Wie funktioniert eine solarthermische Anlage?
Bei der Solarthermie wird Solarstrahlung (Sonnenlicht) in Wärme umgewandelt, wenn sie auf eine Oberfläche trifft. Je mehr Strahlung die Fläche absorbieren kann, desto größer ist der Effekt. Solarkollektoren sammeln die Sonnenwärme ein und leiten sie über einen Wärmekreislauf in einen Wärmespeicher. Die gewonnene Wärme wird über einen Wärmetauscher an einen Heizkreislauf übertragen und steht für die Wassererwärmung, zum Beheizen von Räumen oder für die Verwendung als Prozesswärme bereit.
Anwendung der Solarthermie
Solarthermie wird vor allem für die Wassererwärmung (z. B. Schwimmbäder oder Brauchwarmwasser) und zur Beheizung von Räumen genutzt. Solarthermische Systeme können künftig noch mehr Prozesswärme für industrielle Prozesse (mit Temperaturen von 80 – 300 °Celsius) liefern, die heute noch zu einem großen Teil aus fossilen Energieträgern erzeugt wird.
Der Ertrag einer Solarthermieanlage wird in Kilowattstunden pro Quadratmeter und Jahr (kWh/m²/a) angegeben. In Deutschland liegt die durchschnittliche Globalstrahlung bei etwa 1.000 kWh/m²/a. Der Wirkungsgrad einer Solarthermieanlage liegt bei etwa 50 Prozent; daraus ergibt sich ein möglicher Ertrag von 500 kWh/m²/a.
In Mitteleuropa kommen aufgrund des großen Anteils an diffuser Strahlung primär Flachkollektoren mit einer Temperaturabdeckung bis zu 150 °C zum Einsatz. Vakuum-Röhren-Kollektoren nutzen die solarthermische Wärme besonders effizient. Sie haben einen Absorber in einer luftleeren Glasröhre, sodass kaum Wärme entweichen kann. Damit können Temperaturen bis 230 °C, in Ausnahmefällen sogar bis 300 °C, erreicht werden.
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Wie Sonnenwärme zu Strom wird
Solarthermische Kraftwerke nutzen gebündelte Sonnenstrahlung, um Wärme zu erzeugen und daraus Strom zu gewinnen. Je nach Anlagentyp kommen unterschiedliche Systeme zur Konzentration des Sonnenlichts zum Einsatz:
Parabolrinnenkraftwerke
Diese Anlagen nutzen parabolförmige Spiegel, die das Sonnenlicht auf ein Rohr bündeln. In diesem Rohr fließt ein Wärmeträger, zum Beispiel Thermoöl, das auf 300 bis 400 °C erhitzt wird. Die Wärme wird dann in einem Wärmetauscher genutzt, um Dampf zu erzeugen, der eine Turbine und damit einen Generator antreibt.
Parabolspiegelkraftwerke
Sie nutzen schüsselförmige Spiegel, die das Sonnenlicht auf einen Punkt lenken. So entstehen sehr hohe Temperaturen von über 1.000 °C. Die Wärme wird dann genutzt, um Dampf zu erzeugen und Strom zu produzieren. Diese Anlagen sind besonders effizient, aber auch technisch anspruchsvoll.
Solarturmkraftwerke
Bei dieser Bauweise richten viele bewegliche Spiegel (Heliostaten) das Sonnenlicht auf einen Empfänger oben auf einem Turm. Dort wird ein Wärmeträger, meist flüssiges Salz, auf über 1.000 °C erhitzt. Die Wärme kann sofort zur Stromerzeugung genutzt oder gespeichert und später, z. B. nachts, verwendet werden. Solche Kraftwerke eignen sich besonders für große Anlagen in sonnigen Regionen.
Bedeutung der Solarthermie in Deutschland
Solarthermieanlagen lieferten 2024 in Deutschland etwa 9 TWh Wärme, das sind knapp 5 Prozent der erneuerbaren Wärmeerzeugung. Sie spielen bisher nur eine ergänzende Rolle.
Große solarthermische Kraftwerke, wie man sie aus Spanien, den USA oder Nordafrika kennt, gibt es in Deutschland wegen des Wetters nicht. Sie brauchen besonders starke direkte Sonneneinstrahlung, wie sie vor allem in Wüsten vorkommt.
Solarstrom –
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