Solarthermische Kraftwerke

Solarthermische Kraftwerke nutzen sehr hohe Temperaturen aus besonderen Sonnenkollektoren, um z.B. Strom und Prozesswärme zu gewinnen. Als Standorte für solche Kraftwerke kommen hauptsächlich die trockenen und heißen Zonen der Erde, etwa südlich des 40. Breitengrades in Frage. In diesen Gegenden ist mit einem hohen Anteil direkter Sonneneinstrahlung bis zu 3000 Stunden pro Jahr zu rechnen. In unseren Breiten ist ein Betrieb solarthermischer Kraftwerke nicht sinnvoll, da der Anteil diffuser oder geringer Einstrahlung zu hoch sind. Bisher sind fünf verschiedene Kraftwerkstypen im Einsatz.

Parabolrinnenkraftwerke

Bei dieser Anlage wird das Sonnenlicht durch einen parabolisch gekrümmten rinnenförmigen Hohlspiegel von bis zu 6äm Breite und 100 m Länge auf ein Absorberrohr konzentriert. Das Absorberrohr wird in der Regel von einem temperaturbeständigen synthetischen Öl als Wärmeträgermedium durchströmt und einem Wärmetauscher zugeführt indem Wasser verdampft. Infolge der konzentrierten Sonneneinstrahlung erwärmt sich das Wärmeträgermedium auf etwa 400 °C. Der so erzeugte Dampf wird in einem konventionellen Dampfturbinen-Generator-Kraftwerk in elektrische Energie umgewandelt. Der Wirkungsgrad kann bis zu 21 % betragen, wobei Leistungen bis zu 80 MW möglich sind.

Zur Leistungssteigerung wird die Rinne der Sonne horizontal nachgeführt.

Solarturmkraftwerke

Beim Solarturmkraftwerk wird die Sonnenstrahlung über ein ganzes Feld einzeln zweiachsig nachgeführter Spiegel (Heliostaten) auf die Spitze eines Turmes konzentriert. In der Turmspitze befindet sich der Absorber, der die fokussierte Sonnenenergie in Wärmeenergie umwandelt und an ein Wärmeträgermedium, meist geschmolzenes Salz, abgibt. Die dabei auftretenden Temperaturen können bis zu 1200 °C betragen. Über einen Wärmetauscher erfolgt dann die weitere Verstromung wie in einem konventionellen Kraftwerk. Solarturmkraftwerke arbeiten aufwendiger als Rinnenkollektorsysteme, erzielen aber höhere Leistungen und wegen der höheren Temperaturen auch höhere Wirkungsgrade. Anlagen gibt es in Spanien, Japan, Frankreich, Italien, Russland und in den USA.

Paraboloidkraftwerke

Bei diesen Kraftwerkstyp konzentriert ein zweiachsig nachgeführter Parabolspiegel die Sonnenenergie direkt auf den sich im Brennpunkt befindlichen Absorber. In diesem wird ein Gas auf bis zu 900 °C erhitzt und einem Stirling-Motor oder einer Gasturbine zugeführt. Die erzeugte Leistung liegt bei einigen 10 kW, der solar-elektrische Wirkungsgrad ist mit ca. 30 % der höchste überhaupt. Dieser Kraftwerkstyp eignet sich am besten für die lokale Energieversorgung in Dörfern von Entwicklungsländern.

Aufwindkraftwerke

In Aufwindkraftwerken erwärmt die direkte oder auch diffuse Sonnenstrahlung Luft unter einem Kollektordach aus Glas oder Kunststoff. Die erwärmte Luft strömt zu einem in der Mitte des Kollektordaches stehenden Kamin, in dem sie aufsteigt. Durch die Luftströmung - hervorgerufen durch die Kaminwirkung - werden am Fuß des Kamins Turbinen angetrieben. Durch das große Wärmespeichervermögen der Erde unter dem Kollektordach kann auch nachts Wärme abgegeben und Strom produziert werden. In Australien entsteht eine 200-MW-Anlage, mit einem 1000 m hohen Kamin und einem Kollektordach von 6-7 km Durchmesser.

Fresnel Kollektoren

Vor einigen Jahren wurde ein Kollektor vorgestellt, bei dem die Konzentration aus einzelnen Facetten gerader Spiegel besteht. Das System zeichnet sich durch eine einfache und kostengünstige Bauweise aus und kann auf bis zu mehreren 1000 MW Leistung ausgebaut werden.

Kenndaten Solarthermischer Kraftwerke

• Leistungsbereich: 10 kW bis 200 MW
• Stromkosten: 9 bis 16 Cent/kWh
• Kostenentwicklung: bis 2020 ca. 30 % Kostenreduzierung