Solarkraftwerk

So|lar|kraft|werk 〈n. 11〉 = Solaranlage

* * *

So|lar|kraft|werk, das (Energiet.):

Sonnenkraftwerk.

* * *

Solarkraftwerk,

 

Sonnenkraftwerk, Anlage zur Erzeugung elektrischer Energie aus der Strahlung der Sonne. Man unterscheidet solarthermische Solarkraftwerke, die die Strahlung zunächst in Wärme umwandeln, und photovoltaische Solarkraftwerke, die unmittelbar elektrische Energie erzeugen. Konzentrierende solarthermische Anlagen arbeiten ausschließlich mit der direkten Strahlung, direkte und diffuse Strahlung werden von photovoltaischen Solarkraftwerken und solarthermischen Aufwindkraftwerken genutzt. Die mit konzentrierenden Anlagen erzeugte Wärme kann auch als Prozesswärme für chemische Verfahren dienen.

 

Am weitesten entwickelt unter den konzentrierenden Systemen sind die Rinnenkollektoranlagen, die zu den so genannten Farmanlagen zählen (DCS, distributed collector system). Die Kollektorsysteme bestehen aus 100 m langen und 6 m breiten parabolförmigen Rinnen, die aus Hunderten von präzis gebogenen Spiegelsegmenten geformt sind und in Reihen auf einem Kollektorfeld (Solarfeld, Farmanlage) angeordnet werden. Diese Parabolrinnen sind drehbar so gelagert, dass sie einachsig der Sonne nachgeführt werden können. Die von den Spiegeln reflektierte Sonnenstrahlung wird auf ein selektiv beschichtetes und evakuiertes Glas-Metall-Rohr in der Brennlinie der Trogachse gebündelt. Das Rohr wird von einem Wärmeträgermedium durchströmt, einem temperaturbeständigen synthetischen Öl, das auf rd. 400 ºC erhitzt wird. Das Wärmeträgermedium wird über zentrale Sammelleitungen einem konventionellen Teil des Solarkraftwerks aus Wärmetauschern, Turbinengenerator und Kühlturm zugeführt. Diese Anlagen können bei mangelnder Sonneneinstrahlung mit Gas befeuert werden.

 

Andere Farmanlagen sind die Parabolspiegelanlagen, die sich v. a. für kleine dezentrale Solarkraftwerke eignen. Im Gegensatz zu den Rinnenkollektoren ist der Parabolspiegel zweidimensional gekrümmt, um sehr hohe Arbeitstemperaturen und damit Wirkungsgrade zu erzielen. Die Spiegel sind so aufgehängt und gelagert, dass sie zweiachsig der Sonne nachgeführt werden können. In ihrem Brennfleck (Brennpunkt) hängt ein Energiewandler, der die konzentrierte Sonnenwärme in elektrischen Strom umwandelt. Mit der Metallmembrantechnologie können Hohlspiegel mit sehr großen Abmessungen und präziser Fokussierung kostengünstig hergestellt werden. Eine Blechmembran wird in der Ebene aus einzelnen Blechbahnen gasdicht verschweißt. Sie wird durch Luftdruck plastisch in die gewünschte Paraboloidgeometrie verformt. Im Betrieb wird der Unterdruck im Innenraum des Konzentratorgehäuses - gebildet aus der Spiegelmembran, der Gegenmembran auf der Rückseite und dem äußeren Druckring - ständig aufrechterhalten. Durch diesen Unterdruck kann die Membran auch gegenüber hohen äußeren Windlasten stabilisiert werden. Auf das der Sonne zugewendete, verformte Stahlblech werden dünne Glasspiegel aufgeklebt. Die Energieumwandlung erfolgt über einen Receiver im Brennfleck als Strahlungsempfänger, in dem das Arbeitsgas eines Stirlingmotors (Heißgasmotor) auf etwa 700 ºC erhitzt wird. Der Stirlingmotor ist zur Stromerzeugung direkt mit einem Generator gekoppelt.

 

Eine weitere Form konzentrierender Anlagen sind Solarturmkraftwerke (CRS, Abkürzung für englisch central receiver system). Dabei wird eine große Zahl hochpräziser Spiegel in einem (Solar-)Feld angeordnet und auf einen gemeinsamen Strahlungsempfänger, den Receiver, ausgerichtet, der sich auf der Spitze eines 50 bis 150 m hohen Turms befindet. Im Receiver wird ein Wärmeträgermedium erhitzt und über Leitungen einem Kraftwerksteil aus Gas-/Dampfturbine beziehungsweise Stirlingmotor mit Generator oder einem chemischen Solarumformer z. B. zur Erzeugung von Synthesegas zugeführt. Je nach Wahl des Wärmeträgerfluids (Luft, Wasserdampf, flüssiges Natrium oder geschmolzenes Salz) wird die Anlage bei einer oberen Prozesstemperatur zwischen 500 ºC und weit über 1 000 ºC betrieben. Jeder Spiegel besteht aus mehreren Einzelspiegeln, die auf einem gemeinsamen Träger montiert und über zwei senkrecht aufeinander stehenden Achsen nach allen Seiten hin beweglich sind. Solche Einheiten (Heliostaten) werden computergesteuert dem Lauf der Sonne nachgeführt, damit sich das Sonnenlicht exakt im Receiver bündelt. Neuerdings werden auch Membranhohlspiegel erprobt. Geplant wird auch die Kopplung mit einem konventionellen fossilgefeuerten Kraftwerksteil zu einem Hybridkraftwerk, wodurch sonnenarme Zeiten überbrückt werden können.

 

Beim Aufwindkraftwerk wird unter einem flachen, kreisförmigen Glasdach (einige 100 m Durchmesser) die Luft durch Sonnenstrahlung erwärmt. Sie strömt daraufhin einer in der Mitte des Daches senkrecht stehenden, unten offenen Röhre als Kamin (mehrere 100 m Höhe) zu und steigt in ihr auf, d. h., die Temperaturdifferenz zur Außenluft erzeugt in diesem Kamin ein Druckgefälle, das in kinetische Windenergie umgesetzt wird. Am Fuß des Kamins wandeln Windturbinen den Auftrieb zunächst in mechanische und über Generatoren in elektrische Energie um. Der Wirkungsgrad wächst dabei überproportional mit der Kaminhöhe. Das Aufwindkraftwerk nutzt neben der direkten auch die diffuse Strahlung bei bedecktem Himmel (Treibhaus). Wegen der wenigen beweglichen und nur durch einen recht gleichmäßigen Windstrom belasteten Anlagenteile ist es sehr robust und wenig störanfällig.

 

Ebenfalls direkte und diffuse Strahlung nutzen die photovoltaischen Solarkraftwerke (Photovoltaikkraftwerke), die elektrische Energie durch Zusammenschalten zahlreicher Module aus Solarzellen erzeugen. Solche Kraftwerke sind zur Erprobung in Betrieb, kommen aber für zentrale Energieversorung trotz ausgereifter Technologie wegen der hohen Anlagekosten nicht zum Einsatz. Kleinere Anlagen eignen sich sehr gut für von der öffentlichen Energieversorgung nicht erschlossene Gegenden.

* * *

So|lar|kraft|werk, das (Energietechnik): Sonnenkraftwerk.