Welt im Wandel: Energiewende zur Nachhaltigkeit - WBGU
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Tabelle 3.2-13<br />
Wirkungsgrade, Kosten,<br />
Leistungsbereich und<br />
Besonderheiten solarthermischer<br />
Kraftwerke <strong>im</strong><br />
reinen Solarbetrieb. Der<br />
Begriff „Parabolrinnen“<br />
umfasst hier auch die auf<br />
Fresnel-Kollektoren<br />
basierenden Systeme(Abb.<br />
3.2-8). Die Angaben zum<br />
Wirkungsgrad beziehen sich<br />
auf den elektrischen<br />
Jahressystemwirkungsgrad<br />
pro Aperturfläche und pro<br />
direkter Einstrahlung<br />
senkrecht auf die<br />
Konverterfläche („direct<br />
normal incidence“, DNI)<br />
Quelle: <strong>WBGU</strong><br />
Die enge Verwandtschaft solarthermischer Anlagen<br />
mit konventionellen Kraftwerken erlaubt die<br />
Integration von fossiler Feuerung und Solarthermie<br />
in so genannten Hybridkraftwerken. Die Erweiterung<br />
bestehender fossiler Kraftwerke um eine solarthermische<br />
Zusatzeinheit wird in einstrahlungsstarken<br />
Regionen als ein wichtiger kurz- und mittelfristiger<br />
Markt für erneuerbare Energien angesehen.<br />
Ebenso ist die Kombination solarthermischer<br />
Kraftwerke mit thermischer Biomasseverwertung<br />
denkbar. Dies ermöglicht den kontinuierlichen<br />
Betrieb von Kraftwerken <strong>im</strong> Multi-Megawatt-<br />
Bereich ausschließlich auf der Basis erneuerbarer<br />
Energien.<br />
Solarthermische Kraftwerke können außerdem in<br />
Kraft-Wärme-Kopplung betrieben werden, indem<br />
neben elektrischer Energie beispielsweise Trinkwasser<br />
aus einer Meerwasserentsalzungsanlage (z. B.<br />
über thermische Destillationsprozesse) gewonnen<br />
wird. In Kraft-Wärme-Kopplung sind solare Wirkungsgrade<br />
von bis zu 85% denkbar.<br />
Langfristig erscheinen die Konzepte der Parabolrinnen<br />
oder der Solartürme vielversprechender als<br />
die kleinerer Paraboloidkraftwerke, da letztere<br />
gegenüber der Photovoltaik die Nachteile zweier<br />
verschleißbehafteter mechanischer Systeme (optische<br />
Nachführung des Paraboloids, thermodynamische<br />
Maschine) aufweisen. Bei großen Kraftwerken<br />
in sonnenreichen Gebieten stellen Parabolrinnen<br />
und Solartürme die derzeit mit Abstand kostengünstigste<br />
Möglichkeit <strong>zur</strong> Nutzung der Sonnenenergie<br />
<strong>zur</strong> Stromerzeugung dar. Aufgrund der unterschiedlichen<br />
Eigenschaften ist zu erwarten, dass beide<br />
Technologieoptionen je nach Rahmenbedingungen<br />
(Kraftwerksgröße, Infrastruktur, lokaler Strombedarf,<br />
Möglichkeiten des Stromferntransports, Einstrahlungsbedingungen<br />
usw.) breiten Einsatz finden<br />
werden.<br />
2000 2020 2050<br />
Energieträger 3.2<br />
Wichtigste<br />
Parabolrinnen Parabolrinnen und Parabolrinnen und<br />
Technologien<br />
Solarturm<br />
Solarturm<br />
Wirkungsgrad elektr. [%] 14 20–25 25–30<br />
Kosten [€/kWh] 0,14–0,2 ~0,07–0,14 ~0,06<br />
Charakteristik Integrierter Wärmespeicher<br />
für<br />
mehrere Stunden<br />
Leistungsbereich Mehrere<br />
10 MW<br />
Mehrere<br />
10–100 MW<br />
Integrierter Wärmespeicher<br />
für<br />
mehrere Stunden<br />
Mehrere<br />
10–100 MW<br />
Solarwärme<br />
Solarkollektoren setzen die Strahlung der Sonne in<br />
Wärme um.Typische Anwendungen, bei denen in der<br />
angegebenen Reihung das Temperaturniveau der<br />
benötigten Wärme steigt, sind Schw<strong>im</strong>mbadheizungen,<br />
Brauchwassererwärmung, Raumheizung und<br />
Prozesswärmebereitstellung. Je höher das angestrebte<br />
Temperaturniveau, desto komplexer der einzusetzende<br />
Kollektor, da ein höherer Aufwand <strong>zur</strong><br />
Vermeidung von Wärmeverlusten betrieben werden<br />
muss. Man unterscheidet <strong>im</strong> Wesentlichen die folgenden<br />
Typen thermischer Kollektoren:<br />
• Kollektoren mit unabgedecktem Absorber: In dieser<br />
einfachsten Ausführung eines Solarkollektors<br />
fließt ein Wärmeträger (z. B. Wasser) durch nicht<br />
abgedeckte, schwarze Kunststoffmatten. Die Wärmeverluste<br />
durch Konvektion und Wärmeleitung<br />
sind groß, so dass keine hohen Temperaturen<br />
erreicht werden können.Wegen der geringen Kosten<br />
sind diese Kollektoren <strong>zur</strong> Erwärmung von<br />
Schw<strong>im</strong>mbädern etabliert.<br />
• Flachkollektoren: Bei diesem Kollektortyp werden<br />
Wärmeverluste meist durch zwei Maßnahmen<br />
verringert. Zum einen ist der Absorber <strong>zur</strong> Sonne<br />
hin mit einer Glasscheibe und auf der Rückseite<br />
mit Dämmmaterial isoliert. Zum anderen werden<br />
optisch selektive Absorber eingesetzt, die <strong>im</strong><br />
sichtbaren und nahen infraroten Spektralbereich<br />
stark absorbieren und <strong>im</strong> Wärmestrahlungsbereich<br />
(thermisches Infrarot) nur wenig abstrahlen.<br />
Dadurch erhöhen sich die erzielbaren Temperaturen<br />
<strong>im</strong> Vergleich zum unabgedeckten Absorber<br />
deutlich. Flachkollektoren werden derzeit in<br />
erster Linie bei der Brauchwassererwärmung eingesetzt,<br />
wobei in Deutschland typischerweise etwa<br />
60% des jährlichen Wärmebedarfs solar gedeckt<br />
werden: Während <strong>im</strong> Sommer eine vollständige<br />
Deckung erzielt wird, wird das solar vorgewärmte<br />
Wasser <strong>im</strong> Winter konventionell nacherhitzt. In<br />
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