Energie Mehr Watt von oben

In Spanien entsteht das größte solarthermische Kraftwerk der Welt. Damit lässt sich die Sonne viel effizienter nutzen als mit Solarzellen, die in Deutschland mit Milliarden gefördert werden

Weiß leuchtet das Dorf auf der andalusischen Hochebene. Die Luft flirrt in der Hitze, aber in den Häusern bleibt es erträglich kühl. Der weiße Anstrich reflektiert das blendende Licht. »Sonne ist das Einzige, wovon wir hier mehr als genug haben«, sagt Moises Guijarro. El Filósofo, der Philosoph, nennen die Leute in Lacalahorra den schnauzbärtigen Alten, den sie vor sieben Jahren zum Bürgermeister gewählt haben. Und seither hat Guijarro eine Vision. Der einzige Überfluss in seinem Dorf soll wirtschaftlich genutzt werden. Jetzt ist es so weit: Am Rande von Lacalahorra entsteht das größte Solarkraftwerk der Welt.

Dunkelblaue Solarzellen, wie sie inzwischen auf 200.000 deutschen Dächern zu finden sind, kommen hier nicht zum Einsatz. Deren Strom ist viel zu teuer. In Lacalahorra wird ein solarthermisches Kraftwerk gebaut. Es nutzt die Sonnenhitze, indem Tausende Parabolspiegel Sonnenlicht auf ein 280 Kilometer langes Rohrnetz bündeln. In diesem erhitzt sich ein spezielles Thermoöl (siehe Grafik) auf 400 Grad. Über einen Wärmetauscher erzeugt es genug Dampf, um drei Stromgeneratoren mit einer Leistung von insgesamt 150 Megawatt anzutreiben. Bei Bewölkung und im Dunkeln springt ein Flüssigsalz-Wärmespeicher ein. Liefert auch dessen Wärme nicht genügend Dampf, wird mit Erdgas gefeuert. So kann das Solarkraftwerk beständig Strom liefern. Seine Jahresproduktion könnte alle Haushalte einer Stadt von der Größe Stuttgarts mit Elektrizität versorgen.

»Am Anfang haben alle nur den Kopf geschüttelt«, erinnert sich Guijarro. Als die deutschen Projektentwickler vor sieben Jahren auf der Standortsuche für ihr Kraftwerk bei ihm anklopften, hatte die Eisenerzmine, der letzte große Arbeitgeber der Region, gerade den Betrieb eingestellt. Die wenigen Bauern überlebten nur noch mit den Subventionen der EU. 2.500 Einwohner hatte Lacalahorra in den fünfziger Jahren gehabt, alles sah so aus, als müssten die letzten 800 auch noch gehen. »Heute sind die Leute ziemlich euphorisch«, sagt der Bürgermeister. An der Rathaustür fordert ein Aushang zur Bewerbung um Jobs bei Bau und Betrieb des Solarkraftwerks auf. 120 Landbesitzer haben ihre staubtrockenen Böden an die Betreibergesellschaft verkauft oder verpachtet. Wer zu lange zögerte, wurde enteignet. »Mit meiner Unterstützung«, betont Guijarro. »Wir wissen doch alle, wie teuer Erdöl ist. Solarkraftwerken gehört die Zukunft.«

Das gilt nicht nur in Lacalahorra. Theoretisch kann die Sonne die ganze Welt mit Energie versorgen. In den Sonnengürteln zwischen dem 20. und 40. Breitengrad auf der Nord- und Südhalbkugel entspricht die Einstrahlung auf ein bis zwei Quadratmetern dem Stromverbrauch einer vierköpfigen Familie. In Umfragen geht ein Großteil der Bevölkerung davon aus, dass wir uns in 50 Jahren statt mit Kohle, Öl, Gas und Uran vor allem mit Sonnenenergie versorgen – auch wenn sie bisher praktisch bedeutungslos ist.

