Regenerative Energieversorgung

Grundwissen

Solarkraftwerk

Solarturm - Kraftwerk

Beim Solarturmkraftwerk werden viele (über tausend) an zwei Achsen bewegliche Spiegel (Heliostate) fortlaufend so gesteuert, dass sie das auf sie treffende Sonnenlicht zur Turmspitze reflektieren. Dort sitzt der Receiver, in dem die Sonnenstrahlen von einem Trägermedium absorbiert werden. Die erwärmte Flüssigkeit wird zum Teil bis 1000° C erhitzt und zum Verdampfen gebracht. Dieser Dampf treibt die im Turm gelegenen Turbinen an und erzeugt so Strom.
Das nebenstehend dargestellte 10 MW - Solarturm-Kraftwerk "Solar One" in Barstow/Karlifornien besteht aus 1818 Heliostaten mit je einer Fläche von 39,3 m², die das Licht auf den 91m hohen Turm konzentrieren.
Solarturm-Kraftwerke arbeiten allerdings erst ab Leistungen über 30 MW wirtschaftlich.

Aufgabe:
Welchen Wirkungsgrad hat das oben dargestellte Solarturmkraftwerk, wenn bei eingestrahlter Sonnenleistung von 800 W/m² eine elektrische Leistung von 10 MW herauskommt. [Lösung: 17%]

Sonnenofen von Odeillo

Mehrere Spiegel konzentrieren die Sonnenstrahlung punktgenau in einem Absorber, der sich im Brenpunkt eines riesigen Hohlspiegels befindet. Die dabei erzeugte Temperatur kann bis zu 4000°C betragen. Das verdampfte Medium treibt mittels einer turbine einen Generator an.

Der "Sonnenofen" von Odeillo, der seit 1972 in den französischen Pyrenäen zu Forschungszwecken betrieben wird hat 63 Fangspiegel, die das Sonnenlicht auf den 2000 m² großen Hohlspiegel reflektieren, der dann die Strahlung auf den 625 cm² großen Absorber konzentriert. Die Gesamtfläche der Fangspiegel beträgt 2835 m².

Parabolrinnenkraftwerk

Beim Parabolrinnenkraftwerk befindet sich ein Rohr mit einer Wärmeträgerflüssigkeit in der Brennlinie eines zylinderförmigen Parrabolspiegels, der mit einer Achse der Sonne so nachgeführt wird, dass das Sonnenlicht immer aufs Wärmeträgerrohr gebündelt wird. Infolge der konzentrierten Sonneneinstrahlung erhitzt sich das Wärmeträger-Medium bis auf etwa 400°C. Die einzelnen Rinnenkollektoren sind durch Sammelleitungen verbunden, die das Absorber-Medium einem Wärmetauscher zuführen, in dem Wasser verdampft wird.

Dieser Dampf treibt wie bei einem herköömlichen Wärmekraftwerk eine Turbine, die einen Generator antreibt.
In der kalifornischen Wüste sind mehrere Parabolrinnen-Kraftwerke mit Leistungen zwischen 30 und 80 kW installiert. Der Flächenbedarf eines Parabolrinnen-Kraftwerks liegt zwischen 40-80 m2/kW. Beim rechts abgebildeten Parabolrinnen-Kraftwerk dürfte die bebaute Fläche ca. 200 Hektar betragen.

Aufgabe:
Lies diesen Artikel der Süddeutschen Zeitung vom 25.09.03 durch und beantworte die am Ende gestellten Fragen.

Parabolspiegelkraftwerk

Bei Parabolspiegel-Anlagen werden Hohlspiegel von z.T. einigen Metern Durchmesser der Sonne nachgeführt. Die auftreffenden Strahlen werden auf einen im Brennpunkt montierten Stirling-Motor gelenkt. Der Stirling-Motor wandelt die Wärmeenergie direkt in mechanische Arbeit.
Diese Kleinkraftwerke können als Einzelanlage für eine dezentrale Energieversorgung oder im Verbund mit mehreren genutzt werden.
Einzelanlagen mit einer Leistung von 10kW bis 50kW haben Spiegeldurchmesser zwischen 10m bis 17m.
Eine Animation des Funktionsprinzips des Stirlingmotors gibt es bei Klaus Wetzstein (nur für besonders weit Fortgeschrittene).

Aufwindturm - Kraftwerk

Beim Aufwindkraftwerk heizt man die Luft unter einer großen Glasfläche durch die Sonne stark auf. Die warme Luft wird durch entsprechende Fromgebung dem langen Kamin zugeführt und steigt dort auf und bringt eine darin befindliche Trurbine zum drehen, die Seinerseits einen Generator antreibt.

Bisher ist nur das Aufwindkraftwerk in Manzanares (südlich von Madrid) realisiert. Es hat einen Durchmesser des Glasdachs von 240 m. Der Kamin ist 195 m hoch.