SOLSEC – Sekundärreflektoren für Turmreceiver

Entwicklung eines Sekundärreflektoren für Turmreceiver

Laufzeit: 5/2019 - 4/2021
Auftraggeber / Zuwendungsgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)
Kooperationspartner: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR)
Projektfokus:
Solar-Reflexion
© Fraunhofer ISE
Beständigkeit des solaren Reflexionsgrades bei Lagerung im Ofen bei 400 °C bzw. 450 °C- für ein verbessertes Beschichtungssystem, das im Rahmen des SOLSEC-Projekts entwickelt und getestet wurde.
Versuchsprototyp der Sekundärreflektorkanäle
© Fraunhofer ISE
Fotografie des Versuchsprototyps der Sekundärreflektorkanäle nach 2500 h im Ofen bei 400 °C.
Schematische Darstellung der Mikro-Kavitäten
© Fraunhofer ISE
Schematische Darstellung der Mikro-Kavitäten, die an der Verbindungsstelle zweier Sekundärreflektorkanäle entstehen.

In Fresnel-Kollektoren werden bereits Sekundärkonzentratoren eingesetzt, in Solarturmkraftwerken werden dagegen bislang keine Sekundärspiegel eingesetzt. Dort sind die Anforderungen bezüglich  Temperaturen (> 350 °C) und technischen Bedingungen (große Spiegeloberfläche in 200 m Höhe) anspruchsvoller als in linear konzentrierenden Kollektoren. Das innerhalb des EU-Projekts »RAISELIFE« erstellte Konzept hat gezeigt, dass Turmreceiver mit Sekundärspiegeln im Vergleich zu einem System ohne Sekundärkonzentratoren das Potential besitzten, den elektrischen Ertrag zu erhöhen, sowie die Receiverkosten zu senken. Darüber hinaus zeigt die Materialweiterentwicklung der hochreflektierenden Schicht des Fraunhofer ISE eine verbesserte Stabilität bei Temperaturen oberhalb von 350°C.

Ziel dieses Projekts »SOLSEC« ist es, erstmals einen Sekundärreflektor-Prototypen für den Einsatz in Turmkraftwerken zu entwickeln, zu konstruieren und zu testen, um damit die bisher vielversprechenden Ergebnisse zu bestätigen und fortzuentwickeln.

Im Rahmen des Projekts wurden bisher hochreflektierende Beschichtungen auf Silberbasis (Rsol > 93 %) entwickelt, die bei Temperaturen über 350 °C über längere Zeiträume stabil sind (siehe Abbildung 1). Erste strukturierte Prototypen aus geformtem und hochglanzpoliertem Stahl wurden beschichtet und ebenfalls im Ofen getestet (siehe Abbildung 2).

Der Prototyp wird im Anschluss im SYNLIGHT des DLR getestet werden.

Im Projekt werden detaillierte optische Simulationen durchgeführt:

  • Mit unserem Strahverfolgungs-Tool »Raytrace3D« wird die maximal absorbierte Strahlung auf den Sekundärspiegeln und damit die thermische Last bestimmt, in Abhängigkeit von deren Reflexionsgrad und der verwendeten Zielpunktstrategie im Turmkraftwerk.
  • Es werden auch kritische Aspekte wie Spitzen der Strahlungs-Flussdichte beleuchtet, welche in den Mikro-Kavitäten auftreten können (siehe Abbildung Z). Die Strahlungsspitzen hängen dabei vom Reflexionsgrad ab.
  • Die Ergebnisse dieser optischen Untersuchungen werden für die Bewertung der Materialentwicklungen und für die Auslegung des Kühlungssystems verwendet

Mit einem erfolgreichen Prototyp sowie dem erlangten Know-How ist das Konsortium in der Lage, der Industrie ein attraktives Produktportfolio vorzulegen.

Die entwickelten Sekundärreflektoren können auch für andere Receivertypen verwendet werden, beispielsweise für Receiver für chemische Reaktionen, bei denen eine hohe Konzentration erforderlich ist.

Außerdem könnten die hochtemperaturstabilen Beschichtungen für einen breiteren Markt (z.B.  Hersteller von Flutlichtanlagen) interessant sein. Im Rahmen dieses Projekts werden daher auch alternative Märkte betrachtet.