Kurs: Technik, Energie und Nachhaltigkeit | OnCourse UB

  • Lektion 4

    • Solarthermische Kraftwerke

      Anders als Sonnenkollektoren arbeiten Solarthermische Kraftwerke mit der Strahlungsbündelung. Da sie ausschließlich in strahlungsintensiven Klimazonen, z.B. Wüstenstandorten, im südlichen Europa oder in Kalifornien gebaut werden, macht die örtliche Wärmenutzung keinen Sinn.

      Aufbau eines Solarkraftwerks

      Solarthermische Kraftwerke produzieren Hochtemperaturen, deshalb sind Wärmeträger und Wärmespeicher auf Wasserbasis, wie sie in Solarkollektoren Verwendung finden, nicht geeignet. Die Hochtemperaturwärme wird in Salzspeichern zwischengespeichert und/oder direkt über eine Dampfturbine in Strom umgewandelt. Für die Speicher werden unter anderem Nitratsalze genutzt. Je nach Salzsorte verflüssigt sich Salz zwischen 130° und 240°C. Salzspeicher sind in flüssiger Form zwischen 300° und 560°C einsetzbar.
      Bisher werden in den Kraftwerken Zwei-Tank-Systeme eingesetzt: Das heißt der erste Salzspeicher mit Flüssigsalz wird über den Wärmeträger beladen (kälterer Tank) und wird somit auf ein höheres Temperaturniveau in der Flüssigphase geführt (wärmerer Tank). Die Salzspeicher ermöglichen über die Dampfturbine eine kontinuierliche Stromproduktion auch während der Nacht. Die bisher in solarthermischen Kraftwerken verwendeten Zwei-Tank-Speichersysteme fassen zumeist rund 28.500t und können rund 1.000 MWh Wärme speichern (vgl.: Hermann 2013).



      Solarthermische Kraftwerke

      Es wird unterschieden:

      Solarfarmkraftwerke sammeln die Wärme in vielen über die Fläche verteilten Absorbern, meist in einer Linie in Nord-Süd-Richtung (auch Linienkonzentratoren genannt). 

      Parabolrinnenkollektoren bestehen aus gewölbten Spiegeln, die das Sonnenlicht auf ein in der Brennlinie verlaufendes Absorberrohr bündeln. Dort wird die konzentrierte Sonnenstrahlung in Wärme umgesetzt (Erhitzung auf 400°C) und an ein zirkulierendes Wärmeträgermedium, dem Thermoöl, abgegeben. Die Rohre führen die Hochtemperaturwärme in einen Speicher (Zwischenspeicher) oder direkt in einen Dampferzeuger, dem eine Dampfturbine nachgeschaltet ist, ein Generator erzeugt am Ende Strom. Der Flächenbedarf eines Parabolrinnen-Kraftwerks liegt zwischen 40-80 m2/kW.

      Im Unterschied zum Parabolrinnenkraftwerk werden bei einem Fresnelkraftwerk die Fresnelspiegel horizontal angeordnet und reflektieren die Sonneneinstrahlung auf ein Absorberrohr. Das Absorberrohr verfügt über einen himmelseitig wärmegedämmten Sekundärkonzentrator und eine spiegelseitige Glasabdeckung. Es wird in ca. 8 m Höhe über den Spiegeln montiert. Fresnelkraftwerke sind preiswerter, erreichen aber nicht den Wirkungsgrad eines Parabolrinnenkraftwerkes.


      Ein eher kleines solarthermisches Kraftwerk ist eine Dish-Stirling-Anlage. Zentrales Element ist ein großer runder zweiachsig nachführbarer Hohlspiegel (Dish, Teller) mit Durchmessern von 10 bis 25 m. In seinem Brennpunkt befindet sich der Receiver, dessen Wärme über ein Arbeitsgas erwärmt wird, welches in einem Stirlingmotor zur Expansion gebracht wird. Der Motor treibt einen Generator an, der Strom erzeugt. Die elektrische Leistung liegt zwischen 10-50 kW pro Anlage mit der Möglichkeit, mehrere Anlagen zu einer „Farm“ zusammenzuschalten. Es können Stromerzeugungs-Wirkungsgrade erreicht werden, die konkurrenzfähig mit PV-Anlagen sind.


      Im Unterschied zu den Parabolrinnenkraftwerken werden bei Solarturmkraftwerken hunderte bis zehntausende automatisch positionierende Spiegel (Heliostate) genutzt.

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