Sonnenblumen helfen Solarkraftwerke zu optimieren

11. Februar 2012, 21:17

Mathematiker orientierte sich für neues Design an der Anordnung der Samen auf einer Sonnenblumenblüte

Ein neues Design für Solarturmkraftwerke kann gleich mehrere Fliegen mit einer Klappe schlagen: Zum einen spart die innovative Anordnung Stellfläche auf der Anlage, gleichzeitig kann dadurch das Sonnenlicht effizienter als mit herkömmlichen Anlagen in Energie umwandelt werden. Der Mathematiker Manuel Torrilhon von der Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen hat sich zusammen mit Kollegen vom Massachusetts Institute for Technology (MIT) an der Anordnung der Samen auf der Blüte einer Sonnenblume orientiert und das Prinzip auf die Anordnung der Spiegel des Kraftwerks übertragen.

"Die spiralförmige Anordnung der Sonnenblumensamen basiert in der Mathematik auf einem klassischen Beispiel für optimale Anordnung, welches unter Ingenieuren nicht unbedingt so bekannt ist", erklärt Torrilhon und betont: "Das Ergebnis ist ein schönes Beispiel für interdisziplinäre Zusammenarbeit." Alexander Mitsos vom MIT konnte dann per Computer nachweisen, dass mit dem neuen Layout die Spiegel näher aneinander stehen, so wertvolle Fläche sparen und gleichzeitig die Spiegel das Sonnenlicht so reflektieren lassen, dass man daraus effizienter Energie gewinnt.

Vorbild Sonnenblumensamen

Die Wissenschafter orientieren sich am natürlichen Vorbild der Samen einer Sonnenblume. "Man wandert dazu von der Mitte aus spiralförmig nach außen und platziert die Spiegel wie bei den Sonnenblumensamen immer um einen festen Winkel weiter", erläutert Torrilhon. "Immer nach etwa 137 Grad stellt man den nächsten Spiegel auf, wobei man dabei spiralförmig nach außen wandert."

So könnte auch in Sevilla eine der größten Anlagen der Welt, die schon jetzt 6.000 Haushalte mit Strom versorgt, auf weniger Fläche und effizienter gebaut werden. Experten schätzen, dass solche Anlagen das Potenzial haben, genug erneuerbare Energie zu erzeugen, um die Vereinigten Staaten von Amerika zu versorgen. Bislang stehen die 600 Spiegel von Sevilla, jeder davon halb so groß wie ein Tennisfeld, auf einer Fläche von 439.000 Quadratmetern. Jeder Spiegel nimmt Sonnenlicht auf und gibt es an einen hohen Turm weiter, wo die Sonnenhitze in elektrische Energie umgewandelt wird.

Nun haben die Forscher im Computer-Modell die Spiegel nach dem Sonnenblumensamen-Vorbild angeordnet, ausgerichtet und ausgerechnet, dass sie so die Stellfläche um 20 Prozent reduzieren können. "Und wir haben dabei sogar noch die Energieeffizienz gesteigert", betont Torrilhon. Das bedeutet, dass das Sonnenlicht effizienter in Energie umgewandelt wird und weniger Energie verloren geht. "Weil riesige platte Flächen nicht immer verfügbar sind", sagt Torrilhon, "ist es umso wichtiger, dass Flächen sparsam verbraucht werden. Der nächste Schritt ist, die Theorie auf hügelige Landschaften anzuwenden." (red)

Share if you care
Posting 1 bis 25 von 33
1 2

Ich habs mir auch gedacht!! Das Video is so lieb...

Ich kann die Anwendung auf Sonnenkollektoren aber leider nicht nachvollziehen. Der 137-Grad-Trick erwächst (im doppelten Sinn :) ja aus der Tatsache, dass die Blätter halt aus einem Stiel rauskommen und "nebeneinander" stellen nicht geht. Blickt da sonst wer durch?

--> "googeln is feig"

Sieht wirklich niedlich aus diese

Riesensonnenblume. Und die Spiegel stehen so unglaublich nahe beisammen ("konnte dann per Computer nachweisen, dass mit dem neuen Layout die Spiegel näher aneinander stehen, so wertvolle Fläche sparen". Aber ehrlich gesagt und ganz ohne Computer, ich könnte noch ein, zwei Spiegel mehr reinstellen.
Irre ich mich oder ist der Kaiser doch nackt?

