Solarturmkraftwerke für die Stromerzeugung. Das Grundprinzip der konzentrierenden Solartechnologie kennen viele noch aus Kindheitstagen: eine Lupe fängt das Sonnenlicht ein, konzentriert die Strahlen auf einen Punkt und erzeugt dort eine so hohe Temperatur, dass zum Beispiel Papier zu brennen beginnt.
Im DLR-Standort Jülich betreibt das Institut ein solarthermisches Turmkraft werk (links) und seit 2020 den Multifokusturm (rechts), in dem neue Solartech nologien getestet werden
Vor den beiden Jülicher Solartümen stehen auf einer Fläche von circa zehn Hektar mehr als 2.000 bewegliche Spiegel (Heliostate). Sie fangen das Sonnenlicht ein, bündeln es und lenken es zu den beiden Solartürmen.
Energie im Überfluss, keine klimaschädlichen Emissionen, beinahe überall auf der Welt verfügbar! – Zu schön, um wahr zu sein. Die Sonne hätte die Kraft diese Verheißungen zu erfüllen. Doch zuvor muss es gelingen, Technologien zu entwickeln, die dieses Potenzial ausschöpfen können. Die Professoren Bernhard Hoffschmidt und Robert Pitz-Paal leiten seit zehn Jahren gemeinsam das DLR-Institut für Solarforschung und haben sich ein motiviertes Team aufgebaut, das sich dieser Aufgabe widmet. Seit der Gründung des Instituts hat auch die Frage nach unserer zukünftigen Energieversorgung stark an Bedeutung gewonnen. Eine gute Gelegenheit für ein kurzes Gespräch über gestern, heute und morgen.
Wo liegen die Anfänge der Solarforschung im DLR?
Pitz-Paal: Das DLR untersuchte bereits in den 1970er Jahren an den Standorten Stuttgart und Köln, wie sich Sonnenenergie zur Stromgewinnung nutzen lässt. Die internationale Energieagentur übertrug dem DLR die Projektleitung zur Entwicklung und Errichtung einer ersten Versuchsanlage zur solarthermischen Stromerzeugung. Mit Beteiligung von insgesamt neun Nationen entstand die Plataforma Solar de Almería (PSA) in Südspanien. Seit 1984 arbeiten hier Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des DLR und des spanischen Forschungszentrums CIEMAT zusammen.
Hoffschmidt: 2002 wurden die Solarforschungsaktivitäten des DLR in eine Abteilung des Instituts für Technische Thermodynamik zusammengefasst. Dass seit 2007 die kommerzielle Verbreitung der solarthermischen Technologien in Europa Fahrt aufgenommen hatte, bot den Anlass, die Abteilung in ein eigenes Institut zu überführen. Dann folgte eine spannende Zeit, in der wir in Jülich einen neuen DLR-Standort aufgebaut und ein kommerzielles Demonstrationskraftwerk zu einer großen Versuchsanlage umgerüstet haben.
Hat sich das Portfolio des Instituts seit der Gründung verändert?
Pitz-Paal: In den Anfängen lag unser Fokus eher auf der ParabolrinnenTechnologie. Dieser verschob sich allerdings, nachdem sich zeigte, dass die technische Reife von Turmtechnologien damals niedriger und ihr Kostensenkungspotenzial höher eingeschätzt wurde. Erst letztes Jahr haben wir in Jülich mit dem Multifokusturm eine neue Anlage eröffnet, mit der wir auf mehreren Ebenen neue Technologien zur Nutzung konzentrierter Sonnenstrahlung testen können.
Hoffschmidt: Darüber hinaus hat sich aus einer unserer Abteilungen ein neues Institut gegründet: Das Institut für Future Fuels. Hier dreht sich alles um klimaneutrale Brennstoffe.
Leitung des Instituts
Prof. Dr. Robert Pitz-Paal (links) und Prof. Dr. Bernhard Hoffschmidt leiten gemeinsam das DLR-Institut für Solarforschung.
Wie hat sich die wachsende öffentliche Bedeutung des Themen-komplexes Klima und Nachhaltigkeit auf Ihre Arbeit ausgewirkt?
Hoffschmidt: Insgesamt natürlich sehr positiv. Auf politischer Ebene ist es zum Beispiel gelungen, unsere Themen bereits 2018 in das 7. Energieforschungsprogramm der Bundesregierung und im europäischen Strategieplan für Energietechnologie zu verankern.
