oder durch den Einsatz von Inertmaterial als Wärmespeicher in der Reaktionskammer unterstützt werden, um die Reaktionswärmeverluste auszugleichen.
Wenn die vorgegebene Temperatur des thermochemischen Reaktionsmaterials in der Reaktionskammer erreicht ist, kann vorgesehen sein, dass das erste Wärmeträgermedium anstelle in die Reaktionskammer in eine weitere Reaktionskammer mit thermochemischem Reaktionsmaterial oder in einen Wärmespeicher geleitet wird. Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann somit vorgesehen sein, dass mehrere Reaktionskammern vorgesehen sind, die im Batchbetrieb betrieben werden, so dass diese im Wechsel mittels des ersten Wärmeträgermediums aufgewärmt werden oder durch Herabsetzen des Sauerstoffpartialdrucks die Reduktion durchgeführt wird. Auch ist es möglich, dass beim Vorsehen von mehreren Reaktionskammern weitere Phasen durchgeführt werden, wie beispielsweise eine Phase der Wärmerückgewinnung oder eine Phase der Herstellung eines Endproduktes, indem mittels des reduzierten thermochemischen Reaktionsmaterials eine Spaltung eines anderen Stoffes erfolgt. Dies kann beispielsweise die Spaltung von Wasser oder CO₂ sein, wodurch eine Brennstoffproduktion möglich ist.
Der Sauerstoffpartialdruck in der Reaktionskammer kann durch eine Vakuumpumpe, das Verbinden der Reaktionskammer mit einem evakuierten Pufferspeicher und/oder durch eine thermochemische Pumpe reduziert werden. Mittels der Vakuumpumpe kann die Reaktionskammer evakuiert werden, wodurch auch der Sauerstoffpartialdruck sinkt. Bei fortdauernden Reduktionen des thermochemischen Reaktionsmaterials steigt jedoch die Sauerstoffkonzentration im Reaktor an. Es hat sich beispielsweise als energetisch günstig erwiesen, nach Erreichen einer Atmosphäre mit hoher Sauerstoffkonzentration (beispielsweise größer 50 %) und geringem Gesamtdruck (beispielsweise kleiner 10 mbar) die Vakuumpumpe abzutrennen und einen Pufferspeicher, der zuvor auf einen niedrigeren Gesamtdruck evakuiert wurde, zuzuschalten. Der Pufferspeicher hat ein deutlich größeres Gasvolumen als die Reaktionskammer und senkt somit den Druck in der Reaktionskammer ab. Auch der Einsatz einer thermochemischen Pumpe kann alternativ oder zusätzlich erfolgen. Die thermochemische Pumpe weist beispielsweise ein anderes Redoxmaterial auf als das thermochemische Reaktionsmaterial in der Reaktionskammer und absorbiert somit den Sauerstoff aus der Reaktionskammer. Das Redoxmaterial der thermochemischen Pumpe kann beispielsweise in dem Pufferspeicher oder an einer angrenzenden Vorrichtung angeordnet sein. Das thermochemische Pumpmaterial kann beispielsweise mittels Abwärme erhitzt werden, um es unter Einsatz der Vakuumpumpe erneut zu reduzieren. Es können auch mehrere parallele Pufferspeicher und/oder thermochemische Pumpen und/oder Vakuumpumpen vorgesehen sein, die abwechselnd verwendet werden.
Es kann auch vorgesehen sein, dass das erste Wärmeträgermedium nach dem Einleiten in die Reaktionskammer und Erwärmen des thermochemischen Reaktionsmaterials in einen Wärmespeicher oder in die weitere Reaktionskammer zur Erwärmung des thermochemischen Reaktionsmaterials der weiteren Reaktionskammer eingeleitet wird.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass nach der Reduktion des thermochemischen Reaktionsmaterials die Reaktionskammer von einem inerten gasförmigen dritten Wärmeträgermedium durchströmt wird, wobei das reduzierte thermochemische Reaktionsmaterial das dritte Wärmeträgermedium erwärmt und dass das dritte Wärmeträgermedium in einen Wärmespeicher oder in die weitere Reaktionskammer zur Vorwärmung des thermochemischen Reaktionsmaterials der weiteren Reaktionskammer eingeleitet wird. Dadurch kann die sensible Restwärme des reduzierten thermochemischen Reaktionsmaterials rückgewonnen werden.
