„Spieglein, Spieglein an der Wand, wer macht den ökomonischsten Strom im ganzen Land?“ Die wärmenden Sonnenstrahlen auf der Haut zu spüren versetzt uns in einen Zustand des Wohlfühlens und Entspannens. Doch unsere Sonne kann noch viel mehr. Sie ist ein gigantisches Kraftwerk, mit deren Hilfe wir heute Strom herstellen können und das umweltfreundlich. Wie? Dazu braucht man viele Spiegel...

Als Kind an einem warmen Sommertag mit seinen besten Freunden heimlich in einer verborgenen Ecke zu sitzen und die Lupe auf Stroh oder trockenes Holz zu halten, war früher einfach das Größte. Irgendwann schlug man mit Stolz die Hand auf die Brust und rief aus tiefster Überzeugung: „Ich habe Feuer gemacht“.

Sonne erhellt Berglandschaft
Unsere Sonne - in jeder Lebenslage wunderbar!

Nach demselben, simplen Prinzip arbeiten heute moderne Sonnenkraftwerke/Solarkraftwerke. Damit die Brennweite noch intensiviert wird, benutzt man jedoch Spiegel und nicht einfaches Glas. Doch wie gewinnt man damit Strom?

Immer mehr wird sich mit erneuerbaren Energien beschäftigt, nicht zuletzt wegen dem bereits auftretendem Klimawandel und den begrenzten Ressourcen. Alternative, saubere Energiegewinnung wird daher immer mehr erforscht und verbessert. Das Ziel dabei ist, die Ökonomie (Wirtschaft) und Ökologie (Umwelt) miteinander zu vereinen. Das heißt: Je verbreiteter die Sonnenenergie nutzbar ist, desto weniger wird die Natur belastet und verschmutzt. Auch katastrophale Risiken, die bei Atomkraftwerken zwangsläufig einkalkuliert werden müssen, sind bei einer natürlichen Ressourcenutzung eher auszuschließen.

Kraftwerke, die mit Hilfe von Sonne Strom produzieren, werden unter dem Sammelbegriff „solarthermisches Kraftwerk“ zusammengefasst. Das können Kraftwerke sein, die mit Hilfe von Spiegeln Sonnenstrahlen bündeln, also konzentriert arbeiten. Kraftwerke, die keine geballte Sonnenenergie benötigen, arbeiten ohne Spiegel – sie arbeiten mit nicht konzentrierten Systemen, hierzu zählt unter anderem das Aufwind-Kraftwerk.

Erste Gehversuche in der Sonnenstromgewinnung

Zur Forschung bedurfte es einmal mehr eines Mannes, der den neugierigen Forschergeist eines Kindes in sich trug – Ingenieur Frank Shuman experimentierte mit einer Spielzeug-Dampfmaschine, welche durch solar erwärmten Äther angetrieben wurde. Diese stellte er am 20.08.1897 vor und erregte damit großes Interesse auch unter Investoren.

1912 wurde von Ingenieur Frank Shuman in Meadi (Ägypten) das erste und damals größte Solarkraftwerk (Parabolrinnen) errichtet. Mittels Parabolrinnen betrieb Shuman Wasserpumpen mit einer Leistung von 55, welche Nilwasser zur Bewässerung der Baumwollfelder beförderten. Weitere innovative Ideen folgten beispielsweise durch Dr. Charles Greenly Abbot, der 1916 einen Sonnenofen baute, welcher über 150° C erreichte und erregte damit das Interesse einiger Investoren.

Parabolrinnenanlagen
Eine Parabolrinnenanlagen wird gewartet
Bildnachweis: Paul Langrock Agentur Zenit

Ein Meilenstein wurde auf dem Gebiet Sonnenenergie in den 70er Jahren gelegt. In den französischen Pyrenäen wurde ein mit Sonnenwärme betriebenes Kraftwerk gebaut, das Strom für das französische Netz produzierte. Im Brennpunkt des in Odeillo stehenden Sonnenofens herrschen bis zu 4000° C.

Zur Gewinnung von Energie durch Solarkraftwerke gibt es verschiedene Möglichkeiten, doch ist das Grundprinzip bei allen gleich: Die Sonnenstrahlen werden in Wärme umgewandelt und mittels verschiedener Prozesse für die Erzeugung von Strom genutzt. Die verschiedenen Konzepte zur Nutzung der Sonnenwärme werden in zwei Kategorien eingeteilt:

1. Kraftwerke, die eine Direktstrahlung der Sonne benötigen, um die Strahlen mit Hilfe von Reflektoren zu bündeln.
2. Kraftwerke, die ohne konzentrierende Spiegel arbeiten und die Globalstrahlung (direktes und diffuses Licht) nutzen

Kraftwerke, die die Direktstrahlung nutzen (Concentrated Solar Power)

Unsere Sonne hat eine unglaubliche Kraft. Sie kann zerstören, wie die jährlichen Waldbrände in extremen Trockengebieten belegen. Aber man kann sie auch effektiv nutzen.

Solarfarmkraftwerke arbeiten mit verschiedenen Konzentratoren (Spiegel), um Sonnenstrahlen direkt einzufangen und gebündelt auf eine Brennlinie oder einem Brennpunkt zu lenken. Für die optimale Nutzung sind daher sonnenreiche Gegenden unerlässlich.

Ein Experiment soll zeigen, dass durch das Prinzip der Konzentration von Sonnenstrahlen selbst Stahl zum Schmelzen gebracht wird.

Sonnenstrahlen knacken einen Tresor

Christian Willsch vom deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat dieses Experiment durchgeführt. Bei dem ersten Versuch wird an einem sonnigen Tag ein gewölbter Spiegel (Hohlspiegel) aufgestellt, der einen Durchmesser von 1,5m hat. Dieser ist so gewölbt, dass alle von der Sonne eintreffenden Strahlen auf einen Punkt gelenkt werden, den so genannten Brennpunkt. An diese Stelle wird ein Geldstück (1€) platziert. Die Sonnenstrahlen treffen auf den Spiegel, welcher das Licht auf die Münze reflektiert. Binnen Sekunden fängt die dort liegende Münze an zu glühen und zu rauchen. In nur 11 Sekunden hat die Hitze ein Loch in die Münze gebrannt, da im Brennpunkt 1200°C herrschen.

Bei dem zweiten Experiment kommt der große Sonnenofen zum Einsatz. Die auf eine große, ebene Spiegelfläche (Heliostat) einfallenden Sonnenstrahlen, werden auf eine Wand mit vielen kleineren Spiegeln (Konzentratoren) gelenkt, die aussehen wie Honigwaben. Zusammen wirken diese wie ein Brennglas. Ist das Licht dort angekommen, wird er gebündelt auf einen bestimmten Punk fokussiert. An diese Stelle wird in diesem Versuch eine fingerdicke Stahlplatte gestellt. Kann eine Stahlplatte der Sonne trotzen? Nein! In wenigen Sekunden fängt der Stahl an zu schmelzen und tropft wie Pudding herunter. Nur 70 Sekunden reichen aus, um die Platte zu durchlöchern.

