Die konzentrierenden solarthermischen Kraftwerke – ob nun Parabolrinnen oder Turmkraftwerke – werden meist in sonnenreichen Wüstengebieten gebaut. Hier sind sie immer wieder intensiven Verschmutzungen ausgesetzt, sowohl durch Sand als auch durch Staub. Das Resultat sind Staubschichten vor allem auf den Spiegeln, die zu geringeren Erträgen führen.
Im schlimmsten Fall können sich sogar feste Schmutzschichten auf den Spiegeln bilden, wenn der Staub mit nur leichter Feuchtigkeit in Verbindung kommt und dieses Gemisch in der Sonne trocknet. „Bei konzentrierenden Kraftwerkssystemen ist Verschmutzung eine besondere Herausforderung, da die Streuung der Sonneneinstrahlung an den Staubpartikeln zu hohen Ertragsverlusten führt“, erklärt Gregor Bern, Gruppenleiter Konzentrierende Kollektoren und Optiken am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE).
Verschmutzungen minütlich messen
Um diesem Problem Herr zu werden, haben die Forscher des Fraunhofer ISE gemeinsam mit den Entwicklern von PSE Instruments, TSK Flagsol Engineering und Dornier Suntrace ein vollautomatisches Gerät zur Verschmutzungsmessung entwickelt. Dieses könne automatisiert und kosteneffizient täglich den Verschmutzungsgrad im laufenden Kraftwerksbetrieb messen, betont Bern. Mit den Daten aus dem Verschmutzungsmonitoring, das mit dem Messgerät möglich wird, können die Betreiber der Kraftwerke in Zukunft die Reinigungszyklen besser planen und damit Wirtschaftlichkeit der Anlagen erhöhen.
Testspiegel zeigt den Verschmutzungsgrad an
Das Messgerät basiert auf einem automatisierten Reflektometer. Dieses misst den Verschmutzungsgrad eines kleinen Spiegels, der wie die Parabolrinnen des Kraftwerks ausgerichtet ist und durch die Umwelteinflüsse über die Zeit im gleichen Maße verstaubt, wie die großen Spiegel. Ein Schwenkarm führt diesen kleinen Spiegel ein Mal stündlich automatisch an einem Schwenkarm zu einer Messöffnung. Dort wird der Reflexionsgrad durch eine vom Fraunhofer ISE entwickelte optische Messtechnik bestimmt.
Dieser Reflexionsgrad wird dann mit einem Referenzspiegel abgeglichen, der geschützt im Messgerät untergebracht ist und so staubfrei bleibt. Aus der Differenz der beiden Reflexionsgrade kann die tatsächliche Verschmutzung der Spiegel des Kraftwerks abgeschätzt werden.
Daten werden online übertragen
Das Gesamtsystem mit Mechanik und einem Datenlogger wurde von PSE Instruments entwickelt. „Ziel war es, ein komplett autonom arbeitendes Messsystem mit einer Onlineanbindung zur Datenübertragung zu schaffen, da solarthermische Anlagen oft in abgelegenen Regionen und auf einer großen Fläche installiert werden“, sagt Jan Steinmetz, Leiter der Abteilung Test Equipment bei PSE Instruments.
Das Gerät ist derzeit zu ersten Feldtests in einem Parabolrinnenkraftwerk in Kuwait im Einsatz und soll noch in einem solarthermischen Turmkraftwerk getestet werden. Wenn diese Tests erfolgreich verlaufen, werden die Projektpartner das Messgeräts sowohl für die Solarthermie als auch für die Photovoltaik auf den internationalen Markt bringen.
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