Somit können bei der Verwendung mehrerer Reaktionskammern diese stufenweise auf unterschiedliche Temperaturniveaus erwärmt werden. Während eine Reaktionskammer von dem ersten Wärmeträgermedium, das direkt von der ersten Receivervorrichtung zugeleitet wird, auf die gewünschte vorgegebene Temperatur erhitzt wird, kann eine weitere Reaktionskammer von dem aus der Reaktionskammer ausströmenden ersten Wärmeträgermedium auf ein niedrigeres Temperaturniveau erwärmt werden. Eine dritte Reaktionskammer kann mittels des dritten Wärmeträgermediums vorgewärmt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens sind folgende Schritte vorgesehen:

- Bereitstellen eines zweiten Wärmeträgermediums
- Einleiten des zweiten Wärmeträgermediums in eine zweite Receivervorrichtung des Solarstrahlungsempfängers,
- Bestrahlen der zweiten Receivervorrichtung mit konzentrierter Solarstrahlung, wobei das zweite Wärmeträgermedium erwärmt wird,
- Verwenden des erwärmten zweiten Wärmeträgermediums zum Betrieb eines thermodynamischen Kreisprozesses.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann somit vorsehen, dass mittels des Solarstrahlungsempfängers zwei Wärmeträgermedien erwärmt werden, wobei das erste Wärmeträgermedium für die Bereitstellung von thermischer Energie für eine endotherme Reaktion verwendet wird und das zweite Wärmeträgermedium zum Betrieb eines thermodynamischen Kreisprozesses. Es hat sich herausgestellt, dass ein derartiges Verfahren energetisch besonders vorteilhaft ist, da auf einem Solarstrahlungsempfänger konzentrierte Solarstrahlung eine gaußförmige Strahlungsflussdichteverteilung aufweist. Somit sind Bereiche des Solarstrahlungsempfängers vorhanden, die besonders hohe Strahlungsflussdichten ausgesetzt sind und Bereiche geringerer Strahlungsflussdichte. Die Bereiche geringerer Strahlungsflussdichte sind zumeist nicht ausreichend für die Bereitstellung von Hochtemperaturen, die für die thermochemischen Prozesse notwendig sind. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann somit die gegebene Strahlungsflussdichteverteilung in vorteilhafter Weise ausgenutzt werden, da die Bereiche hoher Strahlungsflussdichte die erste Receivervorrichtung zur Erwärmung des ersten Wärmeträgermediums erwärmen und Bereiche geringerer Strahlungsflussdichte die zweite Receivervorrichtung zur Erwärmung des zweiten Wärmeträgermediums. Da für den Betrieb eines thermodynamischen Kreisprozesses geringere Temperaturniveaus notwendig sind als für den Betrieb von thermochemischen Prozessen ist die geringere Strahlungsflussdichte, die auf die zweite Receivervorrichtung trifft ausreichend. Somit kann der Gesamtwirkungsgrad deutlich gesteigert werden.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das erste Wärmeträgermedium nach dem Durchströmen der mindestens einen Reaktionskammer ein Arbeitsfluid des thermodynamischen Kreisprozesses erwärmt oder überhitzt. Mit anderen Worten: Nachdem das erste Wärmeträgermedium durch eine oder mehrere Reaktionskammern geleitet wurde, kann die vorhandene Restwärme verwendet werden, um das Arbeitsfluid des thermodynamischen Kreisprozesses zu erwärmen. Da das erste Wärmeträgermedium nach Durchströmen der Reaktionskammern noch ein relativ hohes Temperaturniveau aufweist, bietet sich besonders an, mittels des ersten Wärmeträgermediums das Arbeitsfluid des thermodynamischen Kreisprozesses zu überhitzen.
Ferner hat ein derartiger Verfahrensschritt den Vorteil, dass das erste Wärmeträgermedium bei dem Zurückleiten deutlich abgekühlt wird. Dadurch können beispielsweise Pumpeinrichtungen, die für den Transport des ersten Wärmeträgermediums verwendet werden, im Rückführabschnitt der Leitungsvorrichtung angeordnet sein und werden deutlich geringeren Temperaturen als an anderen Positionen in dem Kreislauf des ersten Wärmeträgermediums ausgesetzt. Auch kann das abgekühlte erste Wärmeträgermedium dazu genutzt werden, um in der ersten Receivervorrichtung Teile zu kühlen, wie beispielsweise eine die erste Receivervorrichtung abdeckende für Solarstrahlung transparente Scheibe.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in vorteilhafter Weise mit der erfindungsgemäßen Solaranlage durchgeführt werden.
Die erfindungsgemäße Solaranlage und das erfindungsgemäße Verfahren zum solaren Betrieb einer endothermen Reaktion eines thermochemischen Reaktionsmaterials haben den besonderen Vorteil der Entkopplung der Strahlungsabsorption von den anderen Reaktions- und Prozessschritten, da die Reaktionskammer und der Solarstrahlungsempfänger separat ausgebildet sind. Dadurch kann der Solarstrahlungsempfänger optimal genutzt werden und die einzelnen Komponenten speziell für ihre jeweilige Aufgabe optimiert werden. Beispielsweise kann die Reaktionskammer im Batchbetrieb betrieben werden, wohingegen kontinuierlich das erste Wärmeträgermedium erwärmt wird.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die erfindungsgemäße Solaranlage als sogenanntes Solarturmkraftwerk ausgebildet ist, wobei der Solarstrahlungsempfänger auf einem Turm angeordnet ist und die Strahlungskonzentrationsvorrichtung durch eine Vielzahl von Heliostaten gebildet ist.
Die erste Receivervorrichtung kann als volumetrischer Receiver ausgebildet sein. Grundsätzlich ist es möglich, dass dieser Druck beaufschlagt ist, das heißt, dass das erste Wärmeträgermedium unter erhöhtem Druck durch die erste Receivervorrichtung geleitet wird. Die Ausführung als druckloser Receiver hat jedoch den Vorteil, dass die Anforderungen an die erste Receivervorrichtung und die beispielsweise verwendete Scheibe gesenkt werden können.
