Konzentrierte Solarthermie (im Englischen: Concentrated Solar Power=CSP) ist eine Technologie, welche die Sonnenenergie anders nutzt als herkömmliche photovoltaische Systeme (PV). Bei der CSP-Technologie wird die solarthermische Energie mit Hilfe von Spiegeln konzentriert. In einer CSP-Anlage reflektieren die Spiegel die Sonne auf einen Receiver, der die Wärmeenergie auffängt. Diese Wärme wird dann genutzt, um einen Motor oder eine Turbine anzutreiben, die an einen Stromgenerator angeschlossen ist. CSP-Systeme können auch eine Wärmespeicherung, z.B. mit geschmolzenem Salz, beinhalten, aus der bei Bedarf Strom erzeugt werden kann, z.B. während der Nacht oder zu Zeiten hoher Nachfrage. [1][2]
Arten von CSP-Systemen
CSP-Systeme gibt es in allen Formen und Größen, aber die meisten Anlagen fallen in eine der vier Hauptkategorien[1]:
Parabolschüsseln: Bei Parabolschüsseln für konzentrierte Solarthermie werden Spiegel in Form einer Satellitenschüssel aufgestellt, in deren Mitte, oberhalb der Spiegel, ein Empfänger montiert ist. Das Sonnenlicht wird von den Spiegeln reflektiert und bündelt sich direkt im Empfänger, wo in der Regel eine Wärmekraftmaschine angebracht ist.
Solarstromtürme: Solarstromtürme verfügen über eine Vielzahl von Spiegeln am Boden, die auch als Heliostaten bezeichnet werden. Die Wärmeenergie wird dann auf den oberen Teil des Turms konzentriert.
Parabolrinnen: Eine Parabolrinne hat die Form eines langen, gebogenen Spiegels, der von der Seite betrachtet einem „U“ bzw. einer Parabel ähnelt. Die Innenfläche der Rinne ist mit einem polierten Metallspiegel ausgekleidet. Das reflektierte Sonnenlicht trifft auf eine Brennlinie, in der sich normalerweise ein mit Flüssigkeiten wie Wasser oder geschmolzenem Salz gefülltes Rohr befindet. Die Wärmeträgerflüssigkeit, die durch das Rohr fließt, wird zum Erhitzen von Dampf und zum Antrieb eines Standardturbinengenerators verwendet.
Lineare Fresnel-Systeme: Bei linearen Fresnel-Systemen werden flache oder leicht gekrümmte Spiegel verwendet, die auf Nachführsystemen am Boden montiert sind. Diese Spiegel sind so konfiguriert, dass sie das Sonnenlicht auf eine lineare Empfängerröhre reflektieren, die im Raum über den Spiegeln befestigt ist. Manchmal wird ein kleiner Parabolspiegel auf dem Receiver angebracht, um das Sonnenlicht weiter zu bündeln. Die Stromerzeugung ist ähnlich wie beim Parabolrinnensystem.
Fakten und Zahlen
Im Jahr 2022 verzeichnete Spanien mit 2,3 Gigawatt (GW) die höchste installierte Kapazität an konzentrierter Solarthermie der Welt. Die Vereinigten Staaten stehen an zweiter und China an dritter Stelle mit 1,5 GW bzw. 596 Megawatt (MW). [3]
Neue Technologien
Heliogen, Inc., ein führender Anbieter von KI-gestützter Technologie für konzentrierende Solarthermie, hat zwei wichtige Meilensteine in der Produktentwicklung des Projekts „Capella“ erreicht. Zum einen den Einsatz des ersten kommerziellen Zentrifugal-Partikelreceivers für Sonnentests, zum anderen den Abschluss der Designprüfung des Prototyps des Capella Partikelreceivers. [4]
Der Zentrifugal-Partikel-Receiver wird zur sehr effizienten Erzeugung von Strom und (industrieller) Hochtemperatur-Prozesswärme eingesetzt. Feste Partikel, wie z.B. körniges Bauxit, werden in einen rotierenden Receiver geleitet. Die Partikel absorbieren konzentriertes Sonnenlicht und erhitzen sich sehr schnell. Diese erhitzten Partikel werden dann in einem Silo für industrielle Prozesswärmeanwendungen oder zur Energiespeicherung gelagert. [4]
Material, das mehr als 600 Grad Celsius erreicht
Bauxit ist ein Erz, aus dem Aluminium gewonnen wird, und es ist bekannt für seinen hohen Aluminiumgehalt und seine Härte.[5]
Für die CSP-Anwendung wird das Bauxitpulver jedoch gesintert, d.h. es wird kompakter und körniger gemacht, mit einer typischen Korngröße von 1-2 mm. Solche gesinterten Bauxitkörner besitzen nachweislich eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit. Aufgrund dieser Eigenschaft können in CSP-Anlagen Prozesstemperaturen von mehr als 600 Grad Celsius (ca. 1100 Grad Fahrenheit) erreicht werden. [6]
Schlussfolgerung: Photovoltaik und konzentrierte Solarthermie ergänzen sich gegenseitig
Konzentrierte Solarthermie hat das Potenzial, erheblich zum weltweiten Mix an erneuerbaren Energien beizutragen. Insbesondere in Gebieten herkömmlicher (da weniger teuren) PV-Solaranlagen ist das CSP-Konzept aufgrund der Wärmespeicherkapazitäten sehr praktisch. So kann es z.B. nach Sonnenuntergang, wenn die PV-Zellen nicht in Betrieb sind, komplementär für Elektrizität sorgen. Dank kontinuierlicher Forschung und Entwicklung entwickelt sich die CSP-Technologie ständig weiter, um zukünftig effizientere und kostengünstigere Lösungen für die Nutzung der immensen Sonnenwärme zu bieten.
Quellen:
[1] https://www.energysage.com/about-clean-energy/solar/contentrated-solar-power-overview/
[2] https://en.wikipedia.org/wiki/Concentrated_solar_power
[3] https://www.statista.com/statistics/494169/global-installed-concentrated-solar-power-csp-capacity-by-key-country/
[4] https://www.heliogen.com/news/two-milestones-achieved-in-ai-enabled-concentrated-solar-power/
[5] https://en.wikipedia.org/wiki/Bauxite
[6] %20of%
