Als zuverlässige Technologie können Solarthermische Kraftwerke eine wichtige Rolle bei der Umstellung des Stromnetzes auf Erneuerbare Energien spielen. Im Gegensatz zu anderen erneuerbaren Quellen liefern sie Strom nach Bedarf und können so das Netz stabilisieren. Dies betont eine Studie des EASAC (European Academies Science Advisory Council), die unter der Leitung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) von führenden europäischen Wissenschaftlern erstellt wurde. Sie wurde am 7. November 2011 in Brüssel der Bundesministerin für Bildung und Forschung, Annette Schavan, überreicht. Bei einem Turmkraftwerk wird die Sonnenstrahlung von vielen Spiegeln auf einen Receiver an der Spitze eines Turmes konzentriert. Dort entstehen Temperaturen bis über 1000 Grad Celsius die unter anderem zur Stromerzeugung genutzt werden können.
Quelle: DLR (CC-BY 3.0).
Bei Parabolrinnenkraftwerken wird die Sonnenstrahlung auf ein Receive-Rohr im Fokus des Spiegels konzentriert. Die Wärmeenergie im Rohr wird weitergeleitet, mit ihrer Hilfe wird Wasserdampf erzeugt, der, wie in einem konventionellen Kraftwerk, eine Turbine antreibt.
Quelle: DLR.
Bei Linear-Fresnel-Kollektoren bündeln mehrere ungewölbte Spiegelstreifen das Sonnenlicht auf ein Absorberrohr. Die einzelnen Spiegelstreifen werden dabei der Sonne einachsig nachgeführt. Das Fresnel-Solarfeld Puerto Errado steht in Calasparra, bei Murcia im Süden Spaniens.
Quelle: Novatec Solar.
In Dish-Stirling-Anlagen wird die Sonnenstrahlung durch einen schüsselförmigen Spiegel auf einen Punkt konzentriert. Die dort konzentrierte Wärmeenergie wird mit einem Stirlingmotor in mechanische Energie umgewandelt. Damit wird in der Regel in einem direkt angekoppelten Generator elektrische Energie erzeugt.
Mit dem drehbaren Prüfstand Kontas (Konzentrator-Teststand Almería Spanien) können die Energieforscher vom DLR-Institut für Solarforschung in Zukunft Parabolspiegel jedem beliebigen Winkel zur Sonne testen. Der Prüfstand steht auf kreisförmigen Stahlschienen, auf denen sich ein bis zu 20 Meter langer Parabolrinnen-Kollektor um fast 360 Grad um die eigene Achse drehen kann. Damit ist es den Forschern möglich, sowohl komplette Module von Parabolrinnen-Kollektoren als auch einzelne Komponenten wie Spiegel und Absorberrohre zu evaluieren. Das DLR betreibt den neuen Prüfstand auf der Plataforma Solar de Almería (PSA) zusammen mit dem spanischen Energieforschungszentrum Ciemat.
Mit Kontas haben die Forscher ihre Kompetenz und ihre Möglichkeiten beim Test von Solarkraftwerken noch weiter ausgebaut.
Forscherin vom DLR-Institut für Solarforschung überprüft einen Spiegel für ein Solarkraftwerk. Das DLR hat für die Qualitätstests eigene Prüfstände und Methoden entwickelt. In wichtigen Bereichen ist es ihnen gelungen, international anerkannte Qualitätsstandards zu entwickeln.
Auf einer Fläche von zirka acht Hektar stehen in Jülich 2153 bewegliche Spiegel (Heliostate) und lenken die Sonnenstrahlen auf die Spitze des 60 Meter hohen Turms. Dort werden die Strahlen von einem 22 Quadratmeter großen sogenannten Receiver aufgenommen und in Wärme umgewandelt. Der Receiver besteht aus porösen keramischen Elementen, die von Luft aus der Umgebung durchströmt werden. Die angesaugte Luft heizt sich dabei auf etwa 700 Grad Celsius auf. Wird der Solarturm als Kraftwerk genutzt, erzeugt diese heiße Luft Wasserdampf, der eine Turbine antreibt, die über einen Generator Strom produziert.
Quelle: DLR/Lannert.
Auf einer Fläche von zirka acht Hektar stehen in Jülich 2153 bewegliche Spiegel (Heliostate) und lenken die Sonnenstrahlen auf die Spitze des 60 Meter hohen Turms.
Das Turmkraftwerk in Jülich dient als Pilotanlage und Referenz für kommerzielle Kraftwerke in Südeuropa und Nordafrika. Ein nahezu baugleiches Kraftwerk befindet sich derzeit in Algerien in der detaillierten Planung. In Deutschland entwickelte Technologie kommt damit in den sonnenreichen Regionen der Erde zum Einsatz. Dort haben solarthermische Kraftwerke ihr größtes Potenzial, sie spielen auch beim Wüstenstromprojekt DESERTEC eine tragende Rolle.
Studien zeigen die riesigen Potenziale der Solarenergie. So erreicht die Wüsten der Erde in sechs Stunden mehr Sonnenenergie als die gesamte Menschheit in einem Jahr verbraucht. Damit Sonnenenergie kostengünstig in Elektrizität umgewandelt werden kann, müssen Solarzellen und solarthermische Kraftwerke effizienter arbeiten und wesentlich preiswerter in der Herstellung werden.
Am DLR-Institut für Solarforschung entwickeln Wissenschaftler neue Komponenten für Solarkraftwerke von den ersten Grundlagen bis zur Pilotanlage. Vor allem am Standort Jülich können die Forscher in Zukunft neue Komponenten unter Kraftwerksbedingungen testen. Der Solarturm in Jülich soll als Großversuchsanlage ausgebaut werden.
Standorte des neuen Instituts sind Köln, Jülich, Stuttgart und Almería. Im spanischen Almería forschen DLR-Wissenschaftler sein 30 Jahren an Solarkraftwerken Das solare Turmkraftwerk auf der Plataforma Solar in Almería ist umgeben von einem Spiegelfeld, das die Solarstrahlung auf Strahlungsempfänger reflektiert. Mit der so gesammelten Wärmeenergie wird eine Turbine angetrieben, die Strom erzeugt.
Parabolspiegel einer Versuchsanlage auf der Plataforma Solar in Almeria/Spanien. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) testet und optimiert auf dem über 100 Hektar großen Gelände verschiedene Hochtemperatur-Solartechnologien unter praxisnahen Bedingungen.
DLR-Forscherin in Almeria prüft die Reflexionseigenschaften eines Parabolspiegels. Parabolrinnen werden bereits in großen solarthermischen Kraftwerken eingesetzt. Die Forscher arbeiten nun an einer besseren Effizienz, geringerer Wartungsintensität und einer längeren Lebensdauer der einzelnen Bauteile.
Das DLR forscht an Energien der Zukunft unter anderem in Stuttgart, Köln und Almería (Südspanien). Mit Wärmespeichern lässt sich die Stromproduktion solarthermischer Kraftwerke von den Schwankungen der Sonneneinstrahlung entkoppeln. Solarthermischer Kraftwerke könnten so auch nachts und bei starker Bewölkung immer gleichmäßig Strom liefern.