Forscher in Jordanien und Katar haben ein „Double-Acting Solar System“ (TTSS) entworfen, das rund um die Uhr saubere Energie produzieren kann. Dieses Dual-Action-Design erzeugt mehr als die doppelte Energie eines herkömmlichen Solarturms. Wie der Name schon sagt, kombiniert ein „Dual-Technology-Solarsystem“ zwei Turmtechnologien in einem einzigen Design: einen Solar-Updraft-Turm und einen Kühl-Downdraft-Turm. Sie sind in einen Turm integriert, wobei in der Mitte der Aufwindturm aufsteigt.

Ein 200 Meter hoher, doppelt wirkender solarbetriebener Auf-/Abwindturm sorgt in heißen, trockenen Wüstengebieten rund um die Uhr für saubere Energie

Solare Aufwindsysteme funktionieren, indem sie die Luft am Boden erhitzen und dann nach dem Prinzip des Heißluftaufstiegs die Luft in einen hohen, mit Turbinen ausgestatteten Turm befördern. Die Luft wird unter einem großen Dach erwärmt, das einen großen Sammelbereich abdeckt und aus gewächshausähnlichen Materialien besteht, die so viel Wärme wie möglich speichern sollen.

Diese Geräte wurden im experimentellen Maßstab gebaut, haben jedoch noch keinen kommerziellen Maßstab erreicht, da es sich normalerweise um sehr hohe Strukturen handelt, um sicherzustellen, dass ausreichende Temperaturunterschiede entstehen. Daher sind die Kosten hoch und das Risiko wird als hoch eingeschätzt.

Das TTSS-Design kombiniert Solar-Aufstiegstürme mit mehreren Sprüh-Abwärtsströmungstürmen – Technische Universität Al Hussein/Universität Katar

Ein kühlender Downflow-Turm hingegen drückt Luft nach unten und dreht eine andere Turbine. Bei dieser Konstruktion wird dies erreicht, indem ein feiner Wassernebel in die Umgebungsluft an der Spitze des Turms gesprüht wird, wodurch diese kälter und schwerer wird und nach unten transportiert wird.

Das TTSS-Design platziert einen Aufwindturm in der Mitte und ist von 10 Abwindtürmen umgeben, sodass es gleichzeitig im Aufwind- und Abwindmodus betrieben werden kann.

Ein Forschungsteam der Technischen Universität Al Hussein in Jordanien und der Universität Katar modellierte einen TTSS-Turm mit einer Höhe von etwa 200 Metern und einem Durchmesser von 13,6 Metern. Unter dem Turm befindet sich ein Kollektor mit einem Durchmesser von 250 Metern. Der innere Kühlturm hat einen Durchmesser von 10 Metern (33 Fuß) und einen Abstand von 1,8 Metern (5,9 Fuß) um ihn herum. Der Hohlraum ist in 10 separate windabgewandte Türme unterteilt, mit Wassernebelsystemen oben und Turbinen unten. Der Designstandort wurde in der Nähe der Stadt Riad gewählt – das heiße und trockene Wüstengebiet ist ideal für diese Art von Design.

In Simulationstests unter Verwendung lokaler meteorologischer Daten schätzte das Team, dass ein solches System insgesamt etwa 753 MWh Energie pro Jahr erzeugen könnte, wobei die rund um die Uhr betriebenen externen Abwindtürme etwa 400 MWh Energie liefern würden, während die unter der heißen Sonne effizienter arbeitenden Aufwindtürme etwa 350 MWh Energie liefern könnten.

Ein innerer Aufwindturm, umgeben von zehn Abwindkanälen, jeder mit einer eigenen Generatorturbine. Bild/Al Hussein Technical University/Qatar University

Nach Angaben des Forschungsteams sind diese Zahlen 2,14-mal höher als bei einem ähnlichen Nur-Aufwind-Design, was angesichts der oben erwähnten Trennung von Aufwind und Abwind angemessen ist. Sie können auch bis zu einem gewissen Grad den Widerspruch zwischen Energieangebot und -nachfrage lösen, der bei den meisten Solarprojekten besteht.

Derzeit hat das Team weder LCoE-Berechnungen (Levelized Cost of Electricity) noch Kostenvergleiche mit Solar-PV-Anlagen plus Batteriespeicher durchgeführt. Der Bericht stellt außerdem fest, dass es in heißen, trockenen Wüstenstädten, in denen TTSS-Systeme am effektivsten sind, möglicherweise nicht einfach ist, genügend Wasser für den Betrieb von Pulldown-Systemen zu bekommen.

Dennoch ist es eine interessante Idee und beweist, dass es viele Möglichkeiten gibt, Turbinen zur Stromerzeugung anzutreiben.