In Solarkraftwerken lässt sich die Energie in Form von Wärme speichern, bevor sie in der Turbine zur Stromerzeugung eingesetzt wird. Dadurch können sie ununterbrochen und nahe an der Volllastgrenze betrieben werden. Solarthermische Kraftwerke können dadurch als Grundlastkraftwerke herangezogen werden und bieten langfristig gesehen eine Alternative zu den bestehenden thermischen Kraftwerken. Der größte Nachteil liegt in der geografischen Verfügbarkeit dieser Anlagen. Solarthermische Anlagen benötigen die direkte Sonneneinstrahlung, die nur in den Wüstenregionen der Erde ganzjährig zur Verfügung steht. Ausreichend Sonnenenergie und genügend Raum sind hier vorhanden. Fehlendes Wasser erfordert neue Technologien für die notwendige Kühlung, die zur Steigerung des Wirkungsgrades führt. Ebenso stellt die Wüste eine technische Herausforderung für die Materialien und die dadurch erforderliche Wartung der Anlagen dar. Im Moment scheint vieles gegen die Solarthermischen Kraftwerke zu sprechen. Neue Technologien und steigende Preise bei fossilen Brennstoffen könnten aber dafür sorgen, dass diese Kraftwerke zur Sicherung und Stabilisierung Stromnetzes beitragen.

