Solar Thermal Systems

Technologies for improving the flexibility of a demand-oriented provision of heat and electricity will become increasingly important in energy systems with a high share of renewable energies. We develop components such as high-temperature storage tanks, create overall concepts and simulate their use.

Head of Section

Dipl.-Ing. Cristiano Teixeira Boura

Room N101
T: +49.241.6009 53517
F: +49.241.6009 53570
boura(at) | Homepage |



Digitised Photovoltaic-Energy-Carport for large-scale parking areas

Project start: October 2019

The transport sector causes a significant amount of today’s greenhouse gas and air pollutant emissions. E-mobility is a promising opportunity to rebuild the road transport sustainably and eco-friendly: compared to combustion engines, electric vehicles cause less air pollution and carbon dioxide emissions. This effect will significantly increase, if the electric energy is generated from renewables. Due to an expansion of e-mobility, the demand for sustainable energy, a widespread charging infrastructure and smart solutions for grid stability will increase simultaneously.

For the project PVeCarport the Solar-Institut Jülich develops a digitised Photovoltaic-Energy-Carport for large-scale parking areas. The System consists of a carport with PV modules, multiple charging stations and stationary as well as mobile battery storages. The R&D work of the project focuses on interconnecting the subsystems and developing a digital solution for the control and energy management of the whole system. Thus, the system is not only a solar charging station, but also a virtual power plant capable of providing control power for the electric grid.

Furthermore, the customer’s needs, e.g. parking duration and desired charging capacity, are considered and sent to the control unit using a mobile application (app). This enables a time-flexible and cost-efficient charging of the electric vehicle for the customer.


High Performance Molten Salt Tower Receiver System - Phase 2

Project start: October 2018

The primary objective of the HPMS project is to fully exploit the cost reduction potential in salt tower power plants by developing a highly efficient receiver and by an overall optimization of the solar high-temperature cycle. This creates the basis for the next generation of solar thermal power plants, which use salt as a heat transfer fluid. The overall project consists of 3 phases:

  • Phase 1: Theoretical studies and basic engineering in the HPMS-I Project
  • Phase 2: Construction and operation of a test receiver system based on the technology developed in the HPMS-I Project
  • Phase 3: Use of the technology in a demonstration or commercial plant

The main focus of the SIJ in the HPMS-II project (Phase 2) is as follows:

  • Validation of the dynamic simulation models developed in HPMS-I
  • Design of a test receiver system based on dynamic simulations of individual components and the overall System
  • Development and design of a control concept and an optimized operation strategy
  • Further development of numerical simulation models for improved prediction of energy yield and lifespan

project Partners:

  • German Aerospace Center (DLR) (coordinator)
  • MAN Energy Solutions SE (MAN)
  • Solar Institute Jülich (SIJ)
  • FLEXIM Industrial measurement technology GmbH (FLX)
  • Endress + Hauser Messtechnik GmbH + CO.KG (E+H) (as associated Partner)
  • Mannesmann Stainless Tubes (MST) (as associated Partner)
  • Holter Regelarmaturen GmbH & Co. KG (HORA) (as associated partner)
  • Salzgitter Mannesmann Forschung (SZMF) (as subcontractor)


Quasi-geschlossene Heliostatenfeld-Regelung eines Multi-Kammer-Reaktors zur solaren Wasserstofferzeugung

  • Europäische Union - Investition in unsere Zukunft Europäischer Fonds für regionale Entwicklung
  • Landesregierung NRW - Ministerium für Wirtschaft, Innovation, Digitalisierung und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen
  • EFRE.NRW - Investition in Wachstum und Beschäftigung


Konzentrierende Solarthermie im Iran

  • Bundesministerium für Bildung und Forschung


System for the demand-oriented provision of solar process heat using the example of a phosphate sludge drying plant in Morocco - definition project

Projekt start: August 2018

  • Federal Ministry of Education and Research


Development and qualification of solar receivers based on transparent ceramics for solar process engineering processes

project start: March 2018


Power-to-heat technologies combined with molten salt storage for the application in industry and in PV-CSP hybrid power plants

Project start: May 2018

The industrial sector accounts for about 30 % of the final energy demand of the Federal Republic of Germany. Of this, about two thirds is used for the generation of process heat, whereby large amounts of waste heat are usually generated. The waste heat is usually generated at a temperature level below the temperature required for the respective processes. The SWS project is therefore investigating a high-temperature heat pump in combination with a molten salt heat storage unit. The heat pump brings waste heat to a temperature of over 500 °C and stores it in the heat storage tank. The storage tank is discharged on demand depending on the connected consumer.