Aber ein Tresor muss dem standhalten können, oder? An dieselbe Stelle, wo gerade noch die Stahlplatte fixiert wurde, wird nun ein Tresor gestellt. Das 5000fach konzentrierte Sonnenlicht trifft auf die Tresortür und zerstört diese in nur 75 Sekunden. Innerhalb von 4 Minuten frisst es ein faustgroßes Loch in den Stahlmantel des Tresors. Vielleicht schaffen es die Panzerknacker mit dieser Methode, Zugriff auf den Geldspeicher des alten Dagobert Duck zu bekommen...!

Aber wie kann man diese gewaltigen Kräfte zur Stromerzeugung nutzen?

Parabolrinnenkraftwerk: Tausende Spiegel in der Sierra Nevada

KURZ & KNAPP
  • solarthermische Kraftwerke werden durch die hohe Sonnenausbeute meist in Wüstengegenden gebaut
  • Parabolrinnenkraftwerke arbeiten mit Spiegeln zur Stromgewinnung
  • Parabolrinnenkraftwerke bringen Wasser zum Kochen – der Dampf treibt Turbinen an

Meterlange Straßen von aneinander gereihten rinnenförmigen Hohlspiegeln, die parallel zu einander aufgestellt werden, kennzeichnen die Hochebene Süd Spaniens in der Nähe von Granada. In 56 Monaten wurde hier eine Fläche mit über 200.000 Spiegeln (1,5 Mio. m²) bedeckt, in die 820 Fußballfelder hinein passen. Hier soll Strom für bis zu 500.000 Menschen erzeugt werden und das langfristig zu einem unschlagbaren Preis. Diese Anlage arbeitet zur Stromerzeugung mit Spiegeln, anstatt mit teuren Solarzellen, was den Preis von Solarstrom langfristig halbieren soll.

Der Komplex besteht aus 3 Anlagen (AndaSol I,II,III), die eine Gesamthöchstleistung von 150 Megawatt (MW) erzielen. Diese machen das größte solarthermische Kraftwerk Europas aus. Bereits Mitte 2009 ging die erste der drei Anlagen ans spanische Netz. Ein Standort wie Granada eignet sich hervorragend für ein solarthermisches Kraftwerk, denn es verfügt ganzjährig über genügend Sonneneinstrahlung.

Die riesigen Spiegel der Anlage sind so gewölbt, dass sie alle Lichtstrahlen einfangen. Eine zusätzliche Hilfe dafür bieten die beweglichen Achsen, auf denen die Spiegel installiert sind. So lassen sie sich der Länge nach in Nord - Süd Richtung vor und zurück kippen, um sich nach dem Stand der Sonne auszurichten. Parallel zur Mitte des Reflektors ist die Brennlinie, in der sich das so genannte Absorber - Rohr (Receiver) aus Metall befindet, auf welches das gebündelte Sonnenlicht in bis zu 80-facher Konzentration gelenkt wird. Darin befindet sich meist ein spezielles Öl (Thermo- Öl), welches als Wärmeträger dient und mittels Pumpen durch die Rohre fließt. Infolge der vielfach konzentrierten Sonneneinstrahlung wird das Öl auf bis zu 400° C erhitzt und fließt in die angrenzenden Hauptrohre am Ende der jeweiligen Spiegelreihe. So sind alle Rohre miteinander verbunden und bilden ein riesiges Netz. Aber dadurch entsteht noch kein Strom.

Wasserkocher knutscht Dynamo

Die Rohrleitungen laufen in einen Wärmetauscher, in dem sich Wasser befindet. Ähnlich wie bei einem Wasserkocher geben die erhitzten Rohre ihre Wärme an das Wasser ab und bringen es zum Kochen. Der dadurch erzeugte Dampf treibt Turbinen an. Diese Bewegung erzeugt, ähnlich wie ein Dynamo am Fahrrad, im nahe liegenden Generator den gewünschten Strom.

Anders als bei anderen Solaranlagen kann dieses Kraftwerk auch Sonnenstrom produzieren, wenn die Sonne nicht scheint. Das funktioniert mit Hilfe von riesigen Tanks, in die ein Teil der Sonnenhitze des Tages geleitet wird. Ähnlich wie bei einer Thermoskanne wird die Hitze dort gespeichert. Nachts fließt diese Wärme in die Turbinen, wodurch das Kraftwerk weiter Strom produziert.

Nachteilig sind allerdings die hohen Anschaffungskosten der schwer herzustellenden gewölbten Spiegel, wobei die Kosten weit unter der Photovoltaiktechnik liegen, sowie die Anschaffung der speziellen Öls, der durch die Absorber - Rohre fließt. Da solche Anlagen zumeist in Wüstengegenden gebaut werden, spielt der hohe Platzbedarf eine weniger wichtige Rolle. Zur Kühlung der Anlage wird außerdem genügend Wasser benötigt, das herangeschafft werden muss, sofern kein Gewässer in der Nähe liegt.

Fresnel-Kollektoranlangen: Flachspiegel vs. Hohlspiegel

KURZ & KNAPP
  • Fresnel-Kollektoranlagen arbeiten mit Flachspiegeln nach dem Prinzip der Fresnel-Linse
  • die Anlagen sind kostengünstig, Platz sparend und umweltfreundlich
  • 2012 soll in Spanien das erste kommerziell genutzte Fresnel-Kraftwerk fertig werden

Eine Weiterentwicklung der Parabolrinnen sind die Fresnel - Kollektoranlangen. Sie funktionieren gleich, unterscheiden sich aber im Aufbau voneinander. Fresnel - Anlagen verwenden Flachspiegel, da diese einfacher und kostengünstiger herzustellen sind. Es wird sich das Prinzip der Fresnel-Linse zunutze gemacht. Sie hat fast dieselbe Funktion wie eine normale Linse. Allerdings wird sie in ringförmige Bereiche aufgeteilt, was für das Brechen des Lichtes vollständig ausreicht. Durch diese Bauweise wird bei der Linse Volumen und Gewicht eingespart. Da diese Linse nicht zum besseren Sehen dienen soll, sondern zum Bündeln des Sonnenlichtes, ist sie für ein Sonnenkraftwerk perfekt.

Über dem Absorber – Rohr der Kollektoranlage befindet sich zusätzlich ein sekundärer Spiegel, der die einfallenden Strahlen auf die Brennlinie reflektiert.

Fresnel - Kollektorenanlage
Panoramaansicht über eine Fresnel - Kollektorenanlage

Fresnel-Kollektoranlagen sind nicht nur kostengünstiger und Platz sparender, sondern schonen auch die Umwelt. So brauchen sie bis zu 80% weniger Material. Dass dadurch mehrere Millionen Liter Wasser im Jahr gespart werden, ist eine gewollte Begleiterscheinung. Auch auf die umweltbelastende und kostenintensive Öl-Kühlung kann in den neuen Bauwerken verzichtet werden, da die Wasserverdampfung direkt im Absorber stattfindet.

