Die Energiewende erfordert nicht nur die Entwicklung neuer Technologien, sondern auch deren zuverlässigen und wirtschaftlichen Betrieb. Das Institut für Solarforschung entwickelt seit vielen Jahren neuartige Ansätze, die sowohl in der Forschung als auch in der industriellen Anwendung entscheidend dazu beitragen, die Leistungsfähigkeit von Solarkraftwerken zu sichern und Kosten zu senken.
Forschungsschwerpunkte und Methoden
Unsere Arbeiten im Bereich Condition Monitoring umfassen optische und thermische Messverfahren, die kontinuierlich weiterentwickelt und an industrielle Bedürfnisse angepasst werden.
Optische Verfahren
Optische Messtechniken haben an unserem Institut eine lange Tradition. Mit Hilfe von Drohnen können wir großflächig und effizient Messdaten aufnehmen. Zu unseren Methoden zählen:
- Geometrische Analysen von Parabolrinnen: Luftgestützte Verfahren zur Bestimmung von Spiegelformabweichungen, Tracking-Winkeln und Torsion. Unter dem Namen QFly wurden diese Methoden bereits erfolgreich in die Industrie transferiert.
- Heliostatenkalibrierung und Formmessung: Mit einer neu entwickelten Drohnenmethode, die LED-Marker und Kameras nutzt, lässt sich die Orientierung von Heliostaten schnell und präzise erfassen – eine erhebliche Zeitersparnis gegenüber klassischen Verfahren.
- Soilingmessungen: Verschmutzungen auf Spiegeln und PV-Modulen mindern die Effizienz. Wir entwickeln Methoden zur quantitativen Erfassung, um optimale Reinigungsstrategien ableiten zu können.
- Photovoltaik-Inspektion: Drohnen mit Wärmebild- und RGB-Kameras (Rot, Grün, Blau) identifizieren Hotspots und ermöglichen die Unterscheidung zwischen schadhaften Modulen und temporären Störquellen wie Staub, Vogelkot oder Laub.
Thermische Verfahren
Neben den optischen Methoden spielen thermische Verfahren eine zentrale Rolle. Sie dienen insbesondere der Überwachung und Bewertung von Receiverrohren in Parabolrinnenkollektoren:
- Luftgestützte Infrarotmessungen: Mithilfe von KI-gestützter Auswertung lassen sich Wärmeverluste von Receivern und Rohrleitungen bestimmen.
- Qualifizierung neuer Wärmeträgerflüssigkeiten: In Kooperation mit Beteiligten aus der Industrie und Forschungseinrichtungen wie CIEMAT werden Langzeitmessungen durchgeführt, die zur Validierung, Standardisierung und Weiterentwicklung der Fluide dienen.
Abnahmeverfahren von im Bau befindlichen oder fertiggestellten Anlagen
- Optische und thermische Abnahme von Parabolrinnen-Solarfeldern und -receivern
- Heliostatenfelder und Turmreceiver
Neue Ansätze, Standardisierung und Methodentransfer
Unsere Forschung geht über die reine Messung hinaus. Mit virtuellen Testumgebungen generieren wir synthetische Daten für KI-gestützte Auswertungen und optimieren Flugmissionen vorab. Maschinelles Lernen kommt zunehmend zum Einsatz, etwa bei der Bildregistrierung, Bilderkennung, der Erkennung von Fehlfunktionen oder der Vibrationsanalyse. Ziel ist eine weitgehend autonome Messdatenerfassung, die perspektivisch den Betrieb großer Solarfelder erheblich erleichtert.
Darüber hinaus leisten wir einen wichtigen Beitrag zur Standardisierung. Im Rahmen von SolarPACES Task III, IEA PVPS Task 13 und 16 und Normungsgremien in IEC, ISO und ASTMi erarbeiten wir Best-Practice-Leitfäden und Normen, die eine Vergleichbarkeit und Verlässlichkeit von Messergebnissen gewährleisten.
QUARZ® Test- und Qualifikationszentrum
Ein zentraler Baustein unserer Aktivitäten ist das von der Deutschen Akkreditierungsstelle (DAkkS) akkreditierte QUARZ®-Labor. Hier werden optische, geometrische, mechanische und thermische Eigenschaften von Solarenergie-Komponenten unter realitätsnahen Belastungen geprüft. Hersteller und EPC-Unternehmen (Engineering, Procurement and Construction) erhalten so belastbare Daten für die Auslegung, Zertifizierung und Vermarktung ihrer Produkte.
Nutzen und gesellschaftliche Relevanz
Condition Monitoring und Qualitätssicherung sind Schlüsselfaktoren für die erfolgreiche Umsetzung der Energiewende. Unsere Messmethoden tragen dazu bei, den Betrieb von Solaranlagen effizienter, langlebiger und kostengünstiger zu gestalten. Dies stärkt die Wettbewerbsfähigkeit europäischer Hersteller, unterstützt Betreiber bei Investitionsentscheidungen und reduziert Risiken für Energieversorger. Durch die Standardisierung unserer Verfahren schaffen wir zudem weltweit gültige Qualitätsmaßstäbe, die den internationalen Technologietransfer erleichtern.
Damit leisten wir nicht nur einen Beitrag zum wissenschaftlichen Fortschritt, sondern auch zu einer nachhaltigen, sicheren und wirtschaftlich tragfähigen Energieversorgung – in Deutschland, Europa und darüber hinaus.