Welt im Wandel: Energiewende zur Nachhaltigkeit - WBGU
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74 3 Technologien und nachhaltige Potenziale<br />
Zelltechnologie W/D Wirkungsgrad <strong>im</strong><br />
Labor [%]<br />
einkristallines Silizium W 24,7 13–15<br />
multikristallines Silizium W 19,8 12–14<br />
amorphes Silizium (inkl.<br />
Si-Ge-Tandem) D 13,5 6–9<br />
Kupfer-Indium/Gallium-<br />
Diselenid D 18,9 (8–11)<br />
Cadmiumtellurid D 16,5 (7–10)<br />
III-V Konzentratorzellen<br />
(inkl. Tandem und Tripel) W und D 33,5 (25)<br />
Kristalline Dünnschicht-<br />
Siliziumzelle D 19,2<br />
Organische und Farbstoffsolarzellen<br />
D 2–11<br />
gen basieren auf einer starken Konzentration des<br />
Sonnenlichts, so dass ihr Einsatz nur in Gegenden<br />
mit hohem Anteil direkter Sonnenstrahlung sinnvoll<br />
ist. Drei verschiedene Technologien wurden bereits<br />
realisiert:<br />
• Parabolrinnenkraftwerke: In parabolisch geformten<br />
linearen Reflektoren, die der Sonne einachsig<br />
nachgeführt werden, wird die Sonnenstrahlung<br />
auf einen rohrförmigen Lichtabsorber fokussiert,<br />
der in der Regel ein spezielles Öl als Wärmeübertragungsmedium<br />
enthält. Das auf etwa 350–<br />
400 °C erhitzte Öl erzeugt anschließend in einem<br />
Wärmetauscher Dampf für eine weitgehend klassische<br />
Dampfturbine. Die Systeme sind leicht auf<br />
relativ große Leistungen auszulegen und haben<br />
derzeit typischerweise Nennleistungen von 30–<br />
80 MW. In Kalifornien liefern solche Kraftwerke<br />
bereits seit mehr als 10 Jahren Strom bei einer<br />
installierten Gesamtleistung von etwa 350 MW.<br />
Eine weitere deutliche Kostenreduktion könnte<br />
sich durch die Direktverdampfung von Wasser in<br />
den Absorberröhren ergeben (Abb. 3.2-8).<br />
• Solarturmkraftwerke: Ein großes Feld beweglicher<br />
Spiegel fokussiert das Sonnenlicht auf einen<br />
Empfänger, der auf einem Turm montiert ist. Dort<br />
wird der Wärmeträger (Wasser, Salz, Luft) auf<br />
500–1.000 °C erhitzt. Aufgrund der hohen Nutztemperaturen<br />
kann die Energie prinzipiell auch<br />
direkt in eine Gasturbine bzw. in ein modernes<br />
GuD-Kraftwerk eingekoppelt werden. Für Turmkraftwerke<br />
sind Nennleistungen um 200 MW<br />
geplant, die etwa einen Faktor 10 über derzeitigen<br />
Pilotanlagen liegen.<br />
• Paraboloidkraftwerke: Bei diesem System werden<br />
der Sonne nachgeführte Parabolspiegel eingesetzt,<br />
in deren Brennpunkt ein Medium auf 600–<br />
1.200 °C erhitzt werden kann. Die Anlagen sind in<br />
der Regel eher klein (einige 10 kW Nennleistung).<br />
Sie bieten sich daher für dezentrale Anwendungen<br />
an. Die Wärmeenergie wird in Kraftmaschi-<br />
Wirkungsgrad des<br />
Flachmoduls [%]<br />
nen in mechanische und schließlich in elektrische<br />
Energie umgewandelt. Diese Technologie befindet<br />
sich in der technischen Erprobung.<br />
Allgemein werden Systeme mit hohen Arbeitstemperaturen<br />
angestrebt, da dann die Umwandlung von<br />
Wärme in Elektrizität in thermodynamischen<br />
Maschinen höhere Wirkungsgrade erlaubt (Tab. 3.2-<br />
13).<br />
Eine wesentliche Erweiterung für die solarthermische<br />
Kraftwerkstechnik liegt in der mittelfristigen<br />
Wärmespeicherung (Stunden, Tage). Mit geschmolzenen<br />
Salzen als Speicher hat diese Technologie<br />
bereits bewiesen, dass solarthermische Anlagen, die<br />
rund um die Uhr Strom produzieren, ohne konventionelle<br />
Zufeuerung realisierbar sind.<br />
Sonne<br />
kalt<br />
Absorber<br />
warm<br />
Tabelle 3.2-12<br />
Wirkungsgrade von<br />
Solarzellen <strong>im</strong> Labor und <strong>im</strong><br />
Flachmodul. Zahlen in<br />
Klammern bezeichnen<br />
Werte aus Pilot- oder ersten<br />
kommerziellen Produktionen.<br />
W Wafertechnologie,<br />
D Dünnfilmtechnologie.<br />
Quellen: Green et al., 2002;<br />
UNDP et al., 2000; Hein et<br />
al., 2001; Hebling et al., 1997<br />
Abbildung 3.2-8<br />
Schema eines zukünftigen solarthermischen<br />
Rinnenkraftwerks. Das Solarfeld ist in diesem Beispiel als<br />
Fresnel-Konzentrator aufgebaut, bei dem die erforderliche<br />
Parabolform als segmentiertes Reflektorfeld aus kleineren<br />
ebenen Glasspiegeln realisiert wird. Im Gegensatz zu heute<br />
üblichen Anlagen wird in Zukunft vermutlich Wasser als<br />
Wärmeträgermedium direkt in den Absorberrohren<br />
verdampft. Dadurch werden voraussichtlich geringere<br />
Kosten erreicht und Probleme mit Wärmeträgerölen<br />
vermieden. Der in der Abbildung eingezeichnete thermische<br />
Speicher soll einen Betrieb des Kraftwerks auch nach<br />
Sonnenuntergang ermöglichen.<br />
Quelle: <strong>WBGU</strong><br />
<<br />
~<br />
Zirkulationspumpe Abwärme<br />
Thermischer<br />
Speicher<br />
Turbine<br />
Generator<br />
Kondensator