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28.11.2012 | Erneuerbare Energien | Im Fokus | Onlineartikel

Technologien für konzentrierte Solarenergie "made in Germany"

Autor:
Sabine Voith

Konzentrierte Solarenergie, in Deutschland CSP, Concentrated Solarpower, international CPV, Concentrator Photovoltaics, nutzt die durch Sonneneinstrahlung entstandene Wärme zur Stromerzeugung in solarthermischen Kraftwerken. Konzentrierte Solarenergie spielt in Deutschland keine Rolle für die Stromgewinnung. Die Sonneneinstrahlung in Mitteleuropa ist zu gering, die verfügbaren Flächen zu klein, das Licht diffus. Doch für deutsche Firmen spielt CSP eine bedeutende Rolle, da diese die Technik für die großen Anlagen im Ausland liefern.

Unterschiedliche Konzepte ermöglichen die Stromerzeugung in CSP-Kraftwerken. Die bedeutendsten Vertreter sind das Solarturm-, das Parabolrinnen und das Paraboloidkraftwerk, die mit gebündelter Sonneneinstrahlung arbeiten. Bekannte CSP-Kraftwerke in Europa sind das Parabolrinnenkraftwerk Andasol 1 oder das Solarturmkraftwerk PS10 in Spanien. Das größte Fresnel Kraftwerk Puerto Errado 2 hat im Oktober unter der Aufsicht eines deutschen Generalunternehmers in Spanien den Betrieb aufgenommen. Mit einer elektrischen Leistung von 30MW produziert das Kraftwerk bis zu 50 Millionen Kilowattstunden Strom pro Jahr.

Die einfachere Sonnenstandsnachführung, die niedrigen Stromgestehungskosten und die hohe Stromgewinnung machen die Parabolrinnentechnik in der Praxis zu der am meist genutzten Technologie.

Für CSP ideal sind Bedingungen wie eine hohe direkte Sonneneinstrahlung von über 2000 kWh/m²a und ein geringer Bewölkungsgrad. Die technischen Herausforderungen sind vielfältig. Im Bereich Module liegen sie beispielsweise in der Forschung des Freiverhaltens von Solarmodulen, dem geeigneten Materialeinsatz bis zur Analyse der passenden Modultechnologien.

Technologien aus Deutschland

Für eine technologische Weiterentwicklung im Bereich der Mehrfachsolarzellen wurde Ende Oktober der deutsche Umweltpreis verliehen. Diese Solarzellen haben einen Durchmesser von nur drei Millimetern. "Sie bestehen nicht wie Siliciumsolarzellen aus nur einem Halbleitermaterial, sondern bilden einen Stapel aus verschiedenen Halbleitern der Gruppen III und V des Periodensystems – Galliumindiumphosphid, Galliumindiumarsenid und Germanium", so das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in einer Pressemitteilung. Jeder dieser Halbleiter wandelt einen anderen Wellenlängenbereich des Sonnenlichts in Strom um.

In jedem Modul bündeln Linsen das Sonnenlicht fünfhundertfach. Auch diese Linsen gehören zu den in Deutschland produzierten Komponenten. Dazu zählen unter anderem Primäroptiken aus PMMA und Sekundäroptiken aus Silikon. Bei den Primäroptiken handelt es sich meist um Fresnellinsen. Die Sekundäroptiken können das von den Primäroptiken konzentrierte Licht noch optimieren.

Bei den deutsche Receivern, die im ersten indischen CSP-Projekt eingesetzt werden, handelt es sich um einen vier Meter langen Receiver, der aus einem Absorberrohr aus Stahl besteht, das ein Wärmeträgeröl enthält. Es ist umgeben von einer Vakuumisolierung und einem speziellen Glashüllrohr. Die Glas-Metall-Verbindung des Receivers hält hohen thermischen Belastungen stand und stellt die Stabilität des Vakuums sicher. Eine speziell entwickelte Beschichtung absorbiert einen hohen Anteil der Sonnenenergie, gibt aber kaum Wärme an die Umgebung ab.

Ein Solarspiegel-Hersteller entwickelte aktuell eine schmutzabweisende Beschichtung für sein Produkt, die CPS-Kraftwerke noch effizienter macht. Der Verschmutzungsgrad wird bis zur Hälfte gesenkt, die Reflexion um zwei Prozent erhöht.

Technische Entwicklung und Folgen

Die technologische Weiterentwicklung bringt zum einen eine Steigerung der Leistung. In ihrer Leistungsklasse stellt die Solartechnologie somit eine Alternative zu fossilen und nuklearen Kraftwerken dar. Zum anderen sinken die Stromgestehungskosten. Diese liegen laut einer Studie des ISE zwischen 17 und 25 Cent/KWh und sind damit mit der Photovoltaik vergleichbar.

Ein großer Vorteil der Solarthermie gegenüber Wind und Photovoltaik ist, dass die gewonnene Wärme in Beton- oder Salzwärmespeichern direkt auf dem Kraftwerksgelände gespeichert werden kann. Wärme ist günstiger zu speichern als Strom und damit attraktiv. Außerdem sind die Kraftwerke modular ausgebaut und damit skalierbar. Ferner erzeugen die Kraftwerke länger Strom, was vor allem für Zeiten eines großen Energiebedarfs relevant ist. Die Versorgungssicherheit in regionalen Stromnetzen ist so gegeben.

Das CSP-Netzwerk spricht in einer Pressemitteilung davon, das Engagement deutscher Unternehmen auf dem internationalen Markt zu steigern. "Weltweit, so die Berechnungen der Deutschen CSP, werden bis zum Jahr 2020 Kraftwerke mit einer Kapazität von 23,4 Gigawatt gebaut. Länder wie Saudi Arabien, Indien, China und Südafrika haben entsprechende Pläne aufgelegt. Etwa 80 Prozent aller geplanten Kraftwerke befinden sich noch in der Vorbereitungs- und Planungsphase. 'Jetzt ist der richtige Zeitpunkt, um die technologische Kompetenz Deutschlands auf höchster politischer Ebene zu repräsentieren und mit ausländischen Regierungen entsprechende Rahmenbedingungen zu vereinbaren', so Georg Brakmann, Sprecher des Netzwerks Deutsche CSP."

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