Solarthermie, früher auch Solarthermik genannt, bezeichnet die Umwandlung von Sonnenenergie in
Wärmeenergie, die technisch genutzt werden kann. Ein Wärmeaustauscher auf dem Dach und ein Wärmespeicher
im Haus können bei der Warmwasserversorgung helfen, wie das an der TU Freiberg angefertigte Bild links zeigt.
Die jährliche Energie der Sonneneinstrahlung auf der Erdoberfläche variiert zwischen 700 und 2800 kWh pro m², siehe Bild unten von GHI Solar Map © 2017 Solargis. In der Nähe des Äquators ist die Sonnenausbeute doppelt so groß wie in Deutschland.
Deshalb sind die Äquator-nahen Wüsten für ein solarthermisches Kraftwerk, auch als Solarwärmekraftwerk oder thermisches Solarkraftwerk bezeichnet, besonders geeignet.
Dabei wird die Sonnenenergie in thermische Energie umgeformt und diese mit anderweitig erprobten Techniken mittels Generatoren in elektrische Energie umgewandelt. Meist werden die Sonnenstrahlen zuerst mit Reflektoren gebündelt. Wikipedia listet die weltweit größten Sonnenwärmekraftwerke. Sonnenwärmekraftwerke hatten bis 2010 niedrigere Investitionskosten pro installiertes Kilowatt als Photovoltaikanlagen. Durch den Preisrückgang bei Solarmodulen sind die Photovoltaikanlagen jetzt wirtschaftlicher und dominieren die Nutzung der Sonnenstrahlung für die Stromerzeugung.
Parabolrinnenkollektoren, siehe Abbildung links, sind lineare Konzentratoren,
die die Wärme auf ein Rohr mit überhitztem Wasserdampf oder Thermoöl übertragen.
Wasserdampf kann die Turbine direkt antreiben, Öl braucht einen Wärmeübertrager.
Das seit 1984 betriebene und noch heute größtes Kraftwerk dieser Art mit einer
Leistung von 354 MW ist
Solar Electric Generating Systems (SEGS) in der Mojave-Wüste nordöstlichlich
von Los Angeles. Alle neun zu dazugehörigen Anlagen
haben jährlich zwischen 560−660 GWh nur mit Sonnenenergie erzeugt.
Daraus ergibt sich eine Jahresleistung von reichlich 20 % der installierten Kapazität.
Zusätzlich können die Turbinen durch die Verbrennung von Erdgas betrieben werden,
um den realen Strombedarf besser zu befriedigen.
Das Solarturmkraftwerk empfängt in einer Brennkammer die Sonnenenergie eines großen Reflektorfeldes. Mehr als tausend automatisch gedrehte ebene Spiegel (Heliostate) reflektieren das Sonnenlicht auf den zentralen Absorber (Receiver). Problemlos werden Temperaturen über 1 000 °C erreicht. Als Wärmeträger-Medium kommen flüssiges Nitratsalz, Wasserdampf oder Heißluft zum Einsatz. Verwendet man einen größeren Speicher für diese Medien, können die Turbinen des Kraftwerks zu beliebigen Zeiten Strom erzeugen. Das Bild rechts zeigt die Anlage Khi Solar One in Südafrika.
Das auch 2026 noch weltweit größte Turm-Solarkraftwerk ist Ivanpah. Es ist 2014 mit einer Nennleistung von 392 MW und 2,6 km² Spiegelfläche in der Mojave-Wüste in Betrieb genommen worden. 173 500 Heliostaten mit je zwei Spiegeln fokussieren die Sonnenstrahlung auf die drei Solartürme.
Eine gewaltige Größe haben Thermikkraftwerke, auch Aufwindkraftwerke genannt. Wie in einem Treibhaus wird die Luft unterhalb einer Sonnen-durchlässigen Abdeckung erwärmt und steigt in einem Schornstein auf. Turbinen im Schornstein erzeugen aus der Luftströmung elektrischen Strom. Eine Versuchsanlage wurde in Manzanares in Spanien mehrere Jahre lang betrieben. Mit einem Kollektordurchmesser von 244 m und einer Schornsteinhöhe von 195 m konnte nur eine Leistung von 50 kW erbracht werden. Die Ausnutzung der Sonnenenergie pro Flächeneinheit ist mit etwa 1 % relativ gering. Deshalb werden große Flächen überdeckt. Vorteil einer solchen Anlage ist ein relativ geringer Investitionsbedarf. Projekte bis 400 MW Leistung (7 km Durchmesser und 1,5 km hoher Turm) wurden vorbereitet, aber nicht gebaut, siehe Wikipedia.
Weltweit gab es Ende 2023 etwa 6,9 GW weltweit installierte Solarthermie-Leistung. Der Zuwachs ist rückläufig, im Gegensatz zur stark ansteigenden Nutzung der Photovoltaik für die Stromerzeugung, die 2024 eine inatallierte Leistung von 2000 GW überschritten hat.