Parabolschalen aus Hochleistungsbeton als Solarkollektoren

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.

Parabolic shells made from high-performance concrete for solar collectors
Parabolic troughs for concentrating solar power plants are mainly built as spatial steel frameworks which support curved mirror elements pointwise. Today, significant cost savings can merely be expected from cheaper construction material as shown by a first prototype made from concrete [1]. Alternative concepts inspired by commercially established collector modules with an aperture width of about 6 m as well as large scale collector modules with an aperture width of up to 10 m have been developed within the priority program SPP 1542 “Concrete light” funded by the German Research Foundation (DFG) in cooperation of the Technical University of Kaiserslautern and the Ruhr-University Bochum. These concepts also differ with respect to support conditions and cross-sectional shapes. They include single-walled solid shells with additional bracings according to the flux of forces or employ void formers and associated effective values for bending and axial stiffness. Of course, both fulfill the strict requirements set on lightweight and material efficient structures. Most relevant actions on the parabolic shells result from self-weight, wind loads and torsional moments due to the driving system, which are considered locally and globally to capture their influence on the shell's design.