Heliostate aus UHPC – Modularer Ultraleichtbau
Heliostate sind Kollektoren für punktfokussierende, solarthermische Kraftwerke. Eine Vielzahl von Heliostaten bündelt die einfallende Solarstrahlung auf einen im zentralen Solarturm befindlichen Receiver. Etablierte Kollektoren aus Stahl sollen nun durch kreisförmige Betonstrukturen ersetzt werden. Beton, konkret UHPC, hat sich für linienfokussierende Systeme mit parabolischer Rinnenform bereits als vielversprechende Alternative erwiesen [1]. Da Heliostate im Vergleich zu Parabolrinnen erhöhte Genauigkeitsanforderungen besitzen, werden die flächigen Schalen in Strebenstrukturen aufgelöst. Durch die einhergehende Erhöhung der statischen Nutzhöhe wird mehr Steifigkeit generiert.
Für die Formfindung der Heliostate bieten sich aufgrund der runden Form Symmetriereduktionstechniken an [2, 3]. Dazu wird der Heliostat vereinfacht als Platte mit zentraler Lagerung idealisiert und in gleiche Segmente geteilt. Mit einem Ansatz äquivalenter Steifigkeit werden die Segmente in radiale Streben überführt. Maximale Verformungen bestehender Systeme [4] sowie die Zugfestigkeit des UHPC beschränken die Dimensionierung. Dadurch soll ein rechnerischer Verbleib im Zustand I sichergestellt und große Deformationen vermieden werden. Weitere Streben, wie ein innerer Ring zum Anschluss an die Lagerung, ein äußerer Ring, der eine externe Ringvorspannung ermöglicht, und sekundäre Streben zur Kraftweiterleitung und zusätzlichen Stützung von Spiegeln vervollständigen die Module. Durch die externe Ringvorspannung werden Streben überdrückt und die Module zusammengehalten. Aufgrund der Modularisierung und der Vielzahl von Heliostaten im Solarfeld bietet sich eine serielle Vorfertigung an.
Die Umsetzbarkeit zeigt der Prototyp eines kleinformatigen Kollektors, der auf dem Solarfeld Jülich des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) errichtet und optisch qualifiziert wird. Dieser besteht aus vier 90°-„Tortenstücken“ mit einem Durchmesser von 3,20 m, was einer Spiegelfläche von 8 m² entspricht.
