Institut für Solarforschung Heliostaten der nächsten Generation Andreas Pfahl, Phillip Liedke, Felipe Vasquez, Fabian Gross Autonomer Radkranz Heliostat (BMWi-Projekt AutoR, Partner TRINAMIC Motion Control, Technische Universität Hamburg Harburg) Durch Radkränze lassen sich die Genauigkeits- und Last-Anforderungen an die Antriebe und somit deren Kosten reduzieren. Radkranz-Heliostaten sind auch für kleine Anlagen mit kleinen Spiegelflächen geeignet. Hierfür werden Spiegelpanels mit kurzen Brennweiten benötigt. Ein entsprechendes SpiegelSandwichpanel mit Stahl-Blech-Kern wurde entwickelt und mit einer Brennweite von 30m gefertigt (Abb. 1, Mitte). Die Formgebung erfolgt durch eine Hartschaumschicht zwischen Spiegel und Sandwichstruktur (Abb. 1, unten), die durch ihre dämpfende Eigenschaften die Hagelschlagbeständigkeit erhöht. Die Kraft wird mittels Kette auf die Radkränze übertragen. Das nicht runde sondern polygonförmige aufliegen der Kette auf dem Ritzel führt zu Geschwindigkeits- und Lastschwankungen der Kette. Ersteres wird durch die Steuerung kompensiert, letzteres durch die Art der Kettenführung vermieden (Abb. 1, oben rechts). Lay-Down-Face-Down-Heliostat (AA-Projekt HelioMaroc, Partner MASEN) In Wüstengegenenden verschmutzen die Spiegelflächen besonders schnell, was erhebliche Reinigungskosten verursacht. Zeigt die Spiegelfläche in der Ruhestellung des Heliostaten nach unten, kann die Verschmutzung deutlich reduziert werden. Durch ein spezielles Koppelgetriebe kann dies zugleich mit einem Absenken der Spiegelfläche erreicht werden (Abb. 2), wodurch die Windlasten und damit die Beanspruchung und die Kosten der gesamten Struktur im Sturmfall stark reduziert werden. Abb. 1: Autonomer Radkranzheliostat Kettengetriebe und Sandwichpanel Abb. 3: Herstellung Spiegel-Panel-Fertigungsform mittels rotierender Abziehschablone mit Abb. 2: Lay-Down-Face-Down-Heliostat Sandwich-Spiegel-Facetten (BMWiProjekt SPACE, Partner sbp sonne) Durch günstige Kernmaterialen lassen sich die Kosten insbesondere von großen Sandwichpanels stark reduzieren. Daher wird die Eignung verschiedener KernMaterialen und -Formen untersucht sowie auch die Eignung unterschiedlicher Deckschichten und Verbindungsarten. Bei großen Panels sind die Kosten für herkömmliche Fertigungsformen erheblich. Durch eine rotierende Abziehschablone lässt sich eine günstige Form herstellen mit z.B. magerem Lehm als Material (Abb. 3). Einfachst Heliostat mit optischer Steuerung (DLR-TM-Projekt KOSMOS) Die Steuerung dieses Karussell-Heliostaten erfolgt mittels optischem Sensor, der eben zur Spiegelfläche angebracht ist. Aufgabe der Steuerung ist es im Prinzip, den Bildmittelpunkt zwischen dem Abbild der Sonne und des Receivers zu halten, so dass die Winkel zur Sonne und zum Receiver genau entgegengesetzt sind und die Spiegelfläche korrekt ausgerichtet ist (Abb. 4, unten). Die optische Steuerung kompensiert Ungenauigkeiten der Mechanik, so dass diese mit geringeren Genauigkeitsanforderungen und damit zu geringeren Kosten gefertigt werden können. Z.B. können die Räder direkt auf dem Boden oder auf einfachen Betonplatten laufen. Auch hinsichtlich Festigkeit sind die Anforderungen an die Mechanik stark reduziert, da die Spiegelfläche im Sturmfall nahe dem Boden abgelegt werden kann (Abb. 4, oben). Der AzimutAntrieb kann kostengünstig durch einen Linearantrieb mit Radkranz und Seilen zur Kraftübertragung realisiert werden (Abb. 4, Mitte). Der Elevationsantrieb besteht aus einem Linearantrieb, der mit großem Hebelarm am Spiegelpanel angreift. Dieses besteht aus einer monolithischen Sandwichstruktur und kann auf Grund der reduzierten Windlasten kostengünstig ausgeführt werden. Abb. 4: Einfachst Heliostat mit monolithischem Sandwichpanel und optischer Steuerung Kontakt: Institut für Solarforschung | Abteilung Tolleforscher | Ort | Solarforscher/-in Kontakt: Institut für Solarforschung Telefon: 02203/601 0000 | E-Mail:[email protected] Abteilung Punktfokussierende Systeme Pfaffenwaldring 38-40 | 70569 Stuttgart Andreas Pfahl | Telefon: 0711/6862-479 E-Mail: [email protected]
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