Deutschlands einziger Solarturm kämpft mit seinen Spiegeln – KI soll helfen

In Jülich steht ein Kraftwerk, das aussieht, als käme es aus einer Zukunft, die nie richtig begonnen hat. Mehr als 2000 Spiegel richten sich dort nach der Sonne. Sie werfen das Licht auf einen Turm, an dessen Spitze es heißer wird als in manchem Industrieofen: mehr als 700 Grad Celsius.

Die Idee dahinter ist verlockend. Sonnenlicht wird nicht sofort zu Strom, sondern erst zu Wärme. Diese Wärme lässt sich speichern. Später kann daraus Strom entstehen – abends, nachts oder wenn Wolken vorbeiziehen. Ein Solarturm könnte also ausgerechnet dann helfen, wenn normale Solaranlagen nichts mehr liefern.

Warum der Solarturm in Jülich noch schwer zu steuern ist

Doch diese Zukunft hat einen Haken. Solarturmkraftwerke sind teuer, brauchen passende Standorte und verlangen Präzision im Dauerbetrieb. Rund um den Turm stehen bewegliche Spiegel, sogenannte Heliostaten. Jeder von ihnen muss den Lichtstrahl an die richtige Stelle lenken. Schon kleine Fehler kosten Leistung. Im ungünstigen Fall wird ein Bauteil zu heiß.

Der Solarturm in Jülich ist deshalb kein gewöhnliches Kraftwerk für die Region. Er gehört zu einer Forschungsanlage mit zwei Türmen: einem solarthermischen Versuchskraftwerk und einem kleineren Multifokusturm für Experimente.

Aus dieser Anlage haben Forscher des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und der Helmholtz-KI-Plattform nun 849 Gigabyte echte Betriebsdaten veröffentlicht. Im Fachjournal Nature Energy stellen sie die Datenbank PAINT vor.

849 Gigabyte öffnen den Blick in den Turm

PAINT ist keine neue Turbine, kein neuer Spiegel und kein neues Kraftwerk. PAINT ist ein Blick ins Innenleben des Solarturms Jülich. Der Datensatz zeigt, wie sich 2014 Spiegel im echten Betrieb verhalten. Er umfasst Messungen aus der Zeit von Dezember 2020 bis Juni 2024.

Die wichtigsten Daten auf einen Blick:

• 849 Gigabyte offene Betriebsdaten aus dem Solarturm Jülich
• Messungen aus der Zeit von Dezember 2020 bis Juni 2024
• Daten zu 2014 Heliostaten, also den beweglichen Spiegeln der Anlage
• Kalibrierungsdaten für 1893 Heliostaten, rund 94 Prozent des Spiegelfeldes
• Deflektometrie-Daten für 471 Heliostaten, mit denen sich winzige Spiegelverformungen erkennen lassen
• mehr als 218.000 Kalibrierungsbilder
• Wetterdaten vom Jülicher Turm, teils mit 1-Sekunden-Auflösung

Echte Betriebsdaten verbessern die Steuerung der Spiegel

Ein Solarturm lebt von Präzision. Jeder Spiegel muss den Lichtpunkt dorthin werfen, wo er gebraucht wird. Doch im Betrieb verändert sich ständig etwas. Wolken ziehen durch, Wind drückt auf die Spiegel, Staub legt sich auf die Flächen. Dazu kommen Verschleiß und winzige Verformungen, die mit bloßem Auge kaum auffallen.

Solche Betriebsdaten lagen bisher selten offen vor. Kraftwerksbetreiber geben sie ungern heraus, weil sie wirtschaftlich sensibel sind. Viele neue Steuerungen mussten deshalb mit kleinen Messkampagnen oder idealisierten Modellen auskommen.

KI erkennt schneller, wenn ein Spiegel falsch steht

Für die Steuerung zählt jedes Detail. Ein falsch ausgerichteter Spiegel liefert weniger Energie. Mehrere falsch ausgerichtete Spiegel können den Lichtfleck am Turm verschieben. Dann sinkt die Leistung, oder Bauteile werden zu stark erhitzt. Deshalb reichen Idealmodelle allein nicht aus.

„Mit PAINT machen wir reale Betriebsdaten aus dem Solarturm Jülich erstmals offen nutzbar und schaffen damit eine wichtige Grundlage für KI-Methoden, digitale Zwillinge und effizientere Solarturmkraftwerke“, sagt Robert Pitz-Paal, Institutsdirektor des DLR-Institutes für Solarforschung.

Ein digitaler Zwilling bildet den Solarturm im Computer nach. Dort lässt sich prüfen, wie die Anlage auf neue Steuerbefehle reagiert. Eine KI kann Muster erkennen, die im laufenden Betrieb leicht untergehen: ein Lichtfleck wandert, ein Spiegel reagiert ungenau, eine Oberfläche verändert sich, ein Bauteil könnte früher gewartet werden müssen.

Solartürme speichern Wärme statt Strom

Der große Vorteil der Technik bleibt ihr Speicherprinzip. Ein Solarturmkraftwerk macht aus Sonnenlicht zunächst Wärme. Diese Wärme lässt sich speichern und später nutzen. Daraus kann Strom entstehen, wenn Photovoltaikanlagen am Abend keinen neuen Strom mehr liefern. Die Hitze kann aber auch direkt für industrielle Prozesse interessant sein.

Solartürme brauchen viel direkte Sonneneinstrahlung. Sie kosten viel Geld beim Bau. Ihr Betrieb verlangt eine genaue Abstimmung tausender Spiegel. Spanien oder Teile der USA bieten dafür bessere Bedingungen als Deutschland. Jülich eignet sich vor allem als Forschungsstandort, weil dort echte Betriebsdaten aus einer realen Anlage entstehen.

Der Durchbruch hängt an Kosten und Kontrolle

Die Daten aus Jülich machen Solartürme nicht automatisch billig. Sie lösen auch nicht das Standortproblem. Aber sie greifen dort ein, wo die Technik im Alltag besonders anfällig ist: bei der exakten Steuerung tausender Spiegel.

Wenn KI früher erkennt, welcher Spiegel ungenau arbeitet oder wann Wartung nötig wird, könnte der Betrieb verlässlicher werden. Ob daraus wirklich günstigere Solartürme entstehen, muss sich erst zeigen – nicht im Idealmodell, sondern im echten Kraftwerksalltag.

Kurz zusammengefasst:

• Der Solarturm Jülich sammelt Sonnenlicht mit mehr als 2000 Spiegeln, erzeugt daraus große Hitze und kann diese Wärme für späteren Strom speichern.
• Das große Problem liegt im Betrieb: Die Spiegel müssen extrem genau arbeiten, sonst sinkt die Leistung oder Bauteile werden zu heiß.
• Eine neue Datenbank mit 849 Gigabyte echter Betriebsdaten soll KI-Systemen helfen, Fehler schneller zu erkennen und Solartürme künftig verlässlicher zu steuern.

Übrigens: Während der Solarturm in Jülich Sonnenwärme auf der Erde speichert, plant China den nächsten Schritt im Orbit – ein Solarkraftwerk, das Energie per Mikrowellenstrahl zur Erde senden soll. Forscher prüfen sogar, ob solche Energiestrahlen eines Tages Taifune beeinflussen könnten. Mehr dazu in unserem Artikel.

Bild: © DLR (CC BY-NC-ND 3.0)