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Solarkraftwerk

Definition: ein Kraftwerk, welches Sonnenenergie zur Erzeugung elektrischer Energie nutzt

Alternativer Begriff: Sonnenkraftwerk

Allgemeinerer Begriff: Kraftwerk

Spezifischere Begriffe: solarthermisches Kraftwerk, Photovoltaikkraftwerk

Englisch: solar power plant

Kategorien: erneuerbare Energie, Kraftmaschinen und Kraftwerke

Autor:

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 27.12.2012; letzte Änderung: 27.02.2021

Ein Solarkraftwerk ist ein Kraftwerk, welches als Primärenergie Sonnenenergie nutzt. Hierfür kommen ganz unterschiedliche Technologien in Frage:

Photovoltaik-Solarkraftwerke

Vor allem kleinere Solarkraftwerke basieren fast immer auf einer größeren Anzahl von Photovoltaikmodulen, die Solarzellen enthalten. Solche Anlagen sind robust, mangels bewegter Teil verschleißfrei und wartungsarm. Der modulare Aufbau erlaubt eine einfache Anpassung der Gesamtleistung über die Anzahl der verwendeten Module.

Die Solarzellen können gewöhnlich direktes wie auch diffuses Licht nutzen; nur bei den noch wenig verbreiteten Anlagen mit Konzentratorzellen, bei denen Licht auf kleinere Solarzellen fokussiert wird, kann diffuses Licht nicht genutzt werden.

Bei schwacher Sonneneinstrahlung z. B. durch leichte Bewölkung nimmt die produzierte Leistung sofort ab. Jedoch bleibt der Wirkungsgrad mehr oder weniger erhalten, d. h. die geringere Einstrahlung kann voll genutzt werden.

Die Energiespeicherung zur Anpassung der Erzeugung an die Stromnachfrage bleibt ein großes Problem, wenn ein großer Anteil des Stroms durch Photovoltaik gewonnen werden sollte. Speicher für elektrische Energie sind nämlich teuer. Auch die Erzeugung von Wasserstoff für den Transport und die Speicherung der Energie wurde vorgeschlagen, aber dies bringt hohe Kosten und auch hohe Energieverluste mit sich.

Solarthermische Kraftwerke

Solarturm
Abbildung 1: Das Hybrid-Solarturmkraftwerk PS10 in Südspanien, Europas erstes kommerzielles Solarturmkraftwerk. Quelle: DLR (CC-BY 3.0).

Bei solarthermischen Kraftwerken (auch als Solarwärmekraftwerke bezeichnet) wird das Sonnenlicht zunächst mit optischen Mitteln konzentriert und dann auf dunklen Bauteilen absorbiert, d. h. die Sonnenenergie wird zunächst in Wärme umgewandelt. Diese Wärme wird dann von einer Dampfturbinenanlage zum Antrieb eines Generators genutzt, der schließlich die elektrische Energie erzeugt.

Die wichtigsten Bauformen sind Parabolrinnenkraftwerke und Solarturmkraftwerke, wobei die ersteren bei Weitem am meisten verbreitet sind. Die Leistung liegt meist bei einigen zehn Megawatt oder auch mehreren hundert Megawatt.

Bei idealen Wetterbedingungen erreichen solarthermische Kraftwerke deutlich höhere Wirkungsgrade als Photovoltaikanlagen. Allerdings können sie diffuse Sonneneinstrahlung nicht nutzen, da diese nicht auf den Absorber fokussiert werden kann. Hinzu kommt, dass der Wirkungsgrad sowohl der Absorber als auch der Turbinenanlage für reduzierte Leistungen abnimmt. Aus diesen Gründen haben ungünstige Wetterbedingungen einen wesentlich störenderen Einfluss auf die Stromerzeugung als bei Photovoltaikanlagen. Deswegen kommen solarthermische Kraftwerke nur für sonnenreiche Standorte in Frage, etwa in Spanien oder besser noch in Afrika.

