Heiße Luft steigt nach oben
Joachim Herz Stiftung
Luft dehnt sich beim Erwärmen aus. Dies führt auch dazu, dass warme Luft eine mechanisch kleinere Dichte als kalte Luft hat. Warme Luft ist somit spezifisch leichter als kalte Luft. Warme Luft steigt daher in der Regel nach oben - es tritt eine Wärmeströmung auf.
Das kannst du in einem einfachen Versuch zeigen: Die warme Luft über einer Kerze steigt nach oben und treibt eine "Wärmeschlange" an. Auf diese Weise funktionieren auch sog. Weihnachtspyramiden.
Technische Nutzung in einem Aufwindkraftwerk
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Das Aufsteigen der erwärmten Luft über dem Erdboden, die sog. natürliche Konvektion, kann auch zur Stromerzeugung genutzt werden. Dies geschieht in einem Aufwindkraftwerk (siehe Abb. 2).
Hierbei erwärmt die Sonne den Boden einer Kollektorfläche, die z.B. mit Glas überbaut ist. Dadurch erwärmt sich auch die Luft zwischen Boden und Überbauung. Diese erwärmte Luft steigt nach oben. Der Turm, durch den die Luft aufsteigt und am oberen Ende wieder entweicht sorgt für einen Kamineffekt und einen größeren Druckunterschied, was die Luftströmung verstärkt bzw. beschleunigt. So kann mit den Turbinen mehr elektrische Energie gewonnen werden.
Aufwindkraftwerke produzieren dabei nicht nur dann Strom, wenn die Sonne auf sie scheint sondern auch nachts. Der Boden der Kollektorfläche erwärmt sich bei Tag durch die Sonne und speichert so einen Teil der Sonnenenergie. Bei Nacht wird diese Energie dann an die Luft über dem Boden abgegeben. Zugleich kühlt die Umgebung nachts meist auch deutlich ab, sodass auch so eine Stromproduktion mit dem Aufwindkraftwerk möglich ist.
Historie
Zwischen 1982 und 1989 war in Spanien ein Aufwindkraftwerk zu Forschungszwecken in Betrieb. Aktuell ist mit dem Auftriebskraftwerk Wuhai in China das einzige kommerzielle Kraftwerk dieser Art in Betrieb.