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Solar-Forschung

Solarturm: Fünfeckiger Heliostat bündelt Sonne punktgenau

Fünfeckiger Heliostat mit linearem Antrieb
von , am
28.07.2017

Um die Effizienz von Solarturm-Kraftwerken zu erhöhen, haben Ingenieure einen fünfeckigen Konzentratorspiegel (Heliostaten) entwickelt, der mit einem kostengünstigen linearen Antrieb versehen ist.

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, berichtet das Energie-Portal BINE. Diesen Spiegel kombinierten sie mit einem kostengünstigen linearen Antrieb und einer neuen Steuerungssoftware. Seit kurzem werden fünf dieser Heliostaten auf Testplattformen in Jülich montiert und getestet.

Heliostaten sollten die Sonne präzise reflektieren und ihr folgen

Heliostaten seien meist ringförmig um den zentralen Solarturm angeordnet. Der Receiver absorbiere die konzentrierte Solarstrahlung und wandele diese in Hochtemperatur-Wärme um. Ein Wärmeträgermedium führe die Wärme ab und gebe sie direkt an den Kraftwerksprozess oder einen Speicher weiter.

Um einen hohen Wirkungsgrad zu erreichen, sei es wichtig, dass die Heliostaten exakt der Sonne nachgeführt werden und das Sonnenlicht präzise reflektierten. Eine neu entwickelte Software steuere deren Position nun noch exakter. Sie erfasse die Orientierung der Achsen, berechnee, wie stark sich der Heliostat durch sein Eigengewicht verforme und registriere wie sich die Antriebe verändern.

Geschickte Anordnung der Antriebsachsen senkt Kosten

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 könnten so Stahl- und Fundamentkosten eingespart werden.

Warum ist der neue Heliostat fünfeckig?

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 müsse die Anordnung der Heliostaten neu berechnet werden, auch weil die Topographie berücksichtigt werden müsse. Das gegenseitige Verschatten von fünfeckigen Heliostaten sei geringer als bei den bisher üblichen viereckigen Modellen. Die Spiegel müssten so angeordnet sein, dass der Receiver gleichmäßig bestrahlt werde, die Heliostaten möglichst nah am Turm aufgestellt seien und sich trotzdem nicht gegenseitig verschatten.

Heliostaten werden im solarthermischen Versuchskraftwerkt getestet

Fünf Stellio-Modelle werden seit kurzem auf dem Gelände des solarthermischen Versuchskraftwerks in Jülich montiert, einer davon auf der neuen Testplattform "Helitep". Hier kann der Einfluss von externen Lasten - wie Wind, Temperatur und Schwerkraft - auf den Heliostaten untersucht werden. Außerdem könnten die Wissenschaftler die optische Qualität und die Nachführgenauigkeit testen.

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