Die Verwendung des evakuierten Pufferspeichers sowie der thermochemischen Pumpe zur Herabsetzung des Sauerstoffpartialdrucks in der Reaktionskammer hat den Vorteil, dass mit reduzieren energetischen Aufwand eine Absenkung des Sauerstoffpartialdrucks erfolgen kann. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn als thermochemisches Reaktionsmaterial Ceroxid verwendet wird, da die Reduktion hierbei sehr schnell abläuft und somit in kurzer Zeit eine große Menge Sauerstoff freigesetzt wird.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die Reduzierung des thermochemischen Reaktionsmaterials in mehreren Phasen erfolgt, wobei zwischen den einzelnen Phasen das thermochemische Reaktionsmaterial mittels des ersten Wärmeträgermediums erneut beheizt wird, um Wärmeverluste und Temperaturabsenkungen durch die Reduktionsenthalpie auszugleichen. Auch können bei den unterschiedlichen Phasen der Reduktion unterschiedliche Vorrichtungen oder Verfahrensschritte für das Absenken des Sauerstoffpartialdrucks zum Einsatz kommen. Beispielsweise können mehrere Pufferspeicher, die unterschiedliche Größe und unterschiedlichen Druck aufweisen, zur Anwendung kommen.
Der erste Wärmespeicher, der die von dem dritten Wärmeträgermedium transportierte thermische Energie aufnimmt kann beispielsweise als Latentwärmespeicher, Phasenwechselwärmespeicher oder chemischer Wärmespeicher ausgebildet sein. Hier können auch mehrere thermische Speicher vorgesehen sein, die abwechselnd oder hintereinandergeschaltet sind, um eine Optimierung hinsichtlich der Wärmerückgewinnungsrate zu erreichen.
Durch das Vorsehen von mindestens einer ersten Receivervorrichtung und mindestens einer zweiten Receivervorrichtung an den Solarstrahlungsempfänger können mehrere Prozesse kombiniert werden, so dass die konzentrierte Solarstrahlung am Solarstrahlungsempfänger optimal ausgenutzt werden kann. Bei Solarturmkraftwerken ist die Strahlungskonzentrationsvorrichtung in Form der Heliostate stets der Hauptkostenfaktor. Wenn nun die konzentrierte Solarstrahlung mit hohem Wirkungsgrad ausgenutzt wird, ergibt sich somit ein deutliches Kostensparpotential. Mittels der erfindungsgemäßen Solaranlage lässt sich demnach ein solarthermochemischer Hochtemperaturprozess (beispielsweise zur Wasser- oder CO₂-Spaltung) mit einem konventionellen solarthermischen Prozess zur Stromerzeugung kombinieren. Hierbei kann der sogenannte Spillage-Anteil signifikant reduziert werden und der Gesamtwirkungsgrad gesteigert werden, da der Spillage-Anteil der ersten Receivervorrichtung (Hochtemperaturreceiver) durch die Verwendung der zweiten Receivervorrichtung nutzbar gemacht wird. Die Strahlungsflussdichteverteilung auf den Solarstrahlungsempfänger wird dabei so genutzt, dass Bereiche mit hoher Flussdichte auf die erste Receivervorrichtung auftreffen und für den Hochtemperaturprozess genutzt werden, und Bereiche mit geringerer Flussdichte auf die zweite Receivervorrichtung auftreffen, somit für den solarthermischen Kreisprozess genutzt werden.
Durch die Verwendung des gasförmigen ersten Wärmeträgermediums kann ein kontinuierlicher Betrieb der ersten Receivervorrichtung erreicht werden, wobei die bei herkömmlichen kontinuierlichen betriebenen Hochtemperaturreceivern notweniger technischer Aufwand für den Transport der Festkörper vermieden wird. Während sich für die Erwärmung des ersten Wärmeträgermediums in der ersten Receivervorrichtung die volumetrische Receivertechnologie als vorteilhaft herausgestellt hat, kann die zweite Receivervorrichtung anderer Receivertechnologien verwenden. Beispielsweise kann die zweite Receivervorrichtung das Rohrreceiver unterschiedlicher Bauart ausgebildet sein. Die zweite Receivervorrichtung kann beispielsweise als Rohrreceiver mit parallelen Rohren, die direkt von Solarstrahlung bestrahlt werden, ausgebildet sein. Auch können Rohrreceiver mit einer Kavität, in der die Rohre angeordnet sind, Anwendung finden. Die zweite Receivervorrichtung kann auch als volumetrische Receiver oder als Keramikplattenreceiver ausgebildet sein. Je nach Ausbildung der Anlage für den solarthermischen Kreisprozess und Ausgestaltung der Strahlungskonzentrationsvorrichtung kann daher die Auswahl der Receivertechnologie für die zweite Receivervorrichtung erfolgen.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Figuren die Erfindung näher erläutert. Es zeigen

1 eine schematische Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Solaranlage,
2a - 2c schematische Darstellungen unterschiedlicher Anordnungen der ersten und zweiten Receivervorrichtungen des Solartstrahlungsempfängers der erfindungsgemäßen Solaranlage,
3a, 3b eine erfindungsgemäße Solaranlage mit mehreren Reaktoren, die im Batchbetrieb nacheinander verschiedene Phasen durchlaufen und
4 eine schematische Prinzipdarstellung einer ersten Receivervorrichtung der erfindungsgemäßen Solaranlage.

