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Dieser Solar-Konzentrator wurde auf der Grundlage einer pneumatisch stabilisierten Struktur konstruiert; er nutzt als Wärmeträger die Luft. Dadurch wird die Installation einfacher und bedeutend wirtschaftlicher als mit den bisher angewandten Öl- oder Wasserreceivern. Dieses seit rund 30 Jahren bekannte Verfahren erlebt jetzt ein Revival durch eine im Tessin von der Firma Airlight Energy in Biasca errichtete Pilotanlage. Forschungsmässig daran beteiligt sind die ETH Zürich und die Fachhochschule der italienischen Schweiz (Supsi) und unterstützt wird die Forschungsarbeit durch das Bundesamt für Energie. Ziel ist es, aufbauend auf den seit einigen Jahren betriebenen Entwicklungen das Know-how für solarthermische Kraftwerke zur Marktreife zu bringen, um diese in den dafür geeigneten Steppen- und Wüstengebieten der Welt einsetzen zu können.
Brandheisser Konzentrator
Solarthermische Kraftwerke (nach der englischen Bezeichnung Concentrating Solar Power mit CSP abgekürzt) nutzen die in Wärme umgewandelte Sonnenstrahlung zur Stromerzeugung. Dabei wird mit Hilfe von Spiegeln das Sonnenlicht gebündelt und die gewonnene Wärmeenergie mit hohen Temperaturen an einen Dampfkreislauf abgegeben. Dann wird der Dampf - wie in einem konventionellen Kraftwerk - in einer Turbine zur Stromgewinnung genutzt.
Das weltweit bisher grösste CSP-Kraftwerk arbeitet in der kalifornischen Mojavewüste und erbringt eine Leistung von rund 350 MW. Dabei steht von den für solarthermische Kraftwerke bekannten Technologien jene des Parabolrinnen-Prinzips im Einsatz. Nach diesem Verfahren ist auch die Pilotanlage im Tessin aufgebaut. Dabei wird die Sonnenenergie in einem rohrförmigen Wärmeempfänger gesammelt.
Spiegel als Hauptelement
Die Hightech-Konstruktion der Pilotanlage von Biasca basiert auf einem massiven, 50 m langen Betontragwerk, das durch eine Drehvorrichtung in der Längsachse auf den optimalen Sonnenstand ausgerichtet werden kann. Hauptelement ist ein Spiegel mit einer 9,5 m messenden Öffnung, der aus vier Lagen reflektierender Folien besteht. Diese sind am Rande und in der Mitte des Betonträgers befestigt und werden dazwischen frei schwebend durch einen leichten Überdruck in die gewünschte Parabelform gepresst. Schlüsselelement des Airlight-Konzentrators ist der mit Luft gefüllte röhrenförmige Empfänger, auf den die Sonnenstrahlen bis 160-fach konzentriert auftreffen und die Luft auf rund 600 °C erhitzen. Diese Energie wird in einem Wärmespeicher von Kieselsteinen gespeichert.
Bei Nacht oder zur Deckung von Spitzenlasten wird diesem Speicher Wärme entzogen. Über einen Wärmetauscher gibt die Luft Wärme an einen Dampfkreislauf ab. In einem Kondensator kühlt der Wasserdampf und wird als 100 °C heisse Luft wieder zu den Konzentratoren geleitet oder bei Bedarf im Wärmetrog erhitzt.
Riesiges Potenzial
Wie ihre Bezeichnung verrät, können CSP-Kraftwerke nur das direkte Sonnenlicht ausnützen und benötigen demzufolge eine sehr starke Besonnung. Ein wirtschaftlicher Betrieb scheint nach Untersuchungen des BFE möglich, sobald die Sonneneinstrahlung je Quadratmeter Bodenfläche mehr als 1800 Kilowattstunden im Jahr erreicht (kWh/m2/a). Am Standort ist eine geringe Luftfeuchtigkeit erforderlich, um die Lichtstreuung so weit als möglich einzuschränken. Prädestinierte Standorte für konzentrierte Solarkraftwerke sind daher Wüstenregionen zwischen dem 40. nördlichen und südlichen Breitengrad. Zum Vergleich: Die Schweiz liegt zwischen 46 und 47,5 Grad und hat einen Höchstwert bei der Sonneneinstrahlung von 1500 kWh/m2/a.
Als Erstes sollen nach der Airlight-Technologie zwei bestehende Gaskraftwerke in den USA und Italien mit mehreren Konzentratoren nachgerüstet werden. Die entstehende bis zu 600 °C heisse Luft kann direkt in die Dampfturbinen eingespeist werden. Ziel sind kommerzielle Solarparks mit bis zu 250 m langen Konzentratoren.