Solarwärme - Sonnenkollektoren - Solarthermie
Die Energie der Sonneneinstrahlung kann man sowohl zur Stromerzeugung mit Solarzellen nutzen als auch zur Erwärmung von Flüssigkeiten. Unter Solarthermie versteht man die Umwandlung des Sonnenlichts in Wärme.
Das Prinzip besteht darin, durch schwarze Rohrleitungen, in denen ein Arbeitsmedium (oft ein Wasser-Glykol-Gemisch) die Sonnenstrahlung möglichst vollständig und verlustarm in Wärmeenergie umzuwandeln und diese Flüssigkeit, im zu erhitzen. Diese heiße Flüssigkeit dient dann zur Raumheizung oder über Wärmetauscher zur Warmwasseraufbereitung.
Die Verfügbarkeit von heißem Wasser bewegt sich somit in dem gleichen Rahmen wie die Stromerzeugung bei der Solarvoltaik: Wenn die Sonne nicht scheint, wird wenig oder kein Wasser erwärmt. In diesem Fall ist eine Zusatzheizung für die Warmwasserversorgung und/oder Raumheizung notwendig.
Sonnenkollektoren
Am weitesten verbreitet sind Flachkollektoren: Ihr Aufbau ist relativ einfach: Hinter einer Glasscheibe in einem wärmegedämmten Kasten verlaufen Kupferrohre, in den das Wasser oder das Wasser-Glykol-Gemsich erhitzt wird und zirkuliert.
Bei Parabolrinnen-Kollektoren wird das Sonnenlicht eines „gestreckten Parabolspiegels“ in der Brennlinie fokussiert und das Wärmeträgermedium (meist Öl) in der parallel zur Brennlinie verlaufenden Rohrleitung erhitzt. Sie funktionieren also ähnlich wie ein Brennglas. Die Arbeitstemperaturen (von 200 – 500° C) sind wesentlich höher als bei Flachkollektoren.
In Regionen mit hoher Sonneneinstrahlung wird die Solarthermie in der Hauptsache dazu verwendet, um Kraftwerke zu betreiben und Dampf für Turbinen (zur Stromproduktion) zu erzeugen. Solarthermiekraftwerke erreichen je nach Bauart höhere Wirkungsgrade und meist niedrigere Investitionen als Photovoltaikanlagen, sie haben jedoch höhere Betriebs- und Wartungskosten.
Es existieren verschiedene Kraftwerkstypen.
Solarfarmkraftwerke mit Parabolrinnen-Kollektoren bieten die wirtschaftlichste Technologie zur solaren Stromerzeugung. In Andalusien entstehen zurzeit drei Kraftwerke mit jeweils 50 MW Leistung.
Bei Solarturmkraftwerken handelt es sich zumeist um Dampfkraftwerke mit solarer Dampferzeugung, bei denen (im Vergleich mit konventionellen Kraftwerken) die Brennkammer als solare „Brennkammer“ auf einen Turm gesetzt wird und das Sonnenlicht mit bis zu tausenden von verstellbaren Spiegeln auf den Absorber gebündelt wird. Dort entstehen Temperaturen von weit über 1000° C.
Alle anderen Arten von Kraftwerken (Fallwind, Aufwind, Paraboloid etc.) befinden sich im Versuchsstadium und haben im Moment noch keine praktische Bedeutung.
In der Regel erhitzt also die entstandene Wärme ein Arbeitsmittel (z. B. Wasser), bis es verdampft. Der Dampf treibt dann Turbinen und die damit verbundenen Generatoren zur Stromerzeugung an. Eine weitere Möglichkeit stellt die Nutzung der Wärme als „Prozesswärme“ dar, bei der sie zur Heizung oder zur Durchführung industrieller (Herstellungs-)Prozesse eingesetzt wird.