Experimentieren auf hohem Niveau

Praktische Erfahrung mit dieser Technik muss erst noch gesammelt werden. Laut Nikolaus Benz, Geschäftsführer der Schott Solar CSP GmbH, wurden bisher keine größeren Anlagen mit diesen Kollektoren gebaut. (Quelle: Spiegel-online; Artikel: Superkraftwerk Sonne vom 01.12.2009) Doch mit dem Kraftwerk „Puerto Errado 2“ in Spanien wird sich das ab 2012 ändern. Hier soll das weltweit größte und erste kommerziell genutzte solarthermische Kraftwerk mit Fresnel Kollektoren entstehen. Der Testbetrieb läuft bereits. "Die Größe der Spiegelfläche, die hier in großer Präzision vor uns liegt, finde ich schon sehr beeindruckend. Das sind rund 300.000 Quadratmeter Spiegelfläche auf rund 600.000 Quadratmeter Land...", so Hartmud Schneider von der Firma Novatec Solar. (Quelle: dradio.de; Artikel: Nicht bloß heißer Dampf vom 09.08.2011) Jährlich soll die Anlage laut Planung ca. 50.000.000 KWh Strom produzieren, was einem Verbrauch von rund 12.000 Haushalten gleichkommt.

Ein weiterer Vorteil dieser Technologie: Es werden keine massiven Fundamente für die Spiegel benötigt, da sie eine geringe Windangriffsfläche haben. Somit wird weniger Energie benötigt, um die Spiegel der Sonne nach auszurichten.

Parabolspiegel-Kraftwerke (Dish - Stirling - Anlagen)

KURZ & KNAPP
  • Dish-Sterling-Anlagen richten sich permanent nach der Sonne aus, um effektiv die Sonnenstrahlen aufzunehmen
  • die Anlagen arbeiten mit einem Sterling-Motor, welcher Wärme nutzt, um Energie aufzubauen
  • Dish-Anlagen eignen sich sehr gut für abgelegene Gebiete, wo es kein Stromnetz gibt

Sie sehen aus wie riesige Satellitenschüsseln und erinnern leicht an ein Überbleibsel aus der Zukunft. Jedoch handelt es sich vereinfacht ausgedrückt um einen riesigen Hohlspiegel, der sich mit Hingabe der Sonne zuwendet, um jede noch so kleine Strahlung von ihr einzufangen. Das muss sein, da das Sonnenlicht in höchstem Maße konzentriert wird – Sonneneinstrahlung ist das Non-Plus-Ultra für diese Anlage. Die hohe Flexibilität der Dish-Sterling-Anlage kommt nicht von ungefähr; sie ist auf einem zweiachsigen Gestell montiert, damit sie sich immer nach der Sonne ausrichten kann.

Die geballte solare Kraft der Sonne wird an einen Receiver weitergegeben, der als Wärmetauscher arbeitet. Entweder kann die Anlage mit einem Solar-only-Receiver betrieben werden, oder man baut einen Hybrid-Receiver ein, der zusätzlich mit einem Gasbrenner ausgestattet ist und daher auch bei Wolken oder sogar im Dunkeln arbeiten kann. Dieser Empfänger leitet die Hitze an den Sterling-Motor weiter. Diesem kann es gar nicht heiß genug sein – er benutzt Helium als Arbeitsgas und je heißer dies ist, umso größer ist die Arbeitsbereitschaft des Sterling-Motors.

Wärme heizt dem Kolben ein

Der Motor ist ein Wunderwerk der Technik, welche schon 1816 von dem schottischen Pfarrer Robert Stirling entwickelt wurde. Im Gegensatz zu anderen Motoren braucht der Sterling-Motor kein Öl oder Diesel zur Verbrennung, sondern er arbeitet mit Wärme. Wo die Wärme herkommt ist unrelevant, daher ist der Einsatz im solaren Bereich perfekt.

Letztlich dehnt sich durch die enorme Hitze das Helium aus, es treibt einen Kolben an. Das erhitzte Gas wird nach getaner Arbeit durch wassergekühlte Zylinder wieder abgekühlt, um dann erneut erhitzt zu werden. Es handelt sich um einen geschlossenen Kreislauf, der sehr langlebig ist, da keine Verbrennungsrückstände entstehen. Die Kolben sind an eine Kurbelwelle angeschlossen, welche die Energie an einen Generator übertragen. Dieser macht das, was er am besten kann; Energie in Strom umwandeln.

Bei einer seltener genutzten Variante wird am Brennpunkt ein Absorber installiert, in dem durch die Sonnenenergie ein Wärmeträger erhitzt wird. Dadurch entsteht - ähnlich wie bei den Parabolrinnen –Systemen - Dampf.

Kleine Anlage ganz groß

Der produzierte Strom lässt sich direkt nutzen, ohne Umwege durch Turbinen und Generatoren. Dies ist ein großer Vorteil gegenüber anderen solarthermischen Anlagen. Die Parabolspiegel lassen sich außerdem in beliebiger Menge aneinander schalten, wodurch natürlich eine höhere Leistung erzielt wird. Einzelanlagen haben durchschnittlich eine Leistung zwischen 5 und 50 KW, je nach Standort und Spiegelgröße. Seit Ende 2000 laufen auf der Plataforma Solare in Spanien Testbetriebe mit dem Euro - Dish - System. Werden mehrere Anlage in Reihe geschaltet, können Leistungen bis in den MW-Bereich erreicht werden.

Seine wahre Einsatzfähigkeit zeigt die Dish-Sterling-Anlage in abgelegenen Gebieten. Egal ob auf einem einsamen Bauernhof in der Prärie, oder in einem autarken Dorf ohne Stromnetz; die Anlage eignet sich perfekt, um hier Strom zu generieren. An unterschiedlichen Größen und Materialien wird nach wie vor geforscht, um die Anlage bezahlbar und rentabel werden zu lassen.

Ein weiterer Vorteil der Dish-Sterling-Anlagen ist ihr guter Wirkungsgrad* bei der Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie. Der Weltrekord von einem Wirkungsgrad über 29% wurde 2008 von „Stirling Energy Systems“ (SES) mit 31,25% gebrochen. Danach erhielt das Unternehmen erste Aufträge für kommerzielle Kraftwerke mit der Stirling Technologie. So war beispielsweise ein Großprojekt in der Mojavewüste in Planung, bei dem mehrere Zehntausende Parabolschüssel mit einer Leistung von 850MW Strom erzeugen sollten. Doch Ende 2011 meldete SES Insolvenz an. Man darf gespannt in die Zukunft blicken um zu sehen, wie sie die Forschung bei diesen Anlagen weiterentwickeln wird.

* Der Wirkungsgrad zeigt das Verhältnis zwischen empfangenen Sonnenenergie und daraus gewonnenen elektrischen Energie an. Dadurch wird deutlich, wie effizient ein Vorgang ist.

