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Solarthermische Kraftwerke

Wesentliche Techniken im Überblick, Stand: 29.3.2003

Der folgende Überblick zu solarthermischen Kraftwerken soll die grundsätzliche Wirkungsweise der heute gängigen Techniken erläutern

Alle dargestellten Kraftwerkstypen haben eines gemeinsam - sie werden auf Freiflächen installiert und zeichnen sich (mit Ausnahme der variablen Größe von Parabolspiegel-Kraftwerken) durch einen außerordentlich hohen Platzbedarf aus.

Solarthermische Kraftwerke können in 2 Gruppen untergliedert werden:

1)  Sonnenkollektoren oder Spiegel erhitzen ein Übertragungsmedium, mit dessen Hilfe in einem Wärmekraftwerk Strom erzeugt wird.

Hier gibt es im wesentlichen folgende technische Lösungen:

a. Solarturm-Kraftwerk
b. Parabolrinnen-Kraftwerk
c. Parabolspiegel-Kraftwerk (Dish-Stirling-Kraftwerk)
d. Sonnenöfen
 
2) Aufwindkraftwerke
Die unter riesigen Glasdächern erwärmte Luft treibt unter Ausnutzung des
Kamineffektes eine in einem Turm befindliche Turbine an.

Es folgen nähere Erläuterungen zu den einzelnen Techniken:
 

1.a) Solarturm-Kraftwerk

Mehrere hundert oder gar tausend zweiachsig bewegliche computergesteuerte Spiegel (Heliostate) umgeben einen Turm. Die Spiegel werden fortlaufend auf die Sonne ausgerichtet und reflektieren das Sonnenlicht auf die Turmspitze.
Dort sitzt der sog. Receiver, in dem die Sonnenstrahlen von einem Trägermedium absorbiert werden. Die erwärmte Flüssigkeit (meist Wasser) wird zum Teil bis 1000° C erhitzt und zum Verdampfen gebracht. Dieser Dampf treibt die im Turm gelegenen Turbinen an und erzeugt so Strom.

Das im nebenstehendem Bild dargestellte 10 MW - Solarturm-Kraftwerk "Solar One" in Barstow/Kalifornien besteht aus 1818 Heliostaten. Jeder einzelne Heliostat hat eine Spiegelfläche von 39,3 m². Das gewaltige Heliostaten- feld ist um einen 91m hohen Turm angeordnet.

Solarturm-Kraftwerke können erst ab Leistungen über 30 MW auf Grund der hohen Investitionkosten wirtschaftlich betrieben werden.

10 MW-Turmkraftwerks in Barstow (Kalifornien)

Quelle: http://www.diebrennstoffzelle.de/
alternativen/sonne/turmkraftwerke.shtml

 


 
 
1.b) Parabolrinnen-Kraftwerk

Das Sonnenlicht wird in langen, rinnenförmigen und parallel zueinander aufgestellten Hohlspiegeln focussiert, die einachsig der Sonne nachgeführt werden. Im Brennpunkt der Spiegel befindet sich ein Absorber-Rohr aus Metall/Glas. 
Das Absorber-Rohr wird in der Regel von Thermo-Öl oder Wasser als Wärmerträger-Medium durchströmt. Infolge der konzentrierten Sonneneinstrahlung erhitzt sich das Wärmeträger-Medium bis auf etwa 400°C .
Die einzelnen Rinnenkollektoren sind durch Sammelleitungen verbunden, die das Absorber-Medium einem Wärmetauscher zuführen, in dem Wasser verdampft wird. Es wird ein Generator angetrieben.

In der kalifornischen Wüste sind mehrere Parabolrinnen-Kraftwerke mit Leistungen zwischen 30 und 80 kW installiert. Der Flächenbedarf eines Parabolrinnen-Kraftwerks liegt zwischen 40-80 m2/kW. Bei dem im nebenstehenden Bild dargestellten Parabolrinnen-Kraftwerk dürfte die bebaute Fläche ca. 200 Hektar betragen.

