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Parabolrinnenkraftwerke

Heutzutage wird Solarenergie immer mehr genutzt. Die bekanntesten Anlagen für den gewerblichen Einsatz der Solarthermie sind das Solarkraftwerk und dessen Unterform, das Parabolrinnenkraftwerk. Diese bestehen aus zahlreichen verbundenen und in Reihe errichteten Parabolrinnenkollektoren. Die einzelnen Kollektoren des Kraftwerks arbeiten mit gewölbten Spiegeln, welche das Sonnenlicht in einem Absorberrohr bündeln. Die Geometrie der Spiegel ähnelt somit stark der bei Paradigma Solarkollektoren verwendeten CPC-Spiegel und sorgt für eine ca. 80-fache Konzentration der Strahlungsenergie auf die Röhre mit Absorber im Zentrum der Rinne. Derzeit gehören Parabolrinnen-Kraftwerke zu den leistungsfähigsten und wirtschaftlichsten Konzepten unter den Solarthermie-Kraftwerken.

Parabolrinnenkraftwerk für Solarstrom
Parabolrinnenkraftwerk Andasol in Spanien / © Solar Millenium AG

Funktionsprinzip der Solarkraftwerke

Das Parabolrinnenkraftwerk zum industriellen Einsatz der Solarthermie dient der Erzeugung von Solarstrom und funktioniert im letzten Schritt wie ein herkömmliches Dampfkraftwerk. Dampfkraftwerke erhitzen durch eine Wärmequelle Wasser zu Dampf, ehe dieser durch einen Generator (Gleich-) Strom erzeugt. Der Clou an solarthermischen Kraftwerken, wie den Parabolrinnenkraftwerken ist jedoch, dass die zuvor benötigte Energie nicht durch einen fossilen Brennstoff wie Öl oder Kohle, sondern in umweltfreundlicher Form durch die Sonne und Solarenergie bereitgestellt wird. Herkömmliche dampfbasierte Kraftwerke sind dagegen auf die regelmäßige Anlieferung und Zukauf von Brennstoff angewiesen. Neben schädlichen CO2-Emissionen verursacht diese Vorgehensweise schwer zu kalkulierende Betriebskosten durch den fortwährende Veränderungen der Energiepreise des eingekauften Brennstoffs.

Spiegel bündeln das Sonnenlicht
Parabolrinnenkraftwerke Prinzip: Nachführung der CPC Spiegel zur Sonne

Ausrichtung und Größe

Je nach Bautyp beträgt die Länge der Parabolrinnenkollektoren 20 bis 150 Meter. Nachdem die Sonnenstrahlung im Absorberrohr gebündelt wurde, wird diese direkt in Wärme umgewandelt. Im Anschluss wird diese Wärme an ein anderes Medium wie beispielsweise Wasser abgegeben. Zumeist ist das Wärmemedium, die Solarflüssigkeit, allerdings ein spezielles Thermoöl. Parabolrinnen sind in der Herstellung relativ kostspielig und werden daher zumeist nur einachsig gebaut. Einige Varianten werden auch zweiachsig konstruiert. Diese werden stets nach Norden bzw. Süden ausgerichtet, wodurch der Sonnenverlauf von Ost nach West optimal ausgenutzt werden kann. Nachdem das Thermoöl erhitzt wurde, wird eine Turbine über einen herkömmlichen Dampfkreislauf angetrieben. Die Turbine kann im Anschluss einen herkömmlichen Generator antreiben um Ökostrom zu erzeugen.

Wirkungsgrade

Der Wirkungsgrad solcher Kraftwerke auf Basis der Parabolrinnen-Technik liegt bei der heute eingesetzten Technologie in der Regel bei ca. 14 Prozent im Jahresmittel. Bei höherer Sonneneinstrahlung in den Sommermonaten steigt der Wirkungsgrad der Solarkraftwerke sogar bis zu 20 Prozent. Die Effizienz aus energetischer Sicht liegt bei Parabolid-Kraftwerken somit etwas niedriger als bei anderen Formen der solarthermischen Stromerzeugung, wie etwa einem Solarturmkraftwerk. Hierbei werden durch die Bündelung des Sonnenlichts einer großen Fläche auf einen zentralen Receiver höhere Temperaturniveaus und somit höhere Wirkungsgrade erreicht. Parabolrinnen-Kraftwerke stellen jedoch derzeit noch die kostengünstigere Lösung dar: Sie erreichen im Vergleich, zu den solarthermischen Pendants auf Turm-Basis niedrigere Kosten für die solare Stromerzeugung; umgerechnet auf den Preis pro erzeugter Kilowattstunde. Aufgrund des ausgeglichenen Verhältnisses zwischen solarem Wirkungsgrad und Installationskosten scheinen Kraftwerke mit Parabolid-Technologie auch bei der Realisierung des ehrgeizigen DESERTEC-Projekts die Nase vorn zu haben. 