Noch wird Solarstrom in Europa nämlich ausschließlich mit Fotovoltaik erzeugt. Die dunkelblau schimmernden Zellen werden wie Elektronikbauteile aus Silizium gefertigt und setzen selbst schwaches Sonnenlicht direkt in Elektrizität um. Allerdings mit sehr schlechtem Wirkungsgrad. Deutschland ist zwar Weltmeister der Fotovoltaik mit einer installierten Leistung von 1.500 Megawatt. Trotzdem deckt dieser Solarstrom nicht einmal zwei Tausendstel des deutschen Verbrauchs. Selbst unter den erneuerbaren Energien liegt der Anteil der Fotovoltaik unter zwei Prozent. Die nüchternen Zahlen stehen im Gegensatz zur Euphorie, die gerade in diesen Tagen wieder hohe Wellen schlägt. Mit fast 500 Ausstellern aus 27 Ländern platzt die Freiburger Intersolar, Europas größte Messe für Sonnenenergienutzung, aus allen Nähten. Der Umsatz der deutschen Solarbranche wird in diesem Jahr vier Milliarden Euro übersteigen. Gut 80 Prozent davon gehen auf das Konto der Fotovoltaik.

Erkauft wurde der Boom mit einer im Erneuerbare Energien Gesetz (EEG) garantierten extrem hohen Vergütung von 40 bis 50 Cent pro Kilowattstunde. 1,3 Milliarden Euro haben die Verbraucher für den bisher erzeugten Solarstrom gezahlt. Er ist fünfmal so teuer wie Windstrom und zehnmal so teuer wie konventionell erzeugter Strom. Nicht nur der Wirkungsgrad der Fotovoltaik ist schlecht, auch die Sonne schwächelt bei uns. In der Sahara scheint sie bis zu 4.300 Stunden, im andalusischen Lacalahorra über 3.000, in Deutschlands Sonnenhauptstadt Freiburg hingegen nur 1.800 Stunden im Jahr. Ihre volle Leistung erreichen Fotovoltaik-Zellen hierzulande im Jahresdurchschnitt nur an 850 bis 900 Stunden.

Daher dauert es auch drei bis fünf Jahre, bis ein hiesiges Fotovoltaik-Modul die Energie erzeugt hat, die zu seiner Herstellung und Montage nötig war. Bei Windrädern oder solarthermischen Kraftwerken in Südeuropa beträgt diese energetische Amortisation nur vier bis sieben Monate. Entsprechend gering ist auch die Einsparung der CO ₂ -Emissionen durch Fotovoltaik-Zellen. Wegen der energieaufwändigen Herstellung werden jeder Kilowattstunde Fotovoltaik-Strom im Durchschnitt 100 bis 200 Gramm CO ₂ zugerechnet, etwa ein Viertel der Emissionen eines Gaskraftwerks.

Zwar setzen die meisten Szenarien für den künftigen Energiemix langfristig auf die Sonne, aber nicht auf Fotovoltaik. So hält der Wissenschaftliche Beirat der Bundesregierung für das Jahr 2100 einen Solaranteil von über zwei Dritteln des deutschen Gesamtverbrauchs für möglich, ein Großteil davon als Stromimport aus Hunderten solarthermischer Großkraftwerke in Südeuropa und Nordafrika. Eine Studie für das Bundesumweltministerium schätzt, dass die Mittelmeerländer von 2025 an billigeren Solarstrom liefern als deutsche Kohlekraftwerke.

Bisher gibt es die Zukunftstechnik nur in den USA. Seit Mitte der achtziger Jahre wurden neun solarthermische Kraftwerke mit insgesamt 350 Megawatt in der kalifornischen Mojave-Wüste in Betrieb genommen. Die europäische Premiere soll in Lacalahorra stattfinden. Drei Kraftwerksblöcke mit je 50 Megawatt Leistung werden dort nebeneinander gebaut. Für den ersten haben die Banken die erforderlichen 300 Millionen Euro Anfang Juni bereitgestellt, in zwei Jahren soll er fertig sein.

Das spanische Einspeisegesetz für erneuerbare Energien garantiert einen Abnahmepreis von 21 Cent pro Kilowattstunde. Wenn die Sonne nicht ausreichend scheint oder der Netzbetreiber eine höhere Leistung wünscht, dürfen bis zu 15 Prozent der Jahresstromproduktion mit Erdgas erzeugt werden. Das macht solche Kraftwerke in Spanien rentabel. Auch das hat sich herumgesprochen. Über ein Dutzend Projekte mit insgesamt 1.200 Megawatt Leistung sind bereits im Genehmigungsverfahren; von Endesa bis Iberdrola sind alle großen spanischen Energieunternehmen beteiligt. Die Technik für die solaren Großkraftwerke wird in Tabernas erprobt, 70 Kilometer östlich von Lacalahorra. Hier, im desierto de Almería, in Europas einziger Wüste, wurden Italowestern gedreht – und seit 25 Jahren forschen rund 50 spanische und deutsche Wissenschaftler auf der Plataforma Solar.