In addition to a high-temperature heat pump, a commercial resistance heater is being investigated as a further power to heat (P2H) technology. This can also be used to charge a thermal storage tank. At the electricity stock exchange, negative electricity prices are regularly observed in times with a large supply of renewable electricity and the resulting oversupply. With the help of the technologies investigated, this surplus electricity can be used and thus additionally contribute to grid stability. Furthermore, the implementation of P2H technologies in CSP power plants (Concentrating Solar Power) will be investigated. This is of particular interest for the location NRW, as industrial companies located here have a high market share in the production of CSP components and also offer services in this area. In addition, the design of these two P2H technologies will be examined in an innovative concept for their application in a PV CSP power plant. In this case, low-cost PV electricity will be temporarily stored in high-temperature heat storage tanks (Carnot battery) for periods without solar radiation and consequently offered according to demand.

project partners:

    • TSK Flagsol
    • German Aerospace Center e. V.

    Funded by:

    • Ministry of Economic Affairs, Innovation, Digitization and Energy of North Rhine-Westphalia using EFRE-funds



    Project start: March 2018

    The MHF project pursues the primary goal of reducing the investment costs for a heliostat field by developing, manufacturing and qualifying a material-saving micro-heliostat suitable for mass production. This can lead to a drastic reduction of the investment costs in the heliostat field and thus a significant overall reduction of investment costs for solar thermal tower power plants. The competitive electricity production costs achieved in this way are intended to accelerate the expansion of CSP technologies and achieve a further reduction in environmentally harmful greenhouse gases.For this purpose, the Solar Institute Jülich, in cooperation with Hilger GmbH, has developed a new heliostat technology, the micro-heliostat (MH). The first MH prototypes have already been built and tested under laboratory conditions. The results showed the technical suitability of this heliostat technology for use in solar thermal power plants. In the MHF project, the micro-heliostats are to be investigated on a larger scale, i.e. in a larger test field and under real conditions. In order to fully exploit the advantages of the MH concept, the micro-heliostats are also to be optimized for mass production.So far, the source code of a raytracer software "SolCal" has been improved for the design of the MH fields. The results of the simulations were analyzed and the optimal MH field mounting was determined. The SIJ has built CFD and FEM models to simulate the temperature and mechanical loads of the micro-heliostat. In addition, a first series of tests with a small MH prototype have already been carried out and the functionality of the laboratory equipment purchased for the measurement of mirror surfaces has been partially demonstrated.

    Project partner:

      • Hilger GmbH
      • HELIOKON GmbH

      Funded by:

      • Ministry of Economic Affairs, Innovation, Digitization and Energy of North Rhine-Westphalia using EFRE-funds
      [Translate to Englisch:] Modell des ersten MH-Prototyps
      [Translate to Englisch:] SolCal-Benutzeroberfläche einer einfachen MH-Feldberechnung


      Heliostatfeld-Betriebsoptimierung für Turmanlagen zur solaren Strom- und Wasserstofferzeugung

      Projektbeginn: November 2017

      Ziel des Projektes HELIBO ist die Kostensenkung für solarthermisch erzeugten Strom durch technische Entwicklungen zur Verbesserung der Effizienz von Heliostatfeldern im Betrieb. Maßnahmen, insbesondere verbesserte Mess-, Steuer- und Regelungstechnik für die Heliostaten, haben ein signifikantes Potential zur Erhöhung der Ausnutzung der Spiegelfläche und künftigen Anlagen um 10 - 15 % werden erwartet.

      Das Solar-Institut Jülich hat das Forschungsziel, mit einer neuartigen, präzisen und schnellen Online-Kontrollmethode basierend auf Lasertechnologie, die Nachführgenauigkeit von zweiachsig nachgeführten Heliostaten zu verbessern. Bei dieser patentierten Online-Kontrollmethode werden von einer zentralen Position aus Laserstrahlen auf einen zu vermessenen Spiegel ausgesendet. Die vom Spiegel reflektierten Strahlen werden aufgrund von Streuprozessen in der Atmosphäre für Kameras sichtbar und fotografiert. Zur Bestimmung der Ausrichtung des Heliostaten werden die Fotos mit einem Auswertungs-Algorithmus automatisch ausgewertet und die Korrektur der Ausrichtung für den Heliostaten im Azimut- und Zenitwinkel berechnet.

      Im Projekt wird für die Durchführung der Tests im Heliostatfeld ein Prototyp eines Lasersystems mit Nachführung von einem Projektpartner entsprechend der vom SIJ entwickelten Anforderungen hergestellt. Mit dem Prototyp soll es ermöglicht werden, eine kleine Gruppe Heliostaten automatisiert zu vermessen.


      • Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. - Institut für Solarforschung
      • CSP Services GmbH
      • LeiKon GmbH
      • Radiant Dyes Laser & Accessories GmbH

      Gefördert durch:

      • Land Nordrhein-Westfalen
      Prinzipzeichnung der Laser-basierten Heliostatfeldkontrolle (Quelle: SIJ)


      Support of the dynamic operation of molten salt receivers

      Project start: August 2017

      The objective of this project is the improvement of transient operation of solar thermal tower power plants
      with molten salt as heat transfer fluid with help of model-based control and process management methods.
      For this purpose a model predictive control (MPC) is applied for filled receiver operation and a process
      assistance system (PAS) for transitions between filled and drained Operation.

      To represent the dynamic behaviour of the receiver, the fluid and component models that have been developed in the projects DynaSalt and HPMS is refined while enhancing computational speed and numerical stability. Moreover, simplified models are developed for the MPC and PAS, which allow model based process prediction during operation. Finally, the MPC and PAS are implemented in the SWframework that already has been applied in the project SiBops.

      Project partner:

      • German Aerospace Center - Institute for Solar Research
      • Institute of Control Engineering of the RWTH Aachen
      • LeiKon GmbH
      • General Elctric (Switzerland) GmbH

      Funded by:

      • Federal Ministry of Economics and Energy


      Water quality improvement with the help of a solar desalination plant

      Start of the project: May 2017

      Due to the scarcity of water, numerous technical processes applicable for large-scale sea and brackish water desalination have been already developed. High costs for investments and maintenance and the lack of necessary infrastructure have hindered the wide use of large-scale desalination plants in many rural areas, especially for decentralized applications in developing and emerging countries. Therefore, a demand for decentralized small-scale plants characterized by little maintenance, low costs and a high performance has been identified.

      The scientific target of this project is to optimize the possibilities to generate drinking water by desalination of brackish ground and surface water with the means of renewable energy in Morocco. One of the aspired goals will be to reach a drinking water production with costs below 10 €/m³. In the project duration, it is planned to desalinate the water in a region nearby Oujda. The feed water of the desalination system is provided from the wells in this area. The water will be pumped up the wells using the electricity generated by a photovoltaic system provided by MPU. Afterwards the brackish water enters the Multi Stage Desalination (MSD) plant. The clean water will be gathered subsequently in a big reservoir and can be bottled and provided to the local population.

      The multistage desalination system that will be used in this project is a technology which is low-priced, efficient and easy-to-operate and till now has not been used in Morocco. In this project, a prototype will be constructed, tested and optimized in Morocco and at the same time, a simulation tool will be developed to calculate the annual performance of the plant. At the end of this project the partners will have developed a mature and thoroughly tested technology that can be offered to the Moroccan market and a platform will be provided for further cooperation between Germany and Morocco.

      Project partners:

      • Mohamed Premier University (MPU)
      • Subcontractors: Ingenieurbüro für Energie- und Umwelttechnik Jülich (IBEU)

      Funded by:

      • Federal Ministry of Education and Research (BMBF)


      Mobile und regenerative Energie- und Wasserversorgungseinheit für ländliche Bevölkerungen in semiariden Gebieten

      Projektbeginn: April 2017

      In diesem Definitionsprojekt werden Kontakte zu verarbeitenden Betrieben und der staatlichen Universität in Südkasachstan aufgebaut. Übergeordnetes Ziel dabei ist die Entwicklung einer Versorgungseinheit für die ländliche Bevölkerung in Kasachstan. Mit dieser Versorgungseinheit soll durch solare Anwendungen Trinkwasser aus der Luft gewonnen sowie Wärme und Strom bereitgestellt werden. Aufgrund von hohen Temperaturunterschieden zwischen Sommer und Winter, stellt die Wasser- und Wärmeversorgungn im Flächenland eine große Herausforderung dar.

      Im ersten Teil des beabsichtigten Projektes werden die Bedürfnisse und die Möglichkeiten in Kasachstan ausgelotet. Im zweiten Teil wird ein Prototyp der Versorgungseinheit konzipiert und produziert. Anschließend sind Feldtests der Anlage in Kasachstan geplant, um die Versorgungssicherheit zu testen.

      Näheres finden Sie hier.

      Ein Artikel der Deutschen Welle finden Sie hier.

