In OPTOP werden Design und Betrieb des Receivers als zentraler Schnittstelle der Solar Island eines Solarturmkraftwerks verbessert. Dafür wird innovative Messtechnik in ein Monitoringsystem basierend auf Machine Learning und Digital Twin integriert. Das Projekt OPTOP hat drei Kernthemen: a) Sensorik für Receiver: In einem integralen Messkonzept für den Receiver wird die verbesserte Erfassung der Receiveroberflächentemperatur mittels Infrarotkameras, eine nicht-invasive Erfassung der Fluidtemperatur im Receiver, eine betriebsbegleitende Strahlungsdichtemessung und die kamerabasierte Reflexionsgradvermessung des Receivers implementiert. Die Sensordaten werden gemäß den Prinzipien von Industrie 4.0 und dem IoT aufbereitet und für die Betriebsoptimierung und das Receivermonitoring bereitgestellt. b) Receivermonitoring und intelligente Betriebsstrategien: Basierend auf dem umfassenden Sensorinput und einem parallellaufenden Digital Twin-Modell des Receivers wird ein Monitoringsystem entwickelt, das mittels Machine Learning-Methoden ein Überschreiten der Receiver-Betriebsgrenzen im Voraus erkennt und dem Betreiber einen sicheren Betrieb erleichtert. Darauf aufbauend wird mit dynamischen Zielpunkt- und Defokussierstrategien und O&M-Zyklen eine intelligente Betriebsstrategie entwickelt, die den Betrieb der Solar Island sowohl energetisch als auch ökonomisch optimiert. c) Transientes Receiverdesign: Eine Methodik für das Design des Receivers als zentraler Schnittstelle der Solar Island wird entwickelt, welche das integrale System für maximalen Ertrag im transienten Kraftwerksbetrieb optimiert. Dafür wird der Einsatz variabler Flussschemata untersucht, für welche - um die Grenzen des erlaubten Einsatzbereichs nicht zu überschreiten - die umfassende Kenntnis des Receiverzustands im Betrieb basierend auf Sensorik und Digital Twin notwendig ist. Die entwickelte Sensorik und Simulations-Methodik wird im Labor und im Turmsystem Cerro Dominador in Chile implementiert und getestet.
Bereits der grundlegende Ansatz des Verbundvorhabens ProMoBiS bricht mit bislang üblichen Batteriekonzepten, die eine starre Hierarchie von Zelle, Modul und Speicher festlegen. Stattdessen wird ein skalierbarer Multizell-Verbund als Schlüsselelement der Architektur eingeführt. In diesen Verbund sind eine innovative zellexterne Sensorik und Kühlung vollständig und nahtlos integriert. Flexible Signalverarbeitung, Elektronik und Datenauswertung vervollständigen das Gesamtsystem. Als Basis für die optimierbare Betriebsführung durch die kombinierte Nutzung von Sensordaten und echtzeitfähigen Algorithmen werden detaillierte thermoelektrische und elektrochemische Modelle entwickelt und validiert. Der Mehrwert des Ansatzes bezüglich der Erhöhung von Leistungsfähigkeit und Anzahl der Schnellladezyklen sowie der Reduzierung von Ladezeit und Energieverlusten wird mittels eines auf neuartigen Algorithmen basierenden intelligenten Batterie- und Temperaturmanagements demonstriert. Abgerundet wird das Vorhaben durch eine kritische Bewertung des Gesamtansatzes aus Sicht der Industrialisierbarkeit.