Parabolschalen aus Hochleistungsbeton als Solarkollektoren

Abstract

Parabolrinnen in solarthermischen Kraftwerken werden bisher vornehmlich als Stahlfachwerke mit punktgestützten Spiegelelementen hergestellt. Um die Stromerzeugung kostengünstiger zu gestalten, wurde bereits an einem kleinformatigen Demonstrator mit Parabolschale gezeigt, dass solche Kollektormodule auch aus Beton hergestellt werden können [1]. Unterschiedliche Konzepte, welche sich in ihrer Apertur sowohl an etablierten Kollektormodulen mit ca. 6 m Öffnungsweite als auch an großformatigen Kollektoren mit bis zu 10 m großen Aperturweiten orientieren, wurden im Rahmen des von der DFG geförderten Schwerpunktprogramms SPP 1542 „Leicht Bauen mit Beton” innerhalb des Kooperationsprojekts zwischen der Technischen Universität Kaiserslautern und der Ruhr‐Universität Bochum entwickelt. Sie unterscheiden sich zusätzlich durch ihre Lagerungsart und in der Querschnittsausbildung entweder als einwandige Schale mit kraftflussaffinen Aussteifungselementen oder als Hohlstruktur mit hergeleiteten, effektiven Steifigkeiten. Die entwickelten Module genügen dem Anspruch einer leichtgewichtigen und materialeffizienten Konstruktion. Wesentliche Einwirkungen auf Parabolschalen sind dabei Eigen‐, Wind‐ und antriebsbedingte Torsionslasten, welche als lokale und globale Lastansätze dargestellt werden und deren Einfluss auf die Auslegung der Schalen beschrieben wird.

Design of modular concrete heliostats using symmetry reduction methods

“…However, for parabolic troughs, it could be shown that slender light-weight shells made from high-performance concrete (HPC) are an economic alternative to conventional collectors due to the low costs of concrete. 7,8 HPC is characterized by a high compressive strength of approximately >70 to 80 MPa and an increased durability compared to regular concrete. 9 The findings for parabolic shell collectors are now transferred to heliostats.…”

“…In previous designs of concrete shell collectors for parabolic troughs, the Nanodur concrete has proven to be suitable. 7,11 It exhibits good workability and has self-compacting behavior and high durability. 16 The material properties differ with respect to the used aggregates and additives.…”

Konzeptionierung und Errichtung eines originalmaßstäblichen Parabolrinnenkollektors aus Hochleistungsbeton

“…Um den Schalungsaufwand für die prototypische Umsetzung vergleichsweise gering zu halten, wurde die Schale als einwandiger Vollquerschnitt ausgeführt. Ein Entwurf mit äußeren Versteifungsrippen oder innen liegenden Hohlkörpern ist zur weiteren Materialreduktion denkbar.…”

“…Die Schnittgrößen variieren je nach Positionierung der Schale während der Sonnennachführung. Die spezifischen Windbeanspruchungen basieren auf hinreichend genau modellierten Windkanaluntersuchungen für unterschiedliche Auslenkungen. Aufgrund des Aufstellorts des Kollektors in Borchen (Deutschland) wurde zusätzlich eine Schneelast nach berücksichtigt, welche bei typischen Standorten von solarthermischen Anlagen obsolet wäre.…”

Konstruktion und Bemessung selbsttätiger Hochwassersperren aus Hochleistungsbeton

“…An der TU Kaiserslautern wird seit 15 Jahren daran gearbeitet, das Trag-und Verformungsverhalten von Konstruktionen aus Hochleistungsbeton zu erforschen [11][12][13][14] und dabei auch die Vorteile von Sandwichkonstruktionen nutzbar zu machen [15,16].…”