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Solarturmkraftwerk

In einem Solarturmkraftwerk ist der Absorber in der Spitze eines Turms montiert. Mehrere hundert um diesen Turm angeordnete Spiegel sind auf diesen so genannten Receiver gerichtet, wodurch in einigen Anlagen Temperaturen von weit über 1.000 Grad erzielt werden. Der Turm ist üblicherweise zwischen 90 und 130 Meter hoch. Eine große Höhe ist erforderlich, damit die Spiegel flach ausgerichtet werden können, also steil nach oben strahlen. Auf diese Weise wird verhindert, dass sich die hintereinander stehenden Spiegel gegenseitig verschatten. In einigen Solarturmkraftwerken ist in dem Turm ein Wärmespeicher untergebracht, um eine konstante Stromerzeugung bei kurzfristig wechselnden Wetterbedingungen zu ermöglichen.

Bild 1: Schema eines Solarturmkraftwerks

Unterschiedliche Wärmeträger

Die extrem hohen Temperaturen schränken die Wahl des zu erhitzenden Wärmeträgers deutlich ein. Eine einfache Möglichkeit besteht darin, Wasser zu verdampfen. Der extrem heiße Wasserdampf stellt hohe Anforderungen an das umgebende Material. Vorzeitige Materialermüdungen waren in der Praxis nicht zu vermeiden, weswegen Wasser nicht mehr als Wärmeträger eingesetzt wird. Stattdessen kommt häufig Luft als Wärmeträger im Solarturmkraftwerk zum Einsatz. Diese Variante besticht durch technische Einfachheit, weswegen sie trotz der geringen Wärmekapazität der Luft weit verbreitet ist. Zwei grundsätzlich Verfahren kommen zur Anwendung, um Luft als Wärmeträger zu nutzen. Naheliegend ist die Variante mit einem geschlossenen Luftbehälter, in dem die Luft erhitzt wird und sich ein hoher Überdruck aufbaut. Umgesetzt wurde aber auch eine zweite Idee: Das Sonnenlicht wird genutzt, um ein poröses Material auf hohe Temperaturen zu erhitzen. Ein Gebläse saugt die Luft an, die sich beim Durchströmen des porösen Materials stark erwärmt. Schließlich werden auch Salzschmelzen als Wärmeträger eingesetzt. Diese zeichnen sich durch eine hohe Wärmekapazität aus, können also viel Wärme speichern.

Hoher Wirkungsgrad

Der Wirkungsgrad der Solarthermie steigt generell mit der Temperatur des Wärmeträgers, weswegen Solarturmkraftwerke einen höheren Wirkungsgrad aufweisen als eine Photovoltaik Anlage. Der Wirkungsgrad wird entscheidend beeinflusst durch die Qualität der Spiegel sowie der Spiegelnachführung. Die Spiegel eines Solarturmkraftwerks werden auch als Heliostaten bezeichnet. Einige Anlagen setzen auf gekrümmte Hohlspiegel, andere auf ebene Spiegel. Die Nachführung ist in jedem Fall kompliziert, da die Spiegel um zwei Achsen drehbar gelagert sein müssen. Als problematisch erweist sich der große Abstand zwischen den Heliostaten und dem Absorber. Geringe Abweichungen der Ausrichtung durch Windböen führen so zu größeren Abweichungen des reflektierten Lichts vom Zielpunkt. Üblicherweise wird das Spiegelfeld durch eine zentrale Steuerung einheitlich nachgeführt, solche individuellen Abweichungen einzelner Spiegel werden also nicht korrigiert. Das ist lediglich eine Kostenfrage. Die Spiegel und deren Steuerung sind ohnehin die teuersten Komponenten eines Solarturmkraftwerks. Individuelle zweiachsige Nachführungen für bis zu 1.000 Spiegel würden die Kosten nochmals in die Höhe treiben.

Bildquelle: Bild 1: RobbyBer unter CC BY-SA 3.0; Bild 2: Bodoklecksel unter CC BY-SA 3.0

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