Technologie
Herausforderung
Stabilisierung der Stromnetze
Die Nutzung der Energie der Sonne mit konzentrierter Solarenergie – Concentrated Solar Power, abgekürzt “CSP” – ist bedeutsam, denn die in CSP-Anlagen erzeugte Wärme ist sehr kostengünstig speicherbar, um sie zu einem späteren Zeitpunkt nach Bedarf abzurufen. Daher können CSP-Anlagen die Stromnetze bei zunehmend fluktuierender Energieerzeugung aus Photovoltaik (PV) und Wind stabilisieren. Es gibt eine Vielzahl von Ansätzen für die Konfiguration von CSP-Anlagen. Dennoch fehlt es bislang an einem Konzept, das derart universell, einfach und zugleich kostengünstig ist, dass es im industriellen Maßstab mit ähnlichen Beiträgen zum Einsatz kommen kann, wie sie bereits von PV und Windenergie erzeugt werden.
Lösung
Intelligent, nachhaltig und kostengünstig
Die Hueck Solar Energy GmbH (HSE) verfügt über eine neue Schlüsselkomponente für CSP. Die patentierte Lösung ermöglicht es, CSP-Anlagen einfach zu konfigurieren und kostengünstig zu skalieren.
Der patentierte Receiver von HSE ist die weißglühende Komponente oben im Turm des Solarkraftwerks. Der Receiver überträgt die Wärme der konzentrierten Sonnenstrahlung auf die innen strömende Luft.
Vorteile der neuen Technologie:
System-Konfiguration
In der solarthermischen Anlage von HSE dient drucklose Luft als Wärmeträgermedium, anstatt wie derzeit üblich flüssiges Salz zu verwenden. Die Luft wird von konzentrierter Sonnenstrahlung in dem neu entwickelten, zur Umgebung hin geschlossenen Receiver erhitzt. Die Speicherung der Wärme erfolgt in modular angeordneten Feststoffspeichern. Damit wird die Energie mehrere Stunden lang abrufbar, wenn die Sonne nicht scheint. Diese Konfiguration reduziert nicht nur die Komplexität der Anlage, sondern auch die Anschaffungs- und Betriebskosten.
Die heiße Luft kann tags und nachts entweder direkt als Prozesswärme oder für die Dampferzeugung genutzt werden. Der Dampf treibt eine Dampfturbine mit einem Generator zur Stromerzeugung an oder versorgt einen Industrieprozess mit Wärme.
Aufgrund der modularen Bauweise sind alle Komponenten dieser Systemkonfiguration für die industrielle Massenproduktion geeignet. Die gesamte Anlage ist einfach aufgebaut und der Montageaufwand vor Ort lässt sich durch industrielle Vorfertigungen minimieren. Als Massenprodukt hat diese Technologie das Potenzial für enorme Kostensenkungen bei der Herstellung, der Errichtung, dem Betrieb und der Wartung solarthermischer Anlagen.
Solar-Receiver
Die zentrale Innovation der beschriebenen Systemkonfiguration ist der solarthermische Receiver mit seinem modularen Aufbau.
Diejenigen Bauteile des Receivers, die sich beim Betrieb stark erhitzen, bestehen aus der Keramik Siliziumkarbid (SiC). Sie werden mit Hilfe von 3D-Druck hergestellt. Der 3D-Druck von SiC ist eine junge Technologie, die völlig neue Möglichkeiten für die Formgebung von Hochtemperatur-Wärmetauschern eröffnet hat. Das Foto unten zeigt Kühlpins aus SiC im Innern einer Receiver-Kappe. Sie übertragen die solare Wärme auf die dort strömende Luft.
Die Abdichtung benachbarter Bauteile erfolgt mit Hilfe temperaturbeständiger Dichtungen. Die thermisch gering belasteten Bauteile werden aus Stahl gefertigt. In geringem Umfang enthält ein Receiver weitere Werkstoffe.
Solarenergie
Potenzial und Technologien
Das folgende Zitat ist unverändert richtig:
“Die Wüsten der Erde empfangen in sechs Stunden mehr Energie von der Sonne als die Menschheit in einem ganzen Jahr verbraucht.”
Demnach kann Solarenergie den gesamten Energiebedarf der Menschheit nachhaltig abdecken.
Die wesentlichenAndere Technologien für die Nutzung der Sonnenenergie sind zwar vorhanden, aber sie sind nicht für die Stromerzeugung relevant. Technologien für die Nutzung der Sonnenenergie sind die Photovoltaik (PV) zur direkten Stromerzeugung und die konzentrierte Solarenergie (CSP) für Wärmeanwendungen und zur Stromerzeugung mit Turbinen und Generatoren. Nachfolgend werden diese beiden sich prinzipiell gut ergänzenden Technologien gegenüberstellt, um den potenziellen Beitrag der HSE-Innovation zu verdeutlichen.
Potenzial von PV
Ende 2024 lag die globale kumulierte PV‑Kapazität bei etwa 2.200 GW. Um die Jahresstrommenge dieser PV-Kapazität zu ersetzen, würden etwa 370 große Kernkraftwerke benötigt. PV lieferte damit zwar erst 2,8% des Primärenergiebedarfs der Welt, aber mit 32% im Jahr 2024 war die Wachstumsrate dieses Marktes enorm. An jedem einzelnen Kalendertag wurden PV-Anlagen mit einer Leistung von 1.240 MW auf der Welt installiert, insgesamt 452 GW im Jahr 2024. Für das Jahr 2025 wird eine neue Installationsleistung von etwa 655 GW prognostiziert.
