Windlasten im Solarfeld – eine Masterarbeit in der Sonne Andalusiens

In der Provinz Almería im Süden Spaniens hat das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) – Institut für Solarforschung Zugang zur „Plataforma Solar de Almería“ des spanischen Forschungszentrums CIEMAT. Forscherinnen und Forscher nutzen hier die Kraft der Sonne, um Hochtemperatur-Solartechnologien unter praxisnahen Bedingungen zu testen und zu verbessern. Laura Paulus von der Hochschule Hof schreibt dort derzeit ihre Masterarbeit und berichtet für „campuls-digital“.

Ein Blick aus dem Fenster, mitten rein in den trüb-feuchten deutschen Februar, verrät: Es gibt wohl gerade im Wintersemester schlechtere Orte, um seinen Masterabschluss zu bauen als das sonnenreiche Andalusien. Für Laura Paulus ist das warme Wetter in der südlichsten spanischen Region aber natürlich nur ein angenehmer Nebeneffekt: Im Auftrag des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) arbeitet sie derzeit intensiv an ihrer Abschlussarbeit. Dabei geht es um Windmessungen innerhalb eines großen Solarfeldes von CIEMAT und die daraus resultierenden mechanischen Belastungen auf die Solarspiegel. Betreut wird die Arbeit intern von Dr. rer. nat. Natalie Hanrieder, langjährige Mitarbeiterin am Standort Almeria, sowie hochschulseitig von Prof. Dr.-Ing. Tobias Plessing, Leiter des Instituts für Wasserstoff und Energietechnik der Hochschule Hof (iwe).

Der Traum vom Auslandsaufenthalt

Für Laura Paulus erfüllte sich mit der Annahme ihrer Bewerbung ein langgehegter Wunsch: „Ich wollte vor dem Ende meines Studiums unbedingt noch einmal ins Ausland gehen. Und da ich bereits alle Prüfungsleistungen absolviert hatte, dachte ich dabei an eine Art Praktikum, über das ich meine Masterarbeit schreiben könne. Thematisch hatte ich dabei immer an das Feld der erneuerbaren Energien gedacht. Eingeschränkt war ich nur insoweit, als dass ich neben Deutsch nur Englisch fließend spreche.“ Trotzdem gestaltete sich die Suche weit schwieriger als gedacht. Viele Bewerbungen scheiterten und brachten die Masterandin fast schon soweit, den Gedanken an eine Abschlussarbeit im Ausland komplett aufzugeben. Dann allerdings stolperte sie schon fast zufällig über das Angebot des DLR:

Das Thema hat einfach gepasst und wäre bei einer Suche innerhalb Deutschlands ohnehin mein Favorit gewesen. Dass die Arbeit bei einer deutschen Forschungseinrichtung mich am Ende doch noch ins Ausland führt, war dann wohl ein glückliches Schicksal.”

Laura Paulus

Weltweit führendes Testzentrum

Nach der Annahme ihrer Bewerbung ging es für sie rasch mit dem Flugzeug nach Malaga und von dort weiter mit dem Bus nach Almeria, wo sie nun sehr zentral wohnt und arbeitet. Auf der „Plataforma Solar de Almería“ (PSA), etwa 40 km vor den Toren der Stadt, finden sich unterschiedlich geformte Solarspiegel auf mehr als 20.000 Quadratmetern und in verschiedenen Testeinrichtungen.

Dort finden sich unterschiedlich geformte Solarspiegel auf mehr als 20.000 Quadratmetern und in verschiedenen Testeinrichtungen. Die Spiegel konzentrieren die direkte Solarstrahlung zur Erzeugung hoher und höchster Temperaturen. Diese in der kargen Landschaft teilweise futuristisch anmutenden Anlagen bilden das aktuell größte europäische und in seiner Vielfalt auch weltweit führende Testzentrum für konzentrierende Hochtemperatur-Solartechnik. Eigentümer und Betreiber der PSA ist das spanische Forschungszentrum CIEMAT, ein langjähriger Kooperationspartner des DLR. Das DLR war an Planung und Aufbau der PSA maßgeblich mitbeteiligt und nutzt es mit vor Ort stationiertem wissenschaftlichem Personal für die eigenen solartechnischen Test- und Entwicklungsarbeiten.

