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DLR-Forscher eichen auf der Plataforma Solar de Almería in Südspanien Messstationen, die für ein Messnetz in einigen Ländern in Nordafrika zum Einsatz kommen.
© DLR
Meteorologische Forschungsstation
10.06.2013

Auf der südspanischen Plataforma Solar de Almería haben Forscher des DLR und CIEMAT eine meteorologische Forschungsstation in Betrieb genommen.
© DLR (CC-BY 3.0)

Messgeräte für Solarkraftwerke testen

Die Anforderungen an Messgeräte für solarthermische Kraftwerke sind hoch. Die Geräte messen unter anderem wie viel Sonnenstrahlung auf die Spiegel oder Receiver trifft und ob die Luft häufig durch Wüstenstaub getrübt ist. Sie sollen dem Wüstenklima standhalten und auch in abgelegenen Regionen präzise Daten liefern – bei niedrigem Wartungsaufwand. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) testet für diesen Zweck nun Messgeräte und -methoden in einer meteorologischen Forschungsstation in Südspanien.

Spiegel von Solarkraftwerken reflektieren die direkten Sonnenstrahlen so exakt, dass diese beim Receiver ankommen und in Wärme umgewandelt werden. Die Diffusstrahlung, die auf dem Weg durch die Atmosphäre von Wassertropfen oder Wüstensand  gestreut wird, wird von den Spiegeln nicht fokussiert und ist für den Kraftwerksprozess daher nicht nutzbar.

Solarkraftwerke gibt es naturgemäß vor allem in sonnenreichen Wüstenregionen. In diesen Gebieten gibt es oft kleine Partikel in bodennahen Luftschichten, sogenannte Aerosolpartikel, die die Sonnenstrahlung schwächen. Zudem verschmutzen sie die Spiegel, was ebenfalls die Kraftwerksleistung herabsetzt. Verlässliche Daten für geeignete Standorte spielen daher eine große Rolle bei der Planung. Im Projekt Meteorological Station for Solar Technologies – kurz METAS – testen die Forscher Messgeräte, die auch im rauen Wüstenklima ohne große Wartungsarbeiten zum Einsatz kommen können.

Betreiber brauchen für die Kraftwerksplanung genaue Informationen über die meteorologischen Gegebenheiten am jeweiligen Standort, ehe sie entscheiden, wie groß sie ein Kraftwerk für eine bestimmte Ausgangsleistung bauen müssen. Forscher des DLR und des spanischen Solarforschungszentrums Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT) haben auf der Plataforma Solar de Almería in Südspanien eine meteorologische Forschungsstation in Betrieb genommen. Die Wissenschaftler untersuchen dort verschiedene Messmethoden und sammeln Daten, um eine optimale Kraftwerksplanung zu ermöglichen.
Damit die Forschungsdaten weltweit besser vergleichbar sind, erarbeiten die Forscher in METAS auch internationale Richtlinien und Standards.

Aerosolkonzentration bestimmt Auslegung von Turmkraftwerken

Bei Turmkraftwerken beträgt der Weg der Lichtstrahlen von den Spiegeln bis zum Receiver an der Spitze des Turms für kommerzielle Kraftwerke zum Teil mehrere Kilometer. Bei einer hohen Konzentration an Aerosolpartikeln können auf dieser Wegstrecke Lichtstrahlen merklich absorbiert und gestreut werden. Mit dem lasergestützten LIDAR-Messsystem (Light Detection And Ranging) messen die Wissenschaftler den Aerosolgehalt und eine vertikale Verteilung. Die Forscher können so unterscheiden, ob es sich bei den Partikeln um Meersalze, mineralischen Wüstenstaub oder Ruß handelt.

„Regionen mit einer klaren Atmosphäre sind geeignete Standorte für Turmkraftwerke mit einem großen Heliostatenfeld. In Regionen mit höherer Aerosolkonzentration in der bodennahen Atmosphäre sind unter Umständen mehrere kleine Kraftwerke sinnvoller“, sagt Natalie Hanrieder, Wissenschaftlerin am DLR-Institut für Solarforschung auf der Plataforma Solar de Almería.
In METAS testen die Forscher neben dem LIDAR-Messsystem das Rotating Shadowband Irradiometer (RSI), welches die globale und diffuse Solarstrahlung mit Hilfe eines um den Sensor rotierenden Schattenbandes misst. Daraus bestimmen die Wissenschaftler dann die für konzentrierende Solarkraftwerke wichtige Direktstrahlung.

Daneben werden noch das Sonnenphotometer und das Ceiliometer im Projekt getestet. Ein Sonnenphotometer misst die direkte Solarstrahlung, indem es der Sonne im Tagesverlauf nachgeführt wird und die aktuelle Trübung der Atmosphäre infolge von Aerosolpartikeln zwischen dem Photometer und der Sonne sowie die Konzentration der Atmosphärenbestandteile analysiert. Das Ceiliometer sendet vertikal Laserstrahlen in die Atmosphäre. Die durch die Wassertropfen wieder zurück gestreute Laserstrahlung zeigt an, wie hoch und dick verschiedene Wolkenschichten sind.

(ad)

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CIEMAT PSA