Um das zu erreichen, müssen die Sonnenkollektoren die Sonnenwärme effektiver konzentrieren. Einige spezielle Kollektoren können der Sonne folgen und so Temperaturen von bis zu 400 Grad Celsius erreichen, aber sie sind zu teuer. Um eine billigere Alternative zu entwickeln, versucht ein Team um den Ingenieur Roland Winston an der University of California in Merced, die Kollektorröhren zu optimieren. Die Röhren des Teams enthalten ein spezielles Stück Metall, das die Wärme schnell an eine Glykol-Flüssigkeit in einer inneren Kupferröhre abgibt.

Außerdem platzierte Winstons Team gebogene Folien aus reflektierendem Material unter den äußeren Röhren, um trotz der Bewegung der Sonne über den Himmel mehr Solarenergie einzufangen. Das System kann Glykol auf 200 Grad Celsius erhitzen und wird mit verschiedenen Kältemaschinen getestet.

Einfacher mit Fotovoltaik?

Andere Teams haben die Absorptionskältemaschinen hinter sich gelassen und entwickeln vollständig neue Systeme. Eine von Stephen White geleitete Gruppe der Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO) in Australien hat ein Rotationsentfeuchtersystem entwickelt, das seit Juni 2016 ein Einkaufszentrum in Ballarat im Bundesstaat Victoria kühlt. In diesem System strömt die Umgebungsluft zunächst durch ein langsam rotierendes Rad, das ein Feuchtigkeit absorbierendes Material enthält. Die austretende heiße, trockene Luft gelangt in eine Kammer, in der sie Wasser verdampfen lässt und sich dadurch abkühlt. Diese kühle, feuchte Luft wiederum kühlt die Gebäudeluft, die durch separate Röhren geleitet wird. Die feuchte Luft wird dann an die Umgebung abgegeben. Das Feuchtigkeit absorbierende Material in dem rotierenden Rad wiederum wird mit Hilfe von Sonnenenergie getrocknet.

Laden... © Ian Wilson/CSIRO (Ausschnitt) Anlage im australischen Ballarat | Die übermannshohen Spiegel sammeln die Sonnenwärme für die Klimaanlage ein.

Solche neuen Ideen seien dringend nötig, da Absorptionskältemaschinen teuer und schwierig zu bauen sind, sagt Mike Dennis, unabhängiger Berater für Solarenergie in Canberra. »Sie sind einfach nicht sinnvoll«, erklärt er. Es sei einfacher, mit Fotovoltaikanlagen Strom zu erzeugen und damit herkömmliche Kompressor-Klimaanlagen zu betreiben. Die fallenden Preise für Fotovoltaikanlagen machen solche Systeme noch attraktiver. Der Fotovoltaiksektor profitiert inzwischen von der Massenproduktion sowie von erheblichen staatlichen Förderungen und Investitionen, die es im Bereich der Solarthermie nicht gibt, so Mugnier: »Ich befürchte, der Wettbewerb ist unfair.«

Eine weitere Herangehensweise ist der Bau von Hybridsystemen, konventionellen elektrischen Kompressoranlagen, bei denen Sonnenwärme den Kompressor unterstützt, indem sie das Kühlmittel aufheizt. Ein Beispiel dafür ist die Klimaanlage von Ecoline im Hotel Star Sapphire.

Um das System zu realisieren, hat Chia eine u-förmige Kupferschlinge in jede solare Kollektorröhre eingebaut und diese Kupferröhren in Reihe geschaltet. In diesen Röhren strömendes Glykol transportiert die Wärme rasch in einen Glykoltank. Ein weiterer Satz von Kühlmittel enthaltenden Kupferröhren schlängelt sich durch diesen Tank. Dieses zweite Kühlmittel strömt dann in einen Kompressor – und da es bereits sehr heiß ist, wandelt es sich schneller in ein Gas um als in einem Standardsystem.

Kostensenkung durch Massenproduktion

Das Unternehmen hat mehr als 1000 Klimaanlagen in sechs Ländern installiert. Für Mitte 2018 plant es die Installation einer Klimaanlage in einem Studentenwohnheim an der Nanyang Technological University in Singapur. In Vergleichstests zeigt nach Aussage von Ecoline das neue System gegenüber hocheffizienten Standardanlagen eine Energieersparnis von 35 Prozent. Die Installation des Hybridsystems ist zwar 15 Prozent teurer, aber der Betrieb ist günstiger, so dass sich die zusätzlichen Ausgaben bei den derzeitigen Strompreisen in Singapur innerhalb von zwei Jahren amortisieren, so Chia.

Die Anhänger der neuen Systeme sind zuversichtlich, dass die Kosten signifikant fallen, wenn der Markt für Solarthermie wächst. So wie man in den 1990er Jahren noch hunderte US-Dollar pro Meter für Vakuumröhren zur solaren Wassererwärmung zahlte. Inzwischen gebe es dieselben Röhren für zwei bis drei Dollar, erklärt Winstons Postdoc Lun Jiang. Möglich machten es Massenproduktion und der großflächige Einsatz solcher Systeme in China.

Und noch einen Vorteil hat die thermische Technologie: Anders als die Fotovoltaik kann sie auch Abfallwärme nutzen – überschüssige Wärme aus Städten, Industrieanlagen und Rechenzentren beispielsweise. Ecoline arbeitet bereits mit einem Betreiber von Rechenzentren in Indonesien zusammen, um dessen Anlagen mit der eigenen Abwärme zu kühlen. Und das sei thermisch gesehen der sinnvollste Weg, sagt Chia: »Je wärmer, desto besser.«

Dieser Beitrag erschien unter dem Titel »How heat from the Sun can keep us all cool« in »Nature«.