Solarthermik

Solarthermik, auch Solarthermie genannt, bezeichnet die Umwandlung von Sonnenenergie in technisch nutzbare Wärme. Ein Wärmeaustauscher auf dem Dach und eine Wärmespeicher kann bei der Warmwasserversorgung im Haus helfen:

Die über ein Jahr gemittelte Leistung der Sonnenstrahlung variiert auf der Erde zwischen 50 und 250 Watt pro m².

Im Norden Afrikas ist die Sonnenausbeute doppelt so groß wie in Deutschland. Deshalb bietet sich z. B. die Sahara-Wüste für ein Sonnenwärmekraftwerk an, das auch als Solarwärmekraftwerk, solarthermisches Kraftwerk oder thermisches Solarkraftwerk bezeichnet werden kann. Dabei wird die Sonnenenergie in thermische Energie umgeformt und diese mit anderweitig erprobten Techniken mittels Generatoren in elektrische Energie umgewandelt. Meist werden die Sonnenstrahlen zuerst mit Reflektoren gebündelt.

Parabolrinnenkollektoren, siehe Abbildung links,  sind Linienkonzentra-toren, die die Wärme auf ein Leitungsrohr mit überhitztem Wasserdampf oder Thermoöl übertragen. Im ersteren Fall kann der Wasserdampf die Turbine direkt antreiben, im letzteren Fall braucht man einen Wärmeübertrager. Im Jahre 2007 ist als modernstes Kraftwerk dieser Art Nevada Solar One in der Nähe von Las Vegas im amerikanischen Bundesstaat Nevada ans Netz gegangen. Es hat eine Leistung von 64 MW und verwendet auf einer Fläche von 1,4 km² fast zwanzigtausend Parabolspiegel von je 4 m Länge, die dem Stand der Sonne nachgeführt werden. Da auch in Nevada die Sonne nicht immer scheint, erwartet man eine mittlere Jahresleistung von etwa 20 % der installierten Kapazität. Nachts kann man die Turbinen durch die Verbrennung von Erdgas betreiben und damit dem realen Strombedarf besser befriedigen.

Das Solarturmkraftwerk empfängt in einer Brennkammer die Sonnenenergie eines großen Reflektorfeldes. Mehr als tausend automatisch positionierte Spiegel (Heliostate) reflektieren das Sonnenlicht auf den zentralen Absorber (Receiver). Problemlos werden Temperaturen über 1 000 °C erreicht. Als Wärmeträger-Medium kommen flüssiges Nitratsalz, Wasserdampf oder Heißluft zum Einsatz. Verwendet man einen größeren Speicher für diese Merdien, können die Turbinen des Kraftwerks zu beliebigen Zeiten Strom erzeugen. Das rechte Bild zeigt PS10. Planta Solar 20 (PS20) nahe Sevilla in Spanien hat einen 160 m hohen Turm, der das Sonnenlicht von mehr als tausend jeweils 120 m² großen Spiegeln seit 2009 zu einer elektrischen Nennleistung von 20 MW umsetzt.

Dish/Stirling-Anlagen sind Parabolspiegel, die mit einem Stirling-Motor und einen Elekrogenerator gekoppelt sind und vorrangig einer dezentralen Solarstrom-erzeugung kleiner Leistungen von 3 bis 25 kW dienen. Die linke Abbildung zeigt in europäischer Gemeinschaftsarbeit entwickelte Eurodish-Typen in Spanien.

Eine gewaltige Größe haben Thermikkraftwerke, auch Aufwindkraftwerke genannt. Wie in einem Treibhaus wird die Luft unterhalb einer Sonnen-durchlässigen Abdeckung erwärmt und steigt in einem Schornstein auf. Turbinen im Schornstein erzeugen aus der Luftströmung elektrischen Strom. Eine Versuchsanlage wurde in Manzanares in Spanien mehrere Jahre lang betrieben. Mit einem Kollektordurchmesser von 244 m und einer Schornsteinhöhe von 195 m konnte nur eine Leistung von 50 kW erbracht werden. Die Ausnutzung der Sonnenenergie pro Flächeneinheit ist mit etwa 1 % relativ gering. Deshalb werden große Flächen überdeckt. Vorteil einer solchen Anlage ist ein relativ geringer Investitionsbedarf. Größere Anlagen mit 200 bis 400 MW Leistung werden derzeit vorbereitet, sind aber noch nicht im Bau. Aktuelle Angaben dazu wie auch weitere Details zu allen Sonnenwärmekraftwerken sind in Wikipedia zu finden.