Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat ein Konzept entwickelt, um solarthermische Kraftwerke (CSP) in Zukunft weitgehend autonom zu betreiben. Erfolgreich erprobt haben die Forschenden das Konzept mit dem Solarturmkraftwerk des DLR in Jülich. Der autonome Betrieb solcher Kraftwerke, aber auch von solarthermischen Heizwerken hat das Potenzial, sie effizienter, zuverlässiger und wirtschaftlicher zu machen.

„Bisher steuert man solche Kraftwerke weitgehend manuell. Anhand von Wettervorhersagen, aktueller Wetterlage, Zustand der Anlage und benötigter Leistung wird geplant, wann man sie hoch- und runterfährt und wie die Heliostaten ausgerichtet werden, um einen bestimmten Temperaturbereich zu halten“, sagt Projektleiterin Inga Miadowicz vom DLR-Institut für Solarforschung. Dabei gelte es, eine Vielzahl an Kontroll-, Kamera- und Messsystemen ständig im Blick zu behalten. Denn nur so könne man schnell reagieren, wenn sich die Wetterbedingungen ändern. Das sei wichtig, damit die Zieltemperatur für die Wärmeerzeugung konstant gehalten werden kann. Gleichzeitig müsse man die Komponenten der Anlage vor Überhitzung bei besonders intensiver Sonneneinstrahlung oder zu schnellem Abkühlen bei Bewölkung schützen.

Für den autonomen Betrieb haben die DLR-Forschenden ein Gesamtkonzept entworfen, das vier Ebenen verbindet. Dazu zählen das solarthermische Kraftwerk einschließlich aller Komponenten, umfangreiche Mess- und Kontrollsysteme in Form von Sensoren und Kameras, eine digitale Plattform, um die große Menge an Daten zu verarbeiten, alles zu vernetzen, zu visualisieren und zu überwachen und schließlich ein sogenannter intelligenter Agent. Dieser plant auf Grundlage der vorliegenden Daten den Betrieb des Kraftwerks und führt ihn selbstständig durch. Das Anlagen-Personal überwacht den autonomen Betrieb nur noch und muss nicht mehr vor Ort sein. Denn grafische Oberflächen geben Einblicke in die wichtigsten Prozesse und Betriebsdaten und ermöglichen das Eingreifen aus der Ferne.

DLR sieht Vorteile beim autonomen Betrieb solarthermischer Kraftwerke

Einen wichtigen Pluspunkt des autonomen Betriebs sehen die Expert:innen des DLR in der erhöhten Effizienz: „Softwarelösungen optimieren den Betrieb kontinuierlich und werten dazu umfassende Messdaten aus. So kann für jede Situation der jeweils beste Betriebszustand angefahren werden. Ein Mensch kommt angesichts der großen Datenmenge und komplexen Vorgänge schnell an seine Grenzen“, sagt Inga Miadowicz. Außerdem erfassen eine Vielzahl von Messsystemen den Zustand aller Anlagenteile während des Betriebs sehr detailliert. Intelligente Algorithmen erkennen Fehler oder potenzielle Ausfallrisiken und regeln den Betrieb möglichst effizient und materialschonend. Das gilt nicht nur für große solarthermische Kraftwerke zur Stromerzeugung, sondern auch für kleinere konzentrierende Solarthermie-Anlagen, die Prozesswärme mit hohen Temperaturen erzeugen. Letztere nutzen vermehrt Unternehmen, um Wärme aus erneuerbaren Quellen zu erzeugen. Vor allem hier bieten autonome Systeme den Vorteil, dass sich der Personaleinsatz vor Ort minimieren lässt.

Digitaler Zwilling als Voraussetzung

Damit der Kraftwerksbetrieb weitgehend autonom erfolgen kann, hat das DLR-Team zunächst die ganze Anlage digital nachgebildet und zu einem Gesamtsystem verbunden. Es beinhaltet die vielfältigen Komponenten unterschiedlicher Hersteller, die komplexen Abläufe und die jeweils wetterabhängige Umgebungssituation. „Denn nur mit solch einem ‚digitalen Zwilling‘ lassen sich die Potenziale des automatisierten Betriebs umfassend nutzen“, sagt Miadowicz. „Gleichzeitig war das eine der größten Herausforderungen im Projekt.“

Im Herbst 2025 gelang es dem Forschungsteam erstmals der vollständig autonome Betrieb der Solartürme in Jülich – einer in Europa einzigartigen Großforschungsanlage, die Anlagen im industriellen Maßstab gut abbilden kann. Das Kraftwerk war insgesamt 30 Stunden vollständig autonom bei unterschiedlichen Wetterbedingungen in Betrieb. Dabei konnte das DLR-Team umfassende Daten sammeln, um das autonomen Kraftwerkkonzepts zu evaluieren. lm nächsten Schritt wollen die Forscherinnen und Forscher die Effizienzgewinne messen, um das Potenzial ihres Konzepts besser beurteilen und ausbauen zu können.

Quelle: DLR | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH