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Der Stellio-Heliostat reflektiert die Solarstrahlung auf den 400 Meter entfernten Solarturm.
© sbp sonne gmbh
Neuer Heliostat für Solarturmkraftwerk entwickelt
19.07.2017

Der Receiver absorbiert die konzentrierte Solarstrahlung und wandelt diese in Hochtemperatur-Wärme um. Ein Wärmeträgermedium führt die Wärme ab und gibt sie direkt an den Kraftwerksprozess oder einen Speicher weiter.
© DLR

In einem solarthermischen Kraftwerk wird die Solarstrahlung auf einen Punkt (Receiver) fokussiert.
© sbp sonne gmbh

Spiegel-Fünfeck reflektiert die Sonne punktgenau

In einem Solarturm-Kraftwerk lenken viele Spiegel – sogenannte Heliostaten – das Sonnenlicht auf die Spitze des Turms zum Receiver. Bisher haben Heliostaten eine viereckige Form. Nun entwickelten Ingenieure einen fünfeckigen Konzentratorspiegel. Diesen kombinieren sie mit einem kostengünstigen linearen Antrieb und einer neuen Steuerungssoftware. Jetzt werden fünf dieser Heliostaten auf Testplattformen in Jülich montiert und getestet.

Heliostaten sind meist ringförmig um den zentralen Solarturm angeordnet. Der Receiver absorbiert die konzentrierte Solarstrahlung und wandelt diese in Hochtemperatur-Wärme um. Ein Wärmeträgermedium führt die Wärme ab und gibt sie direkt an den Kraftwerksprozess oder einen Speicher weiter.
Um einen hohen Wirkungsgrad zu erreichen, ist es wichtig, dass die Heliostaten exakt der Sonne nachgeführt werden und das Sonnenlicht präzise reflektieren. Eine neu entwickelte Software steuert deren Position nun noch exakter. Sie erfasst die Orientierung der Achsen, berechnet, wie stark sich der Heliostat durch sein Eigengewicht verformt und registriert wie sich die Antriebe verändern. Die Entwickler setzten beim neuen Heliostaten „Stellio“ geneigte Antriebsachsen ein. „Durch eine geschickte Anordnung der Achsen reicht sowohl für die horizontale als auch für die vertikale Achse ein Linearantrieb. Dieser ist kostengünstiger als ein Schwenkantrieb, der häufig in der vertikalen Achse eingesetzt wird, um einen 360-Grad-Schwenk zu ermöglichen“, erklärt Dr. Gerhard Weinrebe, Mitglied der Geschäftsleitung beim Stuttgarter Ingenieurbüro sbp sonne, das die Projektleitung innehat. Kombiniert mit der intelligenten Steuerung können so Stahl- und Fundamentkosten eingespart werden.

Heliostat mit fünf statt vier Ecken

Aber warum hat der Heliostat eine fünfeckige Form? Weinrebe erklärt: „Eigentlich ist eine runde Form optimal. Allerdings werden Spiegel in Bändern hergestellt. Daraus einen runden Heliostaten herzustellen, ist sehr aufwändig, kostenintensiv und es entsteht viel Verschnitt. Aus diesem Grund ist eine ‚quasi-runde‘ Form die optimale Lösung.“ Für jedes Kraftwerksprojekt muss die Anordnung der Heliostaten neu berechnet werden, auch weil die Topographie berücksichtigt werden muss. Das gegenseitige Verschatten von fünfeckigen Heliostaten ist geringer als bei den bisher üblichen viereckigen Modellen. Die Spiegel müssen so angeordnet sein, dass der Receiver gleichmäßig bestrahlt wird, die Heliostaten möglichst nah am Turm aufgestellt sind und sich trotzdem nicht gegenseitig verschatten.

Fünf Stellio-Modelle werden ab dieser Woche auf dem Gelände des solarthermischen Versuchskraftwerks in Jülich montiert, einer davon auf der neuen Testplattform „Helitep“. Hier kann zum Beispiel der Einfluss von externen Lasten – wie Wind, Temperatur und Schwerkraft – auf den Heliostaten untersucht werden. Außerdem können die Wissenschaftler die optische Qualität und die Nachführgenauigkeit testen.

(bs)

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