      Gefördert durch:

      • Bundesministerium für Bildung und Forschung


      Indirekt solar-beheizter Reformer zur Herstellung von Methanol

      Projektbeginn: 01.12.2016

      Kurzinformation: Entwicklung eines Receiver-Reaktor-Systems für eine indirekt solar beheizte Reformierung zur Herstellung von Methanol aus Kohlenstoffdioxid und Erdgas

      Im Projekt "Indiref" wird ein Prozess der indirekt solar-beheizten Reformierung zur Herstellung von Methanol aus Kohlenstoffdioxid und Erdgas weiterentwickelt. Die konventionelle Herstellung von Synstesegas, das Ausgangsprodukt für viele chemische Produkte wie zum Beispiel Methanol ist, verursacht signifikante Kohlenstoffdioxid Emissionen. Beim Einsatz von konzentrierter Solarstrahlung lassen sich die Emissionen stark reduzieren. Ein Kohlenstoffdioxid-Recycling im Prozess reduziert die Emissionen weiter. So kann die Nutzung von Sonnenergie in den Bereich der Chemieindustrie ausgeweitet werden.

      Im Vordergrund stehen die Entwicklung des Reformierungsreaktors und eines modifizierten Solar-Receivers für diese Anwendung, welche technisch umgesetzt und unter solaren Bedingungen getestet werden kann. Zur Erreichung maximaler Effizienz und Wirtschaftlichkeit des Gesamtsystems wird parallel ein Prozesssimulationsmodell aufgebaut und anhand der Versuchsergebnisse validiert. Auf Basis dessen erfolgt eine virtuelle Hochskalierung des Prozesses, um das technisch-ökonomische Potenzial für eine Markteinführung zu bewerten.

      Bisher wurde der solarbeheizte Reformierungsreaktor zur Erzeugung von Synthesegas entwickelt. Mit Hilfe von CFD-Simulationen erzielte das SIJ eine besonders effektive Wärmeübertragung und Synthesegaserzeugung für das entwickelte Bajonettrohrreaktorkonzept, auf dessen Basis ein Testreaktor konstruiert wurde. Der Versuchsaufbau wurde im Rahmen des Projekts im Synlight (künstliche Sonne des DLR) in Jülich aufgebaut, wo anschließend Tests mit künstlicher Sonneneinstrahlung durchgeführt werden. Eine Prozesssimulation der solarbeheizten Reformierungsanlage wurde mit der Software Dymola im industriellen Maßstab modelliert und simuliert.


      • Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V.
      • Hilger GmbH
      • Hille & Müller GmbH

      Gefördert durch:

      • Ministerium für Wirtschaft, Energie, Industrie, Mittelstand und Handwerk des Landes Nordrhein-Westfalen
      • Europäische Union - Investition in unsere Zukunft, Europäischer Fonds für regionale Entwicklung
      • EFRE.NRW - Investition in Wachstum und Beschäftigung


      Volumetrischer Receiver mit hoher Luftrückführrate zur Verbesserung des Systemwirkungsgrades

      Projektbeginn: September 2016

      Die Technologie des offenen volumetrischen Receivers (HiTRec) bietet ein erprobtes, effektives und skalierbares Konzept zur bedarfsgeführten solaren Stromerzeugung an. Die HiTRec-Technologie hat deutliche Vorteile in der Einfachheit und Robustheit des Betriebs gegenüber Anlagen mit Salzschmelzereceiver. Die höhere Prozesstemperatur eröffnet darüber hinaus das Potential zur Nutzung moderner hocheffizienter 620°C­ Dampfprozesse.

      In diesem Projekt werden neue Ansätze zur Verbesserung der Luftreceivertechnik entwickelt. Dabei werden Konzepte sowohl für die kurzfristige, als auch für die längerfristige Umsetzung erarbeitet und getestet. Hauptansatz ist eine Modifikation in der Geometrie des Receivers inklusive einer verbesserten Rückführung der Warmluft. Zudem sollen durch eine optimierte Betriebsführung die Effizienz und der Jahresertrag gesteigert werden.


      • Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. | DLR
      • Kraftanlagen München GmbH | KAM



      Evaluation of the Dispatchability of a Parabolic Trough Collector System with Concrete Storage

      Link zur EDITOR-Homepage: EDITOR

      Projektlaufzeit: 01.10.2015 bis 30.09.2018

      Die Zielsetzung von EDITOR ist es, die Grundlastfähigkeit sowie Leistungsfähigkeit eines solarthermisches Systems, das für kontinuierlichen Betrieb konzipiert ist, zu demonstrieren und zu verifizieren. Während der Projektlaufzeit wird ein System bestehend aus einem mittelgroßen Parabolrinnenkollektor, Betonwärmespeicher und Kessel auf Zypern errichtet. Mit dem System wird Sattdampf produziert und in das Dampfsystem eines Getränkeherstellers eingespeist.

