Solarthermie

Bei der Solarthermie wird aus der Sonnenenergie Wärme erzeugt. Diese kann für verschiedene Zwecke verwendet werden:

als Niedertemperaturwärme unter 100° z.B. zur Brauchwassererwärmung mit Sonnenkollektoren
als Hochtemperaturwärme für industrielle Prozesse oder zur Erzeugung von elektrischem Strom durch

Sonnenkollektoren

Sonnenkollektoren sind von Wasser durchflossene Rohre mit zusätzlichen Absorberflächen die meistens in wärmeisolierte flache Gehäuse (Flachkollektoren) eingebaut werden, welche mit einer Glasscheibe abgedeckt werden. Alternativ gibt es Vakuumröhren-kollektoren, die einen höheren Wirkungsgrad aufweisen, aber auch teurer sind. Zur Überbrückung von sonnenarmen Tagen werden sie mit einem Wasser-Wärmespeicher kombiniert (z.B. 300 - 500 l für ein Einfamilienhaus).

Für die Brauchwassererwärmung im Einfamilienhaus benötigt man etwa 5m², die sinnvollerweise auf dem Dach zur Sonne hin ausgerichtet montiert werden. Die Kollektoren arbeiten eingeschränkt auch bei bedecktem Himmel noch. Man kann damit im Sommer die gesamte Brauchwassererwärmung bestreiten. Im Winter reicht die Leistung nicht aus, es werden im Jahresmittel 40 - 60 % der Brauchwassererwärmung bestritten. In südlichen Ländern reicht das System ganzjährig aus. Die Kosten für ein Einfamilienhaus könne z.B. 4000 € betragen.
Schwimmbadbeheizungen im Sommer können vollständig auf diese Weise durchgeführt werden. Größere Anlagen können auch zur Heizungsunterstützung dienen, insbesondere wenn es sich um eine Niedertemperaturheizung (z.B. Fußbodenheizung) handelt. Bei einem hoch gedämmten Haus kann im Zusammenhang mit einem großen Saisonwärmespeicher (z.B. 10 m³) die gesamte Wärmebereitstellung übernommen werden. Es ist auch sinnvoll ein solches System zusätzlich zur die Warmwasserversorgung von Spülmaschine und Waschmaschine zu nutzen.
Auch das Kühlen ist über Solarthermie möglich.

Näheres zu Sonnekollektoren bei Wikipedia

Animation zur Verwendung von Sonnenkollektoren

Hochtemperatur-Solarthermie

Die folgenden Kraftwerkstypen arbeiten nur mit direktem Sonnenlicht zufriedenstellend und sind wohl nur für südliche Breiten geeignet. Durch die Erzeugung von hohen Temperaturen kann ein normales Dampfkraftwerk zur Stromerzeugung nachgeschaltet werden, wozu aber evtl. zusätzlich Kühlwasser benötigt wird. Die Kraftwerke benötigen im Gegensatz zur Fotovoltaik entsprechend große Freiflächen, die wohl auch eher in südlichen Flächenländern gegeben sind. Es werden auch Prototypen mit Wärmespeicherung getestet, die es ermöglichen, eine Stromerzeugung auch über Nacht aufrecht zu erhalten. Diese Kraftwerkstypen stehen noch am Anfang der Entwicklung, man hofft jedoch langfristig eine Stromerzeugung zu geringeren Kosten als bei der Fotovoltaik erreichen zu können.
Die Anlagen können weiterhin zur Meerwasserentsalzung eingesetzt werden, welchen in trockenen Ländern von großer Bedeutung ist. Dabei spielt die unregelmäßige Erzeugung keine Rolle, da das erzeugte Süßwasser gespeichert werden kann.

Turmkraftwerk

Turmkraftwerke bestehen aus einem Feld von Spiegeln, die dem Gang der Sonne nachgeführt werden und das Licht auf die Spitze eines 50 - 170 m hohen Turms lenken. Dort entstehen im Brennpunkt der Spiegel Temperaturen bis zu 1200°, die neben der Dampferzeugung auch für technische Prozesse genutzt werden können. In Deutschland wurde gerade in Jülich ein Prototyp gebaut, es gibt aber auch Kritik an diesem Projekt. In Jülich werden durch ein rund 20.000 Quadratmeter großes Spiegelfeld die Sonnenstrahlen auf einen Empfänger an der Spitze eines 50 Meter hohen Solarturms gebündelt.

Parabolrinnenkraftwerk

Parabolrinnenkraftwerke bestehen aus langen Reihen parabolisch gewölbter Spiegel, die das Sonnenlicht auf Absorberrohre in der Brennlinie der Spiegel konzentrieren. In den Rohren fließt ein Spezialöl, dass sich auf bis zu 400 Grad Celsius erhitzt. Das heiße Öl wird dann zur Erzeugung von Wasserdampf und letztlich elektrischem Strom verwendet.

Seit 15 Jahren leisten neun Kraftwerke in der Mojave-Wüste in Kalifornien zusammen 354 MW. Der Preis des erzeugten Stroms betrug zu Preis je kWh: Beginn 30 Ct, jetzt 12,5.

Lageplan Parabolrinnenkraftwerk

Aufwindkraftwerke

Aufwindkraftwerke nutzen die Eigenschaft, dass warme Luft nach oben steigt.
Zunächst wird eine große runde Fläche (Kollektor) mit Folien oder Glas in z.B. 2 m Höhe überdacht. In der Mitte wird ein sehr hoher Kamin erstellt. Durch die Sonneneinstrahlung wird die Luft erwärmt und strebt in dem zentralen Kamin nach oben. Von den Rändern des Glasdachs strömt Umgebungsluft nach, die ebenfalls erwärmt wird. So wird die Sonneneinstrahlung zum "Motor" eines gleich bleibenden Aufwindes im Kamin. Eine im Kamin eingebaute Turbine wandelt die Windenergie mittels eines Generator in elektrische Energie um.
Eine Pilotanlage in Manzanares, südlich von Madrid, lief von Mitte 1986 bis Anfang 1989 fast ohne Unterbrechung mit einer Spitzenleistung von 50 kW. Ihr Kollektor hat einen Durchmesser von 240 Metern, der Kamin mit einem Durchmesser von 10 Metern ist 195 Meter hoch. Wirtschaftlich arbeitende Anlagen sind nur im großem Maßstab möglich und nur für südliche Flächenländer geeignet. Zur Zeit wird in Australien ein solches Kraftwerk gebaut. Der Turm soll 1000 m hoch sein und 123 m im Durchmesser betragen, der Kollektor hat 5 km Durchmesser, die Leistung beträgt 200 MW. (http://www.enviromission.com.au/IRM/content/home.html)

Näheres zur Hochtemperatursolarthermie unter http://www.solar-thermie.org