Auswertung von Windlasten auf Solarspiegel

Teil des DLR-Teams, das aus Forschenden der Bereiche Maschinenbau, Energietechnik, Meteorologie, sowie Elektro- und Umweltechnik besteht, ist nun auch Laura Paulus. Sie erläutert: „Ich bin im Bereich der Solarturm-Kraftwerke tätig. Dort konzentrieren Heliostaten die Sonneneinstrahlung auf einen Punkt des Turmes, den sogenannten Receiver. Die Energie der Sonne wird dort – meist über eine Dampfturbine und Gasexpansionsturbine – zur Stromerzeugung genutzt. Bei meinem Abschlussthema geht es um ein Forschungsprojekt, das gemeinsam mit dem Fraunhofer IEE und einem etablierten Heliostatenhersteller durchgeführt wird.

Im größten Heliostatfeld wurden über mehrere Monate hinweg Windmessungen durchgeführt, die ich aktuell auswerte.“ Das Ziel der Messungen sei es, durch die Analyse der Daten Aussagen über die Windlasten im Heliostatfeld treffen zu können. So könnte man im Idealfall die Auslegung der Heliostaten optimieren und zukünftig diverse Kosten einsparen. Prof. Dr.-Ing. Tobias Plessing berichtet zu dem Thema:

Das Forschungsthema ist beispielsweise auch in den USA gerade sehr aktuell und soll längerfristig nicht nur bei Heliostatfeldern oder Parabolrinnen-Kraftwerken Anwendung finden.“

Prof. Dr.-Ing. Tobias Plessing

Dr. rer. nat. Natalie Hanrieder ergänzt:

Auch in anderen Bereichen der Solarenergie – wie beispielsweise bei Agrivoltaik-Anlagen – sind Windlasten innerhalb der Anlagen ein wichtiges Thema. Die Einbindung von Photovoltaik in die Landwirtschaft ist übrigens ein weiterer größerer Forschungsschwerpunkt des DLR in Almeria, immerhin gibt es in der Region so viele Gewächshäuser, dass diese sogar aus dem All erkennbar sind.“

Dr. Natalie Hanrieder

Neben der Messung von Windlasten beschäftigt sich das DLR-Forschungsteam auch mit weiteren Aspekten der Solarnutzung: Mittels Drohnen und KI sollen bestehende Problemstellungen weiter erleichtert werden – wie beispielsweise das Erkennen von Verschmutzungen an den Solarspiegeln oder Photovoltaikmodulen oder durch Verbesserung des sogenannten Nowcastings (Kürzestfrist-Strahlungsvorhersage).

Freizeitgestaltung

Angesprochen auf die Vorteile des Standortes gerät Laura Paulus ins Schwärmen: „Was ich hier sehr zu schätzen weiß: Es ist üblich in der Mittagspause gemeinsam Tapas essen zu gehen. Dort wechseln wir uns zwischen verschiedenen Tapas-Bars ab und können uns je nach Abenteuerlust einmal quer durch die Speisekarte probieren. Nur Vegetarier und Veganer haben es hier schwer, denn die Küche ist nämlich traditionell sehr fleisch- bzw. fischlastig. Aber auch nach der Arbeit kann man viel machen: Gemeinsames Volleyballspielen oder Slacklining am Strand vor meiner Haustüre, Klettern bzw. Bouldern oder auch einfach die Stadt genießen, die ein großartiges spanisches Flair versprüht. Insbesondere die maurische Festung Alcazaba direkt neben dem Stadtzentrum ist sehr sehenswert. Am Wochenende locken dann Ausflüge nach Granada, Malaga, Barcelona, Madrid, Sevilla, Cordoba, Cadiz, Gibraltar und sogar nach Marokko. Allerdings muss man dabei meist auf den Fernbus oder Carsharing zurückgreifen, denn Züge fahren hier kaum.“

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