Vor den beiden Solartürmen in Jülich sind mehr als 2.000 Spiegel in Reihen angeordnet.
Während der Bestrahlungstests konzentrieren sie das Licht, indem sie die auftreffenden Sonnenstrahlen zum Strahlungsempfänger oder zu den jeweiligen Versuchsebenen reflektieren.
Forschende aus dem DLR und aus Industrieunternehmen testen hier neue Komponenten und Verfahren, um Solarkraftwerke weiterzuentwickeln und überprüfen den Einsatz von Hochtemperatur-Solarwärme für Industrieprozesse. Ein weiteres Forschungsfeld sind solare Verfahren zur Herstellung von chemischen Energieträgern, wie zum Beispiel Wasserstoff und Synthesegas.
Die Solartürme Jülich sind eine weltweit einzigartige Forschungsanlage für Tests mit konzentriertem, natürlichem Sonnenlicht zur Erzeugung von Strom, Wärme und Brennstoffen. Die Anlage wird nicht nur von Forschenden aus dem DLR genutzt, sondern steht auch Industrieunternehmen für eigene Versuche zur Verfügung. Getestet werden hier Komponenten und Systeme für solarthermische Kraftwerke, der Einsatz von Hochtemperatur-Solarwärme für Industrieprozesse sowie Komponenten und solarthermochemische Verfahren zur Herstellung von Brennstoffen.
Forschung für solarthermische Kraftwerke
Ziel der Forschenden des DLR-Instituts für Solarforschung ist, höhere Temperaturen und eine bessere Effizienz bei der Umwandlung von Sonnenenergie in Strom zu erreichen, um die Stromgestehungskosten solarthermischer Kraftwerke zu senken. Im Vordergrund stehen Spiegelsysteme (sogenannte Heliostate) zur Lenkung und Konzentration der solaren Einstrahlung, Solarabsorber- und Energiespeichersysteme sowie theoretische und EDV-gestützte Analysen und Entwicklungen im Bereich der Strömungsmechanik, Wärmeübertragung und intelligenten Anlagensteuerung. Je nach Entwicklungsstand und –ziel können einzelne Bauteile, funktionale Gruppen oder auch ein vollständiges solares Kraftwerkssystem an den Jülicher Solartürmen getestet und evaluiert werden.
Testanlage für die Herstellung solarer Brenn- und Kraftstoffe
Das DLR-Institut für Future Fuels und Unternehmen nutzen die Anlage, um Verfahren zur chemischen Speicherung von Sonnenenergie zu entwickeln und zu verbessern. Die Speicherung der Energie kann dabei beispielsweise in Wasserstoff oder Synthesegas erfolgen, welches ein Ausgangsprodukt bei der Kraftstoffherstellung ist.
Zwei Solartürme, vier Versuchsebenen
Vor den beiden Solartürmen stehen auf einer Fläche von circa zehn Hektar mehr als 2.000 Heliostate. Sie lenken und konzentrieren das Sonnenlicht zu den beiden Solartürmen. Der größere der beiden ist ein funktionierendes Solarturmkraftwerk, er kann also Strom produzieren. Ein keramischer Strahlungsempfänger an der Turmspitze nimmt das konzentrierte Sonnenlicht auf und erhitzt damit Umgebungsluft auf bis zu 700 Grad Celsius. Ein Dampferzeuger im Inneren des Turms nutzt die hohen Temperaturen, um Wasser in Wasserdampf umzuwandeln, der eine Turbine antreibt, die über einen Generator CO2-frei Strom produziert. Die elektrische Nennleistung der Anlage beträgt 1,5 Megawatt. Der erzeugte Strom kann zwar in das lokale Mittelspannungsnetz eingespeist werden, jedoch setzt das DLR die Anlage nicht kommerziell zur Stromproduktion ein, sondern nutzt sie ausschließlich für Forschungsaufgaben. Der Turm ist 60 Meter hoch und besitzt auf halber Höhe eine Forschungsebene, auf der unterschiedliche Versuchsaufbauten errichtet werden können. In den bisher durchgeführten Großexperimenten standen die Weiterentwicklung volumetrischer Receiver sowie Verfahren zur solarthermischen Herstellung von Wasserstoff im Vordergrund.
Dem Solarturmkraftwerk steht der etwas kleinere sogenannte Multifokusturm zur Seite. Darin befinden sich drei Ebenen mit spezieller Ausstattung für den Einbau unterschiedlicher Experimente. Auf der oberen Ebene testet das Institut für Solarforschung einen Solarstrahlungsempfänger mit Keramikkügelchen als Wärmeträger-, Speicher- und Transportmedium. Die mittlere Ebene ist speziell für verfahrenstechnische Anwendungen ausgestattet. Dort werden zum Beispiel Hochtemperaturprozesse zur solaren Wasserspaltung erprobt. Auf der unteren Ebene steht Salzschmelze als Trägermedium für Hochtemperaturwärme im Fokus.
Die im DLR entwickelte Steuerungssoftware HeliOS sorgt dafür, dass die Solarstrahlung präzise und mit der benötigen Temperatur bei den Experimenten ankommt. Sie kann jeden einzelnen Spiegel so ausrichten, dass mehrere Experimente gleichzeitig auf den zwei Solartürmen stattfinden können.