      Der Parabolrinnenkollektor erhitzt mit einem innovativen Vakuumreceiver ein neuartiges, umweltfreundliches Thermoöl auf über 400 Grad Celsius. Ein innovatives neues Betonwärmespeichersystem speichert die gewonnene Wärme, um diese in Zeiten ohne (ausreichender) Direktsolarstrahlung für die Produktion von Sattdampf zu nutzen.

      Im Projekt werden sowohl die technischen Aktivitäten der Installation, Inbetriebnahme und dem Betrieb der Anlage, als auch kommerzielle Gesichtspunkte, wie zum Beispiel die Machbarkeit hinsichtlich Hochskalierung, die Identifizierung von zukünftigen Kunden und der begleitende Kommunikationsprozess mit dem potentiellen Markt, umgesetzt.


      • protarget AG
      • Cyprus University of technology
      • CADE Soluciones de Ingeniería, S. L.
      • Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V.

      Gefördert durch:

      • Bundesministerium für Bildung und Forschung


      Entwicklung eines hocheffizienten Receiversystems für Salzturmkraftwerke

      Projektlaufzeit: 01.10.2014 - 31.12.2016

      In dem Projekt HPMS wird in Kooperation mit Partnern aus Forschung und Industrie eine hocheffiziente Receivertechnologie mit Salzschmelze als Wärmeträger-Fluid entwickelt.

      Das Projekt zielt auf die Kostenreduktion bei Solarturmkraftwerken mit Salzschmelze als Wärmetransport- und Speichermedium durch die Entwicklung eines hocheffizienten Receiversystems für die nächste Generation von Salzturmkraftwerken ab. Der Receiver und der solare Hochtemperaturkreislauf (Receiversystem) werden aus technischer und ökonomischer Sicht optimiert. Derzeit werden sowohl Hochflussdichte- als auch Hochtemperatur-Receiverkonzepte als die nächste Generation von Salzturmkraftwerken betrachtet.

      Beim Receiver soll durch Auswahl des vielversprechendsten Receiverkonzeptes und durch eine detaillierte Designoptimierung der Wirkungsgrad und die Lebensdauer verbessert, sowie die Kosten gesenkt werden. Hierzu werden verbesserte Werkstoffkonzepte und innovative Beschichtungen berücksichtigt.

      Beim Receiversystem sollen die während des Betriebes und den An- und Abfahrvorgängen auftretenden Verluste optimiert und so die Betriebskosten entscheidend reduziert werden. Für eine anschließende Projektphase wird das Basic Engineering für ein Test-Receiversystem basierend auf den Ergebnissen des Projektes erstellt.

      Detaillierte Informationen finden Sie auf der Seite des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e. V.. Bitte klicken Sie hier


      •     Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. | DLR
      •     Babcock Borsig Steinmüller GmbH | BBS
      •     Bilfinger Piping Technology GmbH | BPT
      •     M + W Germany GmbH | M+W
      •     STEAG Energy Services GmbH | STEAG
      •     Salzgitter Mannesmann Forschung | SZMF
      •     Outokumpu VDM GmbH | als assoziierter Partner
      •     BASF | als assoziierter Partner



      Heliumkreislaufsysteme für Solarturmkraftwerke

      Projektlaufzeit: 01.09.2013 - 31.08.2016

      Ziel des Projekts ist die Untersuchung, Entwicklung und Bewertung eines geschlossenen Heliumturbinenkreislaufs in Verbindung mit einem druckaufgeladenen Solarreceiver. Dazu werden verschiedene Kraftwerks-Konzepte mit der Simulationssoftware EBSILON®Professional modelliert. Weiterhin wird ein Helium-Receiver entwickelt, konstruiert und im Labormaßstab getestet. Die konzentrierte solare Energie wird hierbei durch ein Nahinfrarot-Strahlungsmodul nachgeahmt.

      Nutzen für die Allgemeinheit: Solar betriebene Gasturbinenprozesse weisen ein hohes Potenzial auf, um die Kosten solarthermischer Stromerzeugung zu senken. Helium hat sehr gute thermische Eigenschaften. So können Wärmeübertrager kleiner dimensioniert werden. Zudem müssen bei Einsatz von Helium keine Korrosionsvorgänge berücksichtigt werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass Helium einen geringen Druckverlust im Kreislauf aufweist. Dies wirkt sich positiv auf den Gesamtwirkungsgrad aus.

      Projektförderung: Bundesministerium für Bildung und Forschung



      Weiterentwicklung und Erprobung eines neuartigen Verfahrens zur Bestimmung der Effizienz von konzentrierenden solarthermischen Kollektoren

      Projektlaufzeit: 01.09.2013 bis 31.08.2016

      Im Rahmen des Vorhabens PaRiS wurde ein Test- und Prüfverfahren weiterentwickelt und optimiert, ewlches es ermöglicht schon in der Entwicklungsphase von Parabolrinnenkollektoren deren Leistungsfähigkeit schnell und preisgünstig zu bestimmen. Im Vergleich zu konventionellen Messverfahren nach der Norm ISO 9806:2013 können mit dem neuen Verfahren Entwicklungsschritte beschleunigt, Kosten reduziert und der Anreiz für kleine und mittlere Unternehmen erhöht werden, in dieses Marktsegment vorzudringen. Zur Durchführung der normgerechten Prüfungen wurde ein Prüfstandsaufbau für kleine Parabolrinnenkollektoren entwickelt.

      Weiterhin wurde im Projekt zusammen mit dem Industriepartner Hofmann Glastechnik GmbH während der Projektlaufzeit ein Receiver entwickelt, der in wiederholenden Optimierungsschritten am SIJ getestet und bewertet wurde.

      Als Projektpartner engagierte sich das Ingenieurbüro für Energie- und Umwelttechnik (IBEU) im Vorhaben und als weitere Kooperationspartner konnten das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. (DLR) und das Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik (ITW) gewonnen werden.

      Gefördert durch:

      • Bundesministerium für Bildung und Forschung
      • FHprofUnt - Forschung an Fachhochschulen


      Nachrüstung von bestehenden Parabolrinnenkraftwerken mittels einer Erweiterung durch einen Solarturm

      Projektlaufzeit: 01.10.2012 - 31.03.2017

      Das ReSol-Projekt untersucht die Nachrüstung von bestehenden Parabolrinnenkraftwerken (PRK) mit Solartürmen, um die Synergien beider Technologien zu nutzen und die Stromgestehungskosten auf ein attraktives Niveau zu senken.

      Durch das Projekt soll die solare Stromerzeugung weiter gesteigert werden. Die Nachrüstung, mittels Integration eines Solarturms, verspricht eine Verbesserung der Effizienz und eine Flexibilitäts- und Verfügbarkeitserhöhung der Anlage. Das Nachrüstungspotenzial wird in Bezug auf folgende Retrofit-Merkmale (A und B) untersucht (siehe Abbildungen):

      A: Retrofit zur Ertragssteigerung unter Beibehaltung der Kraftwerkgröße. Hierbei wird ein Teil des bestehenden Solarfelds zurückgebaut und auf der freigewordenen Fläche ein Solarturm errichtet.

      B: Retrofit zur Steigerung der Nennleistung. Hierbei wird die thermische Gesamtleistung durch einen Solarturm erweitert, um das optimale Verhältnis von Rinnen- und Turm-Anlage herauszufinden.


      •     MAN Diesel & Turbo | MAN
      •     Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. | DLR


      Optimierung der Mikroheliostatfelder

      Kurzinformation: Anwendung generischer Algorithmen zur Optimierung der Wirtschaftlichkeit von Klein-Heliostat-Systemen (Mikroheliostaten)

      Das Heliostatfeld verursacht mit rund 50 % den größten Anteil an den Gesamtinvestitionskosten eines Solarturmkraftwerks. Das SIJ hat sich zur Aufgabe gemacht neue Heliostatkonzepte zu entwickeln, um diese Investitionskosten zu senken. Der Mikroheliostat ist ein zweiachsig der Sonne nachgeführtes Spiegelsystem. Im Gegensatz zu konventionellen Heliostaten wird eine Vielzahl von einzelnen kleinen Spiegelfacetten miteinander gekoppelt und sychron der Sonne nachgeführt. Die Nachführung erfolgt innerhlab einer festinstallierten Modulbox. Ziel des Projektes war die Entwicklung eines numerischen Optimierungswerjkzeugs um bereits in der konzeptionellen Entwurfsphase innovativer Konzentratorsysteme deren Wirtschaftlichkeit optimieren zu können. Zur Bewertung der Mikroheliostate wurden diese im Kraftwerkskontext untersucht. Dazu wurden Simulationswerkzeuge entwickelt, die unter Berücksichtigung der optischen Effekte eine resultierende Strahlungsflussverteilung auf dem Absorber ermitteln (Raytracing).

