CSP – Concentrated Solar Power with Thermal Energy Storage (TES)
STEM® - Solar Thermo-Electric Magaldi

Die CSP-Technologie (Concentrated Solar Power) mit TES (Thermal Energy Storage) ist in der Lage, auf dreifach Art Energie bereitzustellen, indem sie bei Bedarf Wärmeenergie, Dampf und Strom liefert - sogar wenn die Sonne nicht scheint (z.B. bei Bewölkung oder mehrere Stunden nach Sonnenuntergang).
Magaldi entwickelte die als STEM® bekannte innovative und modulare CSP-Technologie inklusive Wärmeenergiespeicherung, die recyclingfähige und umweltfreundliche Materialien verwendet und den Solarenergie-Sektor im Bereich von 1-20 MWe revolutioniert.
Dank dieser Technologie wird ein hochtemperiertes Medium bereitgestellt, das unmittelbar für industrielle Zwecke oder zur Stromproduktion verwendet werden kann.

Ein STEM®-Modul besteht aus folgenden Elementen:
• Heliostat-Feld;
• Sekundär-Reflektor;
• Strahlungsempfänger und Speichermodul.
Die Sonnenstrahlung wird von Heliostats aufgenommen und auf einem Sekundär-Reflektor konzentriert, der sie direkt auf einen zentralen am Boden befindlichen Strahlungsempfänger fokussiert. Dieser enthält eine Wirbelspeicherschicht aus Quarzsand, der durch die konzentrierte Sonnenenergie aufgeheizt wird. Der Strahlungsempfänger verfügt über einen Wärmetauscher, der sich in der Wirbelsandschicht befindet und im Bereich von 650-750°C arbeitet. Der feinkörnige Sand der Wirbelschicht garantiert eine hohe Wärmekapazität und thermische Diffusionsfähigkeit, wodurch der Sonne-zu-Strom-Wirkungsgrad erhöht wird.

Die STEM®-Technologie zeichnet sich durch folgende Eigenschaften aus:
• Hohe Speicherkapazität. Dank der im Sand gespeicherten Wärme ist STEM® in der Lage, die Dampferzeugung sogar bei Bewölkung oder mehrere Stunden nach Sonnenuntergang sicherzustellen. • Heißdampferzeugung. Die Wirbelsandschicht im Strahlungsempfänger arbeitet bei Temperaturen im Bereich von 650-750°C. Die Speicherung der Wärme bei hohen Temperaturen im relativ kostengünstigen Medium Sand verbessert den Sonne-zu-Strom-Wirkungsgrad und reduziert die Kosten der Wärmeenergiespeicherung erheblich. Zudem besteht der zusätzliche Vorteil, dass keine Partikel gefördert werden müssen, da Strahlungsempfänger, Speicherung und Wärmetauscher gemeinsam in einer einzigen am Boden befindlichen Vorrichtung integriert sind.
• Modularität. STEM® ermöglicht die Kombination von beliebig vielen Sonnenenergie-Einheiten, um Stromerzeugung und Speicherkapazität zu erhöhen. Dank der Modularität können zusätzliche Module installiert werden, so dass die Produktion in einem späteren Stadium erhöht werden kann, um einen möglichen höheren Energiebedarf zu decken. Zudem können die Anforderungen an dezentrale Energieprojekte leichter erfüllt werden, da Energieerzeugungsanlagen in der Nähe der Endverbraucher installiert werden, was die Kosten von Langstrecken-Netzen einspart.
• Hohe Betriebssicherheit. Die Modularität des STEM®-Systems ermöglichet eine erhöhte Ausfallsicherheit bei der Energieerzeugung, da der Anlagenbetrieb, selbst wenn ein Modul gewartet wird, durch die anderen Module gewährleistet ist.
• Lange Nutzungsdauer. Die STEM®-Komponenten verfügen über eine lange Lebensdauer. Dadurch kann die grundsätzliche Leistung der STEM®-Anlage jahrzehntelang genutzt und somit als eine für die mittlere bzw. hohe Direktstrahlung (DNI) verfügbare Infrastruktur angesehen werden. Sobald die Investitionskosten bezahlt sind, hängen die Kosten der Energieerzeugung nur noch von den Betriebsausgaben ab.
• Hybridisierung. Die STEM®-Technologie eignet sich hervorragend zur Hybridisierung sowohl mit erneuerbaren als auch mit fossilen Energiequellen und ermöglicht so einen flexibleren und kontinuierlichen Betrieb, bei Tag und Nacht das ganze Jahr hindurch. STEM® kann insbesondere mit einer Photovoltaik-Anlage kombiniert werden, so dass die Zusatzkomponenten der STEM®-Anlage tagsüber mit Strom versorgt werden können.
• Doppelfunktion / Kopplungsprozess. STEM® ermöglicht sowohl die Generation von Elektrizität als auch von hochwertigem Dampf und kann somit ideal für Energieanwendungen oder industrielle Prozesse eingesetzt werden (z.B. Wasserentsalzung oder -destillation für die Landwirtschaft sowie die chemische und mineralienverarbeitende Industrie).
• Umweltfreundlichkeit. STEM® ist eine erneuerbare Energietechnologie und besteht aus umweltfreundlichen und wiederverwertbaren Materialien.
• Feststoff-Technologie. Die STEM®-Anlage verwendet Feststoffe, die von konzentrierter Sonnenstrahlung aufgeheizt werden, so dass die Risiken von diathermischen Ölen oder Salzschmelzen und den damit verbundenen Betriebs- und Entsorgungskosten vermieden werden.
Die STEM®-Technologie ist darauf ausgerichtet, den Energiebedarf von kleinen Industrie- und Wohngebieten mit hoher Sonnenstrahlung zu decken, die nicht ans Stromnetz angeschlossen sind. Die Energieerzeugung ist im Grunde eng mit der direkten Sonnenstrahlung (DNI - Direct Normal Irradiance) verbunden, die in den Ländern des sogenannten Sonnengürtels höher ist.
STEM® ist außerdem eine sichere und saubere Alternative zu Dieselmotoren in entlegenen Gebieten mit hoher DNI, wo die Versorgung mit Brennstoffen und Energie schwierig ist. Darüber hinaus eignet sich diese Technologie bestens für Gemeinden, die von der Energieerzeugung durch importiertes Öl bzw. fossile Brennstoffe sowie von Preis- und Versorgungsschwankungen unabhängiger werden möchten. Zudem bietet sie eine saubere Alternative zu den sehr umweltbelastenden Batterien, die toxische Bestandteile enthalten und Sondermüll darstellen, wogegen die Energieerzeugung mit STEM® vollkommen umweltfreundlich ist.
Zusätzlich stellt die hochwertige Wärmeenergie aus der STEM®-Anlage eine nützliche Lösung zur Reinigung von belastetem Grundwasser sowie von verschmutztem Wasser in Flüssen und Seen dar und trägt durch Meerwasserentsalzung zu einer erhöhten Verfügbarkeit von Trink- und Bewässerungswasser bei. Dadurch können landwirtschaftliche Projekte zur Begrünung von ausgetrockneten Gebieten unterstützt werden. Die Verfügbarkeit von Energie und Frischwasser zu niedrigen Kosten ist der grundlegende Bestimmungsfaktor der sozialen und wirtschaftlichen Entwicklung vieler tropischer und subtropischer Gebiete der Welt.