Bei Solarenergie denkt man gleich an Photovoltaikanlagen. Doch das ist noch lange nicht alles. Wie kann man die Sonne zur Energieherstellung nutzen.
Die Photovoltaik ist wohl die bekannteste Form, die Sonnenkraft zu nutzen um Solarenergie zu erzeugen. Doch neben den Photoeffekt kann die natürliche Ressource auch anders genutzt werden, über den Umweg über die Wärmeerzeugung.
Im Gegensatz zur Photovoltaik kann über die Wärmeerzeugung die Sonnenkraft auf vier verschiedene Weisen genutzt werden, wie als Solarturm-Kraftwerk, als Parabolrinnen-Kraftwerk, als Aufwindkraftwerk und als Dish/Stirling-Anlage.
Wie funktioniert ein Solarturm-Kraftwerk?
Bei einem Solarturm-Kraftwerk ist es wichtig, der Sonne zu folgen um möglichst viel Sonnenlicht einzufangen. Dies geschieht durch so genannte Heliostaten, Tausende von diesen Spiegeln benötigt ein Solarturm.
Es gilt, die Heliostaten auf Bruchteile eines Grades genau auszurichten. Nur dann gelangt das reflektierte Sonnenlicht auf den Brennpunkt, der sich auf der Turmspitze befindet.
Dort befindet sich ein Absorber. Bis über 1.000 °C kann das hochkonzentrierte Sonnenlicht den Absorber erhitzen.
Als Trägermaterial dieser hohen Temperaturen eignet sich Luft oder flüssiges Salz.
Luft hat den Vorteil, dass es direkt über eine Gasturbine geleitet werden kann. Das flüssige Salz erzeugt über einen Wärmetauscher Wasserdampf. Wie funktioniert ein Parabolrinnen-Kraftwerk?
Bei Parabolrinnen-Kraftwerken wird das Sonnenlicht auf eine Brennlinie konzentriert. Das geschieht durch grosse Spiegel und ergibt einen so genannten rinnenförmigen Kollektor.
Viele diese rinnenförmigen Kollektoren werden benötigt. In Reihen von mehreren hundert Metern werden sie nebeneinander aufgestellt. Die Gesamtheit der parallelen Reihen formt das Gesamtbild des Solarkollektorfeldes.
Die Kollektoren sind beweglich und können so dem Lauf der Sonne folgen. Dabei konzentriert der Spiegel die Sonnenkraft. Es wird eine mehr als 80fache Konzentration im Brennpunkt auf das Absorberrohr erreicht.
Nun geht es auch darum, Wärmeverluste zu vermeiden.
Das geschieht durch eine evakuierte Glashülle, spezielle Beschichtungen des Absorberohrs wie auch ein spezielles Thermoöl, welches durch das Absorberohr fliesst. Das Thermoöl kann sich durch die Solarkraft auf fast 400 °C aufheizen.
Die Sonnenwärme wird dazu verwendet, Wasser verdampfen zu lassen. Durch Wärmetauscher gelangt die Wärme einem Wasser-Dampf-Kreislauf.
Der Dampf letztendlich, ist die treibende Kraft für eine Turbine und einen Generator, der Solarenergie produziert. Wie funktioniert ein Aufwindkraftwerk?
Die Erwärmung von Luft geschieht beim Aufwindkraftwerk unter einem Glas- oder Plastikdach. Das Kollektordach bedeckt eine grosse, ebene Fläche, steigt jedoch zur Mitte hin leicht an. Dort befindet sich ein Kamin.
Die Luft, die erwärmt werden soll, dringt an den Rändern ein, wird unter dem Glas- oder Plastikdach erwärmt und folgt als warme Luft dem Aufwärtstrieb in Richtung Kamin.
Mit einer hohen Geschwindigkeit jagt sie dann den Kamin hinauf, wo über die Luftströmung Windgeneratoren angetrieben werden, die Energie produzieren.
Der erwärmte Boden unter dem Kollektordach, kann auch nach Sonnenuntergang Energie erzeugen. Der Wirkungsgrad dieser Anlagen ist im Vergleich zu anderen eher gering, da grosse Flächen und ein hoher Kamin benötigt werden. Wie funktioniert eine Dish/Stirling-Anlage?
Für die Herstellung von Solarstrom sind solare Rinnen- und Turm-Kraftwerke nur sinnvoll, wenn sie im grossen Stil von etlichen Megawatt Strom produzieren.
Bei den Dish/Stirling-Anlagen handelt es sich um kleinere Kraftwerke, die sich für die dezentrale Stromerzeugung eignen und z. B. Strom in schlecht zugänglichen Regionen erzeugen könnten.
Bei Dish/Stirling-Systemen kommt der Strom praktisch aus der Schüssel, genau genommen aus einem Hohlspiegel, in dem das Sonnenlicht auf einen Receiver konzentriert wird.
Von hier wird die Wärme ins Zentrum der Anlage, den Stirlingmotor, weitergeleitet.
Diesmal wird die Wärme, wie bei den anderen Solaranlagen jedoch nicht zur Dampfbereitung verwendet, sondern in Bewegungsenergie umgesetzt, die den Generator zur Stromerzeugung antreibt.
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