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Solar Energy Autopilot (SOLEA): A Holistic System Architecture for Autonomous Concentrated Solar Thermal Plants and Its Evaluation in an Operational Power Tower Facility

Miadowicz, Inga und Kuhl, Mathias und Maldonado Quinto, Daniel und Dürr, Niklas und Schwarzbözl, Peter und Pargmann, Max und Sibum, Marcel und Rasing, Volker und Nouri, Bijan und Saez Martinez, Eduardo und Schnerring, Alexander und Broda, Rafal und Schlögl, Bärbel und Wilbert, Stefan und Röger, Marc und Göhring, Felix und Wieghardt, Kai und Pitz-Paal, Robert und Felderer, Michael (2026) Solar Energy Autopilot (SOLEA): A Holistic System Architecture for Autonomous Concentrated Solar Thermal Plants and Its Evaluation in an Operational Power Tower Facility. Solar Energy. Elsevier. ISSN 0038-092X. (eingereichter Beitrag)

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19MB

Kurzfassung

Concentrated solar thermal (CST) plants can provide dispatchable renewable energy but remain complex and costly to operate due to tightly coupled subsystems, dynamic environmental conditions, and high safety requirements. This work presents the Solar Energy Autopilot (SOLEA), a holistic four-layer architecture that transforms a traditional solar power tower plant into an autonomous cyber-physical system (CPS). The architecture integrates plant hardware and control systems, advanced optical and meteorological measurement systems, a CPS middleware platform with a standardized digital twin, and a multi-agent automation layer for operation planning and control. SOLEA is implemented and evaluated at an operational research facility, where intelligent agents autonomously plan operating days, start and shut down the plant, and regulate the receiver flux and outlet temperature under varying environmental conditions. A dualsided evaluation quantifies benefits in terms of efficiency, robustness, and cost-related indicators and assesses the system's autonomy using a multi-dimensional maturity model. The results show substantial reductions in operational and investment costs, highly robust operation despite challenging environmental conditions, and efficiency gains in plant operation enabled by an increased autonomy level of the plant. Overall, the study demonstrates that the layered modular SOLEA architecture can effectively bridge the gap between isolated automation solutions and plant-wide autonomous CST operation and provides a reusable blueprint for advancing autonomy in future CST plants and comparable industrial environments.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/223670/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Solar Energy Autopilot (SOLEA): A Holistic System Architecture for Autonomous Concentrated Solar Thermal Plants and Its Evaluation in an Operational Power Tower Facility
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Miadowicz, Ingainga.miadowicz (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0004-9766-8804NICHT SPEZIFIZIERT
Kuhl, Mathiasmathias.kuhl (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Maldonado Quinto, DanielDaniel.MaldonadoQuinto (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2929-8667NICHT SPEZIFIZIERT
Dürr, Niklasniklas.duerr (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schwarzbözl, PeterPeter.Schwarzboezl (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-9339-7884NICHT SPEZIFIZIERT
Pargmann, MaxMax.Pargmann (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4705-6285NICHT SPEZIFIZIERT
Sibum, MarcelMarcel.Sibum (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-5522-9633NICHT SPEZIFIZIERT
Rasing, Volkervolker.rasing (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Nouri, BijanBijan.Nouri (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9891-1974NICHT SPEZIFIZIERT
Saez Martinez, Eduardoeduardo.saezmartinez (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0003-1504-2203NICHT SPEZIFIZIERT
Schnerring, Alexanderalexander.schnerring (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0004-1700-6481NICHT SPEZIFIZIERT
Broda, RafalRafal.Broda (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0000-2378-1776NICHT SPEZIFIZIERT
Schlögl, BärbelBaerbel.Schloegl (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wilbert, StefanStefan.Wilbert (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-3573-3004NICHT SPEZIFIZIERT
Röger, MarcMarc.Roeger (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-0618-4253NICHT SPEZIFIZIERT
Göhring, FelixFelix.Goehring (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-8514-0453NICHT SPEZIFIZIERT
Wieghardt, KaiKai.Wieghardt (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Pitz-Paal, RobertRobert.Pitz-Paal (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3542-3391NICHT SPEZIFIZIERT
Felderer, MichaelMichael.Felderer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-3818-4442NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2026
Erschienen in:Solar Energy
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Verlag:Elsevier
ISSN:0038-092X
Status:eingereichter Beitrag
Stichwörter:Concentrated Solar Thermal (CST), Solar Power Tower, Autonomous Systems, Multi-Agent Systems, Cyber-physical systems, Digital Twin
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Thermische Hochtemperaturtechnologien
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SW - Solar- und Windenergie
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Intelligenter Betrieb
Standort: Jülich , Köln-Porz , andere
Institute & Einrichtungen:Institut für Solarforschung
Institut für Softwaretechnologie
Hinterlegt von: Miadowicz, Inga
Hinterlegt am:08 Jul 2026 08:51
Letzte Änderung:08 Jul 2026 08:51

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