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Stellio Heliostat – the state-of-the-art Concentrating Solar Power (CSP)

© Filmfabrik Schwaben
Solar 23.04.2016

Entwicklungsgeschichte

schlaich bergermann partners sbp sonne gmbh setzt sich aus beratenden Ingenieuren sowie Technologieentwicklern im Bereich der konzentrierenden, thermischen Solarthermiesysteme (CSP) zusammen.
Stellio, das aktuellste Heliostatdesign welches von sbp entwickelt wurde, zielt auf nachhaltige Kostenreduktion sowie eine verbesserte Leistung besonders im Bereich der Großkraftwerke ab.
Unser Team konzentriert sich auf die Erzeugung von Solarenergie im industriellen Maßstab und verlässt sich dabei auf die Erfahrung die in über 25 Jahren bei der Entwicklung und dem Bau von thermischen Solarkraftwerken bis jetzt gewonnen wurde. Dabei wurde sowohl Pionierarbeit geleistet als auch ein operativer Rahmen auf globaler Ebene geschaffen.

Stellio wurde in Zusammenarbeit mit dem südafrikanischen Unternehmen SASOL Technology für den südafrikanischen Markt und die dortigen Standortbedingungen entwickelt. SASOL zog sich jedoch aus dem Projekt zurück und sbp ging daraufhin eine Partnerschaft mit Masermic und Ingemetal Solar ein um das techno-ökonomischen Konzept auf einen Prototypen und ein Seriendesign zu erweitern. Die Gruppe vereint ein umfassendes Fachwissen basierend auf über 40 Jahren internationaler Erfahrung in allen existierenden CSP Technologien und auf über 600 MW entwickelten und im Betrieb befindlichen CSP-Kraftwerken welche weltweit hergestellt, aufgebaut und kommissioniert wurden.

Dank zahlreicher technischer Innovationen kann Stellio alle bisherigen Erwartungen übertreffen. Die Konstruktionsstudie strebte eine Minimierung der Stromgestehungskosten an und das daraus resultierende Konzept wendet diese Innovationen mit bestehenden Herstellungsverfahren an um eine optische Qualität nahe am theoretischen Limit zu erreichen. Gleichzeitig resultierte die Studie in einem optimierten Kosten/Leistungsverhältnis durch ein kosteneffizientes Tragwerksdesign.

  • Image of the sun on a tower target
    Image of the sun on a tower target
  • Stellio heliostat aiming at target at 400 m distance © Filmfabrik Schwaben
    Stellio heliostat aiming at target at 400 m distance

Drei bedeutende Neuerungen wurden mit dem Stellio Heliostatendesign umgesetzt

Verminderte Kosten durch geneigte Antriebsachsen und spezielle Steuerungssoftware
Es wurde eine geneigte Antriebsachsenanordnung entwickelt um mit einer durch mathematische Modelle veränderten Orientierung der Nachführachsen den jährlichen Sonnenverlauf abzudecken. Diese spezielle Anordnung im Antriebsystem erlaubt die Verwendung von kostenoptimierten und standardisierten Linearantrieben. Das Antriebsystem ist in der Lage, eine Selbstkalibrierung durchzuführen, welche mit Hilfe einer intelligenten Programmierung Toleranzen sowie Verformungen durch Eigengewicht und Fundamentverhalten kompensiert.
Diese Steuerungsstrategie erlaubt eine Verminderung der Größe von Tragwerkskomponenten und infolgedessen bedeutende Einsparungen bei Stahl- und Fundamentkosten ohne Leistungseinbußen in Kauf nehmen zu müssen.

Fünfeckige Konzentratorform
Stellio’s Größe und seine kompakte, fast-runde Form stellen ein ausgewogenes Konzept dar um Kosten zu reduzieren und die Leistung zu verbessern. Der beinahe kreisförmige Konzentrator minimiert gegenseitiges Verschatten und Blockieren und kann sehr präzise mittels Hochpräzisionsformen hergestellt werden. Der Entwurf beinhaltet standardisierte Glaspaneele die kostenintensive und vorgefertigte Glasfacetten überflüssig machen. Die fünfeckige Form und angebrachte Größe bieten wenig Raum für Astigmatismuseffekte und die rotationssymmetrische Tragwerksform unterstützt bessere, optische Eigenschaften bei höheren Steifigkeit mit weniger Materialeinsatz, einer gleichmäßigeren Durchbiegung und geringerer Windanregung.

Unschlagbare optische Qualität
Der Fortschritt der Heliostattechnologie durch die Einführung von geneigten Antriebsachsen und intelligenten Steuerungssystemen im Verbund mit dem neuen rotationssymmetrischen Entwurf resultiert in einer noch nie dagewesenen, optischen Präzision für einen Heliostaten in kommerziell relevanter Größe. Dies wurde durch unabhängige, internationale Experten bestätigt.
Ein Indikator für Kosteneinsparungen durch diese fortgeschrittene Technologie stellen die spezifischen Solarfeldkosten nahe 100 €/m² dar und bedeuten eine Reduzierung der Stromgestehungskosten von über 20% (15% Reduktion der Heliostatkosten und fünf Prozent Reduktion der Spiegelfläche durch höhere Effizienz) verglichen mit den konkurrenzfähigsten Heliostatmodellen heutzutage.

Das Video zeigt im Zeitraffer das Sonnenabbild, welches von Stellio auf ein Turmziel reflektiert wird. Es demonstriert die Genauigkeit mit welcher das scharfe Abbild der Sonne im Verlauf des Tages auf dem 12 x 12 m großen Ziel verbleibt.

Die Partner der Stellio Gruppe

sbp sonne gmbh: Leitet die Entwicklung der Technologie von den ersten Studien bis zur Serienreife

Ingemetal Solar: Die CSP Stahlexperten unterstützen die Konzeptentwicklung und Kostenüberwachung des Tragwerks und sind für die Zusammen- und Aufbauprozesse verantwortlich.

Masermic: Experten in der Entwicklung von Steuerungssystemen im Solar- und Automotivebereich und verantwortlich für die Steuerung und die Energieversorungsstrategie.

Schwabstraße 43
70197 Stuttgart

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