Konstruktion und Aufbau eines Prototypen einer Parabolspiegelsolaranlage

Abstract

Als eine Konsequenz der sich häufenden Zeichen des Klimawandels, welcher durch den enormen Energiebedarf der wachsenden Weltbevölkerung verstärkt wird, erscheint der Ruf nach erneuerbaren Energien immer lauter. Konzentrierte Solarthermie CSP (English: Concentrated Solar Power) stellt die Wärmenutzung von über Spiegelelemente auf eine Absorber-Fläche gebündelten Sonnenstrahlen zur beispielsweisen Stromerzeugung dar. Insbesondere Parabolrinnen-Kraftwerke, die im Vergleich zu allen anderen CSP-Technologien geringe Stromkosten aufweisen, erfahren in den letzten Jahren einen neuen Aufschwung. Das Wiener "Start-Up" und zugleich Auftraggeber dieser Diplomarbeit SOLABOLIC entwickelt die nächste Generation von Parabolrinnen-Kollektoren, die das Potential haben, die Wirtschaftlichkeit der solarthermischen Stromerzeugung signifikant zu erhöhen. Ziel dieser Diplomarbeit ist es auf Basis des von SOLABOLIC-Gründer DI Ahmed Adel einzigartigen, patentierten Designs ein physikalisches Modell zu realisieren. Damit wird nicht nur der Fördervereinbarung mit AWS (Meilenstein in PreSeed) nachgekommen, sondern auch die technologische Entwicklung der jungen Unter-nehmung vorangetrieben. Im Zuge der konstruktiven Ausarbeitung und in der Umsetzungsphase können so bekannte und aber auch noch unbekannte technische und ökonomische Fragestellungen gewonnen bzw. behandelt werden. Ausgehend von an dieser Diplomarbeit anschließendem Unternehmensziel einen "Full-Size"-Prototypen mit den Abmessungen von ca. 12m x 6m und einer Aparturweite von 5,8m zu entwickeln, wird mit dieser Arbeit ein Maßstab von ca. 1:4 zu realisiert. Das einzigartige, innovative Design erreicht es, dass die vom Sonnlicht einfallenden Strahlen durch die parabolische Form in der Brennlinie gesammelt werden, ohne dass präzise Fertigungsprozesse von Nöten sind. Durch das Einbringen von gleichverteilten Kräften in den Spiegelelementen ist es möglich, die nötige optische Präzision auch bei Wind zu garantieren. Diese Technik ist bereits im Hängebrückenbau etabliert und bietet die Möglichkeit Spiegel mit sehr großen, über den Marktstandart hinaus, Aperturen zu realisieren. Im Zuge der Planung, Konstruktion und in der Umsetzung konnte so ein unschätzbarer Wert an Erfahrung für die Fa. SOLABOLIC gewonnen werden. Bereits für den Bau des "Full-Size"-Prototypen haben diese erfolgreich Anwendung gefunden. Auch konnte das Modell einen Beitrag zur Auszeichnung mit dem Inventum Awards in Bronze leisten.

In light of the accumulative signs of climate change, largely driven by the energy needs of the world´s growing population, the very practical need for sustainable alternative power sources is inevitable. CSP- (Concentrated Solar Power) technologies have the potential to be key drivers in displacing fossil fuels. CSP-plants use mirrors to concentrate the energy from the sun in order to drive thermal processes such as traditional steam turbines for electricity generation. Due to the low electricity costs, parabolic trough systems are the most attractive amongst CSP technologies. SOLABOLIC, a Viennese start-up, is developing the next generation of parabolic trough collectors, which have the potential to increase overall economics of this technology significantly. The purpose of this thesis is to realize a physical model of such a parabolic trough collector that is based on the complete new and patented design created by SOLA-BOLIC´s founder DI Ahmed Adel. The creation of such a model enables SOLABOLIC to meet their grant agreements with AWS (PreSeed) as well as allows them to accelerate the development of their technology. On the basis of a full-size prototype, with its dimensions of 12m x 6m and an aperture of 5,8m, this model is realized in a scale of 1:4. SOLABOLIC`s unique and innovative approach allows to focus the sun`s energy onto a receiver tube that runs down the center of a trough, which does not require any complex finishing steps, hence, no complex production facilities are required when such a collector is installed. By evenly distributing forces on a series of cables, a parabolic shape is created that can even resist high wind loads without bending. Over 100 years ago, suspension bridges vastly increased the span and reduced the material consumption and manufacturing costs in bridge building. The SOLABOLIC patented parabolic trough can do the same for the CSP industry. Going through the planning and realization process of this trough model allowed the generation of important data as well as practical experience which was leveraged by SOLABOLIC in building the first full-size prototype afterwards. As a next step, SOLABOLIC will implement one collector in an existing CSP- plant. Last but not least, it`s worth mentioning that the model contributed to SOLABOLIC`s achievement in winning notable awards such as the Inventum bronze award.