Solarturmkraftwerk (Zentralreceiverkraftwerk)

KURZ & KNAPP
  • bewegliche Spiegel werden nach dem Lauf der Sonne ausgerichtet
  • die gesammelte Solarstrahlung wird im Receiver absorbiert
  • der Receiver befindet sich immer an der Spitze des Turms, es herrschen dort um die 1000°C

Hunderte oder sogar tausende in jede Richtung bewegliche Spiegel stellen sich vor oder um einen gigantischen Turm wie Soldaten, die sich schützend vor Ihren König stellen. Per Computer werden diese Heliostate nach dem Lauf der Sonne ausgerichtet. Sie reflektieren die einfallenden Strahlen allesamt auf einen einzigen Punkt an der Spitze des Turms. Hier herrscht eine Hitze von über 1000° C. In diesem Konzentrationsfeld befindet sich der Strahlungsempfänger (Receiver), das Herzstück der Anlage, der mit Wasser, Luft oder Salz durchströmt wird.

Manche Anlagen arbeiten auch mit einem so genannten volumetrischen Receiver . Dabei besteht der Absorber aus einem Stahldrahtgestrick, welcher durch ein weiter unten im Turm gelegenes Gebläse die Umgebungsluft aufsaugt. Diese wird durch die konzentrierte Reflektion der Sonneneinstrahlung auf ca. 700°C erhitzt. Die heiße Luft gibt ihre Wärme durch ein Heißluftsammelrohr in einen Abhitzekessel an ein anderes Wärmemedium, vorzugsweise Wasser, ab. Hier läuft schließlich derselbe Prozess ab, wie in anderen solarthermischen Kraftwerken. Der entstehende Dampf treibt die im Turm gelegenen Turbinen an und so entsteht elektrische Energie. Da die erhitzte Luft meist noch eine Restenergie hat, wird diese dem Receiver über Rohre wieder zugeführt. Alternativ zum Wärmemedium Wasser kann auch direkt ein Dampferzeuger genutzt werden, ähnlich wie bei dem Salzverfahren.

Salz und Luft mögen es heiß

Viele Kraftwerke nutzen Nitratsalz als Wärmeträger. Dabei wird von einem kalten Speicher Salz in den Turm gepumpt. Dort wird es von 265°C auf 565° erhitzt und in einem Heißtank gespeichert. Je nach Bedarf wird heißes Salz zur Dampferzeugung entnommen. Die dadurch angetriebenen Turbinen erzeugen elektrische Energie. Der Kreislauf wird geschlossen, indem das abgekühlte Salz wieder in den kalten Speicher gelangt.

Die Risiken bei der Nutzung von Salz und Luft sind deutlich geringer, als bei dem früher angewendeten Wärmemedium Natrium. Dieses Verfahren wird auf Grund der hohen Brandgefahr nicht mehr genutzt. Der Nachteil bei der Verwendung von Luft ist, dass diese kein guter Wärmeüberträger ist und hohe Anforderungen an die Werkstoffe gestellt werden. So werden beispielsweise besondere Anforderungen an die Wärmedämmung und Isolierung der Rohre und Kessel gestellt.

Das 1996 in den USA in Betrieb genommene Solarturmkraftwerk „SOLAR TWO“ nutzt zur Energiegewinnung Nitratsalz und ist derzeit die größte existierende Anlage mit einer Leistung von 10MW. In Jülich (NRW) wurde im Januar 2009 ein Versuchskraftwerk in Betrieb genommen. Als Wärmeträgermedium dient hier die Luft. Auch die „TSA“ in Spanien nutzt Luft.

Die Nachteile der Solarturm Kraftwerke liegen im großen Platzbedarf und den hohen Investitionskosten. Bei starkem Wind müssen die Spiegel horizontal ausgerichtet werden, um Schäden zu vermeiden. Die Ausrichtung der Kollektoren muss optimal erfolgen, damit nicht etwaiger Schatten die Leistung mindert.

Sonnenöfen; Energie aus der Not geboren

Der Krieg konnte Materialien zerstören, aber nicht Ideen. 1949 experimentierte der französische Ingenieur Felix Trombe mit ausrangierten Flugabwehrscheinwerfern und dem Sonnenlicht. Er suchte einen Ort, wo die Sonne fast jeden Tag die Erde küsst und wurde in Mont-Louis in den französischen Pyrenäen fündig. 250 Tage im Jahr scheint hier die Sonne – ein idealer Standpunkt für einen Sonnenofen. Der Prototyp steht und funktioniert heute noch und erreicht für die damalige Zeit unglaubliche 50 kW. Die gebündelten Sonnenstrahlen geben eine Hitze von 3000°C ab.

Beflügelt von der gigantischen Kraft des Sonnenofens, entwickelte Ingenieur Trombe einen zweiten Ofen, welcher es auf 1000 mW bringt. Das hausgroße Bauwerk mit 40m Höhe und 54m Breite steht in der idyllischen Landschaft von Odeillo (Frankreich). Die Frontseite ist besetzt von über 9000 parabolförmigen Spiegelsegmenten, die eine Fläche bilden. Ähnlich wie bei dem Solarturm reflektieren 63 bewegliche Heliostate das eingefangene Sonnenlicht in den gigantischen Hohlspiegel. Dieser lenkt die Strahlen in den vor ihm stehenden 625cm² großen Absorber. Alles, was versucht sich dazwischen zu stellen, hat keine Chance, denn hier herrschen Temperaturen von bis zu 4000°C.

Der Sonnenofen in Odeillo wird zu Forschungszwecken genutzt, so werden durch die extreme Hitze Stoffe in ihre chemischen Elemente zerlegt oder es können neue Legierungen geschmolzen werden, ohne dass durch Brennstoffe Verunreinigungen entstehen. Man beschäftigt sich auch mit der Produktion von Wasserstoff.

Die Sonne backt Brot

Ein Sonnenofen in Aktion
Ein Sonnenofen in Aktion!
Bildnachweis: FVEE

Wissenschaftler aus Odeillo fragten sich, wie die Kraft aus dem Sonnenofen sinnvoll genutzt werden kann – man kam auf die geniale Idee, Brennholz mit der Sonne zu ersetzen, um die zunehmende Verwüstung aufzuhalten. Im Gegensatz zu Holz, gibt es Sonne in heißen Ländern im Überfluss. Ein Sonnenofen in einem Dorf kann 80 Hektar Wald im Jahr einsparen.

Biba Thiam wurde mit ins Boot geholt, sie reist mehrmals nach Afrika, um ihren Landsleuten die einfache aber effektive Funktionsweise des Sonnenofens zu erläutern. So kann der Ofen nicht nur Brot backen, sondern er bekommt auch Lamm, Reis oder Apfelkompott gegart. Wer eine größere Anlage in Betrieb nimmt, kann damit auch Getöpfertes brennen oder Bronze schmelzen.

