Solaranlagen werden oft über einen Zeitraum von über 25 Jahren betrieben. Gleichzeitig sind die Betriebsbedingungen an vielen Standorten äußerst anspruchsvoll, wie zum Beispiel im industriellen Umfeld. Kommt es im Betrieb zu Unterbrechungen oder Leistungsabfällen, ist die Energieversorgung beeinträchtigt und die Erträge des Kraftwerks sinken. Für den zuverlässigen Betrieb der Anlagen ist es daher erforderlich, den Zustand der verbauten Materialien und Komponenten kontinuierlich im Blick zu behalten.
Das Institut für Solarforschung entwickelt für den zuverlässigen Betrieb der Anlagen passende Prüfmethoden. Sie minimieren das Risiko von Material- und Komponentenversagen, damit Solaranlagen auch unter dem Einfluss von Umweltfaktoren während ihrer gesamten Lebensdauer leistungsfähig bleiben.
Lebensdauerableitung durch beschleunigte Tests
Beschleunigte Alterungstests unter verschärften Bedingungen sind eine gängige Prüfmethode, um die Qualität von Materialien und Fertigungsprozessen zu kontrollieren. Die Tests simulieren zum Beispiel den Einfluss von Feuchtigkeit, Strahlung und Temperatur.
Eine Schwierigkeit besteht darin, die zu erwartende Lebensdauer aus den Testergebnissen abzuleiten, da die Bedingungen während der Tests nicht unbedingt repräsentativ für die tatsächlichen Umgebungsbedingungen sind. In unserer Forschung konzentrieren wir uns darauf, materialabhängige Konstanten durch gezielte beschleunigte Tests zu ermitteln. Die Konstanten dienen als Input für Lebensdauermodelle, die Vorhersagen über die Haltbarkeit von Materialien ermöglichen. Die beschleunigte Alterung ist auch ein nützliches Instrument zur Auswahl zwischen verschiedenen Materialoptionen oder Herstellern für spezifische Anwendungsbereiche.
Für Materialhersteller stellt die beschleunigte Alterung ein wichtiges Qualitätskontrollinstrument dar. Sie hilft, mögliche Probleme in den Beschichtungslinien zu erkennen und sicherzustellen, dass die hergestellten Materialien den hohen Standards entsprechen.
Forschung zur Komponentenbeständigkeit an verschiedenen Standorten
Im Mittelpunkt der Forschung zur Komponentenbeständigkeit steht das Alterungsverhalten von Materialien mit optischen Schichten. Unsere Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler untersuchen Reflektoren, Absorber und Gläser mit Antireflex- oder Schutzbeschichtungen gegen Verschmutzung für Solarkraftwerke, Photovoltaik oder sonstige energietechnische Anwendungen, um deren Haltbarkeit und Effizienz sicherzustellen.
Die Forschenden überprüfen die Beständigkeit von Materialien und deren Beschichtungen durch die Exposition von Proben an zwölf Standorten in verschiedenen Ländern, darunter Spanien, Portugal, Marokko, Chile und die Vereinigten Arabischen Emirate. Das Institut für Solarforschung hat dieses Außenbewitterungsnetzwerk in Zusammenarbeit mit verschiedenen Partnerinstitutionen aufgebaut.
Materialtests in beschleunigter Sandsturmkammer
Beschleunigte Alterungstests unter verschärften Bedingungen sind eine gängige Prüfmethode, um die Qualität von Materialien und Fertigungsprozessen zu kontrollieren. Eigentümer und Betreiber der PSA ist CIEMAT.
Lebensdauertests von Absorberbeschichtungen auf der Plataforma Solar de Almería
Im Mittelpunkt der Forschung zur Komponentenbeständigkeit steht das Alterungsverhalten von Materialien mit optischen Schichten. Eigentümer und Betreiber der PSA ist CIEMAT.
Im OPAC-Labor der Plataforma Solar de Almería (Eigentümer und Betreiber ist CIEMAT) untersuchen und charakterisieren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und CIEMAT die aus der Exposition der Proben resultierenden Degradationseffekte. Hier kommen verschiedene Messgeräte zum Einsatz, darunter auch von DLR und CIEMAT eigens entwickelte Prototypen. Zusätzlich stehen Klimakammern zur Verfügung, um beschleunigte Alterungstests durchzuführen.
Ziel: Lebensdauerabschätzungen und Standardisierung
Das übergeordnete Ziel der Forschungsgruppe ist es, Lebensdauerabschätzungen von Materialien und Beschichtungen zu entwickeln. Diese Abschätzungen ermöglichen Vorhersagen darüber, wie sich die Effizienz der Materialien an verschiedenen Standorten im Betrieb verändert.
Die gewonnenen wissenschaftlichen Erkenntnisse dienen auch der Standardisierung geeigneter Mess- und Testprotokolle, um die Leistungsbeurteilung der Materialien zu vereinheitlichen und vergleichbar zu machen. Die Standards erleichtern es, geeignete Maßnahmen zur Leistungsverbesserung von Solartechnologien abzuleiten und sollen so die Datenbasis für Lebensdauervorhersagen verbessern.
