Solaranlagen und Produkte der Vormonate:

Das Solarmundo-Projekt: Solarthermische Kraftwerke zur wirtschaftlichen Stromproduktion

Solarenergie ersetzt fossile Brennstoffe: Das ist die Vision der belgischen Solarmundo NV. Die Aktiengesellschaft entwickelt die Parabolrinnen-Kollektortechnik seit Jahren weiter. Ihr Ziel ist, im großen Umfang Solarstrom zu produzieren, der im Wettbewerb mit konventionell erzeugter Elektrizität mithalten kann.

Solar-Dampfkraftwerk Solarmundo
Simulation eines Solar-Dampfkraftwerks. Bild: Solarmundo NV


Sonne statt Öl, Kohle oder Erdgas

Solarthermische Kraftwerke wandeln die Sonnenenergie nicht direkt in Strom um: Mit den Kollektoren wird zunächst eine Flüssigkeit erhitzt und Dampf erzeugt. Dieser wird zu Turbinen und Generatoren geleitet, welche Strom produzieren. Zur Deckung des Elektrizitätsbedarfs sonnenreicher Länder können thermische Solarkraftwerke effektiv beitragen; zur Verteilung muss aber ein Stromnetz vorhanden sein. Die bisher getesteten Pilotanlagen liegen im Leistungsbereich von einem bis zehn Megawatt (MW). Theoretisch können solarthermische Kraftwerke bis zu 400 Megawatt leisten: Ein beachtliches Potenzial für den Mittelmeerraum oder Afrika.

Mit vereinfachter Technik und geringen Betriebskosten sollen Solarmundo-Kraftwerke eine Alternative zu Kohle-, Gas- und Atomkraftwerken werden. Nach der erfolgreichen Erprobung einer Pilotanlage in Liége (Belgien) ist das Unternehmen nun bestrebt, solare Großkraftwerke mit Kapazitäten von bis zu 400 Megawatt zu bauen - im "Sonnengürtel" der Erde, beispielsweise in Nordafrika. Aber auch in den Ländern Südeuropas mit hoher durchschnittlicher Sonneneinstrahlung könnte diese Technik zum Einsatz kommen.

Fresnel-Kollektorfeld, Liége
Fresnel-Kollektorfeld, Pilotanlage in Liége. Foto: Solarmundo NV


Hohe Leistung - geringe Kosten - Strom für 15 Pfennig / kWh

Mit ihrem einfachen modularen System, standardisierten Komponenten, kostengünstigen Materialien und dem Einstieg in eine Massenproduktion könnte der Solarmundo-Vision auch wirtschaftlicher Erfolg beschieden sein. Die Verbesserungen gegenüber den herkömmlichen "Solar Electric Generating Systems" (SEGS) mit Parabolrinnen-Kollektoren sollen zu einer Kostensenkung von mindestens 50 % führen. Namhafte Partner sorgen dafür, dass solche Berechnungen Hand und Fuß haben. Mit am Solarmundo Projekt arbeiten das Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme (ISE), die Bayer AG, die Battenfeld GmbH und die Chinesische Akademie für Raumfahrt-Technologie (CAST).

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) führte eine Projektstudie für Solarmundo aus: Die Wissenschaftler des DLR berechneten für ein Ranking der möglichen Standorte unter anderem die Sonneneinstrahlung in Abhängigkeit von der Bewölkung, Aerosolen, Wasserdampf, Ozon und anderen Störfaktoren. In die Berechnung der Stromerzeugungskosten flossen neben der Sonneneinstrahlung (in Nordafrika bis zu rund 2.500 Kilowattstunden pro Quadratmeter und Jahr) auch die Kosten für die Infrastruktur ein.
Sonneneinstrahlung in Nordafrika: meist über 2.500 kWh pro Quadratmeter und Jahr. Grafik: DLR.

Sonneneinstrahlung Nordafrika

Die Ergebnisse sind beeindruckend: Ein Solarmundo-Kraftwerk in Ägypten (2.782 kWh/m2/Jahr) mit einer Kapazität von 50 Megawatt könnte eine Kilowattstunde Strom für 7,5 Eurocent (zirka 15 Pfennige) erzeugen. Herkömmliche Solar-Dampfkraftwerke in dieser Größe kämen am selben Standort auf 10 Eurocent. Doch auch mit konventionellen fossilen Kraftwerken soll die Solarmundo-Technologie mithalten können: Ein Kraftwerk in Ägypten mit einer Leistung von 200 Megawatt könnte für 5,0 Eurocent eine Kilowattstunde erzeugen, die ein konventionelles Kraftwerk zu den gegenwärtigen Energiepreisen für 5,9 Eurocent liefern würde.


Die Solarmundo-Technik: Einfach und effektiv

An Stelle der Parabolrinnenkollektoren arbeitet Solarmundo mit kostengünstigeren flachen Spiegeln, ohne Vakuum-Absorber und metallische Glasversiegelung. Große, nachgeführte Felder mit Fresnel-Reflektoren bündeln das einfallende Licht und lenken die Strahlung zu einem zweiten Reflektor oberhalb einer Absorber-Röhre und direkt zum Absorber.

