Handwerker suche
Fachbetriebe in Ihrer Region

Paradigma arbeitet mit 900 ausgewählten Fachbetrieben für Heizungen und Solar zusammen. Finden Sie Ihren kompetenten Paradigma Partner vor Ort.

Solarturmkraftwerk

Solarturmkraftwerke sind technische Anlagen, die in industriellem Maßstab aus Solarenergie primäre Wärmeenergie erzeugen. Diese Wärmeenergie wird anschließend meist in elektrische Energie umgewandelt. Ein Solarturmkraftwerk nimmt die Direkteinstrahlung der Sonne über Reflektoren auf, die diese Strahlung dann in einem Brennpunkt, dem Receiver oder Absorber fokussieren. In einer übergeordneten Systematik gehört das Solarturmkraftwerk zu den solarthermischen Kraftwerken, die gemeinsam mit den thermischen Solaranlagen in den Bereich der direkten und aktiven Nutzung der Solarenergie gehören. Ein Solarturmkraftwerk unterscheidet sich von einem Photovoltaik Solarkraftwerk, das die Solarenergie direkt in elektrischen Storm transformiert. Ein Solarturmkraftwerk erzeugt hingegen durch die Umwandlung von Solarenergie in Wärmeenergie Wasserdampf. Dieser Wasserdampf treibt dann Turbinen an, die über angeschlossenen Generatoren schließlich umweltfreundlichen Ökostrom erzeugen.

Solarturmkraftwerk
Solarturmkraftwerk in Jülich
Spiegel-Anordnung am Solarturmkraftwerk
Blick von Receiver auf die Spiegel
Solarthermie Turm zur Stromerzeugung
Solarturmkraftwerk in Almeria, Spanien

Bildnachweis: Solarturmkraftwerk in Almeria, Spanien und Jülich, Deutschland © Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt  » DLR

Solarturmkraftwerke als Variante solarthermischer Kraftwerke

Die Physikalische Voraussetzung für ein Solarturmkraftwerk ist die Umwandlung der elektromagnetischen Strahlung der Sonne (Solarenergie) in Wärmeenergie. Die Sonne gibt ihre Strahlungsenergie aber nicht konstant, sondern in Strahlungsquanten, so genannten Photonen ab. Treffen diese Energieträger der elektromagnetischen Strahlung auf einen Körper, werden sie entweder reflektiert oder absorbiert. Bei der Absorption versetzten die Photonen die Atome des Körpers in Schwingung und Wärme entsteht. Dieser Physikalische Prozess ist die Grundlage jeder Anwendung in der Solartechnik Solarthermie, die Nutzung der so umgewandelten Energie obliegt einem Solarkraftwerk.

Eine weitere entscheidende Voraussetzung für ein Solarkraftwerk wie das in Jülich, ist die Verfügbarkeit der Solarenergie. Die auf der Erde theoretisch verfügbare Solarenergie gibt die Solarkonstante an (~1350 Watt pro Quadratmeter). Die Solarenergie wird durch die Atmosphäre teilweise ungehindert durchgestrahlt, teilweise aber reflektiert und absorbiert. Jene Strahlung, die auf der Erdoberfläche noch auftrifft, wird als Globalstrahlung bezeichnet. Sie besteht aus direkter und diffuser Strahlung. Auf dem Gebiet der Bundesrepublik Deutschland stehen auf Grund dieser atmosphärischen Einflüsse und der geographischen Lage (Einfluss des geographischen Breitengrads auf den solaren Ertrag von Solaranlagen) im Durchschnitt rund 1.000 kWh/ Quadratmeter Solarenergie pro Jahr zur Verfügung.

Ein Solarkraftwerk ist eine willkommene und notwendige Alternative zu traditionellen Formen der Energieerzeugung. In der Vergangenheit wurde zur thermischen Stromerzeugung meist Öl, Gas oder Kohle verwendet. Doch die fossilen Brennstoffe sind einerseits begrenzt, andererseits belasten sie die Umwelt durch Schadstoffemissionen, das Klima durch den Ausstoß von Treibhausgasen (s. Diskussion um den Klimawandel). Deshalb sind heute alternative Energiequellen oder erneuerbare Energien gesucht, die Wärmeenergie ohne Schadstoffproduktion offerieren.

