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Günstiger Solarstrom – bei Nacht
Als Anfang des Jahres das größte solarthermische Kraftwerk der Welt in Ivanpah, Kalifornien, eröffnet wurde, wurde es mit Skepsis aufgenommen. Das Kraftwerk ist unbestreitbar beeindruckend. Eine Sammlung von 300.000 Spiegeln, jeder so groß wie ein Garagentor, bündelt das Sonnenlicht auf drei 140 Meter hohe Türme und erzeugt hohe Temperaturen. Diese Wärme erzeugt Dampf, der die gleichen Turbinen antreibt, die in fossilen Kraftwerken verwendet werden. Diese Wärme kann gespeichert werden (z. B. durch das Erhitzen von Salzschmelzen) und bei Sonnenuntergang genutzt werden, und zwar viel billiger, als es kostet, Strom in Batterien zu speichern (siehe Weltgrößter Solarthermie-Strom liefert zum ersten Mal Strom).
Sengende Sonne : Tausende Spiegel fokussieren Sonnenlicht auf einen Turm, um in einem Kraftwerk in Ivanpah, Kalifornien, hohe Temperaturen zu erzeugen.
Aber viele Experten – sogar einige, die in die Anlage investiert haben – sagen, dass es die letzte ihrer Art sein könnte. David Crane , CEO von NRG Energy, einem von drei Unternehmen, die die Anlage finanziert haben, darunter BrightSource Energy und Google, sagt, dass die Wirtschaftlichkeit gut aussah, als die Anlage vor sechs Jahren zum ersten Mal vorgeschlagen wurde. Seitdem ist der Preis für konventionelle Photovoltaik-Solarmodule stark eingebrochen. Jetzt setzen wir auf Photovoltaik, sagte er Anfang des Jahres auf einer Konferenz vor Forschern und Unternehmern.
Die Faszination der Solarthermie ist einfach. Im Gegensatz zu herkömmlichen Solarmodulen kann es auch dann Strom erzeugen, wenn die Sonne nicht scheint. In der Praxis ist es jedoch weitaus teurer als Strom aus fossilen Brennstoffen und Strom aus Sonnenkollektoren. Und diese Realität hat Forscher dazu veranlasst, nach Wegen zu suchen, um die Technologie wettbewerbsfähiger zu machen.
Eine große Herausforderung, sagt Philip Gleckman, Chief Technology Officer von Areva Solar , ist, dass die Spiegelanordnungen sowie die Motoren und Getriebe, die verwendet werden, um sie auf die Sonne auszurichten, teuer sind. Eine mögliche Lösung, sagt er, kommt von einem Startup in San Francisco. Anderelab , das die Motoren durch Pneumatik und Aktuatoren ersetzt, die mit den Produktionsanlagen, die derzeit zur Herstellung von Plastikwasserflaschen verwendet werden, kostengünstig hergestellt werden können.
Der Leiter der Solaranstrengungen von Otherlab, Leila Madrone , sagt die Technologie, dass die Kosten für Spiegelfelder zur Konzentration des Sonnenlichts um 70 Prozent gesenkt werden könnten. Doch selbst diese Kostensenkung werde nicht ausreichen, um die Technologie mit Solarmodulen konkurrenzfähig zu machen – obwohl die Spiegel ein Drittel bis die Hälfte der Gesamtkosten einer Solarthermieanlage ausmachen.
Um die Gesamtkosten zu senken, muss die Strommenge, die eine Solarthermieanlage erzeugen kann, erhöht werden, damit sie mehr Strom für die gleiche Investition verkaufen kann. Ein Ansatz zur Leistungssteigerung besteht darin, die Betriebstemperaturen von solarthermischen Kraftwerken zu erhöhen und damit effizienter zu machen. Sie arbeiten derzeit bei 650 °C oder weniger, aber einige Forscher entwickeln Möglichkeiten, diese auf 800 °C bis 1.200 °C zu erhöhen. Diesen Ansatz verfolgt ein weiteres Startup, Halotechnik , das mithilfe von Hochdurchsatz-Screening-Verfahren neue Materialien entwickelt – darunter neuartige Salze und Glas –, die Wärme bei diesen hohen Temperaturen speichern können (siehe Günstiger Solarstrom bei Nacht ).
Eine weitere Option, die durch ein neues Programm der US-amerikanischen Advanced Research Projects Agency for Energy finanziert wird, besteht darin, Kraftwerke zu bauen, die solarthermische Kraftwerke mit Sonnenkollektoren ergänzen. Die Grundidee ist, dass Sonnenkollektoren nur bestimmte Wellenlängen des Lichts effizient in Strom umwandeln können. Ein Großteil der Energie in infrarotem und ultraviolettem Licht wird beispielsweise nicht umgewandelt, sondern als Wärme abgegeben. Die neuen Projekte suchen nach Wegen, diese Hitze zu nutzen.
Solarsysteme, die Wärme und Sonnenkollektoren kombinieren, sind nicht neu. Seit vielen Jahren bieten Unternehmen Solarsysteme an, die Wasserleitungen hinter Solarpaneelen verlegen – die Abwärme der Paneele macht das Wasser heiß genug zum Duschen.
Der neue Ansatz besteht jedoch darin, nach Wegen zu suchen, um viel höhere Temperaturen zu erreichen – hoch genug, um zur Stromerzeugung verwendet zu werden. Solche Verfahren beinhalten typischerweise das Konzentrieren des Sonnenlichts, um hohe Temperaturen zu erzeugen, und dann das Umleiten eines Teils dieses konzentrierten Sonnenlichts auf Sonnenkollektoren.
In einem Fall absorbieren Nanopartikel, die in einer Flüssigkeit suspendiert sind, Wellenlängen des Sonnenlichts, die Sonnenkollektoren nicht effizient umwandeln. Diese Nanopartikel erhitzen die Flüssigkeit. Licht, das die Sonnenkollektoren verwenden können, gelangt durch die Flüssigkeit zu einem Sonnenkollektor. Andere Forscher verwenden Spiegel, die nur bestimmte Wellenlängen durchlassen.
Howard Branz , der für diese Projekte zuständige Programmleiter bei ARPA-E, hofft, dass die Mehrkosten dieser Hybridsysteme durch zwei Dinge wettgemacht werden. Erstens werden die Systeme effizienter sein und möglicherweise mehr als die Hälfte der Energie des Sonnenlichts in Strom umwandeln, verglichen mit 15 bis 40 Prozent bei bestehenden herkömmlichen Solarmodulen.
Zweitens wird die Möglichkeit, Wärme zu speichern, um sie bei Bedarf zu nutzen, umso wertvoller, je mehr Solarenergie installiert wird. Deutschland, das über weit mehr Solarstrom verfügt als jedes andere Land, muss seine Nachbarn manchmal dafür bezahlen, dass sie an sonnigen Tagen überschüssigen Solarstrom abnehmen. Dieses Programm blickt in eine Zukunft, die morgen in Deutschland sein könnte, drei Jahre entfernt in Kalifornien, fünf Jahre entfernt in Arizona, sagt Branz. Aber irgendwann kommt diese Zukunft überall dort an, wo Menschen viel Strom mit Sonnenenergie erzeugen wollen.