      Projektlaufzeit: 01.09.2012 - 30.06.2015


      • Hilger GmbH, Wipperführt
      • Jokey Plastic Wipperfürth GmbH

      Gefördert durch:

      • Bundesministerium für Wirtschaft, Mittelstand und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen


      Entwicklung eines kleinen Parabolrinnenkollektors mit Kunststoffkorpus zur Bereitstellung solarer Prozesswärme

      Projektlaufzeit: 01.08.2012 bis 31.01.2016

      Das Ziel des Projekts war die Entwicklung eines kostengünstigen, hocheffizienten und serientauglichen Parabolrinnenkollektors mit circa 2 m² Aperturfläche und der Besonderheit eines aus Kunststoff gefertigten Parabolrinnenkorpus. Der Kollektor soll für die wirtschaftliche und CO²-freie Bereitstellung von solarer Prozesswärme in einem Temperaturbereich bis zu 250° C in modularer Bauweise und damit in seiner thermischen Leistung skalierbar eingesetzt werden. Neben der Untersuchung und Bewertung der Leistungsfähigkeit des Kollektors erfolgten eine Evaluierung bezüglich der optischen Qualität sowie eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung der Herstellung.

      An diesem Projekt war die Firma AL-KO Kober SE mit ihrem Geschäftsbereich "Thermoformen" beteiligt. Die Firma Klaus Hofmann GmbH setzte in diesem Projekt erstmalig ihre neue Vakuumreceiver-Entwicklung ein. Die Firma TSK Flagsol war als Industriepartner für die Vermarktung des Produktes beteiligt. Ein erster Prototyp wurde am SIJ entwickelt, aufgebaut und in Betrieb genommen.

      Gefördert durch:

      • Bundesministerium für Bildung und Forschung
      • FHprofUnt - Forschung an Fachhochschulen


      Simulationsunterstützte Betriebsoptimierung für Solartürme durch innovatives Heliostatnachführungsystem, Zielpunktoptimierung und Betriebsassistenzsystem

      Projektbeginn: 01.02.2012 - 31.05.2015

      Ziel des Vorhabens ist die Effizienzsteigerung von Solarturmkraftwerken durch softwarebasierte Maßnahmen. Die Arbeiten konzentrieren sich auf innovative Methoden zur Heliostatfeldsteuerung und zur effizienzoptimalen Betriebsführung. Aufbauend auf Vorarbeiten der Partner werden softwarebasierte Verfahren entwickelt und am Solarturm Jülich getestet. Die auch für andere Turmkraftwerkskonzepte andwendbaren Methoden bieten zusammen mit dem Funktionsnachweis am Solarturm Jülich die Chancen einer zeitnahen Umsetzunggin der CSP-Branche. Gleichzeitig wird die Forschungsinfrastruktur am Solarturmkraftwerk Jülich durch Installation der entwickelten Verfahren und ein partiell verbessertes Heliostatfeld qualitativ aufgewertet.



      • Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. | DLR
      • RWTH Aachen - Institut für Regelungstechnik | IRT
      • RWTH Aachen - Institut für Dampf- und Gasturbinen | IDG
      • Kraftanlagen München GmbH | KAM
      • CSP Services GmbH | CSPC
      • Stadtwerke Jülich | SWJ
      • Universität Leuven, Belgien | OPTEC_Gruppe
      • LeiKon GmbH




      Erhöhung der Wirtschaftlichkeit, des Nutzungsgrades sowie der Flexibilität und die Betriebsdauer des Speichersystems im Solarturm Jülich

      Projektbeginn: 01.07.2010 - 31.12.2013

      Mit dem solarthermischen Versuchskraftwerk Jülich (SVJ) wurde das weltweit erste Kraftwerk dieser Art in Deutschland gebaut. Dieses Projekt dient dem verbesserten Einsatz der Speichertechnologie und der damit verbundenen Senkung der Kraftwerksbetriebskosten. Schwerpunkt dieses Projektes ist mittels neuen nummerischen Simulationstools die Wirtschaftlichkeit, den Nutzungsgrad, die Flexibilität und die Betriebsdauer des Speichersystems zu erhöhen. Die Optimierungen sollen in einem innovativen Speichersystem-Konzept münden, der für den Einsatz in Solarturmkraftwerken prädestiniert ist.


