Solarthermie ist eine Technologie zur Erzeugung von thermischer Energie aus Sonnenenergie, die in der Regel von solarthermischen Kraftwerken zur Stromgewinnung genutzt wird.
Solarthermie ist eine erneuerbare Energiequelle und emittiert daher keine Treibhausgase.
Dieser Stromerzeugungsprozess wird in sogenannten thermoelektrischen Solarkraftwerken oder solarthermischen Kraftwerken durchgeführt. Die ersten solarthermischen Kraftwerke wurden Anfang der 1980er Jahre in Europa und Japan gebaut.
Was ist der Unterschied zwischen Solarthermie und Photovoltaik?
Der Unterschied zwischen Solarthermie und photovoltaischer Solarenergie besteht in der Art der Energiegewinnung. Solarthermie erzeugt thermische Energie und photovoltaischen Strom.
Solarthermie wird zur Warmwasserbereitung genutzt, die in Wasserspeichern in Niedertemperaturanlagen gespeichert wird. In thermoelektrischen Anlagen wird Sonnenstrahlung konzentriert, um mit thermischer Energie Dampf zu erzeugen. Der Dampf treibt Turbinen an und erzeugt Strom.
Auf der anderen Seite erzeugen Photovoltaik-Solarmodule nur mit einer anderen Technologie Strom: dem photoelektrischen Effekt. Sonnenkollektoren bestehen aus einem Material, das, wenn es von einem Photon getroffen wird, ein Elektron freisetzt und einen elektrischen Strom erzeugt.
Beide Energiearten können zur Stromerzeugung genutzt werden, allerdings mit unterschiedlichen Technologien.
Wie funktioniert ein solarthermisches Kraftwerk?
Der Betrieb einer solarthermischen Anlage ähnelt dem eines thermischen Kraftwerks oder eines Kernkraftwerks. Das Unterscheidungselement zwischen dem einen und dem anderen ist der Brennstoff oder die Wärmequelle.
Thermische Kraftwerke nutzen fossile Brennstoffe wie Kohle oder Gas zur Wärmeerzeugung, Kernkraftwerke nutzen die in Uranatomen vorhandene Kernenergie zur Erzeugung thermischer Energie. Andererseits nutzen thermoelektrische Anlagen die Sonnenstrahlung.
Die Sonnenstrahlen werden von Spiegeln auf einen Receiver gebündelt, der hohe Temperaturen von bis zu 1.000 Grad Celsius erreicht. Diese Wärmeenergie wird verwendet, um ein Fluid zu erhitzen und Dampf zu erzeugen. Der erzeugte Dampf, der einen hohen Druck hat, versetzt eine Dampfturbine in Bewegung. Gleichzeitig treibt diese Turbine einen Generator an, der die mechanische Energie in Strom umwandeln soll.
Welche Techniken werden verwendet, um Sonnenstrahlung zu konzentrieren?
Es gibt verschiedene Arten von Konzentratoren, mit denen unterschiedliche Maximaltemperaturen mit ihren entsprechenden thermodynamischen Wirkungsgraden erzielt werden. Sie sind die folgenden:
Parabolrinnen-Solarkonzentrator. Ein Parabolrinnen- Solarkonzentrator besteht aus einem linearen Parabolreflektor, der Licht auf einen Empfänger konzentriert, der entlang der Brennlinie des Reflektors positioniert ist.
Kompakter linearer Fresnel-Reflektor. Fresnel-Reflektoren bestehen aus vielen Streifen dünner, flacher Spiegel, die das Sonnenlicht auf Rohre konzentrieren, in die das Arbeitsfluid gepumpt wird.
Stirling-Scheibe. Eine Stirlingscheibe ist ein Reflektor, der der Sonne in zwei Achsen folgt. Insbesondere ist die Schale ein einzigartiger parabolischer Reflektor, der Licht auf einen Empfänger konzentriert, der im Brennpunkt des Reflektors positioniert ist.
Zentralturm-Solarkraftwerk. Ein Zentralturm-Solarkraftwerk besteht aus einer Reihe von Reflektoren, Heliostaten genannt, die das Sonnenlicht auf einen zentralen Empfänger konzentrieren, der auf einem Turm installiert ist. Da die relative Position der Sonne variiert, müssen Heliostaten in der Lage sein, sich selbst neu auszurichten, indem sie in zwei Achsen nachgeführt werden.
Vor- und Nachteile solarthermischer Anlagen
Solarthermische Kraftwerke haben wie alle Technologien Vor- und Nachteile:
Vorteile solarthermischer Anlagen
Der Hauptvorteil besteht darin, dass der verwendete Brennstoff Sonnenstrahlung ist. Eine kostenlose und unerschöpfliche Ressource. Aus diesem Grund gilt es als erneuerbare Energie. In Bezug auf fossile Kraftwerke verwenden sie keine fossilen Brennstoffe, emittieren daher keine Treibhausgase und tragen nicht zur Verschärfung des Problems des Klimawandels bei.
Nachteile solarthermischer Kraftwerke
Der Hauptnachteil liegt im Zeitplan und im Wetter, die es nicht zulassen, eine konstante Menge an elektrischer Energie zu erzeugen. Konnten die ersten Anlagen zunächst nur in den Stunden der Sonneneinstrahlung betrieben werden, ist es heute möglich, die Wärme tagsüber zu speichern, um nachts Strom zu produzieren.
Andererseits erfordert die Wartung dieser Anlagen eine ständige Reinigung großer Flächen von Reflektoren. Aus diesem Grund ist der Verbrauch von Wasser und chemischen Produkten reichlich vorhanden.
