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 jährliche Energie der Sonneneinstrahlung auf der Erdoberfläche variiert zwischen 700 und 2800 kWh pro m², siehe Bild unten von GHI Solar Map © 2017 Solargis. 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 lineare Konzentratoren, die die Wärme auf ein Rohr mit überhitztem Wasserdampf oder Thermoöl übertragen. Wasserdampf kann die Turbine direkt antreiben, Öl braucht einen Wärmeübertrager. Im Jahre 2013 ist als damals größtes Kraftwerk dieser Art die Solana Station mit einer Leistung von 250 MW in Arizona, USA, 100 km südwestlich von Phoenix, in Betrieb gegangen. Auf einer Fläche von 7 km² befinden sich 3 200 Parabolspiegel mit einer Fläche von insgesamt 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 den realen Strombedarf besser befriedigen. Im Jahre 2014 ging Mojave Solar, ein weiteres 250-MW-Kraftwerk, in Barstow in Kalifornien ans Netz.

 

Das Solarturmkraftwerk empfängt in einer Brennkammer die Sonnenenergie eines großen Reflektorfeldes. Mehr als tausend automatisch gedrehte ebene 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. Das nahe Sevilla in Spanien benachbarte Kraftwerk PS20 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 das auch 2021 noch größte Turm-Solarkraftwerk Ivanpah, in der Mojave-Wüste (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. Das Kraftwerk Noor ist ein Sonnenwärmekraftwerk in Marokko 10 Kilometer nordöstlich der Stadt Ouarzazate. Norr 1 und 2 arbeiten mit Parabolspiegeln, Nor 3 hat einen Turm. Die Gesamtleistung ist seit 2018 mit maximal 510 MW Weltspitze für eine Anlage. Weltweit gibt es bisher über 6 GW installierte Solarthermie-Leistung, Spanien liegt mit reichlich 2 GW an der Spitze.

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: 20.05.2021