      •     KBA-MetalPrint GmbH | KBA
      •     Kraftanlagen München GmbH | KAM
      Schematische Skizze des thermischen Speichers | KBA-Clean Air GmbH


      Solare Produktion von Methanol aus Kohlendioxid

      Projektlaufzeit: 01.02.2009 bis 31.01.2012

      Im Rahmen des Projektes "SolMethCO²" wurden die Eigenschaften verschiedener Katalysatoren für die Reformierungsreaktion untersucht. Auf Basis von Literaturrecherche, Praxiserfahrung, Experimentenergebnisse und Simulationsrechnungen wurden diverse CO²-zu-Methanol-Verfahren analysiert und bewertet. Um ein besseres Verständnis über die Prozessparameter, wie Umsatz, Effizienz und Reaktionsgeschwindigkeit der CO²--Reformierung von Methan, zu gewinnen, wurde ein Laborteststand entwickelt und aufgebaut. Die Betriebscharakteristika wurden unter konstanten Bedigungen als auch unter solar-typischen fluktuierenden Randbedingungen analysiert. Es wurden zwei Szenarien zur CO²-Erzeugung durch "Post-Combustion" und Systhesegaserzeugung durch CO²-Reformierung und 2) Absorption von CO² aus der Atmosphäre und photokatalytische Methanol-Direkterzeugung- Die Kommerzialisierung des Prozesses erlaubt eine Diversifizierung der Solarenergienutzung, zusätzlich zur Stromerzeugugng als Brennstoff und als Rohrstoff für die Chemieindustrie. 


      • Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V.
      • Ferrostaal AG
      • FB Chemie und Biotechnologie der FH Aachen

      Gefördert durch:

      • Europäische Union - Europäischer Fonds für Regionale Entwicklung


        High Temperatures heat Exchange and Storage

        Laufzeit: 01.10.2010 - 31.12.2016

        Die Idee, Sand als Speichermedium für Wärmeenergie zu nutzen, ist Grundlage dieses Projektes. Die Beständigkeit bei hohen Temperaturen, die hohe Verfügbarkeit und die niedrigen Materialpreisen machen Sand zu einem hervorragenden Speichermaterial.Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines Verfahrens zur Übertragung von Wärme aus bis zu 700°C heißer Luft in Sand.

        In Zusammenarbeit mit dem DLR wurden in Laborversuchen die Eigenschaften von verschiedenen Sanden und Schüttgütern auf ihre Eignung als Wärmeträgermedium und als Wärmespeichermaterial getestet. Darauf aufbauend wurde eine Versuchsanlage für eine direkte Wärmeübertragung von Luft auf Sand konzeptioniert und gebaut. Damit wird das Verhalten des Sandes im Betrieb untersucht.

        Dieser Wärmeübertrager soll eingesetzt werden um in Solarkraftwerken Schüttgut-Wärmespeicher zu realisieren. Ein weiterer Einsatzzweck ist bei Industrieprozessen zur Abluftwärme-Rückgewinnung denkbar.


        Cuve Waters

        Integriertes Wasserressourcen-Management im nördlichen Namibia

        Laufzeit: 01.07.2009 - 30.06.2012

        Kurzinformation: Im Projekt "CUVEwaters" wurden sechs mehrstufige Entsalzunganlagen in Akutsima im Norden Namibia installiert, um einen Beitrag zur Trinkwasserversorgung der circa 500 Bewohner zu leisten.

        In Namibia, dem trockensten Land südlich der Sahara, ist der Norden mit 42 Prozent am Bevölkerunsanteil des Landes der am dichtesten besiedelte Raum. Ziel des Verbundprojektes war es, die Lebensbedingungen der Menschen in Namibia durch ein integriertes Wassermanangement zu verbesern.

        Das Solar-Institut Jülich hat gemeinsam mit dem Ingenieurbüro für Energie- und Umwelttechnik Jülich eine mehrstufige Eintsalzungsanlage (MSD - Multi-Stage Desalination System) zur solarthermicshen Wasserentsalzung entwickelt, die insbesondere durch wartungsarmen und robusten Betrieb speziell für entlegene Gebiete mit schwacher Infrastruktur geeignet ist und je nach Kollektortyp zwischen 60 und 80 Liter ´Trinkwasser pro Tag produziert. Der Betrieb benötigt keine elektrische Energie, da die Wärmezufuhr in die Anlagen rein thermosiphonisch erfolgt.

        Im Rahmen des Projektes, wurde Ende 2010 sechs solcher MSD-Systeme in Akutsima, im Norden von Namibia, installiert und leisteten erfolgreich einen Beitrag zur Trinkwasserversorgung der circa 500 Bewohner.

        Nähere Informationen finden Sie bitte unter folgendem Link:


        • Ingenieurbüro für Energie- und Umwelttechnik Jülich (IBEU)

        Gefördert durch:

        • Bundesministerium für Bildung und Forschung