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Schneller am Netz dank Flugdrohne

Hobbypiloten nutzen sie, um spektakuläre Bilder zu schießen. Nun sollen sie bei der Energiewende helfen: Unbemannte Luftfahrzeuge, sogenannte Quadrocopter, könnten die Inbetriebnahme von solaren Turmkraftwerken erheblich verkürzen.

Ein halbes Jahr oder länger dauert es in der Regel, bis die riesigen Spiegelfelder von solaren Turmkraftwerken richtig eingestellt sind. Mit Hilfe von Flugdrohnen könnte das künftig in ein bis zwei Wochen erledigt sein. "Mit der richtigen Kombination aus hoher Bildauflösung, guter Datenverarbeitung und exakten Flugmanövern sollen die Quadrocopter Solar-Felder von bis zu 60.000 Spiegeln innerhalb weniger Tage optimal ausrichten", erklärt Christoph Prahl vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), Leiter des Verbundprojektes HelioPoint. Die Inbetriebnahme solarer Turmkraftwerke würde dadurch voraussichtlich stark beschleunigt, der erneuerbare Strom ginge etwa sechs Monate schneller ans Netz.

Solare Turmkraftwerke erzeugen Strom durch thermische Verfahren aus Sonnenwärme – im Gegensatz zu Photovoltaik-Anlagen, die Sonnenlicht direkt in Strom umwandeln. Zahlreiche Konzentratorspiegel, Heliostate genannt, lenken in diesen Kraftwerken das Sonnenlicht auf die Spitze eines Turmes. Dort befindet sich der zentrale Empfänger beziehungsweise Receiver, in dem die konzentrierte Solarstrahlung absorbiert und in Hochtemperatur-Wärme umgewandelt wird.

Die leicht gewölbten Spiegel, die für solare Turmkraftwerke genutzt werden, müssen das Sonnenlicht exakt auf den Receiver reflektieren, denn sonst kann die Energie nicht optimal genutzt werden. Hinzu kommt, dass konzentriertes Sonnenlicht, das auf die falsche Stelle trifft, eine Gefahr für den Betrieb der Anlage darstellt.

Fliegende Rechner steuern Spiegel

Im Projekt HelioPoint planen die Projektpartner, die Quadrocopter für ihr neues Einsatzgebiet so aufzurüsten, dass sie als fliegende Rechner fungieren, auf denen große Datenströme online verarbeitet und gespeichert werden können. Am Ende soll ein zweistufiges Verfahren entstehen. Stufe 1: Die Kamera nimmt die 3D-Koordinaten sämtlicher Spiegel auf. Stufe 2: Ein Zielpunkt aus farbigen und leistungsstarken LEDs wird an der Drohne angebracht. Durch die Reflexion dieser LEDs am Spiegel kann das Programm die Ausrichtung der Spiegel mit hoher Genauigkeit ableiten.

Bisher sieht das Verfahren noch ganz anders aus: Jeder Spiegel wird einzeln mit Hilfe natürlicher Sonnenstrahlung zum Turm ausgerichtet. Hierbei muss der Verlauf der Sonne über den Tag und auch über das Jahr hinweg berücksichtigt werden. "Mit dem Einsatz der Drohne und der integrierten LEDs wäre die Einstellung des Spiegelfeldes zukünftig sowohl unabhängig vom Sonnenlicht als auch vom Bau des Turmes, der in der Regel von anderen Unternehmen ausgeführt wird", hofft Prahl. Deutsche Unternehmen seien damit in der Lage, Spiegelfelder schlüsselfertig und mit Performance-Garantie an den Betreiber zu übergeben. Nicht zuletzt müsse an der Anlage selbst, also an Turm und Spiegelfeld, nichts zusätzlich installiert werden – womit das Verfahren unabhängig vom Baufortschritt anderer Teile des Kraftwerks eingesetzt werden kann.

Förderung durch das BMWi

Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) fördert das Projekt HelioPoint mit rund 700.000 Euro. Weitere Projektpartner sind neben dem DLR die Unternehmen CSP Services GmbH, sbp Sonne GmbH und TeAx Technology UG. Solarthermische Kraftwerke befinden sich in Regionen mit viel direktem Sonnenlicht, wie etwa in Spanien oder der MENA-Region (Nahost oder Nordafrika).

HelioPoint ist eines von 3.655 Forschungsprojekten, die das BMWi im vergangenen Jahr im Bereich der erneuerbaren Energien und der Energieeffizienz gefördert hat. Weitere innovative Forschungsprojekte finden sich im BMWi-Jahresbericht "Innovation durch Forschung 2017", der soeben erschienen ist und auf mehr als 140 Seiten Forschungsprojekte und -ergebnisse vorstellt, die dazu beitragen, die klima- und energiepolitischen Ziele der Bundesregierung umzusetzen.