In der 1 ist eine erfindungsgemäße Solaranlage 1 als Prinzipdarstellung dargestellt.
Die Solaranlage 1 weist einen Solarstrahlungsempfänger 3 auf, der an einem Solarturm 5 angeordnet ist. Über eine Strahlungskonzentrationsvorrichtung 7 wird Solarstrahlung auf den Solarstrahlungsempfänger 3 konzentriert. Die Strahlungskonzentrationsvorrichtung 7 besteht aus mehreren Heliostaten 9, die die Solarstrahlung reflektieren und in Richtung des Solarstrahlungsempfängers 3 lenken.
Der erfindungsgemäße Solarstrahlungsempfänger 3 weist mindestens eine erste Receivervorrichtung 11 und mindestens eine zweite Receivervorrichtung 13 auf.
Die erste Receivervorrichtung 11 dient zur Erwärmung eines ersten Wärmeträgermediums. Eine erste Leitungsvorrichtung 15 ist mit der ersten Receivervorrichtung 11 verbunden und leitet das erste Wärmeträgermedium zu einer Reaktionskammer 17. In der Reaktionskammer 17 ist ein thermochemisches Reaktionsmaterial, beispielsweise ein Redoxmaterial, angeordnet. Über einen Rückleitungsabschnitt 15a wird das erste Wärmeträgermedium nach dem Durchströmen der Reaktionskammer 17 zurück zu dem Solarstrahlungsempfänger 3 geleitet und erneut in der ersten Receivervorrichtung 11 erwärmt.
Die zweite Receivervorrichtung 13 ist mit einer zweiten Leitungsvorrichtung 19 verbunden. In der zweiten Receivervorrichtung 13 wird ein zweites Wärmeträgermedium erwärmt und über die zweite Leitungsvorrichtung 19 zu einer Anlage 22 zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses geleitet. Über einen ersten Wärmetauscher 21 wird das Arbeitsmedium des thermodynamischen Kreisprozesses mittels des zweiten Wärmeträgermediums erwärmt.
Ferner kann ein zweiter Wärmetauscher 23 vorgesehen sein, der von dem ersten Wärmeträgermedium, nachdem es die Reaktionskammer 17 durchströmt hat, betrieben wird. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass mittels des ersten Wärmetauschers 21 das Arbeitsmedium des thermodynamischen Kreisprozesses, beispielsweise Wasser verdampft wird, wohingegen mittels des zweiten Wärmetauschers 23 eine Überhitzung des Dampfes erfolgt. Der thermodynamische Kreisprozess kann eine Turbine 25 antreiben, die mittels eines Generators 27 Storm erzeugt. Nach Durchlaufen der Turbine 25 wird das Arbeitsmedium mit einem Kondensator 29 kondensiert.
Das erste Wärmeträgermedium wird mittels einer Pumpeinrichtung 31 in der ersten Leitungsvorrichtung 15 transportiert. Dabei ist vorgesehen, dass die Pumpeinrichtung 31 in dem Rückleitungsabschnitt 15a der ersten Leitungsvorrichtung 15 angeordnet ist, da das erste Wärmeträgermedium in diesem Bereich eine relativ geringe Temperatur aufweist und somit die thermische Belastung der Pumpeinrichtung 31 geringgehalten werden kann.
In der zweiten Leitungsvorrichtung 19 kann eine zweite Pumpeinrichtung 33 aufweisen, die das zweite Wärmeträgermedium transportiert. Auch bei der zweiten Leitungsvorrichtung 19 ist die zweite Pumpeinrichtung 33 in dem Rücklaufbereich des zweiten Wärmeträgermediums angeordnet, wodurch die thermische Belastung der zweiten Pumpeinrichtung 33 reduziert ist.
Die erfindungsgemäße Solaranlage 1 hat den Vorteil, dass die auf dem Solarempfänger 3 auftreffende konzentrierte Solarstrahlung in vorteilhafter Weise genutzt werden kann, da Bereiche hoher Strahlungsflussdichte die erste Receivervorrichtung 11 bestrahlen können und Bereiche geringerer Strahlungsflussdichte die zweite Receivervorrichtung 13.
In den 2a - 2c sind unterschiedliche Anordnungen von ersten und zweiten Receivervorrichtungen 11,13 dargestellt.
