Solarkraftwerke

Man unterscheidet zwischen Photovoltaik-Kraftwerken und solaren Wärmekraftwerken (thermische S.).

In Photovoltaik-Kraftwerken wird die einfallende Sonnenstrahlung mit Hilfe von Solarzellen direkt in Strom umgewandelt.
Solarthermische Kraftwerke hingegen nutzen die Sonnenwärme als Prozeßwärme oder zur Stromerzeugung. Außer dem Aufwindkraftwerk (s.u.) verwenden alle thermischen S. Spiegel zur Fokussierung des Sonnenlichts. Daher können sie nur in sonnenreichen Ländern mit einem hohen Anteil an Direktstrahlung (Globalstrahlung) eingesetzt werden. Optimaler Standort ist der sog. Sonnengürtel der Erde, in dem z.B. die Sahara und Südkalifornien liegen. In Europa kommen lediglich die Südteile von Spanien, Italien und Griechenland in Frage.

Vier unterschiedliche Konzepte stehen derzeit zur Diskussion:
Solartürme bestehen aus einem zentralen Empfängerturm, der von Spiegelgruppen umgeben ist, die die einfallende Sonnenenergie auf die Turmspitze konzentrieren. Dort können Temperaturen bis zu 1.000 Grad C erreicht werden, die sich sowohl als Prozeßwärme oder zur Stromerzeugung nutzen lassen. Der größte Solarturm war Solar One mit einer Leistung von 10 MW (Barstow/Kalifornien), er wurde nach seiner 6-jährigen Testphase stillgelegt.

Parabolschüsselanlagen bestehen aus Parabolspiegeln, die in ihrem Brennpunkt die gebündelte Sonnenenergie an einen Wasserdampfkreislauf oder insb. auch an Stirlingmotoren abgeben. Parabolschüsseln halten mit einem Stromerzeugungs-Wirkungsgrad von 30% den Rekord aller S.. Kleine Anlagen stehen in verschiedenen Ländern.
Beim Aufwindkraftwerk erhitzt die Sonne Luftmassen unter riesigen, treibhausartigen Glasdächern. Die Luft steigt über einen Kamin nach oben und treibt dabei eine Windturbine an. Aufwindkraftwerke sind von der Technik her sehr simpel, benötigen aber aufgrund ihres geringen Wirkungsgrads von maximal 2% sehr große Flächen. Ein Demonstrationskraftwerk (50 kW) hat in Manzanares (Spanien) bis zu seiner Zerstörung durch einen Sturm 1989 sieben Jahre lang erfolgreich Strom produziert.

Bei Parabolrinnenanlagen (Solarfarm) konzentrieren trogförmige Spiegel das Sonnenlicht auf mit synthetischem Öl gefüllte Empfängerröhren, die sich in der Brennlinie der Spiegel befinden. Das bis zu 400 Grad C heiße Öl wird zu einem zentralen Wärmetauscher gepumpt, wo es seine Energie an einen Wasserdampfkreislauf zwecks Stromerzeugung abgibt. Der Gesamtwirkungsgrad der Stromerzeugung liegt bei 14%.

Die Parabolrinnenanlagen (auch: Solarfarmen) haben bislang als einzige S.-Technologie die kommerzielle Serienfertigung erreicht. In Kalifornien waren 1992 350 MW Solarfarmleistung installiert (über 95% der Leistung aller S. weltweit) und in Brasilien 150 MW in Planung. Neue Anlagen haben eine Größe von ca. 80 MW und Stromgestehungskosten von 15-20 Pf/kWh, was nur noch wenig über den Stromgestehungskosten fossiler Kraftwerke liegt und weit unter den Gestehungskosten photovoltaischer Systeme (Solarzelle). Mit Hilfe von thermischen Speichern oder fossilen Zusatzfeuerungen können Solarfarmen sogar 24 h unvermeidlichen Eingriffen in die Wüstenflora und -fauna kann es beim jetzigen Solarfarmkonzept zu Bodenkontaminationen durch das synthetische Öl kommen. In der nächsten Generation soll u.a. deshalb auf das Öl ganz verzichtet und statt dessen in den Empfängerröhren direkt Wasser verdampft werden.

Solarfarmen besitzen weltweit ein enormes Potential, mit ihrer Hilfe könnte man den Weltstrombedarf mehrfach decken und so z.B. durch eingesparte Kohlendioxidemissionen den Treibhauseffekt eindämmen.

Zu diesem Ergebnis kommt eine Studie im Auftrag des BMFT, gemeinsam durchgeführt von allen namhaften solaren Instituten und Firmen Deutschlands (1992). Je nach politischen Rahmenbedingungen könnten bis zum Jahr 2005 rund um das Mittelmeer mit einem Investitionsvolumen von 15-60 Mrd DM Solarfarmen mit einer Gesamtleistung von 3.500-13.500 MW errichtet werden. Dadurch ließ sich der Zubau an Gas- und Ölkraftwerken in den entsprechenden Gebieten um 4-15% reduzieren, wodurch der Atmosphäre jährlich 7-27 Mio t Kohlendioxid erspart blieben. Langfristig ist in den Ländern Ägypten, Libyen, Tunesien, Algerien und Marokko ein Areal von 500.000 km2 für den Aufbau von Solarfarmen geeignet.

Die allein auf dieser Fläche installierte Leistung von 12.000 GW könnte das Vierfache des derzeitigen Weltstrombedarfs decken. Der in der Sahara erzeugte Strom kann entweder mit geringen Verlusten über Höchstspannungstraßen (800 kV, Hochspannungsleitung) in die Ballungszentren geleitet werden oder aber auch auf die Wasserstofftechnologie zwecks Speicherung und Transport zurückgreifen.

Die unerschöpfliche und saubere Solarenergie hat begonnen, im Sonnengürtel der Erde kommerziell nutzbar zu werden. Es fehlt nicht die Technologie, sondern der politische Wille und damit das notwendige Kapital, den solaren Weg einzuschlagen und so endlich die weltweite Energieversorgung auf global umweltfreundliche Füße zu stellen, noch bevor der Treibhauseffekt die Erde verwüstet. Internationale Organisationen, wie z.B. die Weltbank, haben hier bislang eindeutig versagt.
Flächenbedarf: Regenerative Energiequellen

Lit.: M.Karus: Regenerative Energiequellen zur Stromerzeugung in Kalifornien, Öko-Institut, Freiburg 1987