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Solarthermie – Wachstum bei MW-Anlagen und industrieller Prozesswärme

Werner Weiss, Monika Spörk-Dür

Ende des Jahres 2017 betrug die gesamte Leistung aller weltweit installierten Solarthermieanlagen 472 GWth, entsprechend einer Gesamtkollektorfläche von 675 Millionen Quadratmetern. Damit hat die installierte Leistung im Vergleich zum Jahr 2000 um den Faktor 7,6 zugenommen1.

Weltgrößte solare Fernwärmeanlage in Silkeborg, Dänemark mit einer Kollektorfläche von 156 694 m². Foto: Arcon-Sunmark

Verglichen mit anderen Technologien zur Nutzung erneuerbarer Energien liegt Solarthermie an zweiter Stelle nach Windenergie, wenn man von den traditionellen Erneuerbaren wie Wasserkraft und Biomasse absieht.

Tabelle: Top 10 Märkte weltweit

Mit solaren Energieerträgen von 388 TWh, entsprechend einer Einsparung von 41,7 Millionen Tonnen Öl und der Vermeidung von 134,7 Millionen Tonnen CO2, trägt Solarthermie wesentlich zur Erreichung der internationalen Klimaziele bei.

Die Massenmärkte

China ist nach wie vor der dominierende Markt für Solarthermie. 71 % der global installierten Kollektorfläche liegen in China, gefolgt von Europa mit 11 % und 4 % in den USA und Kanada. Die führenden 10 Länder sind in der folgenden Tabelle dargestellt. Österreich liegt hier mit einer gesamt installierten Leistung von 3,6 GWth an achter Stelle und bezogen auf die pro 1 000 Einwohner installierte Leistung mit 418 kWth auf Platz zwei.

Die chinesische Dominanz spiegelt sich auch im Typ der installierten Kollektoren wider, da in China überwiegend Vakuumröhrenkollektoren installiert werden. Der Weltmarkt teilt sich in 72 % Vakuumröhrenkollektoren, 22 % Flachkollektoren und rund 6 % unverglaste Absorber, die vor allem zur Beheizung von Schwimmbecken genutzt werden. Was die Anwendungen von Vakuumröhrenkollektoren und Flachkollektoren betrifft, werden rund 63 % der Kollektoren für die Warmwasserbereitung im Einfamilienhausbereich genutzt. 28 % kommen bei größeren Anlagen zur Warmwasserbereitung in Mehrfamilienhäusern, Hotels und Spitälern zur Anwendung. Solare Kombianlagen zur Warmwasserbereitung und Raumheizung haben einen Marktanteil von 2 %. Der Rest verteilt sich auf solare Fernwärme, industrielle Prozesswärme oder solare Kühlung und Klimatisierung. Trotz der beachtlichen Erfolge kämpft die Solarthermiebranche seit 2008 mit einem schrumpfenden Markt in den traditionellen Massenmärkten für Kleinanlagen, da eine zunehmende Konkurrenz mit anderen erneuerbaren Energietechnologien wie Photovoltaik und Wärmepumpen entstanden ist. Im Jahr 2017 schrumpfte der Markt weltweit um 4,6 %, vor allem bedingt durch Rückgänge in China und Europa. Wesentliche Marktzuwächse gab es 2017 in Indien (26 %), Mexiko (7 %) und in der Türkei (4 %).

Steigende Nachfrage bei Großanlagen

Im Gegensatz zu Kleinanlagen gibt es ein verstärktes Interesse an solarthermischen Anlagen im Megawattbereich, insbesondere für solar unterstützte Fernwärme sowie industrielle Prozesswärme.

Ende des Jahres 2017 waren rund 300 solare Großanlagen (>350 kWth; >500 m² Kollektorfläche) mit Einbindung in Fernwärmenetze oder im großvolumigen Wohnbau dokumentiert. Die gesamte installierte Leistung dieser Anlagen beträgt 1,14 GWth, entsprechend einer Kollektorfläche von 1,6 Millionen Quadratmetern. Dazu kommen noch Systeme, welche konzentrierende Kollektoren wie Fresnel- oder Parabolrinnenkollektoren einsetzen in einem Ausmaß von rund 111 000 m².

Großanlagen für solare Fernwärme und großvolumigen Wohnbau mit Kollektorflächen über 500 m². Quelle: Jan-Olof Dalenbäck - Chalmers University of Technology, SE, Sabine Putz - IEA SHC Task 45, Bärbel Epp solarthermalworld.org

Allein im Jahr 2017 wurden in Europa neun solare Großanlagen mit einer Kollektorfläche von 35 000 m² (24,5 MWth) errichtet. Dazu kamen noch Anlagen mit einer Kollektorfläche von 8 444 m² (5,9 MWth), die außerhalb Europas installiert wurden.

