Solarthermische Kraftwerke

Sonnenkollektoren sind nicht die einzige Möglichkeit der thermischen Sonnennutzung. Wenn sie auch in Gegenden wie der Schweiz weniger interessant sind, könnten solarthermische Grosskraftwerke in subtropischen Gebieten dereinst eine beträchtliche Bedeutung erlangen.

Will man mit Solarthermie Strom erzeugen, müssen jedoch höhere Temperaturen erreicht werden, als dies mit Flachkollektoren möglich ist. Dazu muss die einfallende Sonnenstrahlung durch Spiegel oder Linsen konzentriert werden, ehe sie auf den Absorber gelenkt wird; man spricht von konzentrierenden Kollektoren. Dabei können Temperaturen von mehr als 1'000 C erreicht werden. Für die Stromerzeugung genügen bereits Temperaturen, wie sie zur Dampferzeugung üblich sind.

Allerdings wird die Solarthermie im Hochtemperaturbereich bislang nur vereinzelt genutzt. Nach Ansicht von Experten bieten aber zum Beispiel die Länder des Mittelmeerraums und anderer sonnenreicher Gebiete gute Voraussetzungen für die Errichtung von solarthermischen Kraftwerken.

Bereits heute werden solche Anlagen mit Erfolg betrieben. Bei den solarthermischen Kraftwerken werden verschiedene Typen unterschieden (s.u.).

Langfristig könnten nach Meinung von Experten solarthermische Grosskraftwerke in Wüstenregionen wesentlich zur Energieproduktion beitragen. In Form von Wasserstoff, möglicherweise wichtigster Zukunfts-Energieträger, liesse sich die Energie in die ganze Welt verteilen. Diese Grossprojekte sind selbstverständlich nicht unumstritten. Zudem müssten die ökologischen Konsequenzen solcher Anlagen ausgelotet werden.

Das Turmkraftwerk besteht aus einem von Heliostaten umgebenen Turm. Heliostaten sind bewegliche, computergesteuerte Spiegelflächen, welche der Sonne exakt nachgeführt werden und das Sonnenlicht auf den Absorber oben am Turm reflektieren. Im Absorber wird eine Wärmeträgerflüssigkeit zum Verdampfen gebracht; sie produziert mittels einer Dampfturbine Strom.

Temperaturen bis zu 1'200 C erzielt man mit Turmkraftwerken. Bei ihnen wird ein ganzes Feld von Spiegeln auf einen Brennpunkt ausgerichtet, in dem sich der zentrale Absorber mit dem zu erhitzenden Medium befindet. Demonstrationsanlagen wurden bisher in Spanien, Japan, Frankreich, Italien und den USA errichte

Farmkraftwerke verdanken ihren Namen dem Einsatzort auf amerikanischem Farmgelände. Sie bestehen aus speziellen Sonnenkollektoren, die das Sonnenlicht mit runden Spiegeln (Trögen) fokussieren und das Übertragungsmedium (Öl) erhitzen. Damit kann man Wasser verdampfen lassen und in Turbinen Strom produzieren. Bei grossen Farmanlagen sind die Kollektoren über eine große Fläche verteilt.

Die bei Farmanlagen verwendeten Rinnenkollektoren bestehen aus langen, rinnenförmigen Hohlspiegeln, in deren Brennpunkt sich ein Absorberrohr befindet, wo sich ein Trägermedium auf etwa 400 C erhitzt. Die einzelnen Rinnenkollektoren sind durch Sammelleitungen verbunden, die das Absorbermedium einem Wärmetauscher zuführen, in dem Wasser verdampft wird. Der Rest ist konventionelle Technik wie bei einem Wärmekraftwerk zur Stromerzeugung. Im sonnenreichen Kalifornien sind bereits etliche solcher Anlagen zur Stromerzeugung erbaut worden, die insgesamt 350 MW elektrische Leistung liefern.

Dish-Stirling-Anlagen sind fokussierende Spiegel mit einem Durchmesser von einigen Metern; sie werden der Sonne nachgeführt und konzentrieren die Strahlen auf den im Brennpunkt montierten Stirling-Motor. Der Stirling-Motor wandelt die Wärmeenergie direkt in mechanische Arbeit. Dish-Stirling-Anlagen sind als Kleinanlagen für die dezentrale Energieversorgung, namentlich für den Ersatz von kleinen Dieselgeneratoren, interessant.

Den höchsten Wirkungsgrad erreichen konzentrierende Kollektoren, bei denen der Absorber im Brennpunkt eines Parabolspiegels liegt. Wird der Absorber unmittelbar mit einem so genannten Stirling-Motor und dieser mit einem Generator zur Stromerzeugung gekoppelt, lässt sich mit einem Parabolspiegel von 17 m Durchmesser eine elektrische Leistung von 50 kW erzielen.