Solarthermie


Solarthermie, früher auch Solarthermik genannt, bezeichnet die Umwandlung von Sonnenenergie in Wärmeenergie, die technisch genutzt werden kann. Ein Wärmeaustauscher auf dem Dach und eine Wärmespeicher kann im Haus bei der Warmwasserversorgung helfen, wie das an der TU Freiberg angefertigte Bild links zeigt.

Die über ein Jahr gemittelte Leistung der Sonnenstrahlung variiert auf der Erde zwischen 50 und 250 Watt pro m², siehe Bild unten. In der Nähe des Äquators ist die Sonnenausbeute doppelt so groß wie in Deutschland.


Deshalb sind die Äquator-nahen Wüsten für ein Sonnenwärmekraftwerk, auch als Solarwärmekraftwerk, solarthermisches Kraftwerk oder thermisches Solarkraftwerk bezeichnet, besonders geeignet.




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 Linienkonzentratoren, die die Wärme auf ein Leitungsrohr mit überhitztem Wasserdampf oder Thermoöl übertragen. Wasserdampf kann die Turbine direkt antreiben, bei Öl braucht einen Wärmeübertrager. Im Jahre 2013 ist als damals größtes Kraftwerk dieser Art die Solana Station mit einer Leistung von 280 MW in Arizona, USA, 100 km südwestlich von Phoenix, in Betrieb gegangen. Es verwendet auf einer Fläche von 7 km² insgesamt 3 200 Parabolspiegel mit einer Gesamtfläche von 2,2 km², die dem Stand der Sonne nachgeführt werden. Da auch in Arizona die Sonne nicht immer scheint, ergibt sich 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. Im Jahre 2014 ging Mojave Solar, ein weiteres 280-MW-Kraftwerk, in Barstow in Kalifornien ans Netz.

 

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 Medien, können die Turbinen des Kraftwerks zu beliebigen Zeiten Strom erzeugen. Das linke Bild zeigt PS10. Planta Solar 20 (PS20 von Abengoa Solar) 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. Im Februar 2014 ist das  mit einer Nennleistung von 392 MW und 2,6 km² Spiegelfläche bisher das größte Solarkraftwerk Ivanpah Solar Electric Generating System, in der Mojave-Wüste im nordöstlichen San Bernardino County, Kalifornien, 60 km südwestlich von Las Vegas in Betrieb genommen worden. 173 500 Heliostaten mit je zwei Spiegeln fokussieren die Sonnenstrahlung auf die drei Solartürme. Damit stehen die größten Anlagen in den USA, obwohhl Spanien Ende 2016 mit 2,3 GW von weltweit 4,8 GW installierter Leistung an der Spitze liegt.

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. Projekte bis 400 MW Leistung (7 km Durchmesser und 1,5 km hoher Turm) wurden vorbereitet, aber nicht gebaut. Angaben dazu und Details zu allen Sonnenwärmekraftwerken sind in Wikipedia zu finden.

 


Letzte Änderung: 01.07.2017