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Solarthermische Kraftwerke

Über diesen Artikel

Lesezeit

3 Minuten

Veröffentlichung

30.12.2021

Letztes Update

30.12.2021

  • Wiki
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  • Solarthermische Kraftwerke

 

Aufbau, Arten und geeignete Standorte für solarthermische Kraftwerke

Inhalt des Wiki-Artikels

Solarthermische Kraftwerke nutzen die Sonnenstrahlung, um in einem ansonsten konventionellen Kraftwerksprozess Strom zu erzeugen. Im Englischen werden solche Kraftwerke CSP plant genannt, die Abkürzung CSP steht für Concentrating Solar Power. In Deutschland sind für solarthermische Kraftwerke auch die Begriffe Sonnenwärmekraftwerke und thermische Solarkraftwerke geläufig.

Funktion und Aufbau eines solarthermischen Kraftwerks

Ein solarthermisches Kraftwerk funktioniert wie ein konventionelles Kraftwerk, mit dem Unterschied, dass statt eines Brennstoffs konzentrierte Sonnenstrahlung zur Energieerzeugung eingesetzt wird. Das Sonnenlicht wird über ein Spiegelsystem gebündelt. Es gibt verschiedene Spiegelsysteme, nach ihnen werden solarthermische Kraftwerke in diverse Arten eingeteilt. Die Spiegel bündeln das Sonnenlicht auf einen Strahlungsempfänger und erhitzen ein Wärmeträgermedium, vorwiegend wird Thermoöl genutzt.

Mit Hilfe der Wärme wird Dampf produziert, der eine Turbine antreibt. Diese ist mit einem Generator verbunden, der die kinetische Energie in Strom umwandelt. Solarthermische Kraftwerke verfügen in der Regel über einen integrierten Wärmespeicher, so dass Strom zu den Zeiten, in denen Bedarf besteht, produziert werden kann. Besonders effizient ist diese Art der Stromerzeugung in trockenen und heißen Regionen, auf die Sonnenlicht mit einem hohen Anteil an Direktstrahlung trifft.

Solarthermische Kraftwerke können längere Zeiten mit geringer Sonneneinstrahlung mittels einer Zusatzfeuerung überbrücken. Dabei kommen entweder erneuerbare oder fossile Brennstoffe zum Einsatz. Heutige Sonnenkraftwerke verfügen über Nennleistungen zwischen 50 und 200 Megawatt (MW), denn Dampfturbinen können erst ab einer gewissen Größe wirtschaftlich betrieben werden. Den entscheidenden Unterschied zwischen einem konventionellen Dampfkraftwerk und einem thermischen Solarkraftwerk macht das Solarfeld des Letzteren aus.

Die verschiedenen Arten solarthermischer Kraftwerke

Das Grundprinzip aller solarthermischen Kraftwerke ist gleich, sie unterscheiden sich aber hinsichtlich des Aufbaus der Sonnenkollektoren. Gängig sind bei konzentrierenden solarthermischen Kraftwerken die drei folgenden Arten:

  • Parabolrinnenkraftwerk
  • Kraftwerk mit Fresnel-Kollektoren
  • Solarturmkraftwerk

Parabolrinnenkraftwerke

Parabolrinnenkraftwerke sind die Art solarthermisches Kraftwerk, die bislang am häufigsten realisiert wurde. Parabolrinnen sind einachsige, halbrunde Spiegelrinnen, die mit Hilfe eines hydraulischen Antriebs der Sonne nachgeführt werden. Sie sind bis zu 200 Meter lang und bis zu sieben Meter breit. Das Sonnenlicht wird auf ein in der Brennlinie verlaufendes Absorberrohr fokussiert, durch das Thermoöl fließt, das die Wärme aufnimmt und weiterleitet.