Solare Wärme oder Strom?

Mit einem Parabolrinnenkraftwerk kann sowohl Wärme als auch Strom erzeugt werden. Eine Solaranlage ist allgemein betrachtet eine technische Anlage, welche Sonnenenergie in Solarenergie umwandelt. Diese Solarenergie kann entweder in Wärme, Strom oder mechanische Kraft umgewandelt werden. Unter einem Solarkraftwerk wird eine größere Anlage verstanden, mit welcher Sonnenenergie in elektrische Solarenergie umgewandelt wird. Das Solarkraftwerk ist keinesfalls mit einem Parabolrinnenkraftwerk zu verwechseln, sondern steht vielmehr für einen Oberbegriff zur energetischen Nutzung der Solarenergie (Fachbegriff: Solarthermie). Solarkraftwerke können auf der Parabolrinnentechnik basieren, jedoch bestehen weitere Kraftwerks- Konzepte, wie beispielsweise das Solarturmkraftwerks oder thermischen Stromerzeugern auf der Basis von Fresnelkollektoren.

Die Geschichte der Parabolrinnenkraftwerke

Das Parabolrinnenkraftwerk besitzt eine äußerst lange Historie und ist natürlich eng an die Geschichte der Solarthermie gekoppelt. Die Menschheit hegte bereits seit Jahrzehnten den Wunsch, Solarenergie effizient zu nutzen. Im Jahr 1912 wurden Vorgänger des Parabolrinnenkraftwerk zur Dampferzeugung in Ägypten eingesetzt. Hier wurde eine 45 Kilowatt-Dampfmotorenpumpe verwendet. Dieses Parabolrinnenkraftwerk erzeugte nach heutigem Maßstab allerdings nur wenig Solarenergie. Die Kollektoren besaßen eine Länge von 62 Metern. Im Jahr 1916 förderte der Deutsche Reichstag die Verwendung des Parabolrinnenkraftwerks mit 200.000 Reichsmark. Das für Afrika geplante Projekt zur Erzeugung von Solarenergie wurde aufgrund des Ersten Weltkrieges und der zunehmenden Verwendung von Erdöl allerdings nicht umgesetzt. Im Jahr 1977 wurde das geniale Konzept des Parabolrinnenkraftwerks quasi wiederentdeckt. In den USA wurden zu dieser Zeit die ersten Prototypen installiert. Im Jahr 1981 zog Europa nach, indem der Bau eines Solarkraftwerks mit einer Leistung 500 Kilowatt in Spanien vorangetrieben wurde.

 

Entwicklung in der jüngeren Geschichte

Im Laufe der Zeit wurde die Technik und Funktionsweise von Parabolrinnenkraftwerken immer beliebter. Solarenergie kann heutzutage sehr effizient genutzt werden. Der erste kommerzielle Betrieb eines vollwertigen Parabolrinnenkraftwerks fand im Jahr 1984 in den USA statt. Mittlerweile besitzen die südkalifornischen Parabolrinnenkraftwerke eine Gesamtleistung von 354 MW. Im Sommer 2007 wurde die Nutzung von Solarenergie auch in Nevada immer häufiger diskutiert. Dort befindet sich nun eine Anlage mit einer Leistung von 64 Megawatt. Insbesondere Deutschland ist im Bereich der Solarenergie führend. Die deutsche Firma Schott AG aus Mainz beliefert weltweit alle Parabolrinnenkraftwerke mit Absorberröhren. Die Dampfturbinen werden von dem Unternehmen Siemens geliefert. Heutzutage ist das Parabolrinnenkraftwerk in der Solarthermie ebenso bedeutend wie das Solarkraftwerk auf Turmbasis. Die Solarkraftwerke werden daher in der jüngeren Geschichte als echte Alternative zu konventionellen Kraftwerken verstärkt genutzt. und geplant. Die Effizienz von Solarkraftwerkern hängt jedoch in besonderen Maße von der Stärke der Sonneneinstrahlung oder Globalstrahlung ab. Da bestimmte Formen von Solarwärmekraftwerken, wie das Solarturmkraftwerk, äußerst hohe Wirkungsgrade besitzt, können diese allerdings auch in sonnenarmen Ländern abseits der Wüstenregionen Verwendung finden. Bei Konzepten wie dem Fallwindkraftwerk oder dem Aufwindkraftwerk ist man hingegen auf möglichst trockene und sonnenreiche Regionen angewiesen.

Solar Lexikon