Solarthermie-Kraftwerke

Solarthermie-Kraftwerke

 

Solarthermische Kraftwerke erzeugen Strom, wie die photovoltaischen auch. Doch während die Solarzellen elektrische Energie direkt aus der Sonnenstrahlung erzeugen, gehen Solarthermie-Kraftwerke den Weg über Wärme und Dampf. Sie konzentrieren die Sonnenstrahlen und erzeugen mit der gewonnenen Wärme Dampf, der dann eine Turbine mit Generator antreibt und auf diese Weise Strom erzeugt.

 

Mit den Niedertemperatur-Solaranlagen haben sie den ersten Arbeitsschritt gemeinsam, nämlich die eingefangene Sonnenenergie in Wärme umzuwandeln. Doch während im Bereich der niedrigen Temperaturen einfache Kollektoren zum Erwärmen von Brauchwasser genügen, sind im Hochtemperaturbereich viel aufwendigere Systeme zur Absorption und Umwandlung der Solarenergie nötig. Zur Konzentration der Lichtstrahlen braucht man spezielle Konstruktionen, die nur direkt eingestrahltes Licht nutzen können. Für einen optimalen Betrieb sorgen daher teure Nachführungen. Einfache Flachkollektoren hingegen können auch diffuses Licht ausnützen. Dafür lassen sich mit den aufwendigeren Anlagen höhere Temperaturen erzielen und zusätzliche Anwendungen erschließen. Über die Bereitstellung elektrischen Stroms hinaus ist es beispielsweise möglich, sehr hohe Prozesswärme für die Grundstoffindustrie zu liefern.

 

 Solarfarm-Kraftwerke

 

Solarfarmen »ernten« Sonnenenergie auf großen Flächen mit Rinnenkollektoren. Diese bestehen aus lang gestreckten Spiegelsegmenten in parabolischer Form, die das eingefangene Sonnenlicht in ihrem Brennpunkt konzentrieren, der von Röhren durchzogen ist. Die Neigung der Kollektoren lässt sich nach dem Stand der Sonne ausrichten. Ein Wärmeträger, z.B. ein spezielles Öl, durchfließt die Röhren und wird auf rund 400 ºC erhitzt. In einem Wärmetauscher gibt das Öl seine Wärmeenergie ab und Dampf zum Antrieb einer Turbine wird erzeugt. Ein Speicher für das Wärmeträgermedium kann kurze Zeiten ohne Sonnenschein überbrücken. Statt Öl in den Kollektoren zu erhitzen, ist es alternativ möglich und billiger, Wasser zu verdampfen. In den 1980er-Jahren wurden neun Rinnenkollektor-Kraftwerke in der Mojave-Wüste (USA) mit insgesamt 354 MW gebaut.

 

 Solarturm-Kraftwerke

 

Auch Turmkraftwerke brauchen viel Fläche und gehen zusätzlich noch in die Höhe. Eine große Zahl von schwenkbaren, fast ebenen Spiegeln (Heliostaten) wird computergesteuert der Sonne nachgeführt. Alle Spiegel reflektieren die Sonnenstrahlung auf einen einzigen Brennpunkt. Dort nimmt der Absorber, der in der Spitze eines Turmes von etwa 50 m bis 150 m Höhe sitzt, die gebündelte Sonnenstrahlung auf. Solartürme haben eine solche Höhe, damit alle Spiegel dorthin reflektieren können, ohne sich gegenseitig zu behindern.

 

Im Absorber, durch den wiederum das Wärmeträgermedium fließt, lassen sich Temperaturen von mehr als 1000 ºC erzeugen. Der über Wärmetauscher erzeugte Dampf steht unter hohem Druck und treibt eine Turbine an. Die Technik ist komplizierter als bei den Farmkraftwerken mit Rinnenkollektoren, was sich im Preis zeigt. Das derzeit (1998) größte Solarturm-Kraftwerk »Solar Two« in der kalifornischen Mojave-Wüste hat eine elektrische Leistung von 10 MW. Dort sind 1926 Heliostaten kreisförmig um den 104 m hohen Turm in der Mitte angeordnet.

 

 Aufwind-Solarkraftwerke

 

Auch bei diesen Kraftwerken ist die Sonne primärer Energielieferant. Wie in einem Treibhaus fallen ihre Strahlen durch ein transparentes Dach und heizen den darunterliegenden Boden auf, der dann Wärme abgibt. Dadurch erwärmt sich die Luft unterhalb der Abdeckung und steigt nach oben. Die Kaminwirkung eines möglichst hohen Turmes in der Mitte des Daches erzeugt einen kräftigen Aufwind, der eine Windturbine, die sich in dem Turm befindet, antreibt. Die Machbarkeit wurde mit einer Anlage in Spanien, sie hatte eine Turmhöhe von 200 m und eine Leistung von 50 kW, gezeigt. Für große Anlagen zur Stromerzeugung sind Turmhöhen von 1000 m in der Diskussion. Als Standorte kommen Wüsten in sonnenreichen Weltregionen infrage.

 

 Sonnenteiche

 

Salzseen in heißen Gegenden erlauben ebenfalls die Umwandlung solarer Wärme in Strom. Fließt Süßwasser, das eine geringere Dichte als Salzwasser hat, an der Oberfläche einem Salzsee zu, so steigt der Salzgehalt in den ersten Metern mit zunehmender Tiefe stark an. Sonnenlicht wird bevorzugt in diesen tieferen Schichten absorbiert. Das erwärmte Salzwasser kann aber wegen seiner hohen Dichte nicht an die Oberfläche steigen. Das Temperaturgefälle zwischen den Wasserschichten lässt sich mit Wärmepumpen zur Stromerzeugung nutzen.