Solarturmkraftwerke zur Energiegewinnung

Solarturmkraftwerke spielen eine wichtige Rolle in der Energiewende. Sie können zeitverzögert aus der Sonnenenergie Strom erzeugen. Zeitverzögert deswegen, da die Energie zwischengespeichert werden kann, bevor sie in Strom umgewandelt wird. Zudem produzieren sie sauberen nachhaltigen Strom und das auch noch kostengünstig.

Aufbau und Funktionsweise von Solarturmkraftwerken

Solarturmkraftwerke verbrauchen sehr viel Platz. In der Regel bestehen sie aus mehreren Tausend Spiegeln, die auf einer Freifläche montiert werden. Dabei werden sie möglichst flach angebracht, damit sie nicht ihre Nachbarspiegel verdecken. Diese Spiegel werden auch Heliostaten genannt. Die Spiegel werden so angebracht, dass sie der Sonne nachgeführt werden können. Damit können sie über den ganzen Tag verteilt Sonnenstrahlen einfangen.

Die eingefangenen Strahlen werden dann anschließend in Richtung des Solarturms reflektiert. Diese sind meistens sehr hoch, da die Spiegel sehr flach angebracht werden. Damit der Einfallswinkel wieder stimmt, werden dementsprechend die Türme höher gebaut. An der Spitze des Turmes befindet sich ein Receiver, der auch Absorber genannt wird. Dieser wird durch die Sonneneinstrahlung erwärmt. Dabei werden sehr hohe Temperaturen von bis zu 1.000 Grad Celsius erreicht.

Diese Wärmeenergie wird in Wärmespeichern zwischengespeichert. Wenn die Energie benötigt wird, kann sie entweder für thermische Zwecke verwendet werden oder mittels einer Turbine zur Stromerzeugung dienen. Durch die Zwischenspeicherung in einem Wärmemedium, muss die Stromerzeugung nicht unbedingt während der Sonnenstunden passieren, wie es bei klassischen Photovoltaik-Anlagen der Fall ist.

Vorteile eines Solarturmkraftwerks

Eines der Vorteile solcher Kraftwerke ist, die Unabhängigkeit von fossilen Energien. Die solare Energie steht kostenlos jeden Tag zur Verfügung und kann von solchen Kraftwerken genutzt werden, um Strom zu generieren. Zudem wird dieser Strom CO₂ frei produziert und stellt somit keine Belastung für die Umwelt dar. Es stellt eine klimafreundliche Methode dar, um Strom aus erneuerbaren Energien zu produzieren.

Zwar ist der Ertrag abhängig von den verfügbaren Lichtstunden, jedoch ermöglicht der Aufbau des Kraftwerks, dass auch Nachts Strom erzeugt wird. Damit kann auch, wenn die Sonnenstunden längst vorbei sind, immer noch nachhaltiger Solarstrom produziert und verwendet werden.

Zudem sind diese Kraftwerke günstiger in der Anschaffung und bei der Wartung, als zum Beispiel Atomkraftwerke. Der Strom kann also nicht nur nachhaltig, sondern auch noch kostengünstig produziert werden.

Nachteile eines Solarturmkraftwerks

Wie auch bei den Photovoltaikanlagen, haben die Kraftwerke das Problem, dass sie Jahreszeitabhängig sind. Während im Sommer viele Lichtstunden, die Speicher füllen und einen hohen Stromertrag erzeugen, sieht die Lage im Winter anders aus. Weniger Lichtstunden bedeuten auch weniger Ertrag. Das wiederum bedeutet, dass es bei der Erzeugung von Solarstrom im Laufe des Jahres zu Schwankungen kommt. Im Idealfall kann das durch eine andere erneuerbare Energie ausgeglichen werden.

Neben der Jahres- und Tageszeit spielt auch der Standort eine Rolle. Wie auch bei der Photovoltaik ist es so, dass sich diese Kraftwerke in besonders sonnigen Regionen am meisten lohnen. So bietet in Europa Spanien besonders gute Voraussetzungen für solche Kraftwerke.

Ein weiteres Problem stellt die entstehende Hitze dar. Die Heliostaten werfen gebündeltes Licht auf den Turm. Der sich dort befindliche Receiver erreicht dreistellige bis vierstellige Grad Celsius Temperaturen. Allerdings sind auch schon die gebündelten Strahlen ein Problem, den diese sind ebenfalls deutlich wärmer, als die Umgebungstemperaturen. Tiere, wie beispielsweise Vögel, können dadurch einen Schaden nehmen, wenn sie in ein solches Gebiet fliegen.

