Tragstruktur für solarthermische Rinnenkraftwerke

Aktenzeichen 21383/01
Zusammenfassung / Abstract: Dateigröße: 0.12 MB | Zuletzt geändert: 11.08.2009
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Projektträger: Carpe Diem SolarHölle & Jakob GbR
Schwarzwaldstr. 11
72348 Rosenfeld
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Telefon: 07428/33 89
Internet: -
Bundesland: Baden-Württemberg
Beschreibung:
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die bekannten Tragstrukturtechnologien bestehen aus gitterförmigen Strukturen, die aus sehr vielen Einzelteilen zusammengesetzt werden. Das Erreichen der Formgenauigkeit verlangt entsprechend viel Aufwand.
Ziel ist es, ein Vollflächentragwerk zu entwickeln, das die Parabolgeometrie und die mechanische Tragstruktur vereint, wobei folgende Aspekte berücksichtigt werden:
- Das Traggerüst soll aus möglichst wenig Einzelteilen bestehen (Handlingsaufwand)
- Geschlossene Profile haben höchste Verdrehsteifigkeit, was für diese Anwendung unabdingbar ist
- Der Korrosionsschutz ist bei geschlossenen Profilen leichter aufzubringen
- Die eingesetzten Baugruppen müssen einfachst aufgebaut und leicht montierbar sein
- In der kompakten Bauweise sollte möglichst viel Funktionsgeometrie enthalten sein
- Reduzierung der Handlingstechnik)
- Kosteneinsparung gegenüber den bisherigen Strukturen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIm ersten Monat werden Skizzen und Entwürfe für das erforderliche Anwendungsprofil angefertigt. Die aus den Gesprächen mit den Kooperationspartnern gewonnenen Erkenntnisse werden in der Konkreti-sierungsphase (Monat 3-4) in praktikable Lösungen umgesetzt. Dabei werden Skizzen, Entwürfe und grobe Berechnungen zur geplanten Tragstruktur gemacht. Im fünften Monat werden diverse Modelle zu den geplanten Tragwerkstechniken im Maßstab 1:20 angefertigt. Dazu kommen 3D CAD-Zeichnungen und Volumenmodelle. Bis zum sechsten Monat wird unter Berücksichtigung der praktischen Erfahrungen und unter Einbeziehung von modernem technischen Serienfertigungs-Know-how eine geeignete Fertigungstechnik erarbeitet. Daraus entsteht der erste Schritt für die Phase der konkreten Umsetzung in Metall. Ein Modell im Maßstab von 1:10 wird aus Metall angefertigt. Dabei sollen möglichst viele Verarbeitungsschritte der zukünftigen Fertigung berücksichtigt werden. Im 7. Monat Entscheidungsfindung für Bauart, Werkstoff, Verarbeitungs- und Verbindungstechnologie und Korrosionsschutz. Im achten Monat werden die CAD-3D Modelle und die dazugehörigen Maßstabszeichnungen angefertigt. Für die kriti-schen Stellen werden FEM-Berechnungen erstellt. Während der nächsten 4 Monate wird ein Maßstabsmuster 1:1 erstellt. An diesem Maßstabsmuster werden die verschiedenen, möglichen Verbindungstechnologien eingesetzt. Im 12. Monat werden an diesem maßstabsgerechten Modell Belastungstests durchgeführt. Anschließend findet ein Workshop mit allen Beteiligten statt und die gewonnenen Erfahrungen und Erkenntnisse werden ausgewertet.


