Konzeptionierung und Errichtung eines originalmaßstäblichen Parabolrinnenkollektors aus Hochleistungsbeton

Herrn Professor Dr.-Ing. Josef Hegger zu seinem 65. Geburtstag gewidmet
Parabolrinnen sind die etablierteste Technologie konzentrierender solarthermischer Kraftwerke, welche die direkte solare Strahlung linienartig zur nachträglichen Stromerzeugung mittels Kraftwerksblock bündeln (Concentrated Solar Power). Bisherige Kollektoren bestehen überwiegend aus Stahlfachwerken, die parabolisch gekrümmte Spiegel punktartig stützen. Dabei entsteht eine Trennung von Trag- und Reflektorstruktur. Diese Separation wurde durch eine Betonschale mit einem kleinformatigen Demonstrator aus Hochleistungsbeton mit neuartiger Abrolllagerung aufgehoben [3]. Im Projekt ConSol (“Concrete Solar Collector”) wurde von einem Konsortium unter Führung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) dieses konzeptionelle Design aufgegriffen und auf originalmaßstäbliche Parabolrinnen mit einer Aperturweite von 5,77 m und einer Gesamtlänge von 24 m weiterentwickelt. Dazu wurde eine verformungsoptimierte, filigrane Betonschale von nur i. M. 4,5 cm Dicke entwickelt, welche auf einer sichelförmigen Abrolllagerung der Sonne nachgeführt wird. Ein Kippen bzw. Abrutschen wird durch Betonverzahnungen verhindert. Die Nachführung gelingt über ein eigens entwickeltes Antriebssystem mit Kettenverbindungen und einer Leistung von nur 180 W. Eine Qualifizierung der optischen Wirksamkeit erfolgte mithilfe digitaler Nahbereichsphotogrammetrie.

Conceptual design and construction of an original scale parabolic trough collector made of high-performance concrete
Parabolic troughs are the most mature technology of concentrated solar power (CSP) which focuses the direct solar radiation onto line-like absorbers. In a downstream power block electricity is generated. Up to now, parabolic trough collectors mostly consist of steel frameworks supporting mirror elements pointwise. A small-scale shell solar concrete prototype made of high-performance concrete with a novel rocker bearing has already been built [3]. It merges supporting structure and reflecting surface. In the project ConSol (“Concrete Solar Collector”), this conceptual design was adapted by a consortium led by the German Aerospace Center (DLR). Further, it was developed to a holistically optimised parabolic shell collector for full scale parabolic troughs with an aperture width of 5.77 m and a total length of 24 m. Therefore, a slender shell of only 4.5 cm on average was optimized with respect to deformation demands that tracks the sun by means of sickle shaped rocker bearings. Tilting or slipping is avoided due to concrete gears. A specially developed drive system with chain connectors and a power unit of only 180 W enables the movement of the collector. A qualification of the optical efficiency is performed by means of digital close range photogrammetry.