Thermische Solarkraftwerke können mit einem Wärmespeicher ausgestattet werden, beispielsweise auf der Basis von Beton (bei Parabolrinnenkraftwerken) oder geschmolzenem Salz (bei Turmkraftwerken). Man legt dann oft die Turbinen schwächer aus als die Kollektoren und verwendet Wärmeüberschüsse zum Aufladen des Speichers. Damit können dann sonnenarme Stunden oder sogar ganze Nächte überbrückt werden. Diese Energiespeicherung ist ein großer Vorteil gegenüber der Photovoltaik, wenn Solarkraftwerke einen großen Teil der Versorgung übernehmen sollen oder wenn die Energie über große Entfernungen transportiert werden muss, weil dann die Hochspannungsleitungen besser ausgelastet werden können. Ebenfalls könnte Regelenergie erzeugt werden.

Da die Kosten für Photovoltaik mittlerweile sehr stark gesunken sind, bei solarthermischen Kraftwerken jedoch wesentlich weniger, weisen Letztere nun deutlich höhere Stromerzeugungskosten auf als Photovoltaikanlagen. Ihr Vorteil bleibt aber, dass der Stromertrag ein Stück weit in die Abendstunden oder sogar in die Nacht hinein verlagert werden kann, ist bei manchen Anwendungen beispielsweise in Nordafrika, wo solche Kraftwerke einen großen Teil der Stromerzeugung übernehmen sollen. Es kann unter diesen Umständen sinnvoll sein, einen Mix aus solarthermischen und photovoltaischen Kraftwerken einzusetzen.

Langfristiges Potenzial von Solarkraftwerken

Langfristig ist es durchaus denkbar, dass Solarkraftwerke (insbesondere solarthermische Kraftwerke) einen erheblichen Teil des weltweiten Strombedarfs decken werden. Der Flächenbedarf ist jedenfalls kein wesentliches Problem; mit ca. 1 % der Fläche der Sahara ließe sich theoretisch der gesamte weltweite Strombedarf decken.

Die größten Hindernisse sind bislang die Kosten und das Problem der Energiespeicherung. Bei der Photovoltaik sind die Kosten inzwischen dramatisch gesunken, sodass der erzeugte Strom mancherorts schon billiger ist als Kohlestrom. Hier hat man allerdings das Problem der Energiespeicherung; die Einrichtung leistungsfähiger Speicher macht den Solarstrom effektiv wieder wesentlich teurer. Deutlich günstiger bezüglich der Speicherung ist der solarthermische Ansatz, weil große Wärmespeicher relativ günstig errichtet werden können. Jedoch sind hier die gesamten Anlagekosten bislang doch recht hoch.

Im Einzelfall ist zu überprüfen, ob Windenergieanlagen günstiger sind, bzw. welcher Mix aus Solar- und Windenergie sinnvoll ist.

Die großen Entfernungen von guten Standorten für solarthermische Kraftwerke zu den Verbrauchszentren sind ein geringeres Problem. Die Langstrecken-Energieübertragung durch Hochspannungs-Gleichstromübertragung würde die Kosten selbst bei Entfernungen von einigen tausend Kilometern nicht dramatisch erhöhen, und die dabei auftretenden Energieverluste wären tolerierbar.

Ein interessanter Ansatz wäre auch, gewisse stromintensive Produktionsanlagen bei großen Photovoltaikanlagen an günstigen Standorten zu betreiben, und zwar angepasst an das zeitlich schwankende Angebot. Damit könnte der Bedarf an Energiespeichern massiv reduziert werden, und die erzeugten Produkte wären unter Umständen leichter zu transportieren als die elektrische Energie.

Fragen und Kommentare von Lesern

23.02.2021

Welche Bedingungen müssen erfüllt sein, damit ein Solarkraftwerk wirklich sinnvoll ist?

Antwort vom Autor:

Im Einzelfall können für diese Beurteilung sehr viele Aspekte eine Rolle spielen – beispielsweise die Verfügbarkeit geeigneter Flächen mit guter solarer Ausbeute, die verfügbare Anbindung an das Stromnetz bzw. der Aufwand dafür, ebenso auch was an anderen Möglichkeiten für die Stromerzeugung bestünde. Auch die Beschaffenheit des nicht-solaren Kraftwerksparks in der Region spielt eine Rolle; beispielsweise ist die Kombination mit gut regelbaren Gaskraftwerken günstig, während die Kombination mit schwer regelbaren Kohlekraftwerken weniger Sinn macht.

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