Solarteiche

Solarteiche

Dieses Verfahren geht auf den Deutschen Rudolf Bloch im Jahr 1947 zurück und ist inzwischen besonders von dem israelischen Physiker Harvy Tabor weiterentwickelt worden. In den vergangenen Jahrzehnten gewannen die Solarteiche außerdem in den USA (Solar Ponds oder Salt Ponds) und in Australien zunehmende Bedeutung – u.a. auch als billige Methode, Wärme mittelfristig zu speichern.

Die Idee der Solarteiche läßt sich allerdings bis zu dem russisch-ungarischen Wissenschaftler Alexander von Kaletschinski (o. Kalcsinski) im Jahre 1901 in Transsylvanien zurückverfolgen, der diese natürliche Wärmefalle entdeckte, welche darauf beruht, daß stark salzhaltiges Wasser schwerer als Süßwasser ist – selbst dann, wenn es um vieles wärmer ist als das obenauf schwimmende Süßwasser.

Im Versuch wurde nachgewiesen, daß sich unter eine Süßwasserschicht von 30 – 50 cm (Salzgehalt < 5 %) zuerst eine Art Isolierschicht von 100 – 150 cm ausbildet (Salzgehalt mind. 5 %, mit der Tiefe zunehmend), und unter dieser dann eine Schicht von 100 – 200 cm mit einem Salzgehalt über 20 %. Diese Schicht wird im Laufe des Tages aufgeheizt, weil die darüber liegenden Schichten zwar die einfallenden Sonnenstrahlen durchlassen, nicht jedoch die Wärmestrahlung der untersten Schicht, deren Temperatur dadurch bis auf 90°C ansteigen kann. Diese Wäre kann dann abgezapft und in andere Energieformen umgewandelt werden.

Solar Teich

In Indien werden Salztümpel von 10 x 10 m angelegt, die ausreichende Kochwärme für 50 – 100 Familien liefern, und in Australien gibt es in Port Aspendale einen 200 m² Teich und in dem Wüstenort Alice Springs sogar einen Solarteich von 2.000 m², der einen 20 kW Generator betreibt. In den USA werden zwischen 1974 und 1980 ein gutes Duzend Teiche gegraben, mit Flächen zwischen 100 und 4.000 m². Das Woods Hole Oceanographic Institute in Falmouth, Massachusetts, experimentiert mit einem 1 m tiefen isolierten Erdloch von 4 m Durchmesser, auf dessen Boden sich – als schwarzer Absorber – eine Schicht Kohle befindet, über der sich eine Kalziumchloridlösung (45 %) befindet, die wiederum von 15 cm Süßwasser bedeckt ist. Über einen Rohrschlangen-Wärmetauscher kann dem Solarteich im Durchschnitt 2,7 kW Energie bei Temperaturen über 90°C entnommen werden. Zeitweilige Durchmischungen stabilisieren sich durch gelegentliche Einfrieren der Oberfläche von selbst. Weitere Tests an der kanadischen Grenze – eine Freibadbeheizung mit einem 1.000 m² Teich – und im harten Klima Neuenglands beweisen, daß eine Stromproduktion selbst bei gefrorener Oberfläche noch möglich ist.

Seit 1976 werden die Soletümpel auch an der University of New Mexico on Albuquerque sowie am Desert Research Institute in Nevada untersucht. Bei einer Höhe von 1.511 m über dem Meeresspiegel werden 108°C erreicht – genug um darin Eier zu kochen.

Ab 1979 werden Solarteiche auch in Saudi-Arabien angewendet. Ein 2.400 m² Teich wird so als Air Conditioning Anlage eingesetzt, andere Versuche beschäftigen sich mit der Nutzung als Energiequelle im Rahmen von Wasserentsalzungsprozessen. Probleme macht nur der Effekt der Salzkristallisation. Die Hitzeverluste der Oberfläche lassen sich dagegen mit der Auflage einer luftgefüllten, transparenten Wabenfolie oder mittels einem schwimmenden Polymer-Gel beheben, wobei letzteres allerdings eine nur kurze Lebensdauer besitzt.

Die Tests in Israel beginnen bereits 1954, doch erst ab 1980 wird auch an der Nutzung der Wärme für die Stromerzeugung gearbeitet, als die Firma Ormat Turbines Ltd. einen 7.000 m² Teich bei Ain Buqeq am Toten Meer mit einem 150 kW Generator koppelt. In Israel konzentriert man sich auf zwei Typen der Solarteiche: auf solche mit einem Salzkonzentrationsgefälle (s.o.), sowie auf Teiche die mit Wärmedioden arbeiten. Das heißt, daß die Wasseroberfläche hier mit Spezialpaneelen aus Glas oder Kunststoff abgedeckt wird, die Sonnenstrahlen durchlassen, den Wärmeverlust durch Rückstrahlung oder Konvektion aber verhindern. Mit dieser Methode kommt man auf Wassertemperaturen zwischen 60°C und 90°C, die sich gut als Sanitär- oder Brauchwasser eignen. An dieser Technologie arbeitet primär die Firma Arel Energy Ltd. 