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Parabolrinnenkraftwerk – Der Unterschied

Neben dem Solarturmkraftwerk gibt es eine ähnliche Technologie: die Parabolrinnenkraftwerke. Beide Technologien basieren dabei auf Spiegel, die das einfallende Licht bündeln. Bei Parabolrinnenkraftwerken liegen diese jedoch nicht möglich flach auf dem Boden, sondern sind gebogen. Zudem werfen sie das Licht nicht auf einen Turm, sondern auf ein Rohr.

In diesem befindet sich Wasser, welches durch die Wärme verdampft. Der Wasserdampf treibt eine Turbine an, die wiederum Strom produziert. Ähnlich wie Solarturmkraftwerken kann auch hier mithilfe eines Wärmespeichers, der Strom erst zu einem späteren Zeitpunkt produziert werden.

Auch bei der gebogenen Spiegel Methode gibt es die Möglichkeit, die Spiegel der Sonne nachzuführen. Dabei drehen sich die Spiegel um das Rohr, auf dass sie das Licht reflektieren. Somit ist es auch möglich bei diesen Kraftwerken immer den optimalen Winkel zur Sonne zu erzielen.

Verschiedene Solarturmkraftwerke

Weltweit gibt es Solarturmkraftwerke, dabei wird zwischen kommerziellen Solarturmkraftwerken und Forschungseinrichtungen unterschieden. Bei den kommerziellen handelt es sich um Kraftwerke, dessen Zweck es ist Strom für das Land zu produzieren. In Forschungseinrichtungen wird experimentiert und die Technologie verbessert. Deutschland hat beispielsweise keine kommerziellen Solartürme.

Solarturm Jülich

Auch wenn Deutschland kein kommerziell betriebenes Kraftwerk besitzt, so stehen in Jülich zumindest zwei Solartürme für Forschungszwecke. Auf einer Fläche von rund zehn Hektar befinden sich über 2.000 Spiegel, die den zwei Türmen zugewandt sind. Die Forschungseinrichtung befindet sich in den Händen des Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt, welches diese zu Erforschung von solaren Treibstoffen nutzt, sowie zur weiteren Entwicklung und Verbesserung der Effizienz solcher Anlagen.

Jedoch kann nur einer der beiden Türme auch Strom produzieren. Dieser hat eine Nennleistung von 1,5 Megawatt. Allerdings werden diese nicht in das Netz eingespeist, sondern von der Forschungseinrichtung selber weiter verwendet. Der zweite Turm besteht ausschließlich aus verschiedenen Forschungsebenen, auf den unterschiedliche Experimente laufen.

Solarturmkraftwerk in Spanien

In Spanien steht Europas erstes kommerzielles Solarkraftwerk. In Andalusien sind die geographischen Bedingungen besonders gut. So befindet sich hier das Planta Solar 10 (PS10) und Planta Solar 20 (PS20). Das PS10 ging bereits 2007 ans Netz mit einer Leistung von elf Megawatt. Der Nachfolger folgte bereits 2009 und brachte weitere 20 Megawatt Leistung mit sich.

In Spanien stehen noch einige andere Kraftwerke, unter anderem auch das Kraftwerk, welches es zuerst schaffte 24 Stunden lang Strom zu produzieren. Das Ereignis liegt allerdings schon einige Jahre zurück. Medien, wie Welt der Physik, berichteten im Sommer 2011 von dem Kraftwerk Gemasolar in Andalusien. Auf einer Fläche von 185 Hektar, befinden sich hier 2.650 Heliostaten. Die gewonnene Energie wird hier in geschmolzenem Salz gespeichert und wird nachts dann zu Strom weiter verarbeitet. Auch heute versorgt das Kraftwerk Spanien mit Strom.

Größtes Solarturmkraftwerk weltweit

Das jedoch weltweit größte solare Kraftwerk steht in Kalifornien, USA. Hier steht in der Mojave-Wüste das Kraftwerk Ivanpah, welches eine Nennleistung von 386 MW besitzt. Seit 2013 ist die Anlage im Betrieb. Sie besteht aus drei Systemen, mit insgesamt drei Türmen und 173.500 Heliostaten, die den Türmen entsprechend ausgerichtet wurden, im Betrieb. Diese Anlage speist ihren Strom in das öffentliche Stromnetz in Kalifornien ein.

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