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© SCHOTT
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Lass die Sonne rein!
Eine Zukunft mit klimafreundlicher Energiegewinnung durch solarthermische Kraftwerke
Besonders weit entwickelt und gut erprobt ist die Technik sogenannter Parabolrinnenkraftwerke. Bereits seit den 1980er Jahren wird in der kalifornischen Mojave-Wüste mithilfe von Parabolrinnen-Technologie Strom erzeugt.
Das aktuell größte Parabolrinnenkraftwerk AndaSol 1 befindet sich im südspanischen Andalusien und wurde am 1. Juli 2009 nach erfolgreicher Testphase offiziell eingeweiht. In den nächsten Jahren folgen die beiden baugleichen Kraftwerke AndaSol 2 und 3 in unmittelbarer Nachbarschaft. An der Entwicklung der Solarkraftwerke am Fuße der Sierra Nevada waren und sind auch zahlreiche deutsche Firmen und Institutionen wie Solar Millenium (Erlangen) und das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt maßgeblich beteiligt.
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© SCHOTT/Jens Meyer
Beeindruckend: Das erste kommerziell betriebene Parabolrinnenkraftwerk Europas AndaSol 1
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Vom Himmel in die Steckdose
Der wichtigste Bestandteil des Parabolrinnenkraftwerks ist das sogenannte Solarfeld. Es besteht aus rund sechs Meter hohen und mehreren hundert Meter langen rinnenförmigen Spiegeln. Diese gebogenen Spiegel funktionieren ähnlich wie ein Brennglas, das einfallendes Sonnenlicht bündelt.
Trifft ein Sonnenstrahl auf die Parabolrinnen, wird er in 80-facher Konzentration im Brennpunkt reflektiert. Entlang der Brennlinie der Parabolspiegel verlaufen Absorberrohre (Receiver). In diesen aus Metall und Glas bestehenden Rohren fließt eine Wärmeträgerflüssigkeit, die die Wärme in den Kraftwerkblock der Anlage leitet. Hier wird durch Wärmetauscher Dampf erzeugt, der in einer angeschlossenen Turbine wie in einem konventionellen Kraftwerk zur Stromgewinnung dient.
Sonnenschein rund um die Uhr
Durch die Integration eines thermischen Speichers kann auch nachts und bei Bewölkung die Energieversorgung mit Solarstrom gewährleistet werden. Dazu wird ein Teil der tagsüber produzierten Wärme nicht direkt in Dampf umgewandelt, sondern zunächst in flüssigem Salz gespeichert. Rund 28.500 Tonnen einer Mischung aus Kalium-Natrium-Nitratsalzen werden im Laufe des Tages erhitzt, um dann, nach Sonnenuntergang oder in bewölkten Phasen, die gespeicherte Wärme abzugeben. Das AndaSol-Kraftwerk verfügt über zwei Speichertanks, in denen das Salz über mehrere Wochen hinweg warm gehalten werden kann, bevor die auf diese Weise gelagerte Energie in Strom umgesetzt wird. Ein voller Speicher garantiert etwa 7,5 Stunden Turbinenbetrieb. So kann das Kraftwerk in den Sommermonaten beinahe rund um die Uhr arbeiten und 200.000 Menschen zuverlässig mit Strom versorgen.
Damit der Strom beim entfernten Verbraucher ankommt, wird das Prinzip der Hochspannungsgleichstromübertragung angewandt. Dabei wird der Wechselstrom für den Transport in Gleichstrom verwandelt, um dann mit Hochspannung zum Ziel geleitet zu werden, wo er wieder in Wechselstrom transformiert wird. Mit dieser Technik könnte auch in Deutschland die spanische Sonne aus der Steckdose scheinen.
Bevor das Parabolrinnenkraftwerk AndaSol 1 seinen Betrieb aufnehmen konnte, waren jahrelange Vorbereitungen notwendig, an denen die unterschiedlichsten Spezialisten verschiedener Fachbereiche beteiligt waren.
Bereits im März 2000 wurde die erste meteorologische Messstation der Solar Millenium AG am Standort von AndaSol installiert. Die Nutzbarkeit eines solarthermischen Kraftwerks hängt von der Intensität der lokalen Sonneneinstrahlung ab. Daher müssen im Vorfeld über mehrere Jahre Messungen vorgenommen werden, die im Minutentakt Daten zu Dauer und Stärke der Sonnenstrahlen am möglichen Standort erheben. Zusätzlich zu den Messungen vor Ort wurden Satellitendaten des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt aus den Jahren 1983 bis 2001 ausgewertet.
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© DLR
Blick in die Zukunft? Pilotanlage eines Solarturmkraftwerkes auf dem spanischen Testgelände Plataforma Solar Almería
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Das AndaSol 1-Kraftwerk entstand auf einer Fläche von rund zwei Quadratkilometern. Auf dem Solarfeld stehen 312 Kollektorreihen, die eine Spiegelfläche von über 580.000 Quadratmetern tragen. Die Konstruktion, auf der die Parabolrinnen befestigt werden, stellt Maschinenbauer vor spannende Aufgaben. Das Gerüst, das die Kollektoren trägt, muss die optimale Einstrahlung der Sonne gewährleisten. Die Befestigung der Kollektoren erfordert von den beteiligten Ingenieuren höchste Präzision. Vom Kontrollraum des Kraftwerks wird die bis auf Zehntelmillimeter genaue Ausrichtung der Kollektoren per Computer gesteuert. 624 vom Kölner Technologieunternehmen Flagsol GmbH produzierte Sensoren im Solarfeld liefern Daten, die für die exakte Einstellung der Kollektoren verantwortlich sind.
Die Werkstoffingenieure der Schott AG aus Mainz haben in den letzten Jahren ein Spezialglas entwickelt, das für den Bau der Absorberrohre einen entscheidenden Vorteil bringt, da diese Rohre die extremen Temperaturunterschiede zwischen Hitze und Kälte gut verkraften. Das Trägermedium, das in den Rohren zirkuliert, bietet noch Entwicklungspotenzial für Ingenieure. So gibt es Überlegungen, statt des bisher genutzten Thermo-Öls direkt Wasser zu verdampfen, das dann die Turbinen antreibt.
Der Sonne entgegen
Das Parabolrinnenkraftwerk AndaSol 1, sowie die im Aufbau befindlichen baugleichen Kraftwerke AndaSol 2 und AndaSol 3 sind ein wichtiger Schritt in Richtung klimafreundlicher Stromerzeugung. Die Solarenergie braucht auf dem Weg zu einer wirklichen Konkurrenz für herkömmliche Energien noch viele kluge Köpfe, die sich das Geschenk aus dem Weltraum zunutze machen.
Als noch effizienter und kostengünstiger im Vergleich zu Parabolrinnenkraftwerken gelten beispielsweise Solarturmanlagen, in denen das Sonnenlicht auf einen zentralen Wärme-Absorber konzentriert wird, sodass Temperaturen von bis zu 1.300 Grad Celsius erreicht werden können. Im Solarthermischen Versuchskraftwerk Jülich wird das Prinzip des Solarturms getestet und weiterentwickelt. Bei Aufwindkraftwerken wird Luft unter einer überdachten Fläche erwärmt, die dann durch eine Art Kamin mehrere Windturbinen antreibt.
Energieprobleme? „Haben wir nicht“, so Hans Müller-Steinhagen, Leiter des Instituts für Technische Thermodynamik des DLR, zu Die Zeit. Die unendliche Ressource Sonne muss nur besser genutzt werden.
