Das Ziel der Solarforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) ist die Entwicklung umweltfreundlicher und klimaverträglicher Energiesysteme, die Sonnenstrahlung in Nutzenergie umwandeln. Der Schwerpunkt liegt bei der Kostensenkung und Weiterentwicklung der Komponenten und Systeme für solarthermische Kraftwerke.
Dies sind insbesondere die Arbeiten an Bauteilen für Parabolrinnen- und Turmkraftwerke in Verbindung mit DLR-eigenen Versuchsträgern, neuen Vermessungstechnologien und Simulationswerkzeugen. Das Forschungsgebiet beinhaltet aber auch die Erschließung neuer Anwendungsfelder für solarthermische Technologien. Eine wachsende Bedeutung kommt auch der solarchemischen Verfahrenstechnik zu, deren technologische Entwicklung mittelfristig zu einem industriellen Einsatz führen soll.
Neben den Forschungsaktivitäten in den Standorten Köln und Stuttgart unterhält das DLR eine ständige Mannschaft auf der südspanischen Plataforma Solar de Almería (PSA), hier insbesondere zum Test und zur Qualifizierung von Komponenten und Systemen. Die in Europa beispielhafte Kombination von komplexen Anlagen und exzellenter wissenschaftlicher Kompetenz in diesem Forschungsgebiet ist Grundlage für den hohen Drittmittelanteil von über 50 Prozent. Das Forschungsgebiet "Solarforschung" gliedert sich in fünf Forschungsthemen:
Solare Stoffumwandlung:
Anwendungen der Sonnenstrahlung in der chemischen Verfahrenstechnik und zur Erzeugung von Brennstoffen werden erprobt und bewertet. Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf der thermochemischen Erzeugung des Sekundärenergieträgers Wasserstoff. Des Weiteren zählen Prozesse zur solarthermischen Behandlung von Produktionsrückständen, zum Recycling von Wertstoffen, zur solar-photochemischen Umwandlung und Veredelung von Chemikalien sowie zur Reinigung von Wasser und Luft dazu. Experimentelle Ergebnisse werden mit Kostenrechnungen ergänzt und bilden damit die Grundlage für die Beurteilung der Tragfähigkeit der untersuchten Verfahren im Industriemaßstab.
Thermische Energiespeicher:
Kostengünstige thermische Energiespeicher für solarthermische Kraftwerke werden entwickelt und qualifiziert. Die Bedeutung der Energiespeicherung für die solarthermischen Kraftwerke wurde durch die jüngsten Entwicklungen auf dem Gebiet der erneuerbaren Energien und nach ausführlichen Analysen von solar-hybriden Kraftwerksprozessen neu untersucht. Rechenmodelle über den Betriebsverlauf über ein Jahr haben gezeigt, dass ein thermischer Speicher die Wirtschaftlichkeit der solaren Stromerzeugung steigert.
Qualifizierung:
Parabolrinnensysteme sowohl für großtechnische Stromerzeugung wie auch für die dezentrale Bereitstellung von Prozesswärme werden durch Optimierung der einzelnen Komponenten und deren Zusammenwirken weiterentwickelt und demonstriert. Messsysteme zur qualifizierten Montage und Wartung für den beginnenden kommerziellen Einsatz dieser Systeme werden genutzt, um den langfristigen Ertrag der Solarfelder zu ermitteln und zu steigern. Diese Messsysteme werden in weiteren Anwendungsfeldern konzentrierender Systeme (z. B. konzentrierende Photovoltaik) genutzt. Zudem entstehen auf dieser Basis technische Standards für Planung, Errichtung und Betrieb von Solarfeldern und für die Qualifizierung von Komponenten.
Applikationsentwicklung:
Die nächste Kraftwerksgeneration mit solarer Direktverdampfung in Parabolrinnen wird im Großversuch auf der Plataforma Solar de Almería vorbereitet, nachdem in einer ersten Phase die Beherrschbarkeit der Technik der solaren Direktverdampfung nachgewiesen werden konnte. Insbesondere die Entwicklung und Qualifikation angepasster Komponenten zur Steigerung der Temperaturen im Kollektorfeld sowie Entwicklung und Demonstration von optimierten Integrationskonzepten, Betriebsstrategien und Regelungsalgorithmen stehen im Vordergrund. Das identifizierte Kostensenkungspotential gegenüber dem Stand der Technik mit Ölzwischenkreislauf beträgt etwa 15 Prozent. Die Realisierung einer 5 MWe Demonstrationsanlage wird vorbereitet.
Solare Hochtemperatursysteme:
Die Verwendung von geschlossenen Hochtemperatur-Receivern in der Turmtechnologie zur Einspeisung der Solarenergie in hocheffiziente Kombikraftwerke wird entwickelt und demonstriert. Diese Systeme mit solaren Gesamtwirkungsgraden von etwa 30 Prozent stellen die technische Konfiguration mit dem heute maximal denkbaren solaren Wirkungsgrad dar und erschließen so ein erhebliches Kostensenkungspotential.