© Francisco Javier Ramos Rosellon / Alamy
Grenzen der PV
In Abhängigkeit vom Sonnenstand und vom Wetter schwankt die Stromerzeugung durch PV. Der Ausgleich dieser Schwankungen, die Speicherung der PV-Energie für die Nacht und über längere Zeiträume sowie deren Bereitstellung an Orten ohne hohe Sonneneinstrahlung sind bislang noch nicht zufriedenstellend gelöste Probleme.
Außerdem fehlt bei PV die rotierende Masse. Diese ist für die Stabilisierung von Stromnetzen unerlässlich. Elektronische Systeme können solche rotierenden Massen nicht vollständig ersetzen.
Potenzial von CSP
Für die Einspeicherung von Sonnenenergie am Tag und deren Abruf in der Nacht hat konzentrierte Solarenergie (CSP) das Potenzial, alle anderen für diesen Zweck denkbaren Technologien in den Schatten zu stellen. Ein wesentlicher Grund hierfür ist die Möglichkeit der sehr einfachen, nachhaltigen und kostengünstigen Erzeugung und Speicherung von solarer Wärme auf einem sehr hohen Temperaturniveau.
Ferner beinhaltet CSP rotierende Massen für die Stabilisierung von Stromnetzen.
© Imaginechina Limited / Alamy
Eine CSP-Technologie, die alle Anforderungen erfüllt, um in sonnenreichen Regionen zu einem Massenprodukt zu werden, ergänzt PV ideal und hat daher ein mindestens so großes Marktpotenzial, wie PV es bereits beeindruckend erreicht.
Bisherige Grenzen von CSP
Bislang ist CSP eine Nischen-Technologie geblieben: Es waren bis Ende 2024 nur etwa 7,2 GW weltweit installiert. Dieser Rückstand ist darin begründet, dass bislang keine der vielen verschiedenen CSP-Technologien die Anforderungen an ein Massenprodukt vollständig erfüllt hat. Diese Anforderungen sind hier beschrieben.
Nur wenn eine Technologie ohne technische Mängel hohe Stückzahlen erreicht, können die für ein Massenprodukt erforderlichen Kostensenkungen zustande kommen. Hierin liegt der entscheidende Beitrag der HSE-Technologie als ein zukünftiges Massenprodukt.
Markt
Das Marktpotenzial für die Einführung und die nachfolgende Skalierung der neuen Technologie von HSE ist in sonnenreichen Regionen mindestens ebenso groß wie das Marktpotenzial für PV. Entsprechend erleben wir ein hohes Interesse an dieser die PV ergänzenden Lösung.
Unternehmen
Historie
Im Frühjahr 2010 begannen die ersten Überlegungen für eine als Massenprodukt einsetzbare CSP-Technologie. Hieraus ergab sich die Entwicklung einer neuen Art solarthermischer Anlagen.
Das deutsche Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE) förderte die Arbeit an dem Solar-Receiver als Schlüsselkomponente für die neue Systemkonfiguration von Juli 2021 bis März 2024. An dem Verbundvorhaben „SolarRetrofit“ waren Siemens Energy und das Institut für Solarforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) beteiligt. In einer Versuchsanlage in Mülheim wurden erfolgreiche Receiver-Tests durchgeführt und eine weitere Versuchsanlage in der künstlichen Sonne „Synlight“ des DLR in Jülich errichtet.
Hueck Solar Energy
Die Hueck Solar Energy GmbH wurde im März 2024 von den Brüdern Dr.-Ing. Ulrich Hueck (CEO) und Dr. Julian Hueck (CFO) als Startup-Unternehmen gegründet.
Die Hueck Solar Energy GmbH wurde im März 2024 von den Brüdern Dr.-Ing. Ulrich Hueck (CEO) und Dr. Julian Hueck (CFO) als Startup-Unternehmen gegründet.
Im Januar 2025 erfolgte die vollständige Übernahme der von Dr. Ulrich Hueck bei Siemens Energy entwickelte Receiver-Technologie einschließlich der Schutzrechte. Mit der neuen Technologie wurden bereits zwei Innovations-Wettbewerbe von ACWA Power in Südafrika und von DEWA in den Vereinigten Arabischen Emiraten gewonnen.
Die Hueck Solar Energy GmbH arbeitet an der Weiterentwicklung des Solar-Receivers und der zugehörigen Systemkonfiguration. Dabei werden modernste Methoden eingesetzt. In der künstlichen Sonne „Synlight” des DLR in Jülich stehen die Versuche mit einem aus sieben Modulen bestehenden Receiver an. Daran anschließend sind Tests mit einer deutlich größeren Receiver-Installation in der dortigen Solarturmanlage vorgesehen. Der innovative Solar-Receiver und die zugehörige Systemkonfiguration werden dann mit einer kleinen Pilotanlage umgesetzt.
Das Ziel ist die zügige Markteinführung des solide entwickelten, innovativen Produkts.
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