Im Institut für Solarforschung des DLR tragen die Wissenschaftlerinnen und Ingenieure mit ihren Arbeiten dazu bei, eine umweltfreundliche Energieversorgung technisch und wirtschaftlich zu ermöglichen. In der Abteilung Solare Kraftwerkstechnik betreiben wir experimentelle und rechnergestützte Forschung, Entwicklung und Erprobung für das intelligente und weitgehend autonome Solarturmkraftwerk der Zukunft. Die Wissenschaftlerinnen und Ingenieure nutzen bereits heute Simulationen als operative Grundlage des Kraftwerksbetriebs. Künstliche Intelligenz (KI) spielt dabei eine immer größere Rolle.

In einem Turmkraftwerk konzentrieren eine Vielzahl von zweiachsig nachgeführten Spiegeln, sogenannte Heliostate, das einfallende Sonnenlicht auf eine Strahlungsempfänger, der auf einem Turm angebracht ist. Jeder dieser Spiegel hat dabei individuelle Fehler, welche den individuellen Brennfleck verzerren und so den Strahlungsempfänger durch Temperaturspitzen beschädigen können. Um diese Oberflächenfehler detektieren bzw. korrigieren zu können, wird bisher die sogenannte Streifen-Deflektometrie verwendet. Dafür wird bisher ein lineares Gleichungssystem gelöst. Aufgrund äußerer Umwelteinflüsse ist dieses Verfahren jedoch anfällig.

Ihre Aufgabe ist es statt des linearen Gleichungssystems ein Simulationsmodell zur Bestimmung der Spiegeloberfläche zu verwenden. Dieses Simulationsmodell basiert auf einem differenzierbarem Raytracer, welchen Sie gemeinsam mit unserem Team aus Wissenschaftlerinnen und Ingenieuren weiterentwickeln. Beim Raytracing werden tausende einzelner Lichtstrahlen verfolgt. Damit ist es nicht nur möglich die Verformung der Spiegeloberfläche zu modellieren, sondern auch die gesamte Verformung der Heliostatstruktur. Der differenzierbare Charakter des Raytracers ermöglicht die Invertierung des Problems und erlaubt eine datengetriebene Optimierung.

Im Verlauf Ihrer Arbeit werden Sie das Verfahren zur Bestimmung der Spiegeloberfläche auf differenzierbares Raytracing umstellen. Dafür verwenden Sie Simulationsdaten und reale Daten, die am solaren Versuchskraftwerk in Jülich aufgezeichnet wurden. Sie werden verschiedene Optimierer zur Bestimmung einsetzen und abschließend das gesamte Messverfahren durch eigene Experimente am Solarturm in Jülich validieren. Gemeinsam mit unserem Team bringen Sie so den differenzierbaren Raytracer in die Anwendung.