Alle Technologien der konzentrierenden Solarenergie (CSP) verwenden eine Spiegelkonfiguration, um die Lichtenergie der Sonne auf einen Empfänger zu konzentrieren und sie in Wärme umzuwandeln. Die Wärme kann dann zur Erzeugung von Dampf verwendet werden, der eine Turbine zur Stromerzeugung antreibt, oder als industrielle Prozesswärme genutzt werden.
Konzentrierende Solarkraftwerke können thermische Energiespeichersysteme integrieren, die bei bewölktem Himmel oder für Stunden nach Sonnenuntergang oder vor Sonnenaufgang zur Stromerzeugung genutzt werden.Diese Fähigkeit, Sonnenenergie zu speichern, macht die konzentrierende Solarenergie zu einer flexiblen und disponiblen Quelle erneuerbarer Energie.
CSP-Systeme können auch mit Kombikraftwerken kombiniert werden, was zu Hybridkraftwerken führt, die hochwertige, disponible Energie liefern. Sie können auch in bestehende thermisch befeuerte Kraftwerke integriert werden, die einen Energieblock wie CSP nutzen, z.B. Kohle-, Erdgas-, Biobrennstoff- oder geothermische Anlagen.
CSP-Anlagen können auch fossile Brennstoffe nutzen, um die Solarleistung in Zeiten geringer Sonneneinstrahlung zu ergänzen. In diesem Fall wird ein erdgasbefeuerter Heizkessel oder ein Gasdampfkessel/Wiedererhitzer verwendet.
Es gibt vier Arten von CSP-Technologien, wobei die am frühesten eingesetzte die Trogtechnologie und die 2017 am schnellsten wachsende die Turmtechnologie ist. Für jede dieser Technologien gibt es verschiedene Konstruktionsvarianten oder unterschiedliche Konfigurationen, je nachdem, ob eine thermische Energiespeicherung vorgesehen ist und welche Methoden zur thermischen Speicherung der Sonnenenergie verwendet werden.
Parabolrinnensysteme:
In einem Parabolrinnen-CSP-System wird die Sonnenenergie durch parabolisch gekrümmte, rinnenförmige Reflektoren auf ein Receiverrohr – das Wärmeabsorberrohr – konzentriert, das etwa einen Meter oberhalb der gekrümmten Oberfläche der Spiegel verläuft. Die Temperatur der durch das Rohr fließenden Wärmeträgerflüssigkeit, in der Regel Thermoöl, wird von 293ºC auf 393ºC erhöht, und die Wärmeenergie wird dann im Blockheizkraftwerk zur Stromerzeugung in einem herkömmlichen Dampferzeuger genutzt.
Ein Rinnensolarkollektorfeld besteht aus mehreren parabolrinnenförmigen Spiegeln in parallelen Reihen, die so ausgerichtet sind, dass diese einachsigen rinnenförmigen Spiegel der Sonne tagsüber von Ost nach West nachgeführt werden können, um sicherzustellen, dass die Sonne kontinuierlich auf die Receiverrohre fokussiert wird. Im Jahr 2018 sind 90 % der kommerziell betriebenen CSP-Anlagen Rinnenanlagen.
Kraftwerkstürme:
Kraftwerkstürme oder zentrale Empfängersysteme nutzen der Sonne nachgeführte Spiegel, sogenannte Heliostaten, um das Sonnenlicht auf einen Empfänger an der Spitze eines Turms zu fokussieren. Eine im Receiver auf etwa 600 ºC erhitzte Wärmeträgerflüssigkeit wird zur Dampferzeugung verwendet, die wiederum in einem konventionellen Turbinengenerator zur Stromerzeugung genutzt wird.
Die ersten Stromtürme nutzten Dampf als Wärmeträgerflüssigkeit, der sich nicht speichern lässt. Khi Solar One in Südafrika und Ivanpah in Kalifornien arbeiten kommerziell, indem sie Wasser direkt zu Dampf erhitzen. Gemasolar (2011), Crescent Dunes (2013) und Noor III (2018) verwenden jedoch geschmolzene Salze aufgrund ihrer überlegenen Wärmeübertragungs- und Energiespeichereigenschaften.
Eine Vielzahl von Forschungsarbeiten befasst sich mit verschiedenen anderen Wärmeübertragungs- oder Energiespeichermaterialien, da diese das Potenzial haben, höhere Temperaturen zu erreichen, was zu Effizienzsteigerungen und niedrigeren Kosten führt. Diese möglichen Energiespeichermaterialien reichen von Luft über Sandpartikel bis hin zu alternativen Mischungen von Chemikalien.
Lineare Fresnel-Systeme:
Ähnlich wie die langen Arrays eines Parabolrinnen-CSP-Systems besteht ein linear konzentrierendes Kollektorfeld aus einer großen Anzahl von Kollektoren in parallelen Reihen. Diese sind in der Regel in Nord-Süd-Richtung ausgerichtet, um die jährliche und sommerliche Energieausbeute zu maximieren. Die Spiegel werden flach auf den Boden gelegt und reflektieren das Sonnenlicht in das darüber liegende Rohr. Wie Rinnen- und Turmanlagen können auch Fresnel-Kraftwerke in einem Kraftwerksblock gespeichert werden oder Dampf zur direkten Nutzung erzeugen. Fresnel-Einsatzdatenbank.
Parabolrinnensysteme:
Ein Parabolrinnensystem besteht aus einem parabelförmigen Punktkonzentrator in Form einer Schüssel, der die Sonnenstrahlung auf einen im Brennpunkt montierten Empfänger reflektiert. Diese Konzentratoren sind auf einer Struktur mit einem zweiachsigen Nachführsystem montiert, um der Sonne zu folgen. Die gesammelte Wärme wird in der Regel direkt von einer Wärmekraftmaschine genutzt, die auf dem Empfänger montiert ist und sich mit der Schüsselstruktur bewegt. Dish kann extrem hohe Temperaturen erreichen und ist vielversprechend für den Einsatz in Solarreaktoren zur Herstellung von solaren Brennstoffen, die sehr hohe Temperaturen erfordern. Stirling- und Brayton-Zyklus-Motoren werden derzeit für die Energieumwandlung bevorzugt, obwohl Dish bisher nur selten kommerziell für die Energieerzeugung eingesetzt wurde. Datenbank für den Einsatz der Dish