Pitz-Paal: Aber auch das allgemeine Interesse ist gewachsen: Wir erhalten immer mehr Anfragen von Studierenden, die in unserem Institut mitarbeiten wollen. Es gibt auch vermehrt Medienanfragen, wie beispielsweise von der „Sendung mit der Maus“.
Sie arbeiten eng mit der Wirtschaft zusammen und haben diverse Ausgründungen als eigenständige Unternehmen an den Markt gebracht. Wie fördern Sie solche Schritte?
Hoffschmidt: Wir sind sehr stolz darauf, dass wir es geschafft haben, viele unserer Ergebnisse in die direkte Anwendung zu bringen. In 90 Prozent der weltweit installierten Anlagen kommen Kollektoren oder Messverfahren zum Einsatz, die von uns mitentwickelt wurden. Die Initiative geht in der Regel von den Mitarbeitenden aus. Sie wollen ihre Themen und Ideen selbst kommerzialisieren. Dafür muss das Institut natürlich den richtigen Nährboden bereitstellen. Wir haben die Erfahrung gemacht, dass erfolgreiche Ausgründungen die beste Motivation für andere sind.
Das Thema Energie wird mit Sicherheit eines der dominierenden Themen des kommenden Jahrzehnts sein. Wie wird das Institut für Solarforschung dem begegnen?
Pitz-Paal:Wir sehen hier große Herausforderungen, dem Klimawandel rechtzeitig und mit rasch umsetzbaren Technologien zu begegnen. Neben dem Ausbau der solarthermischen Kraftwerke zur Stromerzeugung wird auch die Bereitstellung von industrieller Prozesswärme an Bedeutung gewinnen. Auch die Kombination von Fotovoltaik und solarthermischen Technologien wird uns stärker beschäftigen. Gemeinsam leisten die beiden Technologien einen essenziellen Beitrag für eine zuverlässige und günstige Energieversorgung. Schließlich werden wir unsere Kompetenzen im Bereich der berührungslosen Messtechnik auch in andere Anwendungsbereiche wie die Gebäudetechnik oder die Fotovoltaik transferieren.
Der Beitrag stammt aus der Ausgabe 168 des DLRmagazins
Das DLR-Institut für Solarforschung erforscht und entwickelt seit seiner Gründung im Jahr 2011 konzentrierende Solarsysteme (engl. Concentrated Solar Power, CSP) für solarthermische Kraftwerke, die Sonnenenergie in Wärme, Strom und Brennstoffe umwandeln. Dazu gehören die Parabolrinnentechnik, FresnelKollektoren und die Erforschung von Solarturmsystemen. Bei der Parabolrinnentechnologie bündelt ein konkav gewölbter Spiegel die Sonnenstrahlung. Im Brennpunkt befindet sich eine Rinne oder ein Rohr mit einer Flüssigkeit, die durch die gebündelten Sonnenstrahlen erhitzt wird und verdampft. Der Dampf wird genutzt, um Turbinen anzutreiben. FresnelKollektoren ähneln den Parabolrinnenkollektoren, sind allerdings plan geschliffen. In einem Solarturmkraftwerk sind mehrere hundert Spiegel auf einen Empfänger in der Turmspitze gerichtet. Dadurch können Temperaturen bis zu 1.000 Grad Celsius erzeugt werden, mit denen Wasser verdampft wird.
Weitere Forschungsthemen des Instituts sind die Entwicklung neuer Wärmeträgermaterialien sowie die Messung und Bewertung von Komponenten für solarthermische Kraftwerke. Darüber hinaus forschen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auch in verwandten Themenbereichen: Die im Institut entwickelte Sensortechnik wird beispielsweise genutzt, um den energetischen Sanierungsbedarf von Gebäuden zu bestimmen. Die Arbeitsgruppe Energiemeteorologie entwickelt Systeme, die den Betrieb von Solarkraftwerken sowie von Fotovoltaik-Anlagen optimieren. Ziel der Forschung am Institut ist es, die Wirkungsgrade der solaren Energie und Wärmegewinnung zu steigern und damit die Produktionskosten zu senken. An den Standorten Köln, Jülich, Stuttgart und Almería (Spanien) betreibt das Institut dazu verschiedene Großanlagen und kann dadurch das gesamte Spektrum vom Labor bis zur industriellen Anwendung abdecken.
Michel Winand
Kommunikation Köln, Bonn, Jülich, Aachen, Rheinbach und Sankt Augustin
