Solare Prozesswärme für die Industrie

• Was ist solare Prozesswärme? Solare Prozesswärme bezeichnet die Nutzung von Solarthermie für industrielle und gewerbliche Abläufe wie Reinigen, Trocknen, Kochen oder chemische Reaktionen. Da rund ein Drittel der industriellen Wärme bei Temperaturen unter 100 Grad benötigt wird, lässt sich dieser Bedarf hocheffizient durch Solarenergie decken, was die Betriebskosten massiv senkt.
• Welche Temperaturen können erreicht werden? Mit Standard-Flachkollektoren werden problemlos Temperaturen bis 60 Grad erreicht (z. B. für Wäschereien). Vakuum-Röhrenkollektoren liefern Solarenergie für Temperaturen bis ca. 150 Grad (z. B. für Brauereien). Für Hochtemperaturanwendungen bis über 400 Grad kommen konzentrierende Spiegelsysteme zum Einsatz, die das Sonnenlicht gezielt bündeln.
• Warum ist die Effizienz in der Industrie so hoch? In Gewerbebetrieben fallen Wärmeproduktion und Wärmeverbrauch zeitlich oft ideal zusammen, da meist tagsüber gearbeitet wird. Dies ermöglicht es, die Solarthermieanlage mit hohem Durchfluss und niedrigen Kollektortemperaturen zu betreiben, was den Wirkungsgrad der Solarenergie-Nutzung im Vergleich zu Privathäusern deutlich steigert.
• Welche Branchen profitieren besonders? Besonders geeignet sind die Lebensmittelindustrie (z. B. Brauereien, Molkereien), Großwäschereien, die chemische Industrie sowie Betriebe mit hohem Reinigungsbedarf. Überall dort, wo kontinuierlich Wärme benötigt wird, bietet Solarenergie eine planbare und kostengünstige Alternative zu fossilen Brennstoffen und hilft, CO2-Ziele zu erreichen.
• Ist solare Prozesswärme wirtschaftlich? Obwohl die Anfangsinvestitionen für große Kollektorfelder hoch sind, rechnet sich solare Prozesswärme aufgrund der hohen Einsparungen bei Brennstoffkosten fast immer. Die Amortisationszeit liegt oft bei etwa zehn Jahren. Da etwa 75 Prozent des industriellen Energieverbrauchs auf Wärme entfallen, ist das Potenzial zur Kostensenkung durch Solarenergie gewaltig.

Etwa ein Drittel der benötigten Prozesswärme wird bei Temperaturen von teilweise deutlich unter 100 Grad benötigt. Nahezu alle Reinigungsprozesse gehören dazu, ob im produzierenden Gewerbe oder in Großwäschereien. Auch Trocknungsprozesse laufen überwiegend bei moderaten Temperaturen von nicht mehr als 60 Grad ab. Auch hier sind Wäschereien ein typisches Beispiel, aber auch die Lebensmittelindustrie. Solche Temperaturen können problemlos mit Solarthermieanlagen erreicht werden, die auch im privaten Bereich typisch sind. Selbst Temperaturen im Bereich von 100 bis etwa 150 Grad können noch mit Standardtechnologien erreicht werden, wobei jedoch leistungsfähige Vakuum-Röhrenkollektoren zum Einsatz kommen.

Benötigt werden solche Temperaturen beispielsweise in Brauereien zur Reinigung der Flaschen. Werden noch höhere Temperaturen benötigt, muss auf Verfahren zurückgegriffen werden, die ansonsten eher für solarthermische Kraftwerke typisch sind. Solche Anlagen werden in zahlreichen unterschiedlichen Formen realisiert, die Grundidee ist aber stets dieselbe: Das auf einer größeren Fläche einfallende Sonnenlicht wird durch Spiegel auf den Absorber konzentriert. Auf diese Weise können Temperaturen von über 400 Grad erzielt werden. Solche Solarthermieanlagen unterscheiden sich erheblich von den üblichen Heizanlagen, weil als Wärmeträger spezielle Thermoöle und Gase unter hohem Druck eingesetzt werden.

Prozesswärme wird überwiegend tagsüber genutzt, oft sogar ganztägig. Als vorteilhaft erweist sich, dass Wärmeproduktion und Wärmeverbrauch zeitlich zusammenfallen. Insbesondere Prozesswärme bei niedrigen Temperaturen kann so mit hohem Wirkungsgrad erzeugt werden, da die Kollektoren mit hohem Durchfluss betrieben werden können. Die Kollektortemperatur ist bei hohem Durchfluss niedriger, der Wirkungsgrad der Kollektoren dementsprechend höher.

Der Dauerbetrieb der Anlage erfordert eine deutlich größere Auslegung. Kollektorfelder mit einer Fläche von mehr als 100 Quadratmetern sind nicht selten. Ob auch entsprechend große Speicher erforderlich sind, hängt vom Einzelfall ab. Es ist durchaus möglich, Solarwärme nur für den zeitnahen Verbrauch vorzusehen. In diesem Fall können die Solarspeicher vergleichsweise klein ausgelegt werden.

Etwa 75 Prozent des Energieverbrauchs der Industrie entfallen auf die Wärmeerzeugung, also die Heizung, die Brauchwassererwärmung und die Bereitstellung von Prozesswärme. Solarthermieanlagen können hier aufgrund der guten Planbarkeit des Bedarfs deutlich effizienter eingesetzt werden als in Privathäusern. In Privathäusern muss der Wärmespeicher stets auf Betriebstemperatur gehalten werden, auch wenn aktuell kein Bedarf an Warmwasser besteht.

Demgegenüber ist der Bedarf in Unternehmen gut planbar, ein unnötiges Heizen „auf Verdacht“ kann so vermieden werden. Das verbessert das Zusammenspiel von Solarthermie und klassischer Heizung erheblich. Bereits überschlägige Rechnungen zeigen, dass sich solare Prozesswärme für Unternehmen in aller Regel auszahlt. Als problematisch erweist sich in der Praxis, dass die Amortisationszeit meist in der Größenordnung von zehn Jahren liegt und damit oft den Planungshorizont der Unternehmen übersteigt.

Rund zehn Prozent des gesamten deutschen Energiebedarfs entfallen auf die Prozesswärme. Ein erheblicher Teil davon ließe sich durch Solarthermieanlagen erzeugen. Als Hemmnis für den Ausbau erweist sich, dass die Anfangsinvestitionen aufgrund der benötigen Anlagengröße recht hoch sind.