Strom erzeugen mit Solarthermik: Hier wird die Wärme, die man durch die Sonneneinstrahlung gewinnt in mechanische Energie transformiert.
Kraftwerke, die die Sonnenwärme nutzen arbeiten nur mit direkter Sonnenbestrahlung. Stört Nebel in der Atmosphäre den direkten Lichteinfall, so ist die Wärmeenergie nicht nutzbar.
Das Prinzip solcher Kraftwerke beruht auf einer Zentrierung der Sonnenstrahlung in einem Brennpunkt. Die dadurch entstehende Wärme wird in mechanische Energie transformiert. Je nach Technik unterscheidet man zwischen verschiedenen solarthermischen Kraftwerkstypen:
Ein so genanntes Parabolrinnenkraftwerk besteht aus einer Reihe von angeordneten gebogenen Rinnen, die in beweglichen Rahmen der Sonnenkonstellation folgen. Im Brennpunkt jeder Parabolrinne befindet sich ein Aufnahmerohr, auf das die direkte Sonnenstrahlung mit bis zu hundertfacher Stärke gespiegelt wird. In diesem Rohr fließt eine Flüssigkeit, die Temperaturen bis zu 400 Grad aushält. Als Flüssigkeit wird ein spezielles Öl verwendet. In einem Wärmetauscher wird Wasser in Dampf umgewandelt.
Der Dampf gerät schließlich in ein Dampfkraftwerk, welches wiederum einen Generator betreibt. Eine effektive Leistung von Parabolrinnenkraftwerken entsteht zum einen dadurch, dass die Spiegelreihen parallel geschaltet werden und durch eine Verlängerung der Reihen wird eine höhere Temperatur im Aufnahmerohr erzeugt. Dadurch sind Leistungen von bis zu 100 Megawatt umsetzbar.
Naturgemäß sind große solarthermische Anlagen dort zu finden, wo eine ständige direkte Sonneneinstrahlung möglich ist. Zur Zeit werden besonders in Nordafrika solche Anlagen realisiert.
Auch so genannte Turmkraftwerke funktionieren ähnlich wie Parabolrinnenkraftwerke. Sonneneinstrahlung trifft auf ein Feld, welches aus einem Reflektorspiegel besteht. Der Reflektorspiegel ist hierbei auf einen Turm positioniert. Die direkte Sonneneinstrahlung kann durch das bündeln der Sonnenstrahlen Temperaturen von bis zu 1000 Grad erzeugen.
Der Reflektorspiegel gibt die Strahlung auf ein Aufnahmefeld weiter, indem sich zum Beispiel Luft befinden kann. Die erhitzte Luft betreibt eine nachgeschaltete Gasturbine mit Generator. An dieses System wird dann wiederum ein Dampfkraftwerk angeschlossen. Dies bedeutet, schlussendlich wird wieder Wasser in Dampf transformiert um erneut Generatoren zur Stromgewinnung zu betreiben. Anlagen dieses Typs stehen Amerika und Spanien.
Die Kraftwerksleistungen variieren zwischen zehn und 1000 Megawatt. Jedoch verursacht die Instandsetzung und das säubern der Anlage erhebliche Kosten. Solche Kraftwerke sind daher nur wirtschaftlich, wenn die Sonneneinstrahlung ebenfalls konstant und von langer Dauer ist.
Stromgewinnung durch Fotovoltaik:
Zur Stromgewinnung durch Fotovoltaik wird der so genannte fotoelektrische Effekt verwendet. Bei diesem Vorgang setzen sonnenbestrahlte Halbleiter Ladungsträger frei.
Meist wird hierfür Silizium gebraucht. Es werden positiv und negativ leitende Halbleitermaterialien übereinander gelegt und dazwischen entsteht in Folge ein elektrisches Feld. Diese Ladung kann in Form von Gleichspannung entnommen werden. Die Konstruktion einer Solarzelle ist aufgebaut, wie die einer einfachen Fotodiode, wobei jede Solarzelle eine Spannung von 0,5 Volt bereitstellt.
Um nun eine höhere Spannung zu erreichen werden die Zellen in Reihe geschaltet und zu Modulen zusammengesetzt. Früher wurden zur Erzielung einer ausreichenden Spannung oft bis zu 40 Zellen benötigt.
Heute hat sich diese Anzahl deutlich verringert und Solarzellen werden meist in Kombination mit anderen Energietechniken verwendet. Am meisten verbreitet sind so genannte kristalline Zellenstrukturen, die aus Siliziumskristallen hergestellt werden.
Dabei werden Siliziumblöcke aus einem großen Kristallblock herausgeschnitten. Durch diesen Vorgang lässt sich ein gewisser Verschnitt nicht vermeiden. Daher ist dieser Herstellungsprozess sehr materialaufwändig. Um aus dem abgegriffenen Gleichstrom Wechselstrom erzeugen zu können benötigt man einen so genannten Wechselrichter.
Dieses Schaltmodul transformierten Gleichstrom in Wechselstrom und macht den Strom zum täglichen Gebrauch nutzbar. Solaranlagen speisen ebenso wie Windkraftanlagen keinen kontinuierlichen Stromfluss in das Netz ein. Eine kontinuierliche Stromversorgung wird erst durch den Einsatz von Speichermodulen möglich.