Größenoptimierung eines Heliostaten bezüglich Kosten und Ertrag

Abstract

Solarturmkraftwerke sind eine vielversprechende Technologie zur Erzeugung von erneuerbarem Strom und Wärme. Über mehrere nachgeführte Spiegel, so genannte Heliostaten, die in einem Heliostatfeld angeordnet sind, wird die direkte Sonneneinstrahlung auf einen zentralen Receiver fokussiert, um dort ein Medium stark zu erhitzen. Diese Wärme kann dann in einem Kraftwerksprozess in Strom umgewandelt oder für einen industriellen Produktionsprozess genutzt werden. Die Heliostaten eines Solarturmkraftwerks machen einen erheblichen Teil der Investitionskosten aus. Daher ist ein möglichst kostengünstiges und ertragreiches Design der Heliostaten erstrebenswert. Ein wichtiger Faktor ist dabei die Größe der einzelnen Heliostaten. Durch immer preiswertere elektronische Bauteile werden kleinere Heliostaten, die insgesamt mehr Steuereinheiten für ein Heliostatfeld benötigen, immer wirtschaftlicher. Außerdem erfordern einige industrielle Anwendungen hohe Konzentrationen und damit kleine Brennflecke, für die kleinere Heliostaten besser geeignet sind. Am DLR Institut für Solarforschung wird ein innovativer 2 m² Heliostat-Prototyp mit einem Kunststoff-Schneckengetriebe entwickelt. Ziel dieser Masterarbeit ist es, dieses Heliostat-Design weiterzuentwickeln, und auf zwei weitere Größen (6,4 m² und 12,8 m²) anzupassen. Jede Komponente der drei Heliostaten wird modelliert und auf Basis der Windlasten ausgelegt. Anhand der Abmessungen und ausgewählter Zukaufteile können die Kosten für jeden Heliostaten abgeschätzt werden. Mit Hilfe des Raytracing-Programms HFLCAL werden die Erträge der drei Heliostaten für verschiedene Anwendungsfälle bestimmt. Abschließend werden die Größenoptima dieses Heliostat-Designs für die verschiedenen Anwendungsfälle ermittelt und der Einfluss der Haupt-Kostenfaktoren analysiert.