AVUSpro – Automatisierte in situ Messung von Verschmutzung zur Standortbewertung und im Betrieb solarthermischer Kraftwerke

Laufzeit: 07/2019 - 04/2023
Auftraggeber / Zuwendungsgeber:
Projektträger Jülich; Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)
Kooperationspartner: PSE AG; Suntrace GmbH; TSK Flagsol Engineering GmbH
Projektfokus:
© Fraunhofer ISE
Zwei Prototypen des AVUS Messgerätes im Feldtest im Solarkraftwerk „Andasol 3“ in Südspanien. Oben der exponierte Spiegel am Schwenkarm (oben rechts). An der Stirnseite unten die Öffnung zur Messung, zu der die Probe regelmäßig geschwenkt wird.
AVUS-Gerät am Teststand in Hochdorf
© Fraunhofer ISE
AVUS-Gerät am Fraunhofer ISE Teststand in Freiburg, Hochdorf. Vergleichsmessung mit PV-Soiling Messgeräten.
AVUSPro - Cleanliness (Sauberkeit) und Verschmutzungsrate
© Fraunhofer ISE
Cleanliness (Sauberkeit) und Verschmutzungsrate über die Zeit, gemessen am Standort Freiburg Hochdorf. An einem Kraftwerksstandort erlauben diese Datensätze die Optimierung von Reinigungszyklen.

Im Projekt »AVUSPro« wird ein Gerät zur automatisierten Erfassung von Verschmutzung weiterentwickelt und Prototypen an Standorten mit unterschiedlichen Umwelt-bedingungen erprobt. Weiter werden Methoden zur verbesserten Standortcharakterisierung und zum verbesserten Betrieb solarthermischer Kraftwerke entwickelt. Hier sind zum Beispiel die optimierte Reinigung und die Analyse von Verschmutzungsprozessen wichtige Bausteine.

Die Verschmutzung von Spiegeln oder Absorber-Elementen ist stark standortspezifisch und kann sogar innerhalb eines Kraftwerksstandorts signifikant variieren. Die verantwortlichen Prozesse hängen stark von der regionalen und lokalen Beschaffenheit der Erdoberfläche, natürlichen und anthropogenen Emissionen in der Umgebung und den Wetterbedingungen ab. Dies führt zu hohen Unsicherheiten bei der Ertragsprognose und bei den Betriebskosten. Da die mit Unsicherheiten verbundenen Finanzierungskosten, Ertragsminderungen sowie Kosten für Reinigung im Betrieb einen signifikanten Beitrag zur Wirtschaftlichkeit solarer Kraftwerke darstellen, ist eine bessere Kenntnis der Verschmutzungscharakteristika und -raten wichtig für Standortwahl und Qualifizierung eines Kraftwerksprojekts. Mit immer geringer werdenden Installationskosten gewinnt das Thema Betriebskosten zunehmend an Gewicht. Eine automatisierte und kosteneffiziente tägliche Bestimmung des Verschmutzungsgrades im Kraftwerksbetrieb ermöglicht die Optimierung von Reinigungszyklen und die verbesserte Kurzzeitprognose des Ertrags während des Betriebs. Das für größere Praxistauglichkeit noch weiter zu entwickelnde AVUS-Messgerät trägt durch Risikominderung und Betriebsoptimierung zur weiteren Senkung der Kosten solarer Stromerzeugung bei. Prototypen wurden im Projekt AVUS (FKZ 0325693) entwickelt und erfolgreich getestet, allerdings wurde weiterer Forschungsbedarf identifiziert, den das vorliegende Projekt adressiert. Unter anderem wird das mobile Reflektometer pFlex weiterentwickelt und ein Kamera-basiertes Verfahren getestet.

Das Projekt zielt auf die Hebung von Kostenpotentialen auch unter Einfluss extremer Umweltbedingungen, wie sie an ertragsstarken Wüstenstandorten auftreten. Um diesen Ansprüchen gerecht zu werden, wird an mindestens zwei Standorten relevanter Klimazonen getestet. Methoden zur Standortcharakterisierung bei unterschiedlichen Umwelteinflüssen in maritimen und kontinentaleren, ariden Umgebungen werden verbessert. Da sich Standorte stark unterscheiden können hinsichtlich Verschmutzung und weiterer Charakteristika, ist für eine Verwertung der Funktionsnachweis von Gerät und Methoden an verschiedenen Standorten notwendig. Aus den Feldmessdaten und Kraftwerksparametern lassen sich optimierte Reinigungstechniken und -zyklen ermitteln, um den Ertrag zu erhöhen und gleichzeitig die Kosten und den Wassereinsatz zu minimieren.

Im Projektverlauf wurden tragbare pFlex Reflektometer an zwei Betreiber von CSP Anlagen geliefert. In einem kommerziellen Kraftwerk und einer Forschungsanlage werden in verschiedenen Klimazonen und Anwendungen Nutzererfahrungen gesammelt, die in weitere Entwicklungen einfließen können. 

Erste Ergebnisse von Prototypen des AVUS-Messgerätes zur automatisierten Erfassung von Verschmutzung und Verschmutzungsraten wurden im Testbetrieb am Fraunhofer ISE eigenen Standort in Freiburg-Hochdorf erhoben und demonstrieren die Funktionsweise des Gerätes (Abbildung 3). Im weiteren Verlauf wurden drei Geräteprototypen an verschiedenen Stellen im Kraftwerkskomplex Shagaya in Kuwait aufgebaut, um auch räumliche Variationen der Verschmutzungsraten zu erfassen. Ein zweiter Standort zum Test der Prototypen in Chile wird geprüft. 

Weitere Informationen zu diesem Forschungsthema:

Forschungsprojekt

AVUS

Automatisierte In-situ Messung von Verschmutzungsraten und -spektren

Geschäftsfeldthema

Konzentrierende Kollektoren

Geschäftsfeldthema

Solarthermische Kraftwerke

Geschäftsfeld

Solarthermische Kraftwerke und Industrieprozesse