In einem Turmkraftwerk werden mehrere Tausend oder sogar Hunderttausend Spiegel um einen zentralen Absorber (Receiver) angeordnet. Ihre Ausrichtung ist maßgeblich für den Ertrag der Solarthermie-Anlage, die die Energie in Dampf umwandelt und damit Turbinen betreibt. Bislang ist die Ausrichtung der einzelnen Heliostaten allerdings extrem aufwendig und zeitintensiv. Das Projekt „HelioControl“ des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) will das künftig ändern.

Bislang ist es nur möglich, eine Spiegel-Sollposition durch die Sonnenstandsalgorithmen in der Steuerung vorzugeben. Allerdings ist während des Anlagenbetriebs nicht bekannt, ob es Abweichungen zwischen Soll- und Ist-Koordinaten der Zielpunkte der Heliostaten gibt und wie groß die Abweichung gegebenenfalls ist.

Kamerasystem soll Kalibrierung erleichtern

Im vom BMWi geförderten Forschungsprojekt kam nun ein kamerabasiertes Kalibrier- und Regelungssystem für die Heliostatenfelder zum Einsatz. Dabei werden im laufenden Betrieb die Zielpunkte einzelner Spiegel aus der Gesamtstrahlungsdichteverteilung ermittelt. Von dem bestrahlten Receiver wird mit einer Kamera ein Video aufgenommen. Durch die Modulation einer periodischen Bewegung des Spiegels wird eine Signatur in die Strahlungsdichteverteilung am Receiver eingebracht, durch die der Beitrag des einzelnen Spiegels identifiziert werden kann. Durch die Verwendung unterschiedlicher Frequenzen können so die Zielpunkte mehrerer Spiegel gleichzeitig bestimmt werden.

Für die neue Methode entwickelte das Projektteam des Fraunhofer ISE eine Software, die das parallele Vermessen der Zielpunkte im laufenden Betrieb erlaubt. Nach dem Test im Labor wurde das System im Heliostatenfeld des Themis-Turmkraftwerks in Frankreich eingesetzt. Mit überzeugenden Ergebnissen – denn die aus den Bildern ermittelten Zielpunkte liegen in der Regel nur wenige Millimeter neben dem tatsächlichen Zielpunkt.

Eine Stunde statt Wochen

Mit der neuen Methode könnten Anlagenbetreiber künftig jede Menge sparen. Laut Fraunhofer ISE könne „HelioControl“ bis zu zwei Heliostaten pro Sekunde vermessen. Ein Kraftwerk mit 7400 Spiegeln könnte in weniger als einer Stunde statt wie bisher über mehrere Wochen rekalibriert werden. (lm)