Konzentrierte Sonnenenergie, auch bekannt als konzentrierende Sonnenenergie, ist eine Technologie, die spezielle Reflektoren verwendet, um die Sonnenenergie auf einen kleinen Bereich zu konzentrieren, der als Empfänger bekannt ist. Der Receiver sammelt die Wärme und speichert sie als Gas, Flüssigkeit oder sogar feste Partikel. Die erzeugte Wärme kann direkt zum Antrieb einer stromerzeugenden Dampfturbine genutzt oder später gespeichert werden.
Da konzentrierte Sonnenenergie die Wärmeenergie der Sonne nutzt, wird sie als solarthermische Energiequelle bezeichnet. Dies steht im Gegensatz zu seinen bekannteren Solargeschwistern, Sonnenkollektoren, die durch einen als Solarphotovoltaik bezeichneten Prozess Energie aus dem Licht der Sonne erzeugen.
Obwohl hohe Kosten und technische Herausforderungen die Einführung dieser Technologie eingeschränkt haben, scheint sich das mit dem wachsenden Interesse zu ändern. Das Energieministerium arbeitet daran, die CSPs als brauchbare Quelle erneuerbarer Energie zu verbessern und zu fördern, während private CSP-Unternehmen, die von Leuten wie Bill Gates unterstützt werden, in letzter Zeit einige Erfolge verzeichnen konnten.
Was sind die verschiedenen Arten konzentrierter Sonnenenergie?
Alle Arten konzentrierter Solarenergie funktionieren nach dem gleichen Prinzip: Nutzung konzentrierter Solarthermie zur Stromerzeugung. Die beiden häufigsten Anwendungen der Technologie sind Parabolrinnensysteme und Solartürme.
1. Parabolrinnensysteme
Parabolrinnen-CSP-Systeme sind eine Art lineares Konzentratorsystem. Ihren Namen haben sie von den großen, parabolisch gekrümmten, wannenförmigen Kollektoren, mit denen das Sonnenlicht auf ein lineares Empfangsrohr gebündelt wird.
Das lineare Empfangsrohr ist mit einer Wärmeübertragungsflüssigkeit gefüllt, die thermische Energie (Wärme) aus dem fokussierten Sonnenlicht absorbiert. Die gesammelte Wärme kann dann sofort zum Betrieb einer stromerzeugenden Wärmekraftmaschine verwendet oder zur späteren Stromerzeugung gespeichert werden.
Von den vielen verschiedenen CSP-Typen gelten Parabolrinnensysteme im Hinblick auf die Nutzungsskala als die kostengünstigsten. Es gibt bereits mehr als 100 Fabriken auf der ganzen Welt, die größte ist der 580 Megawatt (MW) Solarkomplex Noor Ouarzazate in Marokko, oben abgebildet.
2. Solarenergieturm
In Solarkraftwerken ist ein hoher zentraler Turm von Tausenden oder sogar Zehntausenden spezieller flacher Reflektoren umgeben, die als Heliostaten bekannt sind. Die Heliostaten passen ihre Position an die Bewegung der Sonne an, um die Sonnenstrahlung auf einen zentralen Brennpunkt, den sogenannten Receiver, zu fokussieren.
Der Receiver sammelt die thermische Energie in einem Speichermedium – meist geschmolzenes Salz oder Wasser – und die Wärme, die eine Turbine zur Stromerzeugung antreibt.
Aufgrund ihres einzigartigen Designs und ihrer Komponenten sind Krafttürme unter verschiedenen Namen bekannt, darunter Solartürme, Salzschmelztürme oder Empfängerkraftwerke.
Projekte mit Salztanks bieten in der Regel eine Wärmespeicherung, was bedeutet, dass die gesammelte Wärmeenergie mehrere Stunden lang gespeichert werden kann, bevor die Turbine angetrieben wird.
Das bekannteste Energiesystem ist das Ivanpah-Projekt in der kalifornischen Mojave-Wüste. Ivanpah verwendet 173.500 Heliostaten und Wasser als wärmeabsorbierendes Material. Bei seiner Eröffnung im Jahr 2014 war es mit einer Stromerzeugungskapazität von 392 MW das größte CSP-Kraftwerk der Welt. Die weltweit größte Speicher-CSP-Anlage ist das 280-MW-Kraftwerk Solana Solana Generating Station in Arizona.
Im Jahr 2020 gab es 10 solcher Fabriken, aber derzeit befinden sich weltweit mehrere Projekte im Bau. Das National Renewable Energy Laboratory (NREL) des US-Energieministeriums glaubt, dass diese Technologie letztendlich billiger als fossile Brennstoffe werden wird.