In 2a besteht der Solarstrahlungsempfänger 3 aus zwei zweiten Receivervorrichtungen 13 und drei ersten Receivervorrichtungen 11. Die zwei zweiten Receivervorrichtungen 13 sind als Rohrreceiver ausgebildet, die parallel zueinander angeordnet sind. In den zwischen den zweiten Receivervorrichtungen 13 gebildeten Freiraum sind die ersten Receivervorrichtungen 11 angeordnet. Wenn nun Solarstrahlung auf die erste Receivervorrichtung 11 fokussiert wird, befinden sich die zweiten Receivervorrichtungen 13 zumindest teilweise im Randbereich des erzeugten Strahlungsflecks, so dass diese mit geringer Strahlungsflussdichte bestrahlt werden.
In 2b sind die zweiten Receivervorrichtungen 13 wiederum als Rohrreceiver ausgebildet. Die zweiten Receivervorrichtungen 13 sind in einer Gitteranordnung angeordnet. In den Freiräumen zwischen den zweiten Receivervorrichtungen 13 sind die ersten Receivervorrichtungen 11 angeordnet.
Bei dem in 2a und 2b dargestellten Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass die zweiten Receivervorrichtungen 13 sich in einer Ebene, die in Strahlungsrichtung der konzentrierten Strahlung vor der Anordnungsebene der ersten Receivervorrichtung 11 befindet, angeordnet sind. Dadurch können die zweiten Receivervorrichtungen 13 empfindliche Teile der ersten Receivervorrichtung abdecken bzw. abschatten und somit vor zu großen Wärmeeintrag schützen.
Die erste Receivervorrichtung 11, die nachfolgend im Zusammenhang mit 4 im Detail beschrieben wird, ist als volumetrischer Receiver ausgebildet. Es können mehrere Receivervorrichtungen vorgesehen sein, die als Receivermodule ausgebildet sind und in einem Array angeordnet sind. In die 2c ist ein derartiges Array gezeigt.
In der Mitte der Array sind drei erste Receivervorrichtungen 11 angeordnet. Die zweiten Receivervorrichtungen 13 sind ringförmig um die ersten Receivervorrichtungen 11 angeordnet. In dem in 2c dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Ringe von zweiten Receivervorrichtungen 13 gebildet. In einer Betriebssituation werden alle zweiten Receivervorrichtungen 13 für die Erwärmung des zweiten Wärmeträgermedium genutzt.
In einer anderen Betriebssituation können die unmittelbar an die ersten Receivervorrichtungen 11 angrenzenden zweiten Receivervorrichtungen 13, die in 2c schraffiert sind, durch eine entsprechende Schaltung von dem ersten Wärmeträgermedium durchströmt werden und erwärmen dieses. Mit anderen Worten: Die in 2c schraffiert dargestellten zweiten Receivervorrichtungen 13 können entweder als erste oder zweite Receivervorrichtung 11,13 wirken. Dadurch ist eine vorteilhafte Anpassung des Solarstrahlungsempfängers 3 möglich.
Bei dem in 2c dargestellten Ausführungsbeispiel ist es von Vorteil, wenn die zweiten Receivervorrichtungen 13 genauso wie die erste Receivervorrichtung 11 als volumetrische Receiver ausgebildet sind und das zweite Wärmeträgermedium genauso wie das erste Wärmeträgermedium gasförmig ist.
In 3a und 3b ist die erfindungsgemäße Solaranlage 1 schematische in einer Prinzipdarstellung dargestellt. Die Solaranlage 1 weist in dem in 3a und 3b dargestellten Ausführungsbeispiel sechs Reaktionskammern 17 auf, die mit A - F bezeichnet sind, um unterschiedliche Betriebsphasen zu beschreiben.
Bei dem in 3a und 3b dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Solarstrahlungsempfänger 3 lediglich eine erste Receivervorrichtung 11 auf und mittels der ersten Leitungsvorrichtung 15 wird das erste Wärmeträgermedium zu den Reaktionskammern 17 geleitet. Grundsätzlich besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass das in den 3a und 3b dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Solaranlage 1 mit einer zweiten Receivervorrichtung und einer Anlage zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses kombiniert wird.
In der 3a ist eine Betriebsphase dargestellt, in der die erste der Reaktionskammern 17, die mit A gekennzeichnet ist, direkt von dem ersten Wärmeträgermedium beheizt wird. Nach dem Durchströmen dieser Reaktionskammer 17 (A) strömt das abgekühlte erste Wärmeträgermedium in die Zweite der Reaktionskammer 17, die mit B gekennzeichnet ist. Diese wird auf ein Temperaturniveau erwärmt, das geringer ist als das Temperaturniveau der Ersten der Reaktionskammern 17. Die Sechste der Reaktionskammern, die mit F bezeichnet ist, ist bereits auf die gewünschte Temperatur erwärmt worden. In dieser wird der Reduktionsprozess durchgeführt. Hierzu wird der Sauerstoffpartialdruck in der Reaktionskammer 17 (F) reduziert, wobei eine Vorrichtung 30 zur Reduzierung des Sauerstoffpartialdrucks mit der Sechsten der Reaktionskammern 17 (F) verbunden ist. Der Sauerstoffpartialdruck kann beispielsweise über eine Vakuumpumpe oder auch über das Zuschalten eines zuvor evakuierten Pufferspeichers oder einer thermochemischen Pumpe gesenkt werden. Das sich in der Fünften der Reaktionskammern 17, die mit E bezeichnet ist, befindliche thermochemische Reaktionsmaterial wurde bereits reduziert. Über ein drittes Wärmeträgermedium kann sensible Wärme des reduzierten thermochemischen Reaktionsmaterials abgeleitet werden und somit rückgewonnen werden. Hierzu wird das dritte Wärmeträgermedium über Leitungen 32 der Fünften der Reaktionskammern 17 (E) zugeführt und in einen ersten Wärmespeicher 34 geleitet. Diese Wärme kann beispielsweise für die Vorwärmung der Dritten der Reaktionskammern 17, die mit C bezeichnet ist, verwendet werden. Hierzu wird über zweite Leitungen 35 das dritten Wärmeträgermediums der Dritten der Reaktionskammer 17 (C) zugeführt. Der Vorgang der Wärmerückgewinnung und Vorwärmung muss nicht notwendiger Weise gleichzeitig erfolgen, sondern kann auch zeitlich entkoppelt erfolgen.
