Auslegung einer Sandwich-Spiegelfacette für Heliostate

Abstract

Am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) Stuttgart entwickelte solare Turmkraftwerke bündeln Sonnenlicht mit Spiegeln (sogenannte Heliostaten) am Boden auf einen Receiver in der Spitze eines Solarturms. Neue Konzepte sehen vor, die Spiegel am Boden mit einer kostengünstigen, tragenden Sandwichstruktur zu versehen. In dieser Arbeit wurde diese Sandwichkonstruktion, bestehend aus ineinandergesteckten und verklebten Blechen, hinsichtlich ihrer Eignung für Heliostaten von Solarturmkraftwerkeuntersucht und optimiert. Zur Bewertung des Einflusses von der Steifigkeit eines Sandwiches auf die optische Qualität eines Heliostaten wurde ein Makro geschrieben und validiert. Um die Verformung des Sandwiches bestimmen zu können, wurde ein FEM-Modell eines Blechsandwiches aufgebaut und mit einem Biegeversuch erfolgreich validiert. Die Optimierung des Sandwiches erfolgte ebenfalls mit einer FEM-Analyse, in der verschiedene Sandwichgeometrien gegenübergestellt und anhand des Gewichts und der vom Makro bestimmten, optischen Qualität bewerten wurden. Die Ergebnisse haben gezeigt, dass die Geometrie eines bisherigen Sandwichheliostaten mit 9 m² Spiegelfläche bereits das geringste Flächengewicht (Sandwichgewicht pro Spiegelfläche) von 12,50 kg/m² aller berechneten Varianten aufweist. Die bisherige Sandwichbauweise ist also nicht mehr nennenswert optimierungsbedürftig (für 9 m² Heliostaten). Allerdings bieten andere Bauweisen, die mit dem erstellten Makro bewertet werden können, noch Potenziale von unter 12,50 kg/m². Dazu wurden Verbesserungsvorschläge erarbeitet, anhand derer, weitere Gewichtseinsparungen und somit auch Kostenreduktion möglich sind.