La energía nennen Einheimische die weiträumig eingezäunte Anlage, die wie ein überdimensionales Spiegelkabinett aus der Ebene wächst. Dabei wird hier mehr Strom verbraucht als produziert. In den Pilotanlagen geht es um die Suche nach der besten Technik für die Umsetzung der eingefangenen Sonnenhitze in Dampf. Nur wenn die Solarenergie möglichst genau die Anforderungen eines Gaskraftwerks erfüllt, können dessen technisch ausgereifte und kostengünstige Turbinen und Generatoren im Hybridbetrieb eingesetzt werden. »Hier geht es um Verbesserungen im Detail, nur selten um Grundlagenforschung«, sagt Christoph Richter vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), der die deutsche Forschergruppe leitet. Den aktuellen Boom merkt er deutlich. »Industrieaufträge decken derzeit über die Hälfte unserer Kosten.«

Bis 1998 wehte neben der spanischen auch die deutsche Fahne am Eingang, dann beendete die Kohl-Regierung die gleichberechtigte Zusammenarbeit auf der Plataforma. Heute sind die zwölf deutschen Wissenschaftler nur noch Gäste. »Im Rückblick war der Ausstieg ein Fehler«, sagt Christoph Richter. Seit damals pumpt die Bundesregierung die Hälfte aller Forschungsmittel für erneuerbare Energien in die Fotovoltaik. 20 Prozent werden für die Windkraft und nur zehn Prozent für die Solarthermie ausgegeben.

»Fotovoltaik-Zellen haben ein High-Tech-Image«, erklärt Timon Wehnert vom Berliner Institut für Zukunftsstudien und Technologiebewertung das Ungleichgewicht, »sie sind lautlos, sauber, und nichts bewegt sich.« Keine dreckige Biomasse oder lästigen Windräder, nur ein paar schicke Plättchen auf dem Dach, schon fließt der Strom. Sinnvoll ist das überall dort, wo es keinen Stromanschluss gibt – etwa auf Parkscheinautomaten, Verkehrsschildern, Campingplätzen oder in abgelegenen Dörfern Afrikas und Asiens. Sobald der Strom aber ins Netz eingespeist werden soll, sind solarthermische Kraftwerke der Fotovoltaik haushoch überlegen.

Allerdings nicht in Deutschland. Denn nur direkte Sonnenstrahlung lässt sich mit Spiegeln konzentrieren. Schon ein dünner Wolkenschleier senkt den Wirkungsgrad solarthermischer Kraftwerke deutlich, bei bedecktem Himmel liefern sie überhaupt keinen Strom. Während in den Sonnengürteln der Erde 70 bis 80 Prozent der Solarenergie als Direktstrahlung ankommen, ist es in Deutschland nur die Hälfte. Der Rest dringt als diffuses Licht durch die Wolken. Wasser lässt sich damit auf Duschtemperatur erwärmen, aber für eine effiziente und konkurrenzfähige Stromerzeugung wird es auf absehbare Zeit nicht reichen.

Schon heute geht ein Drittel der in Deutschland produzierten Fotovoltaik-Module in den Export, in 15 Jahren werden es 70 Prozent sein, hofft der Branchenverband. Gleichzeitig stammt ungefähr jedes zweite in Deutschland installierte Solarmodul aus dem Ausland, vor allem aus Japan und China. Eigentlich sollten die Stromverbraucher mit der Abgabe, zu der sie das EEG verpflichtet, zur Energiewende in Deutschland beitragen. Jetzt betreiben sie damit Exportförderung und schaffen Arbeitsplätze in Ostasien. Und mit jedem neu auf einem deutschen Dach installierten Solarmodul sinkt die Gesamteffizienz unserer erneuerbaren Energie.

