Umformen von Reflektorspiegeln aus für solarthermische Anwendungen

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IFU Institut für Umformtechnik Universität Stuttgart

Parabolrinnenkraftwerke, die bereits heute mit Anlagengrößen von 250 MW und mit Solarfeldern von über 1,5 Mio m² Spiegelfläche realisiert werden, erfordern sehr hohe Investitionen, die zu einem beträchtlichen Teil durch die bisher verwendeten kostenintensiven Glasspiegel entstehen. Zusätzlich entstehen erhebliche Kosten beim Transport in entlegene Wüstengebiete und im späteren Betrieb durch Glasbruch oder Beschädigung der Reflektoren.

Formgenauigkeit der Spiegelkrümmung als besondere Herausforderung

Über die geringeren Material- und Fertigungskosten hinaus können durch größere und leichtere Spiegelsegmente weitere Einsparpotenziale bei der Kollektorstruktur sowie bei der Montage erwartet werden. Im Rahmen eines Forschungsprojektes der Baden-Württemberg-Stiftung wurde eine alternative, kostengünstigere Fertigungstechnologie für die Umformung eines Schichtverbundes mit textiler Zwischenschicht und einer reflektierenden Oberfläche zur Senkung der bisher hohen Investitionskosten der teuren Glasspiegel erarbeitet. Solche Bauteile müssen den folgenden Anforderungen genügen:

• Reflexionsgrade: Um die Funktion im späteren Betrieb zu gewährleisten, müssen in erster Linie die hohen Anforderungen an die Reflexionsgrade nach der Umformung erfüllt werden.
• Formgenauigkeit: Diese muss in Verbindung mit der Unterkonstruktion und einer geeigneten Anbindung zwischen dieser und dem Reflektor sichergestellt werden.
• Bauteilsteifigkeit: Darüber hinaus spielt die Steifigkeit der Reflektoren eine entscheidende Rolle, um bei extremen Umwelteinflüssen, wie zum Beispiel Sandstürmen, keinen Schaden zu nehmen. Werden dem großen, stabilen Reflektor auch tragende Funktionen zugeschrieben, kann die Unterkonstruktion wesentlich entlastet und kostengünstiger ausgeführt werden.
• Hitze: Wärmedehnungen der Reflektoren zwischen der Befestigung und der Reflexionsschicht müssen berücksichtigt werden.
• Schwingungsentkopplung: Mittels einer funktionalen Trennung durch ein Abstandstextil kann die Einleitung von Schwingungen (beispielsweise aufgrund von Windlasten) in die Trägerstruktur inklusive des Fundamentes reduziert werden.

Im Hinblick auf die umformtechnische Herstellung besteht eine große Herausforderung bezüglich der Formgenauigkeit der Spiegelkrümmung, da aufgrund der diesbezüglich geringen Beträge kaum plastische Dehnungen in das Bauteil eingebracht werden. Die Krümmung liegt im Wesentlichen im elastischen Bereich, was zu einer großen Rückfederung führt. Zudem wird vorzugsweise ein oberflächenveredelter Werkstoff verwendet, wodurch plastische Dehnungen nur in geringem Maße zugelassen werden können.

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