Kraftwerke mit Fresnel-Kollektoren

Fresnel-Kollektoren ähneln Parabolrinnen, es gibt aber einen wesentlichen Unterschied: Bei solarthermischen Kraftwerken mit Fresnel-Kollektoren ist das Absorberrohr an einem festen Ort installiert. Geläufig ist auch die Bezeichnung Linear-Fresnel-Kollektoren. Die Konzentratortechnologie besteht aus horizontal angeordneten, langgestreckten und konkav gewölbten Spiegeln, die einzeln der Sonne nachgeführt werden. Fresnel-Kollektoren sind auch für die Aufstellung auf Flachdächern geeignet. Ein weiterer Vorteil der Technologie ist, dass sie im Vergleich zu den anderen Arten der solarthermischen Kraftwerke kostengünstig ist. Ein Nachteil des Kraftwerks mit Fresnel-Kollektoren ist, dass der optische Wirkungsgrad geringer ausfällt als beispielsweise bei einem Parabolrinnenkraftwerk.

Solarturmkraftwerke

Bei Solarturmkraftwerken ist der zentrale Strahlungsempfänger auf einem Turm angebracht. Die Solarstrahlung wird von sogenannten Heliostaten zum Empfänger gelenkt. Dabei handelt es sich um zweiachsig nachgeführte Spiegel, ein Heliostat ist bis zu 200 Quadratmeter groß. Kommerzielle Solarturmkraftwerke verfügen über Tausende Heliostaten, die kreisförmig oder im Halbkreis um den Solarturm angeordnet sind.

Als Wärmeübertragungsmedium wird bei Solarturmkraftwerken meist Flüssigsalz genutzt, aber es kommen auch Wasser / Dampf oder Luft zum Einsatz. Diese Art solarthermisches Kraftwerk konzentriert die Sonne derart stark, dass am Strahlungsempfänger Temperaturen bis zu 1000 °C erreicht werden können. Üblicherweise werden Solarturmkraftwerke abhängig vom eingesetzten Wärmeträgermedium aber bei einer Temperatur zwischen 300 °C und 700 °C betrieben.

Gibt es solarthermische Kraftwerke in Deutschland?

Der wirtschaftliche Betrieb von solarthermischen Kraftwerken ist nur in sonnenreichen Regionen möglich. Geeignete Bedingungen herrschen zwischen dem jeweils 35. nördlichen und südlichen Breitengrad, also beispielsweise in:

  • Südeuropa
  • Afrika
  • Zypern
  • USA
  • Chile (Atacamawüste)

Deutschland ist aufgrund seiner meteorologischen Bedingungen kein geeigneter Standort für solarthermische Kraftwerke, der Anteil an Direktstrahlung ist zu gering. Als Entwicklungs- und Unternehmensstandort hat Deutschland allerdings Bedeutung im Hinblick auf thermische Solarkraftwerke. Auf dem Gebiet gehören deutsche Forschungseinrichtungen und Unternehmen zu den weltweit führenden. Deutschland exportiert technologische Komponenten in andere Länder, wo sie in solarthermischen Kraftwerken Verwendung finden.

Bedeutung der Solarthermie für die Energiewende

Deutschland hat sich zum Ziel gesetzt, Klimaneutralität zu erreichen. Bislang werden vor allem im Verkehrssektor und bei der Wärmeerzeugung noch überwiegend fossile Energieträger genutzt, die Emissionen verursachen. Diese müssen ersetzt werden, wenn Deutschland sein Ziel erreichen will. Es ist deshalb damit zu rechnen, dass in der Zukunft Energieimporte erforderlich sind, etwa aus sonnenreichen Regionen, wo reichlich Energie aus der Solarstrahlung gewonnen werden kann. Beispielsweise kann der mit Hilfe eines solarthermischen Kraftwerks gewonnene Strom in flüssige oder gasförmige Energieträger überführt werden, die dann nach Deutschland transportiert werden können.

Zudem sind solarthermische Kraftwerke gut für die Sektorkopplung geeignet, da sie Wärme auf unterschiedlichen Temperaturniveaus erzeugen, speichern und bei Bedarf wieder abgeben können. Die Technologie bietet vor allem für den Industriesektor ein großes Potenzial. Den Temperaturbereich bis 400 °C, der mehr als die Hälfte des industriellen Wärmebedarfs weltweit ausmacht, können Parabolrinnenkraftwerke und solarthermische Kraftwerke mit Linear-Fresnel-Kollektoren abdecken. Auf diese Weise tragen solarthermische Kraftwerke ihren Teil zum Gelingen der Energiewende bei.

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