Solarthermie ist eine Technologie zur Erzeugung thermischer Energie unter Nutzung der Energie der Sonne. Diese Technologie wird üblicherweise von solarthermischen Kraftwerken zur Stromgewinnung eingesetzt.
Solarthermie ist eine erneuerbare Energiequelle und stößt daher keine Treibhausgase aus.
Dieser Stromerzeugungsprozess erfolgt in sogenannten solarthermischen Anlagen oder Solarthermieanlagen. Die ersten solarthermischen Kraftwerke wurden Anfang der 1980er Jahre in Europa und Japan gebaut.
Umwandlung von Solarthermie in Strom
Solarthermie wird durch die Umwandlung von Sonnenwärme in Nutzenergie gewonnen. Dies wird durch verschiedene Technologien erreicht.
- Parabolische Sonnenkollektoren verwenden gebogene reflektierende Spiegel, um das Sonnenlicht auf einen Empfänger zu konzentrieren, der eine Thermoflüssigkeit enthält. Die erzeugte Wärme wird zur Dampferzeugung und Stromerzeugung genutzt.
- Solarturmanlagen umgeben einen hohen Turm mit Spiegeln, die das Sonnenlicht an der Spitze bündeln und eine thermische Flüssigkeit erhitzen, die auch Dampf für die Stromerzeugung erzeugt.
- Die Parabolschüssel konzentriert das Sonnenlicht auf einen zentralen Empfänger.
Darüber hinaus verfügen viele Anlagen über thermische Speichersysteme, um eine kontinuierliche Energieerzeugung sicherzustellen. Einige Anlagen nutzen geschmolzenes Salz als Wärmespeichermedium und ermöglichen so die Stromerzeugung auch nach Sonnenuntergang.
Darüber hinaus gibt es Systeme auf Basis von Stirlingmotoren, die Sonnenwärme in Strom umwandeln.
Unterschied zwischen Solarthermie und Photovoltaik
Der Unterschied zwischen Solarthermie und Photovoltaik besteht in der Art der Energienutzung. Solarthermie erzeugt Wärmeenergie und Photovoltaikstrom.
Solarthermie wird zur Erzeugung von Warmwasser genutzt, das in Niedertemperaturanlagen in Wassertanks gespeichert wird. In thermoelektrischen Anlagen wird die Sonnenstrahlung konzentriert, um mit thermischer Energie Dampf zu erzeugen. Der Dampf treibt Turbinen an und erzeugt Strom.
Andererseits erzeugen Photovoltaik-Solarmodule Strom nur mit einer anderen Art von Technologie: dem photoelektrischen Effekt. Sonnenkollektoren bestehen aus einem Material, das beim Auftreffen eines Photons ein Elektron freisetzt und so einen elektrischen Strom erzeugt.
Beide Energiearten können zur Stromerzeugung genutzt werden, allerdings mit unterschiedlichen Technologien.
Betrieb eines solarthermischen Kraftwerks
Der Betrieb einer solarthermischen Anlage ähnelt dem eines thermischen Kraftwerks oder eines Kernkraftwerks. Das Unterscheidungsmerkmal zwischen ihnen ist die Brennstoff- oder Wärmequelle.
Wärmekraftwerke nutzen fossile Brennstoffe wie Kohle oder Gas zur Wärmeerzeugung, Kernkraftwerke nutzen die in Uranatomen enthaltene Kernenergie zur Wärmeenergieerzeugung. Thermoelektrische Anlagen hingegen nutzen die Sonnenstrahlung.
Die Sonnenstrahlen werden durch Spiegel in einem Receiver gebündelt, der hohe Temperaturen von bis zu 1.000 Grad Celsius erreicht. Diese Wärmeenergie wird verwendet, um eine Flüssigkeit zu erhitzen und Dampf zu erzeugen. Der erzeugte Dampf, der unter hohem Druck steht, ermöglicht die Bewegung einer Dampfturbine. Gleichzeitig treibt diese Turbine einen Generator an, der für die Umwandlung mechanischer Energie in Elektrizität verantwortlich ist.
Techniken zur Konzentration der Sonnenstrahlung
Es gibt verschiedene Arten von Konzentratoren, mit denen unterschiedliche Maximaltemperaturen mit entsprechenden thermodynamischen Wirkungsgraden erreicht werden. Dies sind die folgenden:
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Parabolischer zylindrischer Solarkonzentrator. Ein parabolischer zylindrischer Solarkonzentrator besteht aus einem linearen Parabolreflektor, der Licht auf einen Empfänger konzentriert, der entlang der Brennlinie des Reflektors positioniert ist.
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Kompakter linearer Fresnel-Reflektor. Fresnel-Reflektoren bestehen aus vielen Streifen dünner, flacher Spiegel, die das Sonnenlicht auf Röhren konzentrieren, in die die Arbeitsflüssigkeit gepumpt wird.
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Stirling-Scheibe. Eine Stirlingscheibe ist ein Reflektor, der der Sonne in zwei Achsen folgt. Insbesondere handelt es sich bei der Schüssel um einen einzigartigen Parabolreflektor, der das Licht auf einen Empfänger konzentriert, der im Brennpunkt des Reflektors positioniert ist.
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Zentrales Turm-Solarkraftwerk. Ein Solarkraftwerk mit zentralem Turm besteht aus einer Reihe von Reflektoren, sogenannten Heliostaten, 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 mithilfe einer zweiachsigen Nachführung neu auszurichten.
Vorteile und Nachteile
Solarthermische Kraftwerke haben wie alle Technologien Vor- und Nachteile:
Vorteile von Solarthermieanlagen
Der Hauptvorteil besteht darin, dass der verwendete Brennstoff Sonnenstrahlung ist. Eine kostenlose und unerschöpfliche Ressource. Aus diesem Grund gilt sie als erneuerbare Energie. Was fossile Energieanlagen betrifft, so verbrauchen sie keine fossilen Brennstoffe, stoßen daher keine Treibhausgase aus und tragen nicht zur Verschärfung des Problems des Klimawandels bei.
Nachteile solarthermischer Kraftwerke
Der Hauptnachteil ist der Zeitplan und das Wetter, die es nicht ermöglichen, eine konstante Menge elektrischer Energie zu erzeugen. Konnten die ersten Anlagen zunächst nur während der Sonneneinstrahlung betrieben werden, ist es heute möglich, tagsüber Wärme zu speichern und nachts Strom zu erzeugen.
Andererseits erfordert die Wartung dieser Anlagen die ständige Reinigung großer Reflektorflächen. Aus diesem Grund ist der Verbrauch von Wasser und chemischen Produkten reichlich.