Fachleuten ist dieses Dilemma bekannt. Doch kaum einer möchte sich öffentlich dazu äußern. »Die Fotovoltaik wird nicht zu viel, die anderen Technologien werden zu wenig gefördert«, ist das Äußerste, was zum Beispiel Joachim Nitsch vom Stuttgarter Institut für Technische Thermodynamik sagen möchte. Er ist einer der wichtigsten Vordenker erneuerbarer Energien in Deutschland. Stephan Kohler, Geschäftsführer der Deutschen Energie-Agentur, fordert eine Änderung der Einspeisevergütung für Fotovoltaik-Strom. »Bei den derzeitigen Wachstumsraten würden wir 2015 sonst 2,2 Milliarden Euro im Jahr für ein Prozent unserer Stromerzeugung zahlen.«

Im sonnenreichen Spanien spielt Fotovoltaik keine Rolle. Schon der erste Block des Kraftwerks von Lacalahorra wird mehr Strom erzeugen als alle spanischen Fotovoltaik-Module zusammen. Deutsche Firmen sind mit dabei. Projektiert wurde es von der Solar Millennium AG aus Erlangen, die 25 Prozent an der Betreibergesellschaft Andasol hält. Für die schlüsselfertige Erstellung des Solarkraftwerks sorgt ACS-Cobra. ACS ist der drittgrößte Anlagenbauer Europas, ein spanisches Familienunternehmen. Ein Großteil der Technik stammt trotzdem aus Deutschland. Der bayerische Autospiegel-Hersteller Flabeg ist derzeit das weltweit einzige Unternehmen, das die gebogenen Spiegel für Parabolrinnen liefern kann. Und die zugehörigen Empfänger kommen entweder von Solel aus Israel oder von Schott. Sie bestehen aus einem Stahlrohr, in dem das vom konzentrierten Sonnenlicht aufgeheizte Öl zirkuliert. Umgeben wird es von einem Glasrohr, Vakuum isoliert beide Rohre voneinander. Damit es an den Verbindungsstellen nicht bricht, haben die Schott-Ingenieure ein Spezialglas entwickelt, das sich beim Erhitzen genau so ausdehnt wie Stahl. Gerade hat im fränkischen Mitterteich die Serienfertigung für den ersten Abschnitt des Großkraftwerks von Lacalahorra begonnen.

Auf der Plataforma Solar werden die langen Reihen von Parabolrinnen von einem so genannten Solarturm weit überragt. Hier lenken bewegliche Spiegel (Heliostaten) das Sonnenlicht auf eine Quarzglasscheibe an der Turmspitze und erzeugen dahinter Temperaturen von bis zu 1.000 Grad. Damit lässt sich Druckluft so aufheizen, dass sie ohne den Umweg über Wasserdampf direkt auf eine Gasturbine geleitet werden kann. Der Lohn ist ein deutlich verbesserter Wirkungsgrad.

Ausgereift ist Hochtemperaturtechnik noch nicht. Der erste kommerzielle Solarturm wird deshalb nur bei Temperaturen knapp unter 300 Grad arbeiten. PS-10 heißt das Kraftwerk, das mitten zwischen Getreidefeldern außerhalb der andalusischen Hauptstadt Sevilla gebaut wird. Der 90 Meter hohe Turm steht bereits, ebenso die 761 Heliostaten. Noch zeigen ihre Spiegelflächen nach unten, aber von Oktober an soll PS-10 mit gut zehn Megawatt das spanische Netz stärken.

»Im Moment hat die Parabolrinne noch einen deutlichen Entwicklungsvorsprung«, sagt Christoph Richter von der Plataforma Solar, »aber das höhere Potenzial hat der Turm.« Türme versprächen nicht nur bessere Effizienz, sondern benötigten auch weniger Fläche, die zudem nicht eben sein müsse. Langfristig würden beide Systeme je nach Standort und Anwendung nebeneinander existieren. »Autos fahren ja auch mal mit Benzin, mal mit Diesel.«

Das spanische Einspeisegesetz hat den aktuellen Boom der solarthermischen Kraftwerksprojekte ausgelöst. Ob sie in 30 Jahren tatsächlich fünf Prozent des globalen Strombedarfs decken, wie es die Solarthermie-Fachgruppe der Internationalen Energie Agentur für möglich hält, hängt nicht nur von solchen energiepolitischen Vorgaben, sondern auch von der Lösung vieler technischer Probleme ab.