Die Vierte der Reaktionskammern, die mit D bezeichnet ist, beinhaltet das reduzierte thermochemische Reaktionsmaterial. Diese Reaktionskammer 17 (D) kann beispielsweise für Wasser- oder CO₂-Spaltung verwendet werden.
In 3b ist die erfindungsgemäße Solaranlage 1 zu einem späteren Zeitpunkt dargestellt, um den Batchbetrieb der Reaktionskammern 17 zu verdeutlichen. Bei der in der 3b gezeigte Situation wird die Reaktionskammer 17, die mit B bezeichnet ist, direkt von dem ersten Wärmeträgermedium, das von der ersten Receivervorrichtung kommt, erwärmt. Die mit C bezeichnete Reaktionskammer 17 wird von dem aus der Reaktionskammer 17 (B) austretenden ersten Wärmeträgermedium beheizt. In der ersten Reaktionskammer 17 (A) findet die Reduktion des thermochemischen Reaktionsmaterials statt, indem der Sauerstoffpartialdruck mittels der Vorrichtung 29 herabgesetzt wird. Die Reaktionskammer 17 (F) erhält bereits reduziertes thermochemisches Reaktionsmaterial und die Restwärme wird mittels des dritten Wärmeträgermediums in den ersten Wärmespeicher 34 geleitet. In der Reaktionskammer 17 (D) erfolgt die Vorwärmung des thermochemischen Reaktionsmaterials mittels des dritten Wärmeträgermediums und der in dem ersten Wärmespeicher 34 gespeicherten rückgewonnenen Wärme.
Die Reaktionskammer 17 (E) enthält reduziertes thermochemisches Reaktionsmaterial, das für die Spaltung von CO₂ oder Wasser genutzt werden kann.
Entsprechend den in den 3a und 3b dargestellten Betriebsphasen können weitere Phasen erfolgen, in denen zeitlich nacheinander zunächst die Vorwärmung einer Reaktionskammer 17 durch das dritte Wärmeträgermedium erfolgt. Anschließend erfolgt eine Erwärmung mittels der aus der benachbarten Reaktionskammer 17 austretenden ersten Wärmeträgermedium. Schließlich wird mittels des direkt von der ersten Receivervorrichtung 11 kommende erste Wärmeträgermedium in die Reaktionskammer 17 geleitet, um das thermochemische Reaktionsmaterial auf die gewünschte Temperatur zu erwärmen. Anschließend erfolgt ein Reduktionsschritt, indem der Sauerstoffpartialdruck in der Reaktionskammer 17 herabgesetzt wird. Danach erfolgt eine Wärmerückgewinnung der sensiblen Wärme des reduzierten thermochemischen Reaktionsmaterials mittels dem dritten Wärmeträgermediums. Schließlich beinhaltet die Reaktionskammer 17 reduziertes thermochemisches Reaktionsmaterial, das für die Spaltung von CO₂ oder Wasser genutzt werden kann.
Bei den in 3a und 3b dargestellten schematischen Darstellungen der erfindungsgemäßen Solaranlage 1 sind nicht alle Leitungen gezeigt. Durch die entsprechende Schaltung der Leitungen können die einzelnen Reaktionskammern entsprechend der Betriebsphase von den jeweiligen Wärmeträgermedium durchströmt werden.
In 4 ist eine erste Receivervorrichtung 11 schematisch dargestellt. Die Receivervorrichtung 11 bildet einen Hohlraum 37, in dem eine Absorbervorrichtung 39 angeordnet ist. Das erste Wärmeträgermedium wird dem Hohlraum 37 zugeführt und durchströmt die Absorbervorrichtung 39. Die Absorbervorrichtung 39 kann beispielsweise aus einem porösen keramischen Absorbermaterial bestehen.
Auf der der Strahlungskonzentrationsvorrichtung zugewandten Seite weist der Hohlraum 37 eine Öffnung 41 auf, durch die die Solarstrahlung in den Hohlraum 37 gelangen kann. Die Öffnung 41 ist mit einer für Solarstrahlung transparenten Scheibe 43 verschlossen. Die Solarstrahlung erwärmt den Absorberkörper 39, so dass das durch die Absorbervorrichtung 39 strömende erste Wärmeträgermedium erwärmt wird.