Bild: "Kramer Junction" / Kalifornische Wüste, 
Leistung der Anlage 30 MW
Quelle:http://www.395.com/index.shtml?/kramerjunction/


 
 
1.c) Parabolspiegel-Kraftwerk (Dish-Stirling-Anlagen)

Bei Parabolspiegel-Anlagen werden fokussierende Spiegel von z.T. einigen Metern Durchmesser der Sonne nachgeführt. Die auftreffenden Strahlen werden auf einem im Brennpunkt montierten Stirling-Motor konzentriert. Der Stirling-Motor wandelt die Wärmeenergie direkt in mechanische Arbeit.
Dieser Kraftwerkstyp könnte könnte auch als Einzelanlage für eine dezentrale Energieversorgung genutzt werden.
Einzelanlagen mit einer Leistung von 10 bis 50 kW haben Spiegeldurchmesser zwischen 10 bis 17 m.

Das im nebenstehenden Bild dargestellte Kraftwerk in Kalifornien besteht aus 700 Einzelanlagen.
 

Solarthermisches Kraftwerk in Warner Springs, Kalifornien
Quelle: http://www.sses.ch/de/technik/grosskraftwerke.html


 
 
1.d) Sonnenöfen

Mehrere, der Sonne nachgeführte Fangspiegel konzentrieren die Sonnenstrahlung punktgenau in einem Absorber, der sich in einem z.T. haushohen Hohlspiegel befindet. Die dabei erzeugte Temperatur kann bis zu 4000°C betragen. Das verdampfte Medium treibt einen Generator an.

Bild: Im "Sonnenofen" von Odeillo, der seit 1972 in den französischen Pyrenäen zu Forschungszwecken betrieben wird, werden Temperaturen bis 4000°C erreicht. Im Vordergrund sieht man die 63 Fangspiegel, die das Sonnenlicht auf den 2000 m2 großen Hohlspiegel reflektieren, der dann seinerseits die Strahlung auf den 625 cm2 großen Absorber konzentriert. Die Gesamtfläche dieser Fangspiegel-Anlage beträgt 2835 m2.

Bild: "Sonnenofen" von Odeillo in französischen Pyrenäen
Quelle: http://energiewelt.bei.t-online.de/SB111-03.htm


 
 
2.) Aufwindkraftwerke

Ein Aufwindkraftwerk ist ein Solarkraftwerk, welches unter der Ausnutzung des Kamineffektes eine Luftströmung über einer Windturbine zur Energieerzeugung nutzen kann. Dabei wird Luft durch die Sonne unter einem riesigen Glasdach erwärmt. Durch die Formgebung des Glasdaches wird die erwärmte Luft einem Kamin zugeführt. Im Kamin wird die Energie der Luftströmung durch eine Turbine in eine Drehbewegung umgesetzt und damit ein Generator zur Stromerzeugung angetrieben. 

Die im nebenstehenden Bild dargestellte Kollektorfläche des Aufwindkraftwerks in Manzanares (südlich von Madrid) hat einen Durchmesser von 240 m. Der Kamin ist 195 m hoch. Es ist das derzeit einzig existierende Aufwindkraftwerk.

 

Bild: Aufwindkraftwerk in Manzanares, Leistung 50 kW
Quelle: http://home.t-online.de/home/ULeuschner/
rezensionen/rh9511schlaich.htm

In Planung ist ein weiteres Aufwindkraftwerk in Australien, dessen Kamin eine Höhe von 1000 m haben soll. Damit wäre dieses gigantische Bauwerk das höchste auf unseres Planeten. Auf einer Gesamtfläche von 7 km2 sollen jährlich 650 GWh Strom erzeugt werden.

Bild: Computersimulation
Quelle:http://www.fbs.em.schule-bw.de/technik/energie/kw2003.htm

 

Quellen:
http://www.sses.ch
http://www.diebrennstoffzelle.de
http://energiewelt.bei.t-online.de (Link nicht mehr gültig)
http://www.energieinfo.de
http://www.solarserver.de
http://www.sbp.de/de/fla/index.html (Link nicht mehr gültig)
http://www.sbp.de/es/fla/contact/download/ Das_Aufwindkraftwerk.pdf
http://www.archinform.de (Link nicht mehr gültig)
http://www.volker-quaschning.de/downloads/ sonnenforum2000_3.pdf
http://metp02.mw.tu-dresden.de/Solar_power

 


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