Da geht noch mehr,... ;)

.
so wäre es Optimal: http://tinyurl.com/865bfxf

Bildquelle: http://tinyurl.com/6vqbtsp

Forschung & Innovation am Ökopark
http://www.oekopark.at/de/forschung.html

und das nur ..

weil techniker nichts von höherer mathematik verstehen?

hilfe!!! nicht schlagen!!!! ;-)))

ein typisches beispiel, dass mensch nicht trennen soll, was das universum so wunderbar vereint hat .. die wissenschaften ..

abgesehen davon, dass ich mich wieder frage, warum ausgerechnet ein sozial rückständiges land, das noch einen großen kuchen eines energiemonopols besitzt (saudiarabien), das forschungsmonopol in sachen nanotechnologie in der solarforschung hat. eh schon wissen, die solar"zellen" die alle spektren des lichtes auffangen können und wo die ausrichtung für die energiegewinnung relativ sekundär ist ..

sind die politikerInnen in den klassischen industriestaaten wieder einmal zu blöde?

1 1 2 3 5 8 13 21 34

Beeindruckend

55 89 144 233 377 610 987 1597 2584 4181

6765, 10946, 17711, 28657, 46368, 75025, 121393, 196418, 317811, 514229

for(var i=1,j=1,k; j!=Infinity;k=i+j,i=j,j=k)document.write(i+" ");

Was ich sowieso nicht versteh ...

.. warum wird nach wie vor an sowas wie desertec festgehalten wenn wir mit genau der Technologie speziell die Südeuropäischen Staaten zu Energiefarmern erster Ordnung machen könnten?

Das würde die Wirtschaft der europäischen Mittelmeeranrainer im Handumdrehn wieder auf Augenhöhe mit allen anderen Europäern bringen und ganz nebenbei auch noch Europa unabhängiger von irgendwelchen aussereuropäischen Umstürzen Despoten oder sonstigen Erpressungsversuchen machen.

Die in Europa ankommende Strahlung ist deutlich schwächer als in Nordafrika. Alleine schon zwischen Nord-und Süditalien sind es ca. 100% Unterschied, und weiter südlich sind es nochmal deutlich mehr. Außerdem ist dort mehr freie Fläche vorhanden und das Wetter (d.h. Sonnenstunden pro Jahr) ist weitgehend stabil,was man von Europa nicht sagen kann. Selbst nach Abzug der Transmissionsverluste swären nordafrikanische Anlagen daher weit effizienter als europäische.

dieses kraftwerk bringt 11 MW. moderne kohlekraftwerke bringen 200-600 MW, kernkraftwerke tw. 10 GW, also das tausendfache. diese anlage ist ein schritt in die richtige richting, aber da muss sich noch einiges tun bevor man damit relevante teile der stromversorgung abdecken kann.

na und?

wird doch wohl noch möglich sein ein paar tausend solarkraftwerke zu bauen...

bei den kosten die ein kernkraftwerk verschlingt geht sich das schon aus.

die frage ist, ob das bei dieser geringen ausbeute zum derzeitigen zeitpunkt sinnvoll ist. das konzept hat imho viel potential, aber die leistung muss noch deutlich gesteigert werden bevor es zu einer echten alternative wird. das im artikel beschriebene optimierungspotential um 20% zeigt, dass diese technologie noch in den kinderschuhen steckt.

Ich vermute mal,

weil die in Südeuropa zur Verfügung stehenden Flächen nicht ausreichen würden. Oder es kann auch die schlechtere Effizienz sein, weil der Einstrahlungswinkel der Sonne flacher ist, als im Maghreb.

Sagt das

nicht der Frau Fekter! Sonst wird die Sonnenernergie auch besteuert. Und dann auch der Wind!
Der Staat möchte überall mitschneiden.

Und warum ist das …

… Bienenwabensystem nicht genauso effizient?
Oder – wasweißich – die Anordnung von Stäbchen und Zäpfchen auf unserer Netzhaut? Da gäbs ja unzählige Beispiele, wo die Natur an Effizienz uns patscherten Konstrukteuren voraus ist …
Gehts da darum, dass da ein Zentrum da sein muss?

und ich dachte beim lesen der überschrift schon es geht um energiespeicherung wie es die sonnenblume mit den sonnenblumenkernen vormacht. das solarkraftwerk schafft beim speichern gerade 50 minuten - das wesentliche vom vorbild konnte noch immer nicht sinnvoll kopiert werden.