Die derzeit weltgrößte solare Fernwärmeanlage mit einer Leistung von 110 MWth (156 694 m²) ist seit Dezember 2016 in der dänischen Stadt Silkeborg in Betrieb. Wesentlich ist auch zu erwähnen, dass für Großanlagen neben Flach – und Vakuumröhrenkollektoren zunehmend konzentrierende Kollektoren (Fresnelund Parabolrinnenkollektoren) zum Einsatz kommen, um den höheren Temperaturanforderungen gerecht zu werden. In den Jahren 2016 und 2017 wurden drei derartige Anlagen in Dänemark und China mit einer Kollektorfläche von 110 929 m² errichtet.

Industrielle Prozesswärme

Solare Prozesswärme für industrielle Anwendungen ist zwar noch ein Nischenmarkt, aber mit rasch wachsender Nachfrage. Eine größere Anzahl von vielversprechenden Anlagen wurde in den vergangenen Jahren in Betrieb genommen. Die Leistung dieser Anlagen geht von einigen Kilowatt bis zu 100 Megawatt. In dem für das IEA Solar Heating and Cooling Programm erstellten Bericht „Solar Heat Worldwide“1 sind insgesamt 624 solarthermische Systeme mit mehr als 608 000 m² Kollektorfläche für industrielle Prozesswärme dokumentiert.

Das Jahr 2017 stellt insofern einen Rekord dar, da alleine in diesem Jahr 124 neue Anlagen mit 192 580 m² Kollektorfläche errichtet wurden. Damit wuchs in einem Jahr die Anzahl der dokumentierten Anlagen um 25 % und die der installierten Kollektorfläche für diese Anwendungen um 46 %.

Tabelle: Solare Prozesswärmeanlagen, die 2017 errichtet wurden

Die weltgrößte Anlage für industrielle Prozesswärme nahm ihren Betrieb im Februar 2018 auf. Im Oman wurde eine Parabolrinnenkollektoranlage mit einer Leistung von 100 MWth errichtet, welche pro Tag 660 Tonnen Dampf für die Gewinnung von Schweröl aus dem Amal-Ölfeld bereitstellt. Die Installation der ersten vier Blocks der Anlage stellt lediglich den ersten kleinen Teil der Anlage dar. Insgesamt sollen 36 Blocks mit einer Gesamtleistung von 1 GWth installiert werden. Bis Ende 2019 sollen acht Blocks mit einer Leistung von 200 MWth in Betrieb sein.

Tabelle: Wärmegestehungskosten von thermischen Solaranlagen

Bei dieser Anlage kommen Parabolrinnen zum Einsatz, die in ein Glashaus integriert werden, um die Spiegel vor Sandstürmen und Verschmutzung zu schützen. Durch die signifikante Reduktion der Windlasten können die Tragkonstruktionen wesentlich kostengünstiger gefertigt werden.

Arbeitsplätze, Umsatz und Wärmegestehungskosten

Basierend auf einer umfassen Literaturrecherche und detaillierten Länderstudien sind derzeit weltweit rund 708 000 Personen in den Bereichen Produktion, Vertrieb, Installation und Wartung von Solarthermieanlagen beschäftigt. Der Umsatz der Branche betrug 2017 rund 16 Milliarden Euro.

Die Wärmegestehungskosten (Levelized cost of solar thermal generated heat) haben aufgrund der verschiedenen Anwendungen, Systemkonfigurationen, Temperaturniveaus auf denen sie betrieben werden und der klimatischen Bedingungen eine große Bandbreite. Die in der nachfolgenden Tabelle dargestellten Wärmegestehungskosten beziehen sich auf Endkundenpreise (exkl. Mehrwertsteuer und ohne Berücksichtigung von etwaigen Förderungen).

Paraborinnenkollektoranlage im Oman für die Bereitstellung von 660 Tonnen Dampf pro Tag. Foto: Barbara Soldera, Glasspoint Solar Inc.

Autor

Ing. Werner Weiss ist Geschäftsführer, Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!, Dipl.-Ing. Monika Spörk-Dür ist wissenschaftliche Mitarbeiterin des Bereichs "Thermische Energietechnologien und hybride Systeme bei AEE INTEC.

Weiterführende Informationen

Weiss, W., Spörk-Dür, M. (2018): Solar Heat Worldwide, Global Market Development and Trends 2017, Detailed Market Figures 2016, https://www.aee-intec.at/0uploads/dateien1290.pdf

Literatur

  1. Die Zahlen dieses Berichts stammen aus Weiss, W., Spörk-Dür, M. (2018): Solar Heat Worldwide, Global Market Development and Trends 2017, Detailed Market Figures 2016, IEA SHC Solar Heating & Cooling Programme, May 2018.
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