Dazu gehört zum Beispiel die Standfestigkeit der großen Spiegel. Schon ab Windstärke sechs müssen die bisher erprobten Parabolrinnen und Heliostaten in eine horizontale Ruhestellung gedreht werden, damit der Wind sie nicht beschädigt. Der in Lacalahorra geplante Zwischenspeicher mit 25.000 Tonnen flüssigem Salz, das je nach Wärmebedarf zwischen einem kühleren und einem heißeren Tank hin- und hergepumpt werden soll, existiert bisher nur in einem kleinen Modell auf der Plataforma Solar. Die Direktverdampfung von Wasser im Rohr der Parabolrinne hätte einen deutlich besseren Wirkungsgrad als der bisherige Umweg über Thermoöl und Wärmetauscher. Doch in der Testanlage kämpfen die Ingenieure noch mit unberechenbaren Wirbeln, die den Durchfluss stören. Und schließlich benötigen solarthermische Kraftwerke große Mengen Kühlwasser.

»Spanien hat viel Sonne, aber wenig Wasser«, gibt Enrique Martínez zu bedenken. Als Direktor des Verbandes der Erneuerbare-Energie-Produzenten ist er eigentlich eine Art Berufsoptimist. Doch dort, wo in Spanien viel Obst und Gemüse angebaut werde, drohe zwischen Land- und Energiewirtschaft ein harter Streit um knappe Wasserressourcen. In Nordafrika dürfte er noch schärfer ausfallen. Technisch ist zwar auch Luftkühlung möglich, der Wirkungsgrad sinkt dann jedoch deutlich. Ideal wäre die Kombination mit Meerwasserentsalzung. Die Abwärme des Kraftwerks könnte quasi nebenbei Trinkwasser erzeugen. Die Investitionskosten sind dafür jedoch sehr hoch, und die Sonneneinstrahlung ist an der Küste geringer als im Inland. Auch in Nordafrika und auf der Arabischen Halbinsel gibt es zahlreiche solarthermische Kraftwerksprojekte, so konkret wie in Spanien ist aber noch keines davon. Und bevor die arabischen Länder Solarstrom nach Europa exportieren, müssen sie zunächst ihren eigenen, schnell wachsenden Strombedarf decken. Unter der Straße von Gibraltar liegt zwar bereits ein Hochspannungskabel. Genutzt wird es von Marokko allerdings nicht für den Export von Ökoenergie, sondern für den Import großer Mengen französischen Atomstroms.

Entscheidend ist nicht die Menge der produzierten Energie, sondern das Zusammenspiel von Angebot und Nachfrage im Stromnetz. In Andalusien passt Solarenergie gut zum Bedarf: Er ist im Hochsommer am höchsten, weil viele zur Mittagszeit ihre Klimaanlagen hochdrehen. Insgesamt bietet sich eine Kombination aus Sonnen- und Windenergie an. Denn wenn die Sonne nicht scheint, bläst meist der Wind, bei Flaute strahlt die Sonne. In der Summe liefern viele Wind- und Sonnenkraftwerke eine recht konstante und zuverlässig kalkulierbare Leistung. Bis Solarkraftwerke jedoch so viel leisten werden, wie Spaniens Windanlagen schon heute maximal einspeisen können (10.000 Megawatt), wird noch viel Zeit vergehen.

Denn gute Kraftwerkstandorte sind schwer zu finden. »Sie brauchen eine große, möglichst ebene und bezahlbare Fläche, für 100 Megawatt Leistung rund 400 Hektar«, sagt Michael Geyer von der Erlanger Firma Solar Millennium. Er hatte schon 1998 mit der Suche nach einem Platz für das erste solare Großkraftwerk begonnen. »Sie brauchen viele Sonnenstunden, reichlich Wasser, einen Netzanschluss. Und die Unterstützung der Bevölkerung.« In Lacalahorra hat er nicht nur Land gekauft und gepachtet, sondern in manchem Vertrag auch einen Job zugesagt. Wer im Solarkraftwerk Arbeit findet, so sein Kalkül, wird kaum zulassen, dass Halbstarke nachts Steine auf die Spiegel werfen.

Bürgermeister Moises Guijarro hat er mit einer Einladung nach Kalifornien begeistert. »Die Solarkraftwerke sind dort eine Touristenattraktion«, erinnert sich El Filósofo. Andalusiens weiße Häuser reflektieren so viel Sonnenlicht wie möglich, die Parabolrinnen schlucken es. »Man spaziert dazwischen herum, als sei man im Paradies.«