Am Toten Meer entstehen in Beit-HaAravah mehrere Anlagen von Solmat/Ormat. Die erste Anlage hat 5 MW (bei einer Wasserfläche von 250.000 m²), und speist ab 1984 ihren Strom ins Netzt ein, später werden Anlagen mit 20 MW bzw. 50 MW gebaut, und bei Sodom ist eine 100 MW Solarteich-Anlage geplant. Langfristig wird sogar daran gedacht, das gesamte Tote Meer als ein Auffangbecken für Solarenergie zu nutzen, was einen Energieertrag von rund 3.000 MW entsprechen würde, das heißt etwa ein Achtel des Gesamtenergieverbrauchs von 1981. Für den Einsatz hat Ormat spezielle Turbinen entwickelt, die organische Flüssigkeiten verwenden und mit Wasser auf relativ niedrigen Temperaturniveau betrieben werden.

Bei diesen Versuchen zeigen sich allerdings Probleme mit der Durchmischung des Wassers durch Wind, denn es dauert oft tagelang, bis sich die Schichtung wieder beruhigen. Der Wellebildung soll daher mit Plastiknetzen entgegengewirkt werden. Die Investitionskosten werden mit 2.000 $ pro kW angegeben (1983).

1981 wird ein Lizenzvertrag zwischen  Israel und einem Konsortium kalifornischer Elektrizitätswerke geschlossen, bei dem es um den Bau eines 5 MW-Teiches im Imperial Valley geht, wo sich an der südwestlichen Seite des Salton Sees eine Versuchsbasis der U.S. Navy gibt, an der die neue Technologie nun erprobt werden soll. Die vom See abgeteilte Fläche von 1 km² wird stark mit Salz angereichert. Im Falle eines Erfolgs denkt man an ein 600 MW Kraftwerk, das von einen 80 km² großen Solarteich versorgt wird.

Ab 1983 beschäftigt man sich an der University of Texas in El Paso mit dem Salinity Gradient Solar Pond (SGSP) Projekt, das dann im May 1986 erfolgreich in Betrieb geht. Hierfür wird ein 3.350 m² großes und 3 m tiefes Becken bei Bruce Foods gefunden, einer Konservenfabrik im Nordosten von El Paso. Über das geschichtete Salzwasser werden Schwimmnetze ausgebracht, um die Wasserbewegung zu reduzieren. Der Motorgenerator (ein organischer Rankine-Zyklus) leistet 70 kW – die von der benachbarten Fabrik bei Spitzenlastzeiten genutzt werden.

Ab 1984 werden in den USA badewannenförmige Sunponds aus Perspex angeboten, das eine UV-Durchlässigkeit von 90 % besitzt. Ebenfalls 1984 exportiert Israel ein 48 MW Solarteich-Kraftwerk nach Südkalifornien.

Die 1991 in Los Angeles gegründete Sun Utility Network von Safwat Moustafa entwickelt neben einer mobilen Solaren Meerwasser-Entsalzungsanlage (s.d.) eine ortsfeste Anlage mit einem Tagesausstoß von 100 m³ Trinkwasser, die mit Vakuumröhren-Kollektoren und/oder mit einer selbst entwickelten Solarteich-Technologie arbeitet. Von einer kommerziellen Umsetzung ist jedoch nichts bekannt.

1991 wird auf dem Dach des von Gebäude Nr. 3 des Royal Melbourne Institute of Technology (RMIT) ein Solarteich mit 5 m Durchmesser angelegt, der im November eine Temperatur von 70°C erreicht. Im April 1992 wird ein rechteckiger Verdunstungsteich mit gleicher Fläche in Betrieb genommen, bei dem die solare Entsalzung (s.d.) untersucht wird.

1997 wird im indischen Bhuj ein 6.000 m² Solarteich gegraben, der eine Milchfabrik mit täglich 80.000 l heißes Wasser über 70°C beheizt – die Kosten liegen bei 90.000 $, während die erzielten Einsparungen 19.000 $ betragen.

2001 erhält das australische Unternehmen Pyramid Salt Pty Ltd. in Victoria eine Förderung von 550.000 AUS-$, um in Kooperation mit der RMIT University sowie der Geo-Eng Australia Pty Ltd. einen 3.000 m² großen Solarteich mit einem Output von 60 kW thermisch (bei Temperaturen von 45°C bis 80°C) anzulegen. Das System soll auch als Vorlage für eine kommerzielle Vermarktung dienen. Ab September des Jahres versorgt die Anlage in Pyramid Hill die Salzfabrik des Unternehmens mit Heißluft, mit der das Salz getrocknet wird. Man hofft darauf, die Anlage später so erweitern zu können, daß sie auch die Stromversorgung übernehmen kann.

2002 gibt es zu Forschungszwecken auch an der Universität von Tunis, am Institut für Ingenieure ‚ENIT’ (Ecole Nationale de Ingenieurs de Tunis), einen Solarteich.

2005 gibt es weltweit etwa 60 Solarteiche, die industriell genutzt werden. Trotzdem ist diese Technologie noch immer relativ unbekannt, obwohl sie insbesondere in Ländern der 3. Welt mit dort vorhandenen Techniken und Fertigkeiten leicht umsetzbar wäre.