Mini-Spiegel-Array

1. Mini-Spiegel-Arrayfürsolarthermische Kraftwerke Markus SauerbornSolar-Institut JülichB. Hoffschmidt, J. Göttsche, S. SchmitzCh. Rebholz, F. Ansorge, D. IflandProjekt gefördert durch das BMU (FKZ: 16UM0074)

2. Heliostat \ 2-4m² Mini-Spiegel Mini-Spiegel-Array • Ziel • Entwicklung Mini-Spiegel-Array (flacher Heliostat) • Aufgabe • Entwicklung 1. Demonstrator: • Mini-Spiegel-Array (in Box) • Antrieb Miniatur-Aktoren • Wirkungsgrad ≈ große Heliostate • Technische Prüfung des Demonstrators unter der Künstlichen Sonne des SIJ i. A. • Theoretische Systemanalyse für Solarturmkraftwerke • Erste Analyse zur Kostenentwicklung • Ökobilanz i. A. • Partner • Solar-Institut Jülich (SIJ) / FH-Aachen – Jülich • Fraunhofer Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (Fh-IZM)– Oberpfaffenhofen • Institut für Technische ThermodynamikDLR –Stuttgart

3. Beispiel:PS10 Heliostat(Spanien / Sevilla) Spiegelfläche 120m² bzw. 90m² Kosten (aktuell) 130€/m³ Mindestkosten 70€/m² Stahlpreis ≥ 2€/kg Spiegel, Rahmen, Struktur Antrieb, Säule, Steuerung 90% Stahl Gewicht 38kg/m² durch Windlastabsicherung bis 45km/h maximale Kostenreduktion 46% Windlast => weniger & günstigere Werkstoffe => Mini-Spiegel-Array Problemstellung • Stromentstehungskosten für Solarkraftwerke wesendlich durch Baukosten definiert • Spiegelfeld: 30% - 50% der Gesamtkosten Maximales Kostenreduktionspotenzial des Heliostatenfeldes (Stand der Technik & Massenproduktion)

4. Mini-Spiegel-Array (MSA) 1. Demonstrator-Version • 25 kleine Spiegel • Spiegelgröße: (10 x 10)cm • Boxgröße: (60 x 60)cm • hochtransparentes Solarglass als Abdeckung • Bewegungssystem: untereinander verbundene, parallele Ständer Aktuell Demonstratorbau in Zeitverzug Entwicklungsziel MSA (langfristig) • > 100 kleine Spiegel • Spiegelgröße: (10 x 10)cm -(20 x 20)cm • Boxgröße: bis (200 x 200)cm • Gewicht: Tragbar für 2 Personen

5. VermessungssystemKünstliche Sonne des SIJ Sonnen-Beleuchtungs-Simulation • Paralleler Strahl • Sonnenverlauf Beleuchtungs-Einheit • Lampe & Parabolspiegel • LASER-System Bewegungs-System • Rotationskranz / Horizontal(Azimut) • Teleskop-Arm / Höhenstand(Elevation) • elektr. Antriebe mit CAN-Bus • Programmierbare Software-Steuerung

6. Spiegelreflektivität Absorption (Atmosphäre) Kosinusverluste Shading (Verschattung) und Blocking (Abblocken) Spilling (Nachführgenauigkeit) Optische Verluste von Heliostaten für Solarturmkraftwerke

7. Theoretische Systemanalyse (DLR)Performance Grenzen & Vergleich mit klassischem Heliostat • Vergleich der Ausbeute über Tag MSA - Referenz-Heliostat • =>verringerter Wirkungsgrad • des MSAum bis 30% pro m² • vergrößerte Aufstellfläche • Kostenanalyse? Reflektionseffizienz als Funktion der Box-Orientierung für definierte Position im Feld =>optimale Ausrichtung

8. Kalkulationszinssatz Großspiegel Großspiegel Mini-Spiegel-Array Literaturwert Zielwert = 100€/m² Literaturwert Ökonomische Betrachtung (Berechnungsmodul) Ökologische Betrachtung (in Arbeit) - Ziel: MIPS-Analyse nach dem Wuppertal Institut - Aktuelle Auslegung des Demonstratorts lässt noch keine sinnvolle Bewertung für hoch skalierten Prototypen zu Aluminiumeinsatzes in den Baugruppen des MSA 

9. Zusammenfassung • Ein Mini-Spiegel-Array Konzept für Solarthermische Anwendungen wird für das Heliostatenfeld von Solarthermischen Turmkraftwerken untersucht • Theoretische Systemanalysis (bei gleicher Spiegelfläche) • Erstes Analysemodul bzgl. Stromgestehungskosten erstellt • Technische Bewertung mit der Künstlichen Sonne im SIJ sind i. A. • Ökobilanz i. A. Ergebnisse: => reduzierte Reflektionseffizienz (-30%) mit Vergleich zum klassischen Heliostat => aber mehr Spiegelfläche pro Feldfläche möglich => geringere Kosten pro m² möglich => weitere Optimierungen der technischen Eigenschaften und bei der Herstellung sind absehbar => ökonomische Betrachtung relativiert den schlechteren Wirkungsgrad => Weitere Simulationen zur Feldauslegung erforderlich => Weiterentwicklung zum Prototyp

10. Danke für die Aufmerksamkeit!