Die Form des zweiten Reflektors, der wie ein Ofen wirkt, minimiert die optischen Verluste. Möglich sind bis zu 24 Meter lange Fresnel-Systeme, welche bis zu vier maximal sechs Meter lange Absorber-Röhren erhitzen, die durch eine Hochleistungbeschichtung im Freien bis zu einer Temperatur von 600 Grad Celsius arbeiten. Das Absorber-System mit seinen großen Boilern kann direkt Dampf erzeugen. Das ist wesentlich billiger als ein System mit einem Ölkreislauf, für das zusätzlich Wärmetauscher erforderlich sind und bei welchem zudem Feuer- und Explosionsgefahr besteht.

Spiegelfeld, Kollektor, Absorber
Spiegelfeld, Kollektor und Absorberröhre; Pilotanlage Liége. Foto: Solarmundo NV


Der neue Absorber hängt an einem auf Schienen montierten Wagen. So kann er sich problemlos ausdehnen. Im Gegensatz zu den herkömmlichen Absorbern entfällt die teuere Vakuum-Technik, Glasbruch der Röhren kann nicht mehr auftreten und kostenintensive Ausdehnungs-Schleifen für die Röhre (Loops) sind entbehrlich.

Die Nachführung der Spiegel basiert auf einem Schneckengetriebe, das für höchste Genauigkeit sorgt. Die exzentrischen Lager minimieren die Antriebskräfte und erlauben die Verwendung kleiner Motoren. Damit die Anlage unter schwierigen Bedingungen funktioniert, wurden die Lager und Antriebsaggregate besonders getestet: Sie müssen sowohl hohen Temperaturen als auch Sand und Feuchtigkeit widerstehen.

Bild: Test der Nachführung mit feuchtem Sand. Foto: Solarmundo NV

Nachführung Sand-Test


Auch der Aufbau der Kraftwerke wurde optimiert. Die Entwickler von Solarmundo haben die Verankerung am Boden und Konstruktion der Anlage vereinfacht. Das modular aufgebaute mechanische System besteht aus verschraubten Profilen, die nur wenige technische Spezialisten für den Aufbau erfordern. Die Gitterform trägt zur Stabilität auf weichem Untergrund bei. Im Vergleich zu den Parabolrinnen-Kraftwerken treten bei den flachen Spiegeln, welche bei Wind oder Hagel in eine geschützte Position gebracht werden können, selbst bei hohen Windgeschwindigkeiten keine Probleme auf. Zudem hält sich die Torsionsbelastung (Verwindung des Materials) in engen Grenzen.


Vom Prototyp zum Geschäftsmodell

Nachdem das Fraunhofer ISE die "Performance" des Solarmundo-Systems berechnet hat, eine Kostenrechnung erfolgt ist und die technischen Zeichnungen komplett vorliegen, stehen die nächsten Schritte zur Verwirklichung der Vision an. Bereits beim Bau der Pilotanlage in Liége wurden die Vorteile des neuen Konzepts sichtbar: Das stark vereinfachte System aus weitgehend standardisierten Komponenten und preisgünstigen Ausgangsmaterialien wurde für die Massenfertigung konzipiert, die zentralen Bestandteile auf Hochleistungen ausgelegt. Die Produktion soll wie die Montage in Zukunft weitestgehend automatisch erfolgen.

Pilotanlage Solarmundo

In dem belgischen Kraftwerk mit einer Spiegelfläche von 2.500 Quadratmetern wurden systematisch Planungsfehler korrigiert und mechanische Aspekte überprüft, insbesondere bei der Nachführung. Eine Anlage wie dieser Prototyp könnte an einem sonnenreichen Standort in Südeuropa oder Afrika bis zu 5 Megawatt leisten.

Bild: Solarmundo-Prototyp in Liége. Foto:Solarmundo NV


Um die positiven Erfahrungen auch im großtechnischen Maßstab umzusetzen, ist nun der Einbau eines 50 MW-Solarboilers in ein bestehendes Kraftwerk geplant. Aus diesem Grunde sucht das belgische Unternehmen Investoren, welche in die Zukunftstechnologie einsteigen möchten. Nach Berechnungen von Solarmundo würde eine derartige Anlage mit einem Spiegelfeld von rund 450.000 Quadratmetern etwa 31 Millionen Euro kosten - rund die Hälfte dessen was für ein klassisches SEGS zu veranschlagen ist. Mittel erhofft das Unternehmen von Förderprogrammen in Spanien und Griechenland, der Weltbank und von aufgeschlossenen Anlegern.
Sollte die Realisation des vielversprechenden Projekts vom Erfolg gekrönt sein, würde das Ziel von Solarmund in greifbare Nähe rücken. Die Belgier wollen für die Solarenergie das leisten, was das T-Modell von Ford für das Automobil bedeutete: Den Einstieg in eine Massentechnologie und in einen neuen Markt - allerdings ohne die Umweltbelastungen, die das Auto mit sich brachte.

Material und Fotos: Solarmundo NV, 2000 Antwerpen, Belgien.
Redaktion Solarserver: Rolf Hug

Einen Kombi-Kollektor, der wie die Solarmundo-Analge mit Fresnel-Linsen arbeitet, entwickelte die Plauener Solarpower GmbH. Lesen Sie hierzu: Licht, Wärme und Strom:
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