CSP kontra PV

Spiegel, "halb so groß wie ein Tennisfeld"
:-)

Ein paar Daten zur Anlage PS10:

Maximale elektrische Leistung: 11 MW
Baukosten 35 Mio. Euro
Spiegel werden flachjustiert ab 36 km/h Windgeschwindigkeit
Dampfspeicher für 20 MWh thermisch, reicht für 50 Prozent Leistung für 50 Minuten.

35 Mio. Euro für 11 MW, das macht 3,18 Euro pro Watt.
Ziemlich happig, da ist inzwischen selbst Photovoltaik auf Hausdächern billiger, von Großanlagen auf freiem Feld ganz abgesehen.
Thema hier ist der Flächenbedarf: Mit PV wäre bei selber Fläche ein vielfacher Ertrag möglich.

Bleibt vor allem der Vorteil Energiepuffer: Der fällt hier allerdings auch ziemlich mager aus, weit entfernt vom (theoretisch möglichen) 24-Stunden-Solarkraftwerk.

Nicht nur theoretisch möglich, sondern auch praktisch. Sowas hängt in Spanien schon seit vergangenem Herbst mit ca. 20 MW am Netz und kann bis zu 15 Stunden ohne Sonne überbrücken. (Torresol / Gemasolar, nahe Sevilla)

Eindrucksvoll, aber teuer

Sehr interessant, danke!

PS10 liefert 23 GWh/a und kostete 35 Mio. Euro.
Gemasolar soll 110 GWh/a bringen und kostete 171 Mio. Euro.
Bezogen auf den Ertrag waren beide Anlagen fast gleich teuer.
Das ist einerseits eindrucksvoll, weil ich für das Speichersystem Mehrkosten erwartet hätte.
Andererseits ist auch Gemasolar wesentlich teurer als es PV-Anlagen gleicher Leistung gewesen wären.

CSP ist teurer
CSP braucht mehr Fläche
CSP braucht unbebaute Fläche
CSP braucht direktes Sonnenlicht
CSP braucht wartungsanfällige mechanische Systeme

Kein Wunder, dass man den Schwerpunkt zunehmend auf den einzigen großen Vorteil setzt und immer größere Wärmespeicher baut.

Ja, die Erfordernis direkter Sonnenstrahlung ist bei CSP ein großer Nachteil in unserer Gegend, wo meist Wolken am Himmel sind, in Wüstengegenden hingegen weniger. Und was die Nachführ-Mechanik angeht, so gibt es mit der Parabolwannentechnik eine gute Alternative (nur eine Achse, preiswert und robust). Wo man viel und starke direkte Strahlung hat, ist CSP gegenüber PV wegen der Speicherfähigkeit aber klar im Vorteil, auch kostenmäßig. Und da dabei konventionelle Turbinentechnik verwendet wird, kann mittels (z.B. Bio-/Gas) Zufeuerung mit minimalem Mehraufwand sogar ein ausfallssicherer Hybridbetrieb realisiert werden, das Kraftwerk hat dann also quasi seine eignene Backupanlage für längeres Schlechtwetter bereits integriert.

"auch kostenmäßig"

Stimmt alles, bis auf das mit den Kosten.

Seit dem großen Preisrutsch bei Photovoltaik ist CSP sogar in Ländern mit hoher direkter Sonneneinstrahlung die teurere Variante.

Vorläufig.

Und möglicherweise kommt in Zukunft mit der CPV noch ein bedeutender Konkurrent ins Spiel.

Posting 1 bis 25 von 33
1 2

Die Kommentare von Usern und Userinnen geben nicht notwendigerweise die Meinung der Redaktion wieder. Die Redaktion behält sich vor, Kommentare, welche straf- oder zivilrechtliche Normen verletzen, den guten Sitten widersprechen oder sonst dem Ansehen des Mediums zuwiderlaufen (siehe ausführliche Forenregeln), zu entfernen. Der/Die Benutzer/in kann diesfalls keine Ansprüche stellen. Weiters behält sich die derStandard.at GmbH vor, Schadenersatzansprüche geltend zu machen und strafrechtlich relevante Tatbestände zur Anzeige zu bringen.