Welt im Wandel: Energiewende zur Nachhaltigkeit - WBGU

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