Solarstrom im großen Maßstab

Lineare Fresnel-Kollektoren für solarthermische Kraftwerke sollen in Südspanien in einer neuen Demonstrationsanlage getestet werden.

Der globale Energiebedarf kann im Jahr 2050 zur Hälfte aus Erneuerbaren Quellen gedeckt werden, basierend auf heute vorhandener Technologie. Aktuelle Szenarien belegen dies und messen dabei der Stromgewinnung aus Sonnenenergie eine ganz wesentliche Rolle bei. Neben der Photovoltaik stehen für die Solarstromgewinnung im großen Maßstab solarthermische Kraftwerke im Mittelpunkt. Die Optimierung der Komponenten solcher Kraftwerke sowie die theoretische Untersuchung neuer Konzepte waren in den vergangenen Jahren Forschungsthema am Fraunhofer ISE. In Kooperation mit Industrie- und Forschungspartnern entsteht derzeit unter der Federführung der MAN Ferrostaal Power Industry GmbH in Südspanien eine neue Demonstrationsanlage, deren Ziel die Kommerzialisierung linearer Fresnel-Kollektoren für solarthermische Kraftwerke ist.

In konventionellen solarthermischen Kraftwerken (Parabolrinnensystemen) wird Sonnenlicht über Spiegel auf ein selektives Absorberrohr fokussiert, in dem ein Thermoöl fließt, das durch die Sonnenwärme erhitzt wird. Der dann in einem Wärmetauscher entstehende Dampf wird mittels einer Turbine plus Generator in Strom umgewandelt. Bei linear konzentrierenden Systemen unterscheidet man die klassischen Parabolrinnensysteme sowie das neue Konzept der Fresnelspiegelsysteme mit Sekundärspiegeln. Das Besondere an Fresnel-Kollektoren ist, dass die das Sonnenlicht konzentrierenden Spiegel aus mehreren Reihen nachgeführter Flachspiegel bestehen. Die Solarstrahlung wird auf ein zentral über dem Spiegelfeld befindliches Absorberrohr mit hochselektiver Beschichtung fokussiert. Die für dieses System erforderlichen Bauteile sind zu einem hohen Anteil kostengünstige Standardkomponenten, die weltweit verfügbar sind und eine hohe lokale Wertschöpfungskette ermöglichen. Dadurch lassen sie Wettbewerbsvorteile gegenüber Konkurrenztechnologien erwarten. Darüber hinaus ist die Fresnel-Technik unempfindlich gegen Windlasten und erlaubt eine hohe Landausnutzung.

Abb.: Visualisierung eines Fresnel-Kollektor-Solarfelds. Das Besondere an Fresnel-Kollektoren ist, dass die das Sonnenlicht konzentrierenden Spiegel aus mehreren Reihen nachgeführter Flachspiegel bestehen. Die Solarstrahlung wird auf ein zentral über dem Spiegelfeld befindliches Absorberrohr mit hochselektiver Beschichtung fokussiert. (Quelle: Fraunhofer ISE)

Das Fraunhofer ISE hat wesentlich mit dazu beigetragen, die Schlüsselkomponenten Absorberrohr, Sekundärspiegel, Primärspiegelfeld und dessen Regelung zur Einsatzreife zu bringen. Gleichzeitig errechneten die Freiburger Forscher auf der Basis theoretischer Untersuchungen und unter bestimmten Bedingungen in sonnenreichen Ländern Stromgestehungskosten von nicht mehr als 0,12 €/kWh.

Der technische Nachweis unter realen Betriebsbedingungen ist das nächste Ziel. Hierfür entsteht derzeit auf der Plataforma Solar de Almería in Südspanien ein 100 m langer Kollektorstrang als Versuchs- und Demonstrationsanlage. Das Fraunhofer ISE und das Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR vermessen diesen hinsichtlich seiner optischen und thermischen Eigenschaften. Die Industriepartner MAN Ferrostaal Power Industry GmbH und Solar Power Group GmbH streben die Kommerzialisierung dieser Technologie an.

Neben der Markteinführung von Fresnel-Kollektorsystemen haben sich die Partner in Almería auch die Entwicklung neuer Kraftwerkskonzepte für den kleinen und mittleren Leistungsbereich, mit geringerem Investitionsrisiko sowie mit Kraft-Wärme(Kälte)-Kopplung zum Ziel gesetzt. Dadurch können neue Märkte für Hersteller konzentrierender Kollektoren sowie von Wärmekraftmaschinen, vor allem in Südeuropa, Nordafrika und Nahost erschlossen werden.

Der Aufbau des Kraftwerks in Almería wird vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) gefördert. Das Potenzial der Erneuerbaren Energien für die Energieversorgung der Zukunft kann z. B. nachgelesen werden im Gutachten „Welt im Wandel“ des Wissenschaftlichen Beirats der Bundesregierung für Globale Umweltveränderungen.

Quelle: Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE

Weitere Infos:

• Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE:
  http://www.ise.fraunhofer.de
• Gutachten 'Welt im Wandel' des Wissenschaftlichen Beirats der Bundesregierung für Globale Umweltveränderungen:
  http://www.wbgu.de