Solarturmkraftwerke für die Stromerzeugung

Das Solarturmkraftwerk: Aufbau und Funktionsweise

Geht es darum, die Kraft der Sonne technisch zu nutzen, setzen viele auf  Solarthermie  oder  Photovoltaik. Im größeren Stil lässt sich die kostenfreie Energie der Sonne aber auch mit einem Solarturmkraftwerk in Strom umwandeln. Möglich ist das durch zahlreiche Spiegel, die das Licht der Sonne konzentriert zur Spitze eines Turmes leiten. An dieser entstehen besonders hohe Temperaturen, die Voraussetzung für den Betrieb eines Generators sind.

Heliostaten leiten Sonnenlicht zur Spitze eines Turmes

Ein wesentlicher Bestandteil moderner Solarturmkraftwerke sind tausende Spiegel, die sich am Boden rings um einen zentralen Turm befinden. Die sogenannten Heliostaten lassen sich der Sonne nachführen und leiten das energiereiche Licht gebündelt zu einem Absorber an der Spitze des Solarturmes. Damit sich die Spiegel nicht selbst verschatten, müssen sie möglichst flach ausgerichtet sein. Ein Grund dafür, dass die Solarturmkraftwerke meist sehr hoch sind.

Receiver im Solarturmkraftwerk nehmen die Wärme auf

Das reflektierte Licht trifft konzentriert auf einen Absorber (auch Receiver) an der Spitze des Solarturmes. Dieser erwärmt sich sehr stark und erreicht nicht selten Temperaturen von über 1.000 Grad Celsius. Ein  Wärmespeicher  nimmt die thermische Energie auf und gibt sie zeitversetzt wieder ab. Auf diese Weise kann ein Solarturmkraftwerk rund um die Uhr Strom erzeugen. Also auch nachts, wenn die Sonne gar nicht scheint.

Generatoren erzeugen elektrische Energie im Solarturm

Um Strom zu gewinnen, erzeugen die Anlagen mit der großen Hitze Wasserdampf. Dieser strömt durch sogenannte Turbogeneratoren, die heute auch in Kohlekraftwerken zu finden sind. Sie wandeln die aufgenommene Energie in Strom um und speisen diesen anschließend in das öffentliche Netz ein.

Technologien zur Stromerzeugung im Solarturmkraftwerk

Zur Umwandlung der Strahlungswärme in elektrische Energie kommen heute verschiedene Technologien und Medien zum Einsatz. Ungeeignet ist zum Beispiel Wasser. Das Medium würde bei den hohen Temperaturen im Solarturmkraftwerk zwar schnell verdampfen, durch die entstehenden Druckverhältnisse aber besonders hohe Anforderungen an die Technik stellen. Günstiger ist dagegen der Einsatz von Luft als Wärmeträger. Diese erwärmt sich im Kollektor oder dann, wenn sie durch einen porösen Wärmespeicher strömt. Luft hat jedoch den Nachteil, dass sie nur wenig Wärme transportieren kann. Aus diesem Grund kommen heute auch Salzschmelzen als Wärmespeicher zum Einsatz. Diese bestehen aus mehreren Salzen, die sich bei hohen Temperaturen verflüssigen. Das Medium kann mehr Wärme transportieren und die aufgenommene Energie für mehrere Stunden bevorraten. Ein Wärmetauscher greift die Wärme kontinuierlich ab und erzeugt Wasserdampf für die Generatoren.

Parabolrinnenkraftwerke als Vorgänger der Solartürme

Der Vorgänger der modernen Solarturmkraftwerke war das sogenannte Parabolrinnenkraftwerk. Dabei leiten tausende Spiegel das Licht der Sonne auf eine Röhre in ihrem Brennpunkt. Diese ist mit Thermoöl gefüllt, das sich dabei auf über 400 Grad Celsius erhitzt. Es strömt zu einem Wärmeübertrager, der die thermische Energie wie im Solarturmkraftwerk zur Dampferzeugung nutzt. Der Dampf strömt anschließend durch einen Generator, der wiederum elektrische Energie erzeugt.

Die größten Solarturmkraftwerke der Welt im Vergleich  

In Deutschland betreibt das Forschungszentrum Jülich eine Test- und Demonstrationsanlage in der Nähe von Köln. Das Solarturmkraftwerk befindet sich auf einer Fläche von etwa zehn Hektar und besteht aus rund 2.000 beweglichen Spiegeln. Diese leiten das Sonnenlicht zu einem 22 Quadratmeter großen Receiver an der Spitze eines 60 Meter hohen Turmes. Als Wärmeträgermedium kommt dabei Luft zum Einsatz. Diese dient der Erzeugung von Wasserdampf, der wiederum einen Generator antreibt. Insgesamt arbeitet das Solarturmkraftwerk in Jülich mit einer Nennleistung von 1,5 Megawatt.

Nennleistung von 392 Megawatt

Von den größten Solarturmkraftwerken der Welt ist die deutsche Anlage jedoch weit entfernt. Eines davon steht in der amerikanischen Mojave-Wüste, etwa 80 Kilometer südwestlich von Las Vegas. Die Anlage besteht aus über 300.000 Spiegeln, die das Licht der Sonne zu einem 140 Meter hohen Turm leiten. Mit einer Nennleistung von 392 Megawatt kann das ökologische Kraftwerk etwa 140.000 Haushalte mit Strom versorgen.

Das mit Abstand größte Kraftwerk entsteht aktuell in Dubai. Es bekommt einen 260 Meter hohen Solarturm und soll eine Nennleistung von 700 Megawatt erreichen. Der damit erzeugte Strom könnte ausreichen, um mehr als 250.000 Haushalte nachhaltig mit elektrischer Energie zu versorgen.