Sonnenblumen helfen Solarkraftwerke zu optimieren

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)

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