Der Sonnenofen kann auch Strom

1983 wurde in den französischen Pyrenäen Themis gebaut – eine Versuchsanlage, welche aus einem Wald von 195 Solarspiegeln besteht. Themis kann bauartbedingt auch bei den Solartürmen angesiedelt werden. Themis arbeitet als einziger Solarturm mit Hitech-Salz, welches sowohl als Wärmeträger, als auch als Speichermedium eingesetzt wird. Am besten vergleicht man Themis mit einer solarbetriebenen Dampfmaschine, welche Energie auch speichern kann. Leider wurde das Forschungsprojekt 1986 eingestellt, da der staatliche Stromkonzern sein Atomprogramm an die erste Stelle setzte und hier die Forschung ausbaute. Über 20 Jahre lagen die Sonnenspiegel im Dornröschenschlaf und sollten sogar abgerissen werden.

Doch seit kurzem ist die Anlage wieder in Betrieb – die Wissenschaftler aus Odeillo nehmen sich ihrer an. Die Solarspiegel funktionieren fast wie am ersten Tag und arbeiten, als ob sie nie etwas anderes getan hätten. Jeder einzelne Spiegel muss nun von den Wissenschaftlern genau ausgerichtet und programmiert werden.

Themis funktioniert wie ein solarthermisches Kraftwerk. Die Spiegel schicken gebündeltes Licht in die Brennkammer auf dem Turm. Die entstehende Hitze treibt letztlich eine Dampfturbine an, die Strom erzeugt. Geht es nach den Tüftlern aus Odeillo, wird Themis schon bald Strom produzieren. Letztlich hat sich dann die mühevolle Arbeit gelohnt, welche über Jahre hinweg an den Tag gelegt wurde.

Verschiedene Kraftwerke im Vergleich

/AnlageStandortIn BetriebnahmeSpiegelanzahlLeistung in MWTemperaturWirkungsgrad
Parabolrinnen AndaSol I; II; III Spanien 2009 - 2011 200.000 Je 50 (ges. 150) 400°C 15%
Fresnel PE 2 Spanien 2012 75.500 30 285°C 26%*
Solarturm PS 10 Spanien 2007 624 11 250°C 17%
Sonnenofen Odeillo Frankreich 1972 63 / 9000 1 4000°C (im Brennpunkt) 60% (thermisch)#

*So die Prognose von Novatec. Laut dem Unternehmen ist durch den im vergangen Jahr erzielten technischen Durchbruch bei künftigen Kraftwerken auch ein Wirkungsgrad von 38% möglich. Dieser wird durch Turbinen mit überhitzten Dampf (anstatt Sattdampf) erzielt.

#Im Fall vom Sonnenofen in Odeillo ist der thermische Wirkungsgrad ausschlaggebend, da er hauptsächlich für die Vakuumschmelze von Speziallegierungen genutzt wird und nur lediglich 100KW ans Netz gehen. Somit ist dieser Sonnenofen nicht repräsentativ mit seinem Wirkungsgrad.

 
FAZIT
 
 

Konzentriert arbeitende Anlagen erzeugen kostengünstigen Strom, da sie im Gegensatz zu teuren Solaranlagen Spiegel nutzen. Reichlich Sonne brauchen solarthermische Anlagen und auch viel Platz. Da die Wüstengegend beides reichlich hat, ist hier ein idealer Standort für solche Anlagen. Da die Wüste eher unwirtlich ist, fallen die Anlagen nicht störend auf.

Nachteilig ist der oft hohe Wasserverbrauch zur Kühlung, da Wasser oftmals über weite Entfernungen herangeschafft werden muss. Anlagen, die wenig Wasser verbrauchen sind daher in der Wüste ein absoluter Vorteil und werden in Zukunft weiterhin große Beachtung bekommen.

Kommt es zu einer schwankenden Sonneneinstrahlung, werden fossile Energieträger zugefeuert, um eine konstante Stromerzeugung zu gewährleisten. Daher ist auch auf diesem Gebiet die Forschung mit Hochdruck dabei, verfeinerte Möglichkeiten zu finden.

 
 
 

Kraftwerke, die die Globalstrahlung nutzen

Diese Kraftwerke nutzen nicht nur die direkten Sonnenstrahlen, sondern auch diffuses Licht, welches zum Beispiel an bewölkten Tagen herrscht. Sie arbeiteten nicht mit der Lichtbündelung von Sonnenstrahlen, sondern speichern die Wärme.

Solarteichkraftwerk (Solar Pond, Solar Lake)

Was haben ein leckeres Essen, ein entspannendes Bad in der Wanne und Strom aus Solarteichen gemeinsam? Für alle benötigt man Salz.

Es gibt viele Salzseen auf unserer schönen Erde, wovon ca. 60 industriell genutzt werden. Meist befinden sie sich in Trockengebieten. Der bekannteste See ist wohl das tote Meer. Diese Gewässer sind vielseitig brauchbar. Sie werden unter anderem zur Speise- oder Badesalzgewinnung genutzt oder als Wärmespeicher für Solarteichkraftwerke. Diese Seen oder manchmal künstlich angelegte Becken sind meist flach (ca. 3 - 8m tief) und sehr salzhaltig.

Solarteichanlage ist im Bau
Ein Solarteichkraftwerk im Bau
Bildnachweis: Paul Langrock Agentur Zenit

Wer schon einmal im Meer oder in einem See schwimmen war erinnert sich, dass es an der Wasseroberfläche am wärmsten ist, wohingegen es immer kälter wird, je tiefer man taucht. Das liegt an der so genannten Zirkulationsströmung. Die unteren Wasserschichten geben die Wärme nach oben ab. Das liegt daran, dass warmes Wasser eine geringere Dichte hat als kaltes Wasser und somit leichter ist. Wenn die Umgebungsluft kälter ist als das Wasser, wird die Wärme an die Atmosphäre abgegeben und das Wasser kühlt schnell ab. Dieser Effekt ist besonders bei einem heißen Bad in der Wanne zu beobachten, wo unsere Entspannung dadurch unterbrochen wird, dass wir ständig heißes Wasser nachlassen müssen.

Salz gibt Wasser Gewicht

Bei Solarteichen wird diese Wärmeabgabe nach oben mittels hoher Salzkonzentration in den tieferen Wasserschichten (Speicherzone) verhindert. Dadurch erhöht sich die Dichte des Wassers wodurch es sozusagen schwerer wird und am Grund des Sees bleibt. Somit kann die Wärme der Sonne nicht nach oben abgeben werden. Da die Seen oder Becken recht flach sind, gelangen die Sonnenstrahlen bis an den Grund. Eine Trübung des Wassers durch Algenbildung muss unbedingt verhindert werden.

Die oberste Wasserschicht (Durchmischungszone) wird auf Umgebungstemperatur gehalten und besitzt fast gar keinen Salzgehalt. Dadurch entsteht eine natürliche Wärmedämmung, wobei sich ein vollkommener Wärmeverlust jedoch nicht verhindern lässt. Deshalb muss dem Sole-Reservoir Wärme künstlich zugeführt werden. Um zusätzlichen Wärmeverlust zu vermeiden, der beispielsweise durch vom Wind erzeugte Wellen entsteht oder durch Verdunstung, werden die Seen oder Becken mit Kunststoffnetzen oder Folien versehen.

