DLR-Institut für Solarforschung erhält EU-SOLARIS Auszeichnungen
- Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) erhält beide von der EU-SOLARIS verliehenen Auszeichnungen sowohl in der Kategorie „Outstanding Contribution to the Improvement of CST Research Infrastructures’ Capabilities and Services“ als auch „Best Doctoral Thesis“.
- Die Entwicklung „Solar Energy Autopilot“ (SOLEA) ermöglicht großtechnischen, konzentrierenden solarthermischen Anlagen einen autonomen Betrieb. Das Projektteam möchte zukünftig Langzeittests und Transferstudien durchführen.
- Mathias Kuhl hat in seiner Doktorarbeit KI-basierte Methoden entwickelt, mit denen sich vorhersagen lässt, wie die einzelnen Heliostaten das Sonnenlicht auf den Solarturm konzentrieren.
Das DLR-Institut für Solarforschung hat zwei EU-SOLARIS Auszeichnungen gewonnen – in den Kategorien „Outstanding Contribution to the Improvement of CST Research Infrastructures’ Capabilities and Services“ und „Best Docotoral Thesis“. Inga Miadowicz und ihr Projektteam erhielten den Preis für die Entwicklung des „Solar Energy Autopilot“ (SOLEA), ein ganzheitliches Konzept, das die digitale Transformation konzentrierender solarthermischer (CST) Anlagen in hochautonome cyber-physische Systeme (CPS) ermöglicht.
SOLEA schließt die Lücke zwischen isolierten Automatisierungstools und anlagenweiter Autonomie. Dies geschieht durch die Einführung einer modularen, vierstufigen Architektur, die sich über die physische CST-Anlage sowie fortschrittliche Mess- und Steuerungssysteme erstreckt. Zu dieser Architektur gehören unter anderem digitale Zwillinge und spezialisierte KI-Agenten für die autonome Betriebsplanung und die Regelung der Wärmeerzeugung im geschlossenen Regelkreis.
Mit SOLEA Autonomie großtechnischer Anlagen schrittweise erhöhen
In der Praxis bietet SOLEA einen technologieunabhängigen Leitfaden, der es Industrieanlagen und Forschungsinfrastrukturen ermöglicht, ihre Autonomie schrittweise zu erhöhen und innovative neue Komponenten zu integrieren, ohne den täglichen Betrieb zu stören.
„Für uns bestätigt diese Auszeichnung, dass Investitionen in anlagenweite Daten- und Systemarchitekturen, die den autonomen Betrieb großtechnischer Anlagen ermöglichen, einen bedeutenden Beitrag sowohl zu CST-Forschungsinfrastrukturen als auch im weiteren industriellen Kontext leisten“, sagt Inga Miadowicz, Projektleiterin. „Gleichzeitig ist es eine große Ermutigung für unsere Bemühungen, nachzuweisen, dass eine autonome, klimaneutrale Wärmeerzeugung auf Basis von CST-Technologien in einer großtechnischen CST-Forschungsanlage technisch machbar ist.“
Die Architektur wurde in der Forschungsanlage Solarturm Jülich implementiert und evaluiert. Dort planen intelligente Agenten autonom die Betriebstage, nehmen die Anlage in Betrieb, steuern sie gemäß der Zielvorgaben über den Tagesverlauf und fahren sie am Ende eines Betriebstags herunter. Hierbei analysieren die Agenten fortlaufend Daten aus Mess- und Kontrollsystemen, um den Massenstrom und die Temperatur im Betriebsprozess dynamisch entsprechend wechselnder Wetterbedingungen zu regeln.
SOLEA verbessert Robustheit, Effizienz und Wirtschaftlichkeit
Die Auswertung zeigt, dass SOLEA die Robustheit, Effizienz und Wirtschaftlichkeit erheblich verbessert. Es verlagert die Rolle des Menschen von der aktiven Steuerung hin zur Überwachung und zum gezielten Eingreifen im Ausnahmefall. Dies ebnet den Weg für die nächste Generation autonomer CST-Anlagen sowie für zukünftige industrielle und thermochemische Anwendungen.
„Vor etwa sieben Jahren war die Demonstration des autonomen Betriebs einer solarthermischen Anlage noch eine vage und ehrgeizige Idee. Wir haben dies schrittweise von einer Forschungsvision zu einem klar definierten Autonomie-Rahmenkonzept weiterentwickelt, dass diese Vision ermöglicht“, sagt Miadowicz.
