Solarthermische Kraftwerke: autonomes Messgerät bestimmt Verschmutzung

Ebenso wie in der Photovoltaik sinken auch bei solarthermischen Kraftwerken die Investitionskosten. Umso mehr rücken nun die Betriebskosten in den Fokus. Ein wichtiger Faktor ist dabei das Reinigen der Spiegel und Receiver. In den für Solarthermische Kraftwerke typischen Wüstenregionen kann die Verschmutzung durch Staub und Sand den Ertrag merklich mindern. Zugleich ist Wasser eine knappe Ressource. Diese Faktoren sind so wichtig, dass sie schon bei der Wahl des Standorts eine Rolle spielen. „Bei konzentrierenden Kraftwerkssystemen ist Verschmutzung eine besondere Herausforderung, da die Streuung der Sonneneinstrahlung an den Staubpartikeln zu hohen Ertragsverlusten führt“, sagt. Gregor Bern, Gruppenleiter Konzentrierende Kollektoren und Optiken am Fraunhofer ISE.

Im Betrieb gilt es, die Kraftwerke so sparsam und gezielt wie möglich zu reinigen. Um herauszufinden, wann das fällig ist, gibt es mit dem Messgerät Avus nun eine vollautomatische Lösung. Es wurde im Projekt „AVUSpro“ gemeinsam vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, der PSE Instruments GmbH, der TSK Flagsol Engineering GmbH und der Dornier Suntrace GmbH entwickelt. Die vier Partner haben das Messgerät bereits in einem Parabolrinnen-Kraftwerk in Kuwait getestet. Laut Bern vom Fraunhofer ISE ist es weltweit als einziges in der Lage, den Verschmutzungsgrad praktisch täglich im laufenden Kraftwerksbetrieb zu ermitteln – und zwar vollkommen autonom. Auf diese Weise könnten Reinigungstechniken und -zyklen optimiert werden, heißt es in der Pressemitteilung des Fraunhofer ISE.

Gerät misst Reflexion eines Testspiegels im solarthermischen Kraftwerk

Dafür nutzt das Messgerät einen eigenen kleinen Spiegel, der parallel zu den Kraftwerksspiegeln ausgerichtet ist. Er verschmutz also ebenso wie diese im Laufe der Zeit. Ein Schwenkarm führt den kleinen Spiegel einmal pro Stunde zu einem vom Fraunhofer ISE entwickelten Messgerät, das den Reflexionsgrad bestimmt. Im Gerät befindet sich ein weiterer Spiegel, der vor Verschmutzung geschützt ist und so als Referenz dient. Das Gesamtsystem mit Mechanik und einem Datenlogger wurde von PSE entwickelt. „Ziel war es, ein komplett autonom arbeitendes Messsystem mit einer Online-Anbindung zur Datenübertragung zu schaffen, da solarthermische Anlagen oft in abgelegenen Regionen und auf einer großen Fläche installiert werden«, sagt. Jan Steinmetz, Head of Department Test Equipment bei PSE.

Praxistest: Verschmutzung in Parabolrinnen-Kraftwerk in Kuwait vermessen

Seit November 2021 befinden sich drei Prototypen des Geräts im Parabolrinnen-Kraftwerk Shagaya des Kuwait Institute for Scientific Research (KISR) im Westen Kuwaits im Praxistest. Die Geräte sind an verschiedenen Standorten innerhalb der 250 ha großen Anlage mit 50 MW Nennleistung installiert. So sollen sie auch lokale Abweichungen der Verschmutzungsraten erfassen.

Der Meteodienstleister Dornier Suntrace ist für Aufbau und Betreuung der Stationen verantwortlich. Er erstellt aus den automatisch ausgewerteten Verschmutzungs- und Wetterdaten monatliche Berichte. „Aus den erhobenen Daten lässt sich der Verschmutzungsgrad der Anlage sehr präzise ablesen“ sagt Raul Granados von Dornier Suntrace. Die Verschmutzung korreliere stark mit Sandstürmen und Regen.

TSK Flagsol ist als Betreiber im Dienste des Kraftwerk-Eigentümers KISR in das Forschungsprojekt involviert. Erste Ergebnissen zufolge lassen sich mit der Verschmutzungskosten die Reiniggungskosten bis zu 25 Prozent senken, der Wasserverbrauch bis zu 19 Prozent.

Kommerzielle Messung der Verschmutzung solarthermischer Kraftwerke geplant

Nun wollen die Partner das neue Messinstrument über einen längeren Zeitraum erproben. Das Forscherteam will zudem einen ähnlichen Test in einem Kraftwerk mit Solarturm-Technologie durchführen. Außerdem wollen die Forschenden die automatisch erfassten Daten zumindest exemplarisch mit einer händischen Verschmutzungsmessung vergleichen. Auch die Verteilung der Verschmutzung innerhalb der Anlage will das Team noch näher unter die Lupe nehmen. Langfristig ist die Kommerzialisierung des Messgeräts für den internationalen Solarmarkt geplant – sowohl für solarthermische Kraftwerke als auch für die Photovoltaik.

Solarthermische Kraftwerke galten als günstige Option, um Solarstrom im großen Stil in sonnenreichen Regionen zu erzeugen. Dann gelang es der Photovoltaikindustrie, ihre Kosten massiv zu senken und die Konzentrierende Solarenergie (Concentrating Solar Power, kurz CSP) zu unterbieten. Da CSP-Kraftwerke Energie jedoch in Form von Wärme vergleichsweise einfach speichern können, haben sie auch heute noch nicht ausgedient. In Spanien werden wieder neue CSP-Kraftwerke geplant. Bereits heute liefern sie dort nachts zwei Prozent des Stroms.

26.7.2022 | Quelle: Fraunhofer ISE | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH