Das Institut für Solarforschung entwickelt Anlagenkonzepte, modelliert sie in spezialisierten Simulationstools, berechnet deren Leistung und Energieertrag und leitet daraus fundierte Wirtschaftlichkeitsanalysen ab.
Bei der Mehrzahl der heute installierten solarthermischen Anlagen handelt es sich um eigenständige Einheiten zur Stromproduktion in der Leistungsklasse von 50 bis 150 Megawatt. Zunehmend ersetzen Hybridanlagen dieses Anlagenkonzept. Sie ergänzen ein solarthermisches Kraftwerk mit Wärmespeicher um eine Photovoltaikanlage (PV). Diese Kombination erlaubt es, rund um die Uhr Solarstrom zu produzieren und reduziert gleichzeitig die durchschnittlichen Kosten der Stromerzeugung.
Der Strom kommt dabei tagsüber überwiegend aus der dann kostengünstiger produzierenden PV-Anlage und nachts aus dem Kraftwerksteil der solarthermischen Anlage, die dafür auf gespeicherte Solarwärme zugreift.
Im Zuge der weltweit zunehmenden Industrialisierung ist ein höherer Bedarf an Strom und Prozesswärme zu erwarten. Es werden zusätzliche Anlagen benötigt, um den steigenden Energiebedarf aus nachhaltigen Quellen zu decken. Eine interessante Alternative sind Anlagen, die sowohl grünen Strom als auch Prozesswärme produzieren können. Die Bereitstellung von Wärme für Industrieprozesse stellt hohe Herausforderungen an die Anlagenauslegung, da die Systeme zur Wärmeerzeugung genau auf den Wärmebedarf der Produktionsprozesse zugeschnitten werden muss.
Grafik einer Hybridanlage
Darstellung einer Hybridanlage aus solarthermischem Kraftwerk und Photovoltaik mit elektrischem Booster.
Simulationswerkzeuge für die Auslegung von Anlagen und Heliostatfeldern
Das Institut für Solarforschung nutzt dazu unterschiedliche Werkzeuge für die Auslegung und Ertragsberechnung solarthermischer Systeme. Die vom Institut entwickelte und auch frei verfügbare Software greenius ermöglicht es innerhalb weniger Minuten, Jahresrechnungen für eine Vielzahl von Konfigurationen durchzuführen. Das Werkzeug wird kontinuierlich um neue Konfigurationen erweitert.
Softwaretool greenius
Das Ertragsberechnungstool greenius zeigt Einstrahlung (rot), Solarfeldleistung (grün) und elektrische Erzeugung (blau).
Komplexere Aufgabenstellungen mit neuartigen Verschaltungen oder sehr spezifischen Betriebskonzepten lassen sich mit unserem In-House-Werkzeug YACOP simulieren und optimieren. Das in Python erstellte Programmpaket lässt sich flexibel erweitern und so für wissenschaftliche Fragestellungen nutzen, zum Beispiel für die gekoppelte Design- und Einsatzoptimierung.
Heliostatfelddesign aus HFLCAL für eine 125 Megawatt-Anlage
HFLCAL ist ein Programm zur Auslegung und Optimierung von Heliostatenfeldern zentraler Empfängersysteme auf der Grundlage einer jährlichen Leistungsberechnung. Die Berechnungszeit für die Leistungsabschätzung wird durch die Verwendung eines vereinfachten mathematischen Modells für die Konzentratoroptik eingespart: Das reflektierte Bild jedes Heliostaten wird durch eine kreisförmige Normalverteilung beschrieben.
Für Solarturmsysteme stehen die Heliostatfeld-Auslegungstools HFLCAL und STRAL zur Verfügung. Diese kommen insbesondere bei der Simulation von innovativen Receiverkonzepten zum Einsatz, um das Heliostatfeld optimal auf den jeweiligen Receiver anzupassen.
Leistungen des Instituts für Solarforschung
Das Institut für Solarforschung bietet Beratung und Tools für unterschiedliche Kontexte an, in denen eine Systemauslegung und -simulation erforderlich oder hilfreich sind.
Zum Beispiel ist es für innovative solarthermische Konzepte sinnvoll, bereits zu einem frühen Zeitpunkt das Ertragspotenzial zu berechnen, um die Entwicklungsarbeiten von Anfang an passend ausrichten zu können. Bei marktnahen Technologien unterstützt das Institut Unternehmen dabei, eigene Modellierungskompetenzen aufzubauen. Das Institut bietet Unternehmen und Forschungseinrichtungen auch eine unabhängige Einschätzung zu Ertrags- und Wirtschaftlichkeitsdaten für neuartige Konzepte an.
Darüber hinaus arbeitet das Institut an Potenzialstudien für solarthermische Technologien mit. Dabei stimmen sich die Forschenden mit den Experten aus der Technik-Entwicklung ab, um den neuesten Stand der Entwicklung zu berücksichtigen.
