Solartürme gibt es in kreativen architektonischen Varianten.

Trendreport Solarthermie

 25.05.2011,

Wer in Deutschland Solarkraftwerke sieht, sieht meist Photovoltaik. Doch global gesehen hat die Nutzung der Sonnenwärme weitaus mehr Potenzial. Höherer Wirkungsgrad und einfache Speichermöglichkeiten sind die Vorteile. Eine Übersicht.

Auch heute noch wird die olympische Fackel mit einem Hohlspiegel entzündet, ein deutliches Zeichen, dass Menschen schon in der Antike über Solarthermie Bescheid wussten. Das Prinzip ist einfach: Mittels Spiegeln oder Optiken wird das einfallende Sonnenlicht so sehr gebündelt, dass es im Fokus nicht mehr nur warm, sondern sehr heiß wird. Diese Hitze kann in einem geeigneten Medium gesammelt, transportiert und genutzt werden – entweder direkt als Prozess- und Heizwärme oder nach Umwandlung per Kraftwerksturbine als Strom.

Was sich so schön anhört hat natürlich auch Kehrseiten. Während Photovoltaikmodule selbst bei Bewölkung und diffusem Licht noch recht ordentlich Strom produzieren und flächige Solarthermieeinheiten zumindest noch ein wenig Wärme abwerfen, brauchen konzentrierende Solarthermieanlagen sichtbare direkte Sonne. Nur bei blauem Himmel kann die Strahlung auf einen Punkt oder eine Linie fokussiert werden.

Außerdem: Die Systeme müssen der Sonne stets möglichst exakt nachgeführt werden. Die Erde dreht sich erstaunlich schnell unter der Sonne durch und schon nach wenigen Minuten fokussiert der Spiegel die Strahlen neben die Kollektoren. Das erfordert neben einer zuverlässigen Antriebstechnik auch eine entsprechende Logik und Steuerungstechnik. Die Ansätze sind dabei unterschiedlich. Es gibt derzeit die so genannte astronomische Nachführung, bei der die Steuerung rein aufgrund der geographischen Position der Anlage, dem Datum und den daraus errechneten Sonnenständen erfolgt. Hierbei muss die Aufstellung und Ausrichtung der Anlage aber sehr exakt sein, um systematische Fehler zu vermeiden.

Daneben gibt es sensorgeführte Systeme, bei denen die tatsächliche Position der Sonne als Basis genommen wird. Allerdings können Reflexionen hier zu Fehlstellungen führen. Immer häufiger kommen daher auch kombinierte Nachführungen zum Einsatz, bei denen eine astronomische Regelung die Richtung vorgibt und Sensoren an einzelnen Modulen ein Feintuning vornehmen.

In Reihe oder auf den Punkt gebracht

Parabolspiegel konzentrieren das Sonnenlicht auf Receiverrohre. Durch diese fließt ein Transfermedium, das sich durch die Strahlungseinwirkung erhitzt.

Die derzeit bewährtesten Anlagen sind Parabolrinnenkraftwerke. Derartige Anlagen wurden als Folge der Ölkrise bereits zwischen 1984 und 1991 in der kalifornischen Mojave-Wüste mit einer Gesamtleistung von etwa 350 MW aufgebaut. Seit 2004 werden solche Anlagen nun auch in Spanien und anderen Teilen der Welt vermehrt errichtet. Lange, in Nord-Süd-Richtung ausgerichtete Parabolwannen bündeln das Licht in speziellen Kollektorrohren, um ein Fluid auf etwa 400° C zu erhitzen. Die Parabolrinnen werden dabei einachsig der Sonne nachgeführt. Die Energie kann dann über klassische Dampfturbinen-Kraftwerkstechnik in Strom gewandelt werden. In der Nähe von Industrieanlagen kann Prozesswärme ohne Wandlungsverluste direkt abgeführt werden. Eine gewisse Grundlastfähigkeit erreichen Solarthermie-Kraftwerke dadurch, dass überschüssige Wärme in speziellen Wärmespeichern, etwa auf Basis von flüssigem Salz, vorgehalten werden und die Turbine so auch nachts betrieben werden kann.

Solartürme gibt es in kreativen architektonischen Varianten.

Weitere Konzepte arbeiten mit einer Vielzahl einzeln zweiachsig verstellbarer Spiegel (Heliostate), die alle zusammen auf den selben Punkt fokussieren und dort sehr hohe Temperaturen (über 1000° C) erzeugen, so genannte Solarturm-Kraftwerke. Das erhöht den termodynamischen Wirkungsgrad. Auch kompaktere Paraboloid-Anlagen im Stile einer beweglichen Satellitenschüssel (Dish-Stirling, mit direkter Stromerzeugung per Stirling-Motor) oder Konzepte mit mehreren einachsig nachgeführten Spiegeln nach dem Fresnel-Prinzip sind in Erprobung.

Marktentwicklung solarthermischer Kraftwerke

Im Vergleich zu Photovoltaikanlagen bietet die Solarthermie einen höheren Wirkungsgrad. Und während sich erstere besser für die dezentrale Energieerzeugung in niedrigeren Leistungsbereichen oder bei häufiger Bewölkung anbieten, können mit der Solarthermie in sonnigen Regionen auch Großkraftwerke bis 250 MW realisiert werden. Da für Parabolrinnenkraftwerke bereits Bau- und Betriebserfahrungen vorliegen und auf bewährte Kraftwerkstechnik zurückgegriffen werden kann, werden Kosten kalkulierbar.
Derzeit ist eine rasante Entwicklung beim Ausbau solarthermischer Energieerzeugung zu verzeichnen. In der spanischen Provinz Granada sind drei Parabolrinnenkraftwerke am Netz, die je 50 MW liefern und über einen thermischen Speicher sieben Stunden auch ohne Sonne Strom liefern können. Bis 2013 sollen in Spanien über 2,2 GW Solarthermieleistung ans Netz gehen. Auch für die USA wird ein deutlicher Ausbau der solarthermischen Stromerzeugung erwartet, laut der Deutschen Energie-Agentur Dena sollen dort Projekte mit über 10 GW in Planung und Bau sein. Doch selbst in nicht so sonnenverwöhnten Ländern wie Deutschland kann sich Sonnenwärme lohnen. Erste Anlagen, bei denen auf dem Fabrikdach anstelle von Photovoltaikmodulen Parabolrinnen stehen, sind in Betrieb. Sie helfen, die Prozesswärmekosten zu kontrollieren, auch wenn sie bei uns die fossile Heizung nicht gänzlich ersetzen können.

Autor: Wolfgang Kräußlich, Leitender Chefredakteur


 

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