Solar-Receiver
Reveiver des Solarkraftwerks in Jülich © DLR

Solarturmkraftwerke in der Praxis

Ein Solarkraftwerk, das als Solarturmkraftwerk errichtet wird, ist inzwischen neben dem Parabolrinnenkraftwerk ein weiterer, technisch ausgereifter Anlagentypus, der aus Solarenergie wirtschaftlich Solarstrom erzeugen kann. Europas erstes kommerzielles Solarturmkraftwerk wurde 2006 in der Nähe von Sevilla in Spanien aufgebaut. Es löste das bisher weltweit größte Solarkraftwerk dieser Bauart in Kalifornien ab. Bis 2008 ist in einer zweiten Ausbauphase ein weiteres Solarturmkraftwerk mit größerer Leistung entstanden. Das Solarkraftwerk verfügt inzwischen über eine Kapazität oder Leistung von rund 20 MW.

Seit Juli 2006 wurde in Jülich (s. Grafik) ein Solarkraftwerk errichtet, das als solarthermisches Demonstrations- und Versuchskraftwerk im Januar 2009 den Testbetrieb mit einer Leistung von 1,5 MW aufgenommen hat. Das Solarturmkraftwerk in Jülich entstand als Projekt des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) und verwendet Luft als Solarmedium. Der Solarturm arbeitet bei Temperaturen zwischen 600 und 800 ° Celsius. Um die Effizienz der Solarenergie - Nutzung bei diesem solaren Turmkraftwerk zu steigern. wird versucht, die Leistungsschwankungen, die sich aus der Variabilität der Sonneneinstrahlung ergeben, über neuentwickelte Wärmespeicher zu kompensieren. Im Bedarfsfall kann dieses Solarkraftwerk, bzw. der angeschlossene Generator, auch mit Biomasse betrieben werden. Mit Hilfe der Solarturmkraftwerk-Technologie lässt sich überdies aus Solarenergie auch auf umweltfreundliche Art und Weise Wasserstoff erzeugen, welcher neben der Verstromung und Wärmegewinnung auch der Mobilität zukünftiger Autoflotten zur Verfügung stehen könnte.

Im spanischen Almeria stehen zwei Solarturmkraftwerke, die verschiedene Receivertypen testen. Das Solarkraftwerk CESA-1 und das Solarkraftwerk SSPS-CRS erbringen eine Leistung von 7 MW bzw. 1,2 MW.

Solar One Solarturmkraftwerk von 1982
Solar One Pilotanlage in Barstow

Optischer Wirkungsgrad berechnen

Mit den nachfolgenden Parametern lässt sich ganz einfach anhand eines Beispiels der optische Wirkungsgrad berechnen. Eines der ersten Solarturmkraftwerke in der Geschichte der Solarthermie war die Pilotanlage "Solar One" in Barstow. Parameter:

1818 einzelne Heliostaten mit je 39,3 m2 Spiegelfläche bündeln das Licht auf den Receiver in Höhe von 91 m. Die Anlage leistet bei 800 W/m2 Einstrahlung 10 MegaWatt. Wie hoch ist der Wirkungsgrad von Solar One?

Lösung:

17,45 %

Anmerkung: Für eine bessere Wirtschaftlichkeit wird eine Leistung von 30 MW aufwärts empfohlen.

 

 

DESERTEC: Solarthermie für Wüstenstrom

Die ambitionierten Pläne zur Gewinnung von solarem Wüstenstrom aus der Sahara durch das DESERTEC-Projekt basieren größtenteils auf dem Einsatz des aus technischer Sicht einfacher zu realisierenden Konzept des Parabolrinnenkraftwerks. Diese bündeln jedoch per Spiegel ihre Sonnenstrahlen nicht auf einen einzigen Receiver im Mittelpunkt der Anlage und erzielen im Vergleich zur Turmbauweise weitaus geringere Temperaturen. Bezüglich der thermischen Effizienz und Leistungsausbeute bezogen auf die benötigte Fläche sind Solartürme im Vergleich zu Parabolrinnen-Solaranlagen derzeit überlegen. Hinsichtlich der Kosten pro erzeugtes Megawatt an Solarstrom hat die Rinnentechnologie jedoch momentan noch die Nase vorn, da insbesondere derzeit die Errichtung und Konstruktion der Solarthermie-Anlagen deutlich weniger Kosten verursachen. Für die Pläne des DESERTEC-Projekts wird daher derzeit die Parabolid- Solartechnologie favorisiert. Eine Realisierung von Desertec anhand einer weiteren technologischen Alternative, dem Aufwindkraftwerk, wird in der solaren Fachwelt derzeit ebenfalls ausgeschlossen, zumal sich einige Initiatoren des Projekts inzwischen von DESERTEC verabschiedet haben und die generelle Umsetzung derzeit fraglich erscheint. Ebenso spielt das Fallwindkraft als solarthermisches Konzept meist keine Rolle.

Solar Lexikon