Für die Industrie demonstriert SOLEA die technologische Machbarkeit eines hochautomatisierten und autonomen Betriebs auf Anlagenebene. Es liefert ein wiederverwendbares Autonomie-Konzept und eine Referenzimplementierung, um zukünftige Planungsentscheidungen für den kommerziellen Einsatz von CST-Anlagen und solarbasierten Prozesswärmelösungen zu verbessern und deren Risiken zu minimieren.
SOLEA mit Langzeittests und Transferstudien weiterentwickeln
Mit Blick auf die Zukunft beabsichtigt das Projektteam, das SOLEA-Konzept über die aktuelle Fallstudie im Solarturm Jülich hinaus zu validieren und anzupassen, indem es Langzeittests und Transferstudien durchführt und das Konzept auf andere CST-Anlagen sowie industrielle Umgebungen repliziert. Konkret geht es dabei darum, SOLEA auf andere Industrieanlagen anzuwenden, das Konzept auf industrielle und thermochemische Prozesswärme-Demonstrationsanlagen auszuweiten und gemeinsam mit Industriepartnern autonome „Heat-as-a-Service“-Pilotprojekte zu erproben.
„Wir suchen aktiv nach Organisationen, die an gemeinsamen Folgeprojekten interessiert sind, um autonome CST-Anlagen der nächsten Generation und damit verbundene digitale Energiedienstleistungen gemeinsam zu entwickeln“, sagt Inga Miadowicz.
Auszeichnung für Doktorarbeit
Dr.-Ing. Mathias Kuhl erhielt den „Best Doctoral Thesis Award“ für seine Doktorarbeit „A Data-Driven Methodology for Precision Flux Density Predictions for Heliostat Fields”. Darin entwickelte er KI-basierte Methoden, mit denen sich vorhersagen lässt, wie die einzelnen Heliostaten das Sonnenlicht auf den Solarturm konzentrieren und welche Strahlungsverteilung dabei am Receiver entsteht.
Grundlage dafür sind einfache Kalibrierbilder, die während des regulären Anlagenbetriebs aufgenommen werden. Neuronale Netze lernen aus diesen Bildern das optische Verhalten der Heliostaten und können daraus die resultierenden Strahlungsverteilungen für unterschiedliche Sonnenstände und Zielpunkte vorhersagen. Dadurch können Solarturmanlagen effizienter und sicherer betrieben werden, ohne dass jeder Heliostat zuvor mit aufwendigen Verfahren vollständig vermessen werden muss.
„Eine zentrale Herausforderung war dabei die Entwicklung robuster KI-Modelle, die nicht nur unter kontrollierten Bedingungen, sondern auch mit realen Betriebsdaten eines großen Heliostatenfeldes zuverlässig funktionieren“, erklärt Mathias Kuhl. Dafür mussten mehr als 200.000 Messungen aufbereitet, unterschiedliche Messbedingungen berücksichtigt und geeignete Modellarchitekturen entwickelt werden.
„Besonders motiviert hat mich, dass die entwickelten Methoden nicht rein theoretisch bleiben, sondern direkt mit Betriebsdaten des Solarturms Jülich getestet und künftig für die Regelung der Anlage eingesetzt werden können“, sagt Kuhl.
Sicherer und effizienter Betrieb von Solarturmanlagen
Die vorhergesagten Strahlungsverteilungen können dafür genutzt werden, die Zielpunkte der Heliostaten während des Betriebs automatisch zu optimieren und an den aktuellen Anlagenzustand anzupassen. Langfristig soll Überwachung, Modellierung, Optimierung und Regelung so verbunden werden, dass Solarturmanlagen sicherer, effizienter und mit weniger manuellen Eingriffen betrieben werden können.
Die EU-SOLARIS-Preise werden jährlich verliehen, um den Aufbau und die Konsolidierung einer wissenschaftlichen Gemeinschaft innerhalb des European Research Infrastructure Consortium (ERIC) im Bereich der CST-Technologien zu fördern und gleichzeitig neue Forschende darin zu schulen, die Forschungsinfrastrukturen angemessen zu nutzen. Die Awards werden im Rahmen des SOLARIZE-Doktorandenkolloquiums 2026 offiziell verliehen, das vom 19. bis 23. Oktober 2026 in Nikosia, Zypern, stattfindet.
Kontakt
Dr.-Ing. Kai Wieghardt
Sigrun Damerau