Die Temperaturen am Grund des Gewässers betragen 80 bis 90°C. Hier wird die Wärme gespeichert und für die Stromgewinnung genutzt, indem das Salzwasser abgesaugt und in einen Wärmetauscher transportiert wird. Da die vorhandenen Wassertemperaturen zur Erzeugung von Dampf nicht ausreichen, wird ein zusätzliches Arbeitsmedium benötigt, das bei niedrigen Temperaturen bereits verdampft. Hierzu eignet sich beispielsweise Ammoniak. Der Dampf wird an Turbinen - Generator - Blöcke weitergeleitet, die elektrische Energie erzeugen. Um Abfall zu vermeiden, wird das abgekühlte Wasser (Kondenswasser) recycelt und dem Solebecken an der Wasseroberfläche wieder zugefügt.

Solarteich ist eine sensible Diva

KURZ & KNAPP
  • Solarteiche brauchen Salz, um Wärme zu speichern
  • Um den Wärmeverlust und die Verdunstung gering zu halten, werden Solarteiche mit Kunststoffnetzen oder Folie abgedeckt
  • Temperatur, Wasserdichte und Konzentrationsgehalt des Salzes muss immer im richtigen Verhältnis zueinander sein, sonst kippt die Stabilität des Sees

Das Verhältnis zwischen Wasserdichte und Konzentrationsgefälle der Sole ausgeglichen zu halten, ist bei Solarteichen nicht leicht. Wenn die Temperatur höher wird als der Salzgehalt, geht Energie verloren, und die Schichten des Teiches verlieren an Stabilität. Deswegen müssen diese Parameter permant überwacht werden, um rechtzeitig mit Wäremeentnahme oder Salzzufuhr reagieren zu können.

Weitere Probleme zeigen sich darin, dass das verdunstete Oberflächenwasser ständig mit Frischwasser aufgefüllt werden muss. Würde dies nicht geschehen, würde der See austrocknen und die Sole bliebe zurück wie in einer Salzwüste.

Auch die an der Oberfläche angesammelten Salzkristalle müssen regelmäßig entfernt werden. Dazu wird Oberflächenwasser entnommen und in seperaten Becken verdampft. Das zurückbleibende Salz wird den unteren Schichten des Solarteiches wieder zugeführt. Hierbei - und bei der Einspeisung von Frischwasser - muss darauf geachtet werden, dass das Wasser nicht aufgewirbelt wird. Ansonsten würde das Salzkonztrationsgefälle zerstört werden.

Der Wirkungsgrad dieser Anlagen ist aufgrund der genannten Schwierigkeiten sehr gering und beträgt max. 15%. Bei natürlichen Solarteichen sind die Investitionskosten sehr niedrig. Daher sind Solarteichkraftwerke besonders für Entwicklungsländer attraktiv.

Das derzeit größte Solarteichkraftwerk befindet sich südlich von Totem Meer in Israel und wurde in den 80er Jahren in Betrieb genommen. Es erzeugt mit einer Wassermenge von 200.000m3 eine Leistung von 5 MW.

Aufwindkraftwerke (Thermikkraftwerke)

Wer kennt das nicht: Draußen herrscht schlechtes, kaltes Wetter und man möchte sich mit einem Glas Wein vor den warmen Kamin setzen. Dazu legt man das Holz ein und zündet das Feuer an. Damit es schneller lodern kann, wird am Kamin ein Hebel umgelegt, damit von unten mehr Luft angesogen wird, der das Feuer anfacht. Nach demselben Prinzip arbeiten Aufwindkraftwerke.

Ein riesiges Glasdach, was aus einzelnen Glasfragmenten besteht, kennzeichnet die Landschaft. In der Mitte ragt majestätisch ein hoher Turm heraus. Die Sonne geht auf und erhitzt durch die Wärme die sich unter dem Glasdach befindende Luft, wie in einem Treibhaus. Da warme Luft leichter ist als kalte Luft, will diese nach oben strömen. Doch sie ist unter dem Glasdach gefangen. Genau wie Wasser sucht sich Luft ihren Weg. Da das Glasdach zur Mitte hin, also in Richtung Turm, leicht ansteigt, wird die Warmluft in den Kamin geführt - ein Aufwind (Thermik) entsteht. Durch den entstehenden Unterdruck wird Kaltluft aus der Umgebung wieder unter das Dach gezogen, damit diese durch die Sonne wieder erwärmt wird. So entsteht der Kamineffekt. Der Aufwind im Turm treibt eine oder mehrere Turbinen an. Durch die Drehbewegung wird im Generator Strom erzeugt.

Es kommt schon auf die Größe an

KURZ & KNAPP
  • Aufwindkraftwerke haben einen großen Platzbedarf, was hohe Baukosten mit sich bringt
  • die bisherigen Wirkungsgrade sind sehr gering, doch mit entsprechender Forschung sind diese zu verbessern
  • das Verhältnis zwischen Höhe des Turms und Größe des Kollektordachs muss genau aufeinander abgestimmt sein, um eine konstante Leistung zu erzielen
  • die Betriebskosten sind sehr gering, da man sich eines natürlichen Vorgangs der Thermik bedient
  • subtropische Gebiete mit wenig Bevölkerungsdichte eignen sich auf Grund des Platzangebots und der ausreichenden Wasservorräte als Standort

Je größer die Kollektoranlage, desto mehr Luft wird erhitzt. Und je höher der Turm ist, desto größer ist der Luftstrom, der die Turbinen antreibt. Deswegen spielt sowohl die Größe des Glasdaches, als auch die Höhe des Kamins eine wichtige Rolle bei der Erzielung größerer Leistungen. Allerdings gilt hierbei zu beachten, dass die Verhältnisse zwischen Höhe des Turms und Fläche des Dachs auf einander abgestimmt sein müssen, um eine konstante Leistung zu erzielen. So benötigt man beispielsweise ein großes Kollektordach, um viel Luft zu erhitzen und einen kleinen Turm. Oder eine Anlage hat ein kleines Dach und einen hohen Turm, der die Saugkraft durch seine Größe erhöht. Bei einer effizienten Anlage fallen somit hohe Baukosten an und man benötigt viel Platz.

Die Intensität der Sonnenstrahlung spielt natürlich auch eine Rolle, wobei Aufwindkraftwerke auch in tropischen Gegenden gebaut werden können, die viel diffuses Licht durch bewölkten Himmel haben. Doch je intensiver die Strahlung ist, desto, desto schneller wird die Luft erwärmt und der Leistungsgrad steigt. Ein natürlicher Leistungsanstieg ist bei Kalt. und Regenfronten zu verzeichnen, da dies große Temperaturunterschiede mit sich bringt.