Wie im Zusammenhang mit den 2a und 2b beschreiben wurde, kann eine zweite Receivervorrichtung 13 in einer Ebene angeordnet sein, die in Strahlungsrichtung vor der Anordnungsebene der ersten Receivervorrichtung 11 angeordnet ist. Die Anordnungsebene der ersten Receivervorrichtung 11 kann beispielsweise die Ebene der Öffnung 41 sein. Mittels der zweiten Receivervorrichtung können sensible Teile, wie beispielsweise die Randbereiche der Scheibe 43, mittels der die Scheibe 43 befestigt ist, abgedeckt und somit vor direkter Sonneneinstrahlung geschützt werden.

Claims

Solaranlage (1) mit einem Solarstrahlungsempfänger (3) und mit einer Strahlungskonzentrationsvorrichtung (5), wobei über den Solarstrahlungsempfänger (3) ein gasförmiges erstes Wärmeträgermedium erwärmbar ist, wobei der Solarstrahlungsempfänger (3) mindestens eine erste Receivervorrichtung (11) zur Erwärmung des ersten Wärmeträgermediums aufweist, wobei die erste Receivervorrichtung (11) eine Absorbervorrichtung (39) aufweist, die mittels von der Strahlungskonzentrationsvorrichtung (5) konzentrierter Solarstrahlung erwärmbar ist, wobei das erste Wärmeträgermedium die Absorbervorrichtung (39) durchströmt, gekennzeichnet durch, mindestens eine Reaktionskammer (17) mit einem thermochemischen Reaktionsmaterial zur Durchführung einer thermochemischen Reaktion des thermochemischen Reaktionsmaterials, wobei die erste Receivervorrichtung (11) mit der mindestens einen Reaktionskammer (17) über eine erste Leitungsvorrichtung (15) für das erste Wärmeträgermedium verbunden ist, wobei über die erste Leitungsvorrichtung (15) das erste Wärmeträgermedium zur Erwärmung des thermochemischen Reaktionsmaterials in die mindestens eine Reaktionskammer (17) einleitbar ist, wobei das erste Wärmeträgermedium in der Reaktionskammer (17) direkt mit dem thermochemischen Reaktionsmaterial in Kontakt kommt.
Solaranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Solarstrahlungsempfänger (3) mindestens eine zweite Receivervorrichtung (13) zur Erwärmung eines zweiten Wärmeträgermediums aufweist, wobei die mindestens eine zweite Receivervorrichtung (13) mittels von der Strahlungskonzentrationsvorrichtung (15) konzentrierter Solarstrahlung bestrahlbar ist.
Solaranlage nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Anlage (22) zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses, wobei die mindestens eine zweite Receivervorrichtung (13) über eine zweite Leitungsvorrichtung (19) mit der Anlage (22) zur Durchführung des thermodynamischen Kreisprozesses verbunden ist und die zweite Leitungsvorrichtung (19) das zweite Wärmeträgermedium zu der Anlage (22) zur Durchführung des thermodynamischen Kreisprozesses leitet.
Solaranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorbervorrichtung (39) der mindestens einen ersten Receivervorrichtung (11) ein poröser keramischer Absorber ist.
Solaranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine erste Receivervorrichtung (11) einen Hohlraum (37) aufweist, der eine zu der Strahlungskonzentrationsvorrichtung (5) gerichtete Öffnung (41) aufweist, durch die die konzentrierte Solarstrahlung in den Hohlraum (37) leitbar ist, wobei die Absorbervorrichtung (39) in dem Hohlraum (37) angeordnet ist.
Solaranlage nach der Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (41) des Hohlraums (37) mittels einer für die Solarstrahlung transparenten Scheibe (43) verschlossen ist.
Solaranlage nach einem der Ansprüche 2 bis 6, gekennzeichnet durch mehrere zweite Receivervorrichtungen (13), die die mindestens eine erste Receivervorrichtung (11) umgebend angeordnet sind.
Solaranlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Receivervorrichtungen (13) jeweils eine Absorbereinrichtung aufweisen, die mittels von der Strahlungskonzentrationsvorrichtung (15) konzentrierter Solarstrahlung erwärmbar sind, wobei das zweite Wärmeträgermedium gasförmig ist und die Absorbereinrichtungen von dem zweiten Wärmeträgermedium durchströmbar sind.
Solaranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine zweite Receivervorrichtung (13) als Rohreceiver ausgebildet ist.
Solaranlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine zweite Receivervorrichtung (13) in einer Ebene angeordnet ist, die in Strahlungsrichtung der konzentrierten Solarstrahlung vor einer Anordnungsebene der mindestens einen ersten Receivervorrichtung (11) liegt.
Solaranlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass Teile der mindestens einen zweiten Receivervorrichtung (13) Teile der mindestens einen ersten Receivervorrichtung (11) abschatten.
Solaranlage nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch mehrere zweite Receivervorrichtung (13), die parallel angeordnet sind oder eine Gitteranordnung bilden.
