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29. April 2020

Warum internationale Standards für Bauteile von Solarkraftwerken wichtig sind

Der reibungslose Kraftwerksbetrieb setzt verbindliche Richtlinien für die Produktion von Spiegeln oder Receivern voraus. Diese sind derzeit in Arbeit.

Ob Auto, Rasenmäher oder Küchenmaschine: Richtlinien garantieren bestimmte Qualitätsstandards. Das bekannte GS-Prüfzeichen oder die Zertifizierung „TÜV geprüft“ bedeuten beispielsweise, dass ein Produkt oder ein Produktionsablauf vorab festgelegte Tests erfolgreich durchlaufen hat. Was für viele technische Geräte seit langem existiert, wird für Bauteile von Solarkraftanlagen noch erarbeitet. Testlabore und Prüfmethoden existieren. International verbindliche Standards sind jedoch für viele Komponenten noch nicht definiert. Daher lassen sich die Ergebnisse der verschiedenen Testeinrichtungen nicht unbedingt vergleichen. Für Generalunternehmer und Betreiber von Solarkraftwerken eine Krux: Nur auf Basis von weltweit einheitlichen Prüfmethoden und Standards können sie die Produktqualität und -kosten verschiedener Anbieter vergleichen.
 
Mit dem QUARZ-Zentrum besitzt das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Köln eines der weltweit anerkannten Testlabore für Komponenten von Solarkraftwerken. Dort können Entwickler, Produzenten und Zulieferer ihre Bauteile testen lassen. Werden Receiver, Spiegel oder andere Komponenten präzise produziert? Halten diese den definierten Dauerbelastungen stand? Und wird der optimale optische Wirkungsgrad auch wirklich erzielt? Geprüft wird von unabhängigen Expertinnen und Experten. Dadurch können Hersteller hohe Qualität ihrer Produkte gegenüber ihren Kunden belegen.

Realitätsnahe Tests mit international verbindlichen Prüfmethoden gewünscht

Darüber hinaus entwickeln und optimieren Wissenschaftsteams im QUARZ-Zentrum Teststände und Prüfmethoden in Forschungsprojekten. Ziel ist es, neue Messmethoden zu entwickeln und bereits etablierte Prüfmethoden zu optimieren. Diese werden von den Fachleuten dann in nationalen und internationalen Normierungsgremien zur Diskussion gestellt und im optimalen Fall als Prüfstandard festgelegt. „Auf internationaler Ebene machen Techniker immer wieder die Erfahrung, dass einfachere Prüfverfahren als Kompromiss akzeptiert werden“, erklärt Björn Schiricke, Gruppenleiter beim DLR. „Die dort erzielten Laborergebnisse entsprechen aber häufig nicht der Betriebsrealität.“ Um möglichst realitätsnahe Vorhersagen treffen zu können, sind häufig aufwändigere Verfahren notwendig. Denn für Betreiber von Solarkraftwerken ist nicht nur die Vergleichbarkeit der Testergebnisse relevant. Sie wünschen auch Messergebnisse, die unter realitätsnahen Bedingungen entstanden sind.

Auf dem Bild ist ein Teststand im DLR-Quarz-Labor in Köln zu sehen, der den thermischen Wirkungsgrad von Parabolrinnenreceivern überprüft.

Im DLR-Quarz-Labor kann unter anderem der thermische Wirkungsgrad von Parabolrinnenreceivern geprüft werden.

Teststände und Prüfmethoden optimiert

Im Forschungsvorhaben QUARZ-Zert haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vom DLR gemeinsam mit Partnern beispielsweise geeignete Teststände und Prüf- beziehungsweise Berechnungsmethoden für Parabolrinnen-Receiver und Spiegel optimiert. Diese tragen dazu bei, dass der Betrieb der Solarkraftwerke reibungslos und möglichst effizient funktioniert. Dann kann der Strom günstiger produziert und an die Verbraucher abgegeben werden.
 
Konkret haben die Fachleute im Forschungsprojekt unter anderem einen Prüfstand entwickelt, mit dem der optische und thermische Wirkungsgrad von Parabolrinnen-Receiverrohren präziser gemessen werden kann. Auch ein Spiegel-Prüfstand wurde verbessert. Mit diesem können kleinste Abweichungen von der optimalen Spiegelgeometrie entdeckt werden, sodass die Solarstrahlung möglichst effizient auf dem Receiver gebündelt wird. Außerdem haben die Forscherinnen und Forscher konkrete Belastungen für die Spiegel im eingebauten Zustand unter realistischen Betriebsbedingungen analysiert sowie Produktprüfverfahren definiert. QUARZ-Zert ist vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie von 2015 bis 2018 mit insgesamt 1,9 Millionen Euro gefördert worden.

Ziel: das QUARZ-Labor als offizielle Prüfinstitution etablieren

Die erfolgreiche Arbeit in QUARZ-Zert wird nun im DLR-Nachfolgeprojekt QUARZ-Akkr - Akkreditierungsreife von Komponententests für solarthermische Kraftwerkstechnik fortgesetzt. „Unser Ziel ist es, das QUARZ-Labor bei der Deutschen Akkreditierungsstelle als Prüflabor nach internationalem Standard DIN EN ISO/IEC 17025 akkreditieren zu lassen. Außerdem werden wir unsere wichtigsten Prüfmethoden in nationale und internationale Gremien einbringen“, berichtet Johannes Pernpeinter, Projektleiter am DLR. Foren hierfür sind zum Beispiel die jährlich stattfindenden SolarPACES-Workshops. Dort werden unter anderem Richtlinien für Standards wissenschaftlich vorbereitet.
 
Von den realitätsnahen und anspruchsvollen DLR-Prüfungen profitieren die deutschen Anlagebauer. Thermische Solarkraftwerke können mangels Sonnenintensität zwar nicht in Deutschland als regenerative Energiequelle für Strom genutzt werden. Aber komplette Kraftwerke und Kraftwerkskomponenten „made in Germany“ werden erfolgreich rund um den Globus exportiert.

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