4. Juni 2020
Kölner Sonnenkolloquium 2020

Intelligentes Condition Monitoring macht Solarkraftwerke effizienter

Wolkenkamera im Solarkraftwerk La Africana in Südspanien.
Wolkenkamera im Solarkraftwerk La Africana in Südspanien.
Bild 1/2, Credit: DLR (CC-BY 3.0)

Wolkenkamera im Solarkraftwerk La Africana in Südspanien.

Hightech-Kameras erfassen die exakten Wolkenbewegungen und daraus entstehende Schatten.
Der Quadrocopter des Messsystems QFly über einer Parabolrinne der Plataforma Solar de Almería (PSA).
Der Quadrocopter des Messsystems QFly über einer Parabolrinne der Plataforma Solar de Almería (PSA).
Bild 2/2, Credit: DLR. Eigentümer und Betreiber der PSA ist das spanische Forschungszentrum CIEMAT.

Der Quadrocopter des Messsystems QFly über einer Parabolrinne der Plataforma Solar de Almería (PSA).

Das drohnenbasierte System QFly misst den Verschmutzungsgrad der Spiegel.
  • Das DLR entwickelt intelligente Messtechnik, um wichtige Prozessparameter in Solarkraftwerke zu überwachen.
  • Mit diesen Technologien lässt sich der Kraftwerksbetrieb effizienter und kostengünstiger gestalten.
  • Ziel der DLR-Forschenden ist es, alle notwendigen Daten zusammenführen und so eine vollautomatisierte Steuerung des Kraftwerks zu ermöglichen.
  • Beim Kölner Sonnenkolloquium tauschen sich am 9. Juni 2020 Fachleute aus Wissenschaft und Industrie zu diesem Thema aus.
  • Schwerpunkte: Energie, Klimawandel, Energieeffizienz, Digitalisierung

Neuartige Technologien für das Condition Monitoring sind eine wesentliche Voraussetzung, um solarthermische Kraftwerke möglichst effizient und wirtschaftlich zu managen. Mit ihrer Hilfe wissen Kraftwerksbetreiber immer genau, was in ihren Anlagen passiert. Beim Kölner Sonnenkolloquium des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) kommen am 9. Juni 2020 Expertinnen und Experten aus Forschung und Industrie zusammen, um sich über aktuelle Entwicklungen auf dem Bereich des Condition Monitoring auszutauschen sowie Mess- und Analysesysteme vorzustellen. Das Sonnenkolloquium ist der größte deutschsprachige Branchentreff für solarthermische Kraftwerkstechnologien und findet in diesem Jahr zum 23. Mal statt – aufgrund der aktuellen Situation ausschließlich als Web-Konferenz.

Im Interview erklärt Dr. Peter Heller, Leiter der Abteilung Qualifizierung am DLR-Institut für Solarforschung, was man unter Condition Monitoring von Solarkraftwerken genau versteht und welche technologischen Herausforderungen damit verbunden sind.

Was ist Condition Monitoring und wozu braucht man es?

Dr. Peter Heller: Unter Condition Monitoring versteht man die Zustandsüberwachung aller wichtigen Prozessparameter. In einem solarthermischen Kraftwerk zählen dazu beispielsweise Temperaturen, Spiegelverschmutzung oder Massenströme des Wärmeträgers in den Rohrleitungen. Nur wenn man diese Parameter genau im Auge hat, lassen sich Übertemperaturen verhindern, Abnutzungserscheinungen und Fehlfunktionen frühzeitig feststellen und beheben. Ziel ist es, einen Gesamtüberblick des Kraftwerk und aller darin ablaufenden Prozesse zu bekommen. So lässt sich das Kraftwerk bestmöglich steuern und es können optimale Wirkungsgrade erreicht werden.

Wie funktioniert Condition Monitoring und welche technologischen Ansätze verfolgt das DLR?

Heller: Viele Parameter können mittels fest verbauter Sensoren gemessen werden. Ein Beispiel sind spezielle Hightech-Kameras, die exakte Wolkenbewegungen und daraus entstehende Schatten erfassen. Bisher konnte man das nicht gut vorhersagen. Man wusste nicht, wie groß die durch Schatten verdeckte Fläche an Spiegel ist und hat das Kraftwerk auf Basis von Erfahrungswerten nachgesteuert. Das vom DLR entwickelte Wolkenkamera-System ermöglicht jetzt exakte Aussagen und zuverlässige Prognosen, mit denen sich Solarkraftwerke besser steuern lassen.

Für andere Parameter wie die Verschmutzung von Spiegeln eignen sich mobile und berührungslose Verfahren. Diese müssen schnell, unkompliziert, kostengünstig und angesichts der klimatischen Bedingungen robust sein, um die benötigten Daten zeitnah und großflächig erheben und auswerten zu können. Denn solarthermische Kraftwerke können sich über sehr große Flächen von bis zu fünf Quadratkilometern erstrecken.

Aktuell messen viele Solarfeldbetreiber den Verschmutzungsgrad der Spiegel noch mit Handmessgeräten und nur punktuell. Viel effizienter funktioniert das mit einem drohnenbasierten System, wie dem vom DLR entwickelten QFly. In naher Zukunft soll es über Solarfelder fliegen und umfassende Verschmutzungskarten erstellen.

Was sind die Herausforderungen beim Condition Monitoring?

Heller: Oft ist die benötigte Messtechnik noch relativ neu oder muss erst noch entwickelt werden. Soll sie in mobilen Systemen wie Drohnen zum Einsatz kommen, muss die Messtechnik flugtauglich sein, sprich kompakt und leicht. Gleichzeitig muss sie sehr hohe Genauigkeitsanforderungen erfüllen und die Witterungsbedingungen in sehr trockenen, heißen und staubigen Regionen aushalten.

Unser Ziel im DLR ist es, alle Messdaten in einem System zusammenzuführen und so eine vollautomatisierte Kraftwerkssteuerung möglich zu machen. Das senkt die Betriebskosten und steigert die Erträge. Aktuell entwickeln wir die benötigten Komponenten, bringen sie zusammen und wollen bis 2026 das ganze Konzept im Rahmen eines Pilotversuchs demonstrieren. Dabei setzen wir auch auf künstliche Intelligenz, etwa um die Bildverarbeitungssysteme schneller und zuverlässiger zu machen.

Wie steht es um den Transfer in die industrielle Anwendung?

Heller: Bei der Qualifizierung haben wir klare Ziele vor Augen und arbeiten sehr nah am Markt. Wir stehen mit allen kommerziellen Kraftwerksbetreibern in Kontakt und tauschen uns regelmäßig zu Ideen und Anforderungen an solche Systeme aus. Das DLR-Institut für Solarforschung entwickelt bereits seit vielen Jahren die notwendigen Messtechniken, um die optische Qualität von Solarkollektoren während oder kurz nach dem Aufbau zu kontrollieren. In Kraftwerken auf der ganzen Welt wird das Know-how des DLR und der DLR-Ausgründung CSP Services eingesetzt, um Solarfelder zu bauen. Im nächsten Schritt nutzen wir dieses Wissen nun auch für das Condition Monitoring im Betrieb von Anlagen.

Lassen sich diese Methoden des Condition Monitorings auch auf Photovoltaikkraftwerke übertragen?

Der Fokus unserer Entwicklungen liegt zunächst auf dem Bereich der solarthermischen Anlagen. In Photovoltaik- und Hybridkraftwerken, die beide Technologien kombinieren, sind Aufgaben und Problemstellungen beim Condition Monitoring oft ähnlich gelagert. Dann können unsere Konzepte durchaus auch dort zum Einsatz kommen.

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