Solaranlage nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Wärmeträgermedium ein Flüssigsalz, Wasser, ein Thermo-Öl oder gasförmig ist.
Solaranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leitungsvorrichtung (15) einen Kreislauf mit einem Rückleitungsabschnitt (15a) bildet und der Rückleitungsabschnitt (15a) das erste Wärmeträgermedium von der mindestens einen Reaktionskammer (17) zu der mindestens einen ersten Receivervorrichtung (11) zurückleitet.
Solaranlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückleitungsabschnitt (15a) einen Wärmetauscher (23) aufweist, der mit der Anlage (22) zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses oder mit der zweiten Leitungsvorrichtung (19) verbunden ist.
Solaranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch mindestens einen ersten Wärmespeicher (34), der mit der mindestens einen Reaktionskammer (17) verbunden ist.
Solaranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet durch mindestens einen zweiten Wärmespeicher, der mit der zweiten Leitungsvorrichtung (19) verbunden ist.
Solaranlage nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass durch in der ersten Leitungsvorrichtung (15) Sauerstoffabsorbermaterial angeordnet ist.
Solaranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Reaktionskammer (17) mit einer Vakuumpumpe und/oder einem Pufferspeicher und/oder einer thermochemischen Pumpe verbunden ist.
Solaranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass thermochemische Reaktionsmaterial Ceroxid, dotiertes Ceroxid, ein Perowskit, ein Ferrit oder ein Zinkoxid ist.
Verfahren zum solaren Betrieb einer endothermen Reaktion eines thermochemischen Reaktionsmaterials mit folgenden Schritten: - Bereitstellen eines gasförmigen ersten Wärmeträgermediums, - Einleiten des ersten Wärmeträgermediums in eine erste Receivervorrichtung (11) eines Solarstrahlungsempfängers (3), wobei das erste gasförmige Wärmeträgermedium in der ersten Receivervorrichtung (11) durch eine Absorbervorrichtung (39) geleitet wird, - Bestrahlen der Absorbervorrichtung (39) mit konzentrierter Solarstrahlung, um die Absorbervorrichtung (39) zu erwärmen, wobei bei dem Durchströmen der Absorbervorrichtung (39) das erste Wärmeträgermedium erwärmt wird, - Leiten des erwärmten ersten Wärmeträgermediums in eine Reaktionskammer (17) mit thermochemischem Reaktionsmaterial, wobei das erste Wärmeträgermedium das thermochemische Reaktionsmaterial umströmt, durchströmt oder überströmt und zur Bereitstellung von thermischer Energie für die eine endotherme Reaktion erwärmt.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Wärmeträgermedium die Reaktionskammer (17) durchströmt und zu der ersten Receivervorrichtung (11) zurückgeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erreichen eine vorgegebene Temperatur des thermochemischen Reaktionsmaterials kein weiteres erstes Wärmeträgermedium in die Reaktionskammer (17) geleitet wird und der Sauerstoffpartialdruck in der Reaktionskammer (17) reduziert wird, wodurch eine Reduktion des thermochemischen Reaktionsmaterials erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Wärmeträgermedium anstelle in die Reaktionskammer (17) in eine weitere Reaktionskammer (17) mit thermochemischem Reaktionsmaterial oder in einen Wärmespeicher geleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffpartialdruck in der Reaktionskammer (17) durch eine Vakuumpumpe, das Verbinden der Reaktionskammer (17) mit einem evaluierten Pufferspeicher und/oder durch eine thermochemische Pumpe reduziert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Wärmeträgermedium nach dem Einleiten in die Reaktionskammer (17) und Erwärmen des thermochemischen Reaktionsmaterials in einen Wärmespeicher oder in eine oder die weitere Reaktionskammer (17) zur Erwärmung des thermochemischen Reaktionsmaterials der weiteren Reaktionskammer eingeleitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Reduktion des thermochemischen Reaktionsmaterials die Reaktionskammer von einem inerten gasförmigen dritten Wärmeträgermedium durchströmt wird, wobei das reduzierte thermochemischen Reaktionsmaterial das dritte Wärmeträgermedium erwärmt, und dass das dritte Wärmeträgermedium in einen Wärmspeicher (34) oder in die weitere Reaktionskammer (17) zur Vorwärmung des thermochemischen Reaktionsmaterials der weiteren Reaktionskammer (17) eingeleitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 27, gekennzeichnet durch - Bereitstellen eines zweiten Wärmeträgermediums - Einleiten des zweiten Wärmeträgermediums in eine zweite Receivervorrichtung (13) des Solarstrahlungsempfängers (3), - Bestrahlen der zweiten Receivervorrichtung (13) mit konzentrierter Solarstrahlung, wobei das zweite Wärmeträgermedium erwärmt wird, - Verwenden des erwärmten zweiten Wärmeträgermediums zum Betrieb eines thermodynamischen Kreisprozesses.
Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Wärmeträgermedium nach dem Durchströmen der Reaktionskammer (17) ein Arbeitsfluid des thermodynamischen Kreisprozesses erwärmt oder überhitzt.