Bisher ist die Technik leider noch nicht vollkommen ausgereift, sodass bisher nur ein geringer Wirkungsgrad zu verzeichnen ist. Die Vorteile von Aufwindkraftwerken sind allerdings nicht zu verachten. So benötigen die beispielsweise kein Wasser zur Kühlung der Anlage. Jedoch müssen die Speichertanks oder Wasserschläuche für die Energiespeicherung einmalig mit Wasser gefüllt werden.

Auch das riesige Glasdach muss in regelmäßigen Abständen gereinigt werden, was in Wüstengegenden mit wenig oder gar keinem Wasser mit erheblichen Kosten verbunden ist. Somit ist der Einsatz in subtropischen Gegenden den Wüstengebieten vorzuziehen. Die Unterhaltskosten bewegen sich im niedrigen Bereich, und eine 24std. in Betriebnahme ist durch ein cleveres Speichersystem im Boden auch möglich.

Dieses Speichersystem entsteht auf natürlicher Basis und kann durch einfache technische Hilfsmittel verstärkt werden. Überschüssige Energie vom Tag wird im Boden gespeichert. Dieses Prinzip kennt jeder, der im Sommer schon einmal mit nackten Füßen über den Asphalt gelaufen ist. Wenn man nicht schnell genug läuft, kann man sich leicht die Füße verbrennen. Eine Verstärkung dieses natürlichen Vorgangs kann dadurch erzielt werden, dass man schwarze Wassertanks oder Wasserschläuche am Boden platziert. Das erhöht die Speicherkapazität der Wärme. Abends, wenn die Sonne untergeht und die Luft abkühlt, wird diese Wärmeenergie unter dem Dach wieder abgegeben. Da die Umgebungsluft abkühlt, entsteht genügend Thermik, um die Turbinen weiter anzutreiben.

Die Forschung bringt Aufwind

Einsetzbar sind diese Anlagen auch in Verbindung mit anderen Kraftwerken, die überschüssige Wärme abgeben. Damit kann im Turm direkt Strom erzeugt werden, womit man auf das riesige Glasdach verzichten kann. Dadurch werden erhebliche Kosten gespart.

Die Vor- und Nachteile solcher Anlagen können sich gegeneinander aufwiegen. Ist der Materialaufwand einerseits sehr hoch, werden andererseits günstige Baustoffe wie Glas, Stahl und Beton benötigt. Die Betriebs- und Wartungskosten sind im Allgemeinen auch niedrig, doch die Größe des Daches birgt auch Probleme. So bietet sie eine große Angriffsfläche gegenüber dem Wind, wodurch unter Umständen Schäden entstehen können.

Langfristig sollen die Aufwindkraftwerke konkurrenzfähig gegenüber den Kernkraftwerken werden. Mit einer entsprechenden Größe kann eine Anlage eine Leistung von 100 bis 200 MW erzielen. Dafür wird ein Glasdach von mehreren Kilometer Durchmesser, sowie eine Turmhöhe von ca. 1.000m gebraucht. Dieser Platzaufwand lohnt sich natürlich nur in Gegenden, in denen es keine größere Bevölkerungsdichte gibt.

In der 80 er Jahren wurde in Manzanares (Spanien) ein Prototyp für Versuche gebaut, welcher einen 195m hohen Kamin birgt, mit einem Kollektordach von 122m Durchmesser. Ziel dabei was es, Grundlagen für große Anlagen zu erforschen. Mit dieser Anlage wurde eine Leistung von 50KW erzielt. Jahrelang lief das Kraftwerk entgegen aller Erwartungen technisch einwandfrei. 1989 zerstörte ein Sturm die Anlage.

Danach wurde trotz vieler Planungen kein weiteres Aufwindkraftwerk mehr geplant, da ohne weitere Forschung der Schritt von einer Leistung von 50KW auf die wirtschaftlich nötigen 200MW gewagt erscheint.

Vor- und Nachteile von solarthermischen Kraftwerken (stKw) auf einen Blick
ProContra
- unsere Sonne ist quasi eine unerschöpfliche Energiequelle - standortabhängig (sonnereiche Gegenden)
- stKw sind umweltfreundlich bei der Energiegewinnung und der Entsorgung der Anlagematerialien (Spiegel ect.) - oft wird Wasser zur Kühlung der Anlage benötigt
- keine gesundheitsschädlichen Belastungen durch Chemikalien ect. - hoher Flächenverbrauch (spielt aber keine große Rolle, siehe „pro“)
- globale Verringerung des Co² Ausstoßes - Technologie muss für die Effizienz noch weiter erforscht werden
- bei weitflächigem Ausbau langfristig kostengünstig - momentan sind die Preise für Sonnenstrom noch hoch, was sich mit Weiterentwicklung und Ausbau noch ändern wird
- im Vergleich zu konventionellen Kw kein erhöhter Aufwand - noch ist die Versorgungssicherheit auf Grund der örtlichen Diskrepanz noch nicht ausreichend gegeben
- deutsche Firmentechnologie geht bereits führend am Markt voran  
- in Wüstengegenden spielt das Landschaftsbild und der Flächenverbrauch keine große Rolle  

Fallwindkraftwerke

Die Idee für ein umgekehrtes Verfahren als bei den Aufwindkraftwerken hatte 1975 der Ingenieur Philipp Carlson. Dabei wird nicht mit aufsteigender Warmluft Strom erzeugt, sondern mit fallender Kaltluft. Das Prinzip der Fallwindkraftwerke existiert bislang nur als Konzept.

Die Funktion ist einfach. Man benötigt ebenfalls einen Turm, der möglichst höher als 1000m ist und breiter als 400m. Die warme Luft wird an der Turmspitze durch das Besprühen von Wasser radikal abgekühlt, sodass sie in den Turm „fällt“. Dadurch werden die unten installierten Turbinen angetrieben.

Platziert man diese Anlagen in genau ausgesuchten Küstengegenden, sollen diese eine Nettoleistung von bis zu 600MW erzielen, so geplant. Damit können sie mit konventionellen Kraftwerken Schritt halten. Der Wirkungsgrad von 2,5% ist hierbei zwar sehr niedrig, doch unrelevant, da nur natürliche, „unendliche“ Ressourcen verwendet werden. Das Kraftwerk funktioniert fast von selbst. Man benötigt lediglich Pumpen, die das „Sprühwasser“ zur Turmspitze befördern. Die dafür benötigte Energie ist verschwindend gering.

Die Zukunft liegt in der Sonne

„Die USA empfangen in 20 Minuten so viel Sonnenenergie, wie ihre Bevölkerung in jeder möglichen Form in einem Jahr verbraucht“ (The world book Encylopedia 1970). Andere Quellen sprechen von einer Sonneneinstrahlung in Deutschland, die unseren Bedarf an das 100fache übersteigt.

So erstaunlich es auch klingt, aber letztendlich hängt alles von der Sonne ab. Selbst Kohlekraftwerke, die Kohle zur Energiegewinnung benötigen, profitieren im Endeffekt von der Sonne, da die Kohle mit Hilfe der Sonne vor Millionen von Jahren entstanden ist.