Textprobe: Kapitel 3, Technischer Entwicklungsbedarf und Trends: 3.1, Vollzeitbetrieb: Große Solarfelder, effiziente Hochtemperaturwärmespeicher und eine fein geregelte Turbineneintrittstemperatur ermöglichen einen Vollzeitbetrieb und können daher den fossilen Kraftstoffbedarf ersetzen und die CO2-Emissionen entscheidend reduzieren. 3.1.1, Thermische Speicherung: Ein zukünftig wichtiges Einsatzgebiet für effiziente thermische Speicher sind solarthermische Kraftwerke. Durch die Kombination von Speicher und Kraftwerk lassen sich beispielsweise die Laufzeiten der Turbinen auf die Nachtstunden ausdehnen oder generell auf Zeiten geringerer Sonneneinstrahlung verlängern. Dadurch ließe sich die Effizienz dieser umweltfreundlichen Kraftwerke erheblich steigern. Auch die Integration des erzeugten Stroms in bestehende elektrische Versorgungsnetze würde so vereinfacht. Energiespeicher sind daher ein Schlüsselfaktor für den Erfolg der solaren Kraftwerkstechnologie. Thermische Wärmespeicher werden in vier Gruppen unterteilt: Sensibel (flüssig/fest). Latent (Phasenwechselmaterialien). Chemisch (Hydroxide/Karbonate). Physikalisch (Sorption). 3.1.2, Sensible Wärmespeicher: Bei der sensiblen Wärmespeicherung wird die Wärmemenge direkt an einen flüssigen oder festen Stoff weitergegeben. Die zugeführte Wärmemenge führt zu einer Temperaturerhöhung dieses Stoffes und ist daher fühlbar . Man spricht von sensibler Wärmespeicherung. Voraussetzung für einen sensiblen Wärmespeicher ist eine hohe Wärmekapazität, gute Wärmeleitfähigkeit und die Fähigkeit extreme Temperaturschwankungen aufnehmen zu können. Wasser hat zwar eine hohe Wärmekapazität ist aber nur für Temperaturen unter 100°C geeignet. Für Temperaturen über 100°C lässt sich der Wasserdampf in sogenannten Gefälle-Dampfspeicher speichern. Weitere Fluidspeicher werden mit Thermoöl und Salzschmelzen betrieben. Derzeit liegen die Temperaturen für Salzschmelzen (NaNO3-KNO3) in einem Temperaturbereich von 280-380°C. Die Erstarrungstemperatur der Schmelze liegt bei 130-230°C die im laufenden Betrieb nicht unterschritten werden darf. Weiterentwicklungen gehen dahin, dass die Erhöhung der Temperaturstabilität des Wärmeträgers auf über 400°C zur Erreichung höherer Dampfparameter angestrebt wird. Ebenso sollen Stoffgemische mit niedriger Erstarrungstemperatur (<100°C) zum Einsatz kommen. Diese Stoffgemische könnten das Thermoöl ersetzen und man hätte dann ein Einstoffsystem, das wiederum die Investitions- und Betriebskosten senken würde. Bei CSP-Anlagen mit Thermoöl als Wärmeträger wird die Wärmemenge auf einen gießfähigen Stoff übertragen. Dabei kommen zurzeit zwei Varianten zum Einsatz: Aluminiumoxid- Gießkeramik sowie temperaturfester Beton. Beton hat den Vorteil, dass er nahezu überall zur Verfügung steht und die Investitionskosten für diesen gering sind. Das Deutsche Institut für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat im September 2008 gemeinsam mit Züblin ein 400 kWh-Speichermodul aus temperaturfestem Beton entwickelt, das durch Zusammenschalten mehrerer identischer Module zu einem komplexen Beton-Wärmespeichersystem aufgerüstet werden kann. Das Speichermodul ist bislang in über 150 Zyklen 6.000 Betriebsstunden lang getestet worden. Der Arbeitsbereich liegt zwischen 250 und 400°C. Je nach Betriebsweise erreicht der Speicher eine spezifische Kapazität von 20 bis 50 kWh pro Kubikmeter. Verschaltet man mehrere Module miteinander, lassen sich Speicherkapazitäten von mehreren 100 kWh bis zu einigen 1.000 MWh erzielen. Dadurch lässt sich die Laufzeit von solarthermischen Kraftwerken auch auf die Nachtstunden ausdehnen und die an bewölkten Tagen unvermeidbaren solaren Verluste können ausgeglichen werden. Damit würden sich die Schwankungen in der Energiebereitstellung ausgleichen lassen. Momentan werden Verbesserungen des Wärmetransports zwischen Speichermedium und Wärmeträgerfluid durch Verbundmaterialien angestrebt. Dabei soll eine höhere Wärmeleitfähigkeit und eine hohe spezifische Wärmeüberträgeroberfläche durch Integration von Wärmeleitstrukturen in das Speichermaterial erreicht werden. 3.1.3, Latente Wärmespeicher: Für die effiziente Speicherung von Wärme sind Latentwärmespeicher besonders geeignet, da sie eine Phasenumwandlung eines Phasenmaterials (Phase Change Material - PCM) ausnutzen und hierdurch große Wärmemengen in einem schmalen Temperaturbereich um den Phasenübergang speichern können. Gegenüber konventionellen sensiblen Wärmespeichern sind mit PCM-Speichern hohe Energiedichten bei weitgehend konstanter Betriebstemperatur realisierbar. Damit lassen sich große Wärmemengen reversibel und mit hohem Wirkungsgrad speichern.

• Parabolrinne

• Parabolrinnen-Kraftwerk

• Wärmespeicher

• Turmkraftwerk

• Desertec

Peter Weilharter wurde 1963 in Traunstein/Obb. geboren. Er studierte Physik und Mathematik an der Universität Regensburg und schloss an der Universität Wien im Jahre 1992 mit dem akademischen Grad des Magisters erfolgreich ab. Als Lehrer an der Höheren Technischen Lehr- und Versuchsanstalt Mödling, Abteilung: Umwelttechnik, eignete sich der Autor ein umfassendes Wissen und praktische Erfahrungen im Umwelttechnikbereich an. Im Zuge eines Ingenieurs-Studiums an der FH Zwickau, Studiengang: Umwelttechnik und Recycling, und motiviert von zahlreiche Reisen durch Nordafrika widmete sich der Autor eingehend mit der Thematik Solarthermische Kraftwerke.