Technologie

Das auffälligste Merkmal eines Solarthermischen Kraftwerks sind die konzentrierenden Kollektoren, die je nach Technologie in unterschiedlicher Form und  Anordnung eingesetzt werden um Sonnenstrahlung zu bündeln. Die Spiegelflächen der Kollektoren konzentrieren das Sonnenlicht auf einen Wärmeübertrager (engl. Receiver) in dem ein Wärmeträgerfluid erhitzt wird. Die Solarenergie kann zur Erzeugung von Strom, Wärme, Kälte, solaren Brennstoffen oder zur Wasserreinigung genutzt werden. Solarthermische Kraftwerke sind bereits auf mehreren Kontinenten erfolgreich und wirtschaftlich im Einsatz. Die für CSP am besten geeigneten Standorte für solarthermische Kraftwerke befinden sich in Regionen mit hoher direkter Sonneneinstrahlung entlang des Sonnengürtels der Erde.

Linien- oder punktfokussierende Spiegel

Konzentrierende Kollektoren können anhand der Anordnung ihrer Konzentratorspiegel unterschieden werden. Linienfokussierende Systeme, wie Parabolrinnen- oder Linear-Fresnel-Systeme, werden der Sonne in einer Achse nachgeführt. Sie konzentrieren die Strahlung auf ein Absorberrohr das die Energie an ein Wärmeträgerfluid (z. B. Wasser, Thermoöl oder Flüssigsalz) weiterleitet. In der Praxis kann eine etwa 100-fache Konzentration des Sonnenlichts erzielt werden. Es existiert eine Vielzahl von unterschiedlichen Konzepten, in denen das Wärmeträgermedium entweder direkt im Kraftwerkskreislauf verwendet wird, beispielsweise Wasserdampf, oder zunächst in einem Sekundärkreislauf zirkuliert (z. B. Thermoöl). Punktfokussierende Systeme, wie Turmkraftwerke, nutzen eine große Zahl einzeln nachgeführter Kollektorspiegel (Heliostate), um die Strahlung auf einen einzigen Receiver auf der Spitze eines zentralen Turms zu konzentrieren. Sie können die einfallende Strahlung der Sonne etwa 500-fach konzentrieren.

Thermische Energiespeicher und der Einsatz von Brennstoffen

Solarthermische Kraftwerke haben den großen Vorteil dass sie thermische Energiespeicher (z. B. Speichertanks mit heißem, geschmolzenem Salz) intergieren können. Dies ist deutlich einfacher, effizienter und kostengünstiger als elektrischen Strom zu speichern. Die Wärmespeicher ermöglichen den Weiterbetrieb der Anlage auch bei Wolkendurchgängen oder nach Sonnenuntergang. Die Integration von thermischen Energiespeichern erlaubt es sogar die Kosten der Stromerzeugung gegenüber Systemen ohne Speicher zu senken. Dies geschieht, wenn in einem vergrößerten Solarfeld soviel Wärme über den Tag eingesammelt und gespeichert wird, dass das Kraftwerk zum Beispiel auch nach Sonnenuntergang weiterbetrieben werden kann. Dadurch wird die Investition in den Kraftwerksblock vergleichsweise besser (über mehr Betriebsstunden) ausgenutzt und die Stromerzeugungskosten sinken. Zusätzlich lässt sich die Wärmeerzeugung durch den Einsatz von fossilem oder biogenem Brennstoff an den Bedarf anpassen. Großtechnisch besonders bedeutend ist die Nutzung der Hochtemperaturwärme zur Stromerzeugung. Hierbei überträgt ein Kollektorsystem die eingesammelte Hochtemperatur an ein konventionelles Kraftwerk. In Verbindung mit einem Wärmespeicher und/oder der Zufeuerung mit Brennstoffen lässt  sich kostengünstiger Strom nach Bedarf bereitstellen ohne dass Reservekraftwerke für die Zeiten ohne Sonnenschein bereitgehalten werden müssen.

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Speicher für Flüssigsalz Solarkraftwerk Andasol 3 [DLR]

Wasserverbrauch

Solarthermische Kraftwerke mit Dampfkreislauf benötigen – wie alle Dampfkraftwerke – Wasser für den Betrieb, hauptsächlich zur effizienten Kühlung des Kreislaufs. Da Wasser in den Regionen in denen die Technik zum Einsatz kommt, ein knappes Gut ist, soll möglichst wenig Wasser für die Kühlung eingesetzt werden. Wird stattdessen die Umgebungsluft für die Kühlung genutzt, sinkt der Wasserbrauch deutlich von etwa 3,6 auf 0,25 l/kWh. Alternativ ist in der Nähe des Meeres auch Seewasserkühlung oder der Betrieb von Meerwasserentsalzungsanlagen möglich.