Also liegt sowohl die Vergangenheit als auch die Zukunft in der Sonne. Das haben auch Wissenschaftler erkannt, die akribisch nach Lösungen suchen und daher die Leistung von solarthermischen Kraftwerken noch weiter erforschen. Die Vision für die Zukunft ist: Stromerzeugung in sonnenreicheren Regionen wie Wüsten, wo es billiger zu produzieren ist und sich der Transport trotzdem lohnt. Ein Beispiel dafür ist die Sahara, die 30% mehr Solareinstrahlung hat, als anderswo. Momentan gestaltet sich das Problem noch in den Kosten für den Transport des gewonnenen Stroms und in den internationalen Rahmenbedingungen.

Mit dem geplanten Desertec Konzept sollen verschiedene Probleme rechtzeitig gelöst werden: Klimawandel und Energieunsicherheit. Ziel ist es, energiereiche Standorte mit überwiegend solarthermischen Kraftwerken zu versehen, welche sauberen Strom mit wenigen Verlusten weltweit transportieren. Viel Strom über weite Strecken mit möglichst geringen Verlusten zu schicken, ist nichts Neues. Realisierbar ist dies mit Hochspannungsleitungen mit Gleichstrom (HGÜ), anstatt des üblichen Wechselstroms. Das „Baltic Cable“ in der Ostsee beweist, das dies funktioniert. Von Schweden nach Lübeck über eine Strecke von 250km gehen nicht einmal 2% Energie verloren. Wendet man dieses Konzept bei dem geplanten Desertec - Projekt an, gehen pro 1.000km nur 3% verloren. Da fast jeder im Umkreis von 3.000km zu einer Wüste lebt, ist es möglich, den Menschen flächendeckend mit Sonnenstrom zu versorgen.

Je eher die Entwicklungen voranschreiten und die Massenproduktion für solarthermische Kraftwerke startet, desto schneller werden Projekte wie Desertec realisierbar. Dann bietet der saubere Strom aus den heißen Wüsten eine echte Alternative, die wirtschaftlich und ökologisch ist.

Und noch mehr Sonne

Apropo Spiegel und die Kraft der Sonne; keine Sternwarte ohne Spiegelteleskop. Wer kennt nicht die berühmten riesigen Fernrohre, die dazu da sind, astronomisch weit gucken zu können; Willkommen im Weltall. Eine kleine Sensation war das Gran Telescopio Canarias in La Palma, welches 2007 in Betrieb genommen wurde. Inzwischen wird der Bau des Giant Magellan Telescope in Chile genau beobachtet; dieses riesige Spiegelteleskop soll 2024 in Betrieb gehen.

Solch ein Teleskop eignet sich nicht nur als Sternenkarte; auch Ultraviolettes Licht und Infrarotstrahlen können mit diesen Spiegeln beobachtet werden. Zwei Spiegel - der Primär- und der Sekundärspiegel - sorgen für die nötige Blickweite, das eingefangene Licht tut sein Übriges.

Das am Eingang eingefangene Licht durchläuft das Teleskop, bis es auf den Primärspiegel (Hohlspiegel) trifft. Dieser Spiegel leitet das Licht - nachdem es fokussiert wurde - an den Sekundärspiegel, von dort geht es gebündelt weiter an ein Okular.

Die modernen Spiegelteleskope sind gefüllt mit modernster Technik; die vorhandene Kamera würde sich so mancher Fotograf gerne wünschen. Was mit diesen Teleskopen noch erforscht wird, klingt spannend; doch ohne das Licht der Sonne wäre dies nicht möglich.



FAZIT
 
 

Die Sonne lässt unseren Planeten auf wundervolle Weise leben! Durch Katastrophen wie die in Fukushima und den fortschreitenden Klimawandel kommen wir zum Nachdenken und erkennen die Notwendigkeit der Nutzung erneuerbarer Energien.

Seit Jahren arbeiten Forscher und Ingenieure an Konzepten zur Energiegewinnung durch die Sonne. Die ersten Weichen sind gelegt. Parabolrinnen - Systeme sind derzeit am ausgereiftesten unter den solarthermischen Technologien. Doch weitere folgen mit schnellem Schritt. Beispielsweise haben die bereits bestehenden Fresnel - Anlagen gegenüber den Parabolrinnen einen Kostenvorteil von 15%, obwohl die Weiterentwicklung noch in den Kinderschuhen steckt.

„Geld regiert die Welt!“ - das ist der primäre Fokus der Politik. Deswegen muss der Solarstrom nicht nur ökologisch, sondern auch ökonomisch sein. Momentan sind die realen Kosten für „sauberen“ Strom auf Grund der noch jungen und verhältnismäßig wenigen Kraftwerke zwar noch relativ hoch. Doch der Kurs in Richtung Sonnenenergie wird sich lohnen! Dr. Christoph Richter, Leiter der DLR-Gruppe auf der Plataforma Solar de Almeria, sagt dazu: „Die Solarenergie wird billiger, da wir jetzt anfangen im großen Maßstab solarthermische Kraftwerke zu bauen und damit langfristig auch Kostenreduktion durchsetzen können... Wir gehen davon aus, dass in 10 - 15 Jahren an guten Solarstandorten Solarthermische Kraftwerke Strom zu Preisen produzieren können, die denen konventioneller Kraftwerke entsprechen.“ (Quelle: Galileo; Bericht: Das größte Solarkraftwerk der Welt vom 06.08.2009)

Oliver Vorbrugg, Bauleiter des Andasol Kraftwerks in Spanien äußert sich ebenfalls optimistisch: „Die Vision der Menschheit sehe ich darin, das man mit den Ressourcen der Erde sinnvoll umgeht und soviel verbraucht wie einem die Erde zur Verfügung stellt.“ (Quelle: Galileo; Bericht: Das größte Solarkraftwerk der Welt vom 06.08.2009)

Politisch gesehen muss noch einiges auf diesem Gebiet vorher umgesetzt werden. Zum einen sind passende Rahmenbedingungen zu schaffen und zum anderen müssen politisch instabile Regionen, in denen sich häufig ideale Standorte für solarthermische Kraftwerke befinden, gestützt und stabilisiert werden.

Bei dem stetig wachsenden Energiebedarf - besonders in Industrienationen - ist es nur eine Frage der Zeit, bis wir auf nachhaltige Energiequellen, wie Wasser, Wind uns Sonne umstellen müssen. Die Ressourcen fossiler Brennstoffe (Erdöl, Erdgas, Kohle) halten nicht ewig. Je eher man mit der Weiterentwicklung solarthermischer Anlagen anfängt, desto eher sind diese wettbewerbsfähig. Vielleicht werden Solarkraftwerke allein nicht ausreichen, aber verbunden mit anderen „grünen“ Technologien, werden sie dauerhaft für uns und unseren Planeten besser sein. Allein aufgrund dieser Tatsache ist jede Forschung auf dem Gebiet regenerativer Stromgewinnung wertvoll.

Unser Planet wird es uns danken!