Ergebnisse und Diskussion

o Bei einem gut durchdachten, einfachen Montagedogg ist ein schneller, unkomplizierter und exakter Aufbau des Holzschalentragwerks möglich.
o Die Alu-Holz-Verbundplatten sind in dieser Größe (2,2 m x 12 m) mit entsprechendem Equipment in großen Mengen schnell und formgenau herstellbar.
o Sollte aus bisher noch nicht absehbaren Gründen OSB-Holz als Rippenwerkstoff ausscheiden, so gibt es von der Firma Welser bereits eine ausgearbeitete Metallvariante.
o Transportlogistik! Die einzelnen Baugruppen lassen sich sehr kompakt stapeln. Zurzeit sind mindestens acht komplette Kollektormodule in einem 40-Fuß-Container transportierbar.
o Kostenreduktion! Wie erwartet können durch den Einsatz von Holzwerkstoffen und durch die torsionssteife Tragschalenkonstruktion erhebliche Kosten eingespart werden.
o Sollte sich herausstellen, dass die Alu-Holz-Verbundplatten durch engmaschigeres Verlegen von Rippen und Längslatten vermieden werden können (Beulsteifigkeit), wäre eine weitere Kostenreduktion denkbar.
o Die Stahl und Energiepreise werden auch weiterhin steigen. Da Holz ein nachwachsender Rohstoff ist, für dessen Gewinnung und Verarbeitung rel. wenig Energie benötigt wird, ist auch für unser Holzschalenverbundtragwerk kein nennenswerter Preisanstieg zu erwarten.
o Die bisher bekannten Metallreflektoren reduzieren zwar den Wirkungsgrad um 8 - 10 %, bieten dafür jedoch andere Vorteile.
o Kein Glasbruch: weder beim Transport noch bei der Montage noch im Betrieb.
o Durch den Einsatz von einer Metallreflektorschicht kann diese zur statischen Lastaufnahme eingesetzt werden, so dass auch hier ein weiteres Einsparungspotential vorhanden ist.
Noch offene Fragen die einer weiteren Diskussion bedürfen
· Lässt sich die 6mm Sperrholzschicht durch eine 4mm Sperrholzschicht ersetzen?
· Ist es möglich, durch ein engeres Auflageraster von Rippen und Längslatten das Sperrholz auf den Alu-Holz-Verbundplatten komplett wegzulassen?
· Ist die Anzahl der Rippen reduzierbar ohne die notwendige Stabilität zu verlieren?
· Lassen sich die Längsverbindungen bei einer bestimmten Anzahl von Rippen und bei einer ge-schlossenen Außenhülle deutlich reduzieren?
· Kann bei Verwendung einer 6mm Sperrholzschicht die Aluminiumstärke noch evtl. auf 0,3 mm reduziert werden? (Sperrholzplatten als tragende Elemente der Außenhaut)
· Wie verhält sich das komplette Tragwerk bei starken Temperaturunterschieden?
· Verhindert das Sperrholz eine Längendehnung des Aluminiums in tolerierbarem Maß?
· Ist es notwendig die Längsverbindungen aus Aluminium zu fertigen, so dass eine unproblematische Längendehnung möglich wird?
· Gibt es eine Verbindungstechnologie zwischen Rippen und Außenhülle die die erforderlichen Kräfte aufnehmen kann ohne großen Klebe- und Klammeraufwand? (siehe Clip- oder Steckverbindung)


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Am 13. April fand die erste Präsentation des Projektes im Rahmen eines Gutachtertreffens statt. Die hiesigen Zeitungen berichteten über das Projekt. Der regionale Fernsehsender brachte einen kurzen Bericht in den Spätnachrichten. Die Fachzeitschrift Sonne, Wind und Wärme berichtete über die Entwicklung. Auf dem Kongress Eurosun2004 haben wir das Projekt vorgestellt.


Fazit

Beim Gutachtertreffen am 13. April ergab sich folgendes Fazit: Alle Teilnehmer waren sich einig, dass für die geringe Höhe der Fördersumme erstaunlich viel entstanden ist und dass das Projekt weitergeführt werden soll.
Weitere Ergebnisse. Eine optische Vermessung ist wichtig um frühzeitig zu erkennen an welchen Stellen noch etwas verbessert werden kann. Da die Phase eins abgeschlossen ist, sollte dies zu Beginn der Phase zwei geschehen. In der Phase zwei sollen dann vier Kollektoren auf der Plata Forma Solar in Spanien aufgestellt werden. Phase Drei wäre der Bau eines kompletten Loops. Einigkeit bestand auch darüber, dass eine ausführliche FEM-Berechnung in Phase zwei gemacht werden sollte. Diese kann sehr nützlich sein, um verschiedene Varianten durchzurechnen und ist gleichzeitig eine wichtige Grundlage für spätere Geldgeber, Banken oder Geschäftspartner. In der Phase zwei ist es bereits wichtig, sich nach möglichen Geschäftspartnern und Geldgebern umzusehen. Weitere wichtige Punkte für die Phase zwei sind das Beobachten einer möglichen Kondensationsproblematik und die Auswahl der richtigen Werkstoffe.

Förderzeitraum: 10.03.2004 - 09.09.2005 (1 Jahr und 6 Monate)
Fördersumme: 145.160,00
Förderbereich: I.2.1
Themengebiet: Umwelttechnik
Stichworte: Umweltforschung, Klimaschutz, Umwelttechnik, Ressourcenschonung
Publikationen: