Mit Solarthermischen Kraftwerken wird die Energie der Sonne in großtechnischen Anlagen zur Stromerzeugung genutzt. In der Forschung und Entwicklung dieser Technologie ist Deutschland weltweit führend. Beim Bau und Betrieb von verschiedenen Pionierprojekten dieser Kraftwerke - entweder unter deutscher Leitung oder mit deutscher Beteiligung – wurden wertvolle Erfahrungen gesammelt.

Die Technologie im Überblick

Das gemeinsame Grundprinzip Solarthermischer Kraftwerke ist die Nutzung konzentrierender parabolischer Spiegelsysteme in großflächigen sogenannten Solarfeldern, die die Sonnenstrahlung auf einen Empfänger bündeln. Die konzentrierte Strahlung wird hier zunächst umgewandelt in thermische Energie bei Temperaturen im Bereich von etwa 200 bis zu über 1.000 Grad (je nach System). Diese Wärmeenergie kann dann wie in einem konventionellen Kraftwerk über Dampf- oder Gasturbinen zu Strom umgewandelt, ggf. aber auch für andere industrielle Prozesse genutzt werden, beispielsweise zur Wasserentsalzung, Kühlung oder in naher Zukunft zur Erzeugung von Wasserstoff.

Solarthermische Kraftwerke zeichnen sich aufgrund dieses Prinzips auch durch die Möglichkeit aus, die zunächst erzeugte Wärme relativ einfach und kostengünstig zu speichern und somit Strom auch in den Abend- und Nachtstunden erzeugen zu können. Hierdurch können sie einen entscheidenden Beitrag zur planbaren, bedarfsorientierten Stromproduktion in einem zukünftigen Strommix mit hohen Anteilen erneuerbarer Energien leisten.

Man unterscheidet vier unterschiedliche Konfigurationen der konzentrierenden Spiegelsysteme:
Linienkonzentrierende wie Parabolrinnen und Fresnelkollektoren und punktkonzentrierende wie Solartürme und Dish (Paraboloid). Alle Systeme müssen der Sonne nachgeführt werden, um die direkte Strahlung konzentrieren zu können. Die darauf aufbauenden Kraftwerkstypen werden im Folgenden kurz beschrieben.

Das Solarfeld eines Parabolrinnenkraftwerkes enthält zahlreiche parallele Reihen von Kollektoren, die aus parabelförmig gebogenen Spiegeln bestehen und das Sonnenlicht auf ein in der Brennlinie verlaufendes Absorberrohr bündeln und hier Temperaturen von ca. 400° C erzeugen. Zirkulierendes Thermoöl als Wärmeträger führt die Wärme ab und erzeugt in einem Wärmeübertrager Wasserdampf mit einer Temperatur von etwa 390°C, der wie bei herkömmlichen Kraftwerken eine Dampfturbine und einen Generator zur Stromerzeugung antreibt.

In der praktischen Erprobung sind auch so genannte Fresnel-Kollektoren.
Hier konzentrieren lange, nur leicht gekrümmte Flachspiegel die Sonnenstrahlung auf ein feststehendes Absorberrohr, wo Wasser direkt erhitzt und verdampft wird. Aufgrund des einfacheren Grundkonzepts im Vergleich zur Parabolrinne sind niedrigere Investitionskosten in Bezug auf die Spiegelfläche zu erwarten, andererseits ist der vergleichbare jährliche Wirkungsgrad ebenfalls geringer.

In Solarturmkraftwerken wird die Sonnenstrahlung von Hunderten sich automatisch positionierender Spiegel auf einen zentralen Absorber an der Turmspitze punktförmig konzentriert. Die somit erheblich höhere Konzentration als z. B. bei Parabolrinnenkollektoren erlaubt auch höhere Temperaturen bis zu über 1000°C. Dies ermöglicht höhere Wirkungsgrade, insbesondere bei der Nutzung über Gasturbinen, und dürfte damit zu geringeren Stromkosten führen.

Bei den so genannten Dish-Stirling-Anlagen konzentriert ein paraboloidförmiger Spiegel (Dish = Schüssel) die Sonnenstrahlung auf den Wärmeempfänger eines nachgeschalteten Stirlingmotors, der die thermische Energie direkt in mechanische Arbeit bzw. Strom umsetzt. Hier wurden Wirkungsgrade von mehr als 30 Prozent erzielt. Prototypanlagen gibt es beispielsweise auf der Plataforma Solar in Almería/Spanien. Diese Anlagen eignen sich als Stand-Alone-Systeme. Auch hier bietet sich die Möglichkeit, mehrere einzelne Anlagen zu einer "Farm" zusammenzuschalten und so einen Bedarf zwischen zehn Kilowatt (kW) und mehreren Megawatt (MW) zu decken.