Solarthermische Kraftwerke wandeln Sonnenenergie in elektrische Energie um. Durch die Verwendung kostengünstiger thermischer Hochtemperaturspeicher kann ihr Strom dann ins Netz eingespeist werden, wenn er benötigt wird. Von Turm-Solarkraftwerken versprechen sich aktuell viele Experten die niedrigsten Stromgestehungskosten für solarthermische Kraftwerke.

Bei diesen reflektieren tausende zweiachsig dem Lauf der Sonne nachgeführte Spiegel, sogenannte Heliostaten, die direkte Solarstrahlung auf einen zentral auf einem Turm angebrachten Receiver. Dort wird die Strahlungsenergie in Wärme von knapp 600°C umgewandelt und an ein Wärmeträgermedium, zumeist flüssiges Salz, übertragen. Die Wärme wird gespeichert und damit bei Bedarf eine Dampfturbine angetrieben. Die Heliostaten stellen unter technischen sowie wirtschaftlichen Gesichtspunkten die wichtigste Komponente von Turm-Solarkraftwerken dar.

Stellio - Preisgekrönte Innovation

„Stellio”, das aktuellste von sbp (schlaich bergermann partner) entwickelte Heliostatdesign, zielt auf eine nachhaltige Kostenreduktion sowie eine verbesserte Leistung im Bereich der Großkraftwerke ab. Vier bedeutende Neuerungen wurden mit dem Stellio Heliostatendesign umgesetzt:

• eine steife, zentralsymmetrische Struktur aus feuerverzinktem Stahl
  Anstelle der althergebrachten rechteckigen Konstruktion für Heliostaten mit zentralem Biegeträger, Auslegern und Pfetten und dem resultierenden langen Lastweg mit großen Verformungen an den Ecken, wurde für den Stellio eine „regenschirmartige” Tragstruk-tur gewählt, die durch höhere Steifigkeit - und damit höherer optischer Qualität - und kleineren Verformungen sowie geringerer Schwingungsanregung durch Wind gekennzeichnet ist.
  Die zentrale Nabe besteht aus einer geschweißten Stahlblechkonstruktion. Die Fachwerkarme sind aus Quadrathohlprofilen geschweißt. All diese Bauteile und auch der zentrale Pylon sind feuerverzinkt. Weiter kommen offene Profile aus feuerverzinktem Blech bei den Pfetten zum Einsatz. Die Zink-Schichtdicken sind nicht nur relevant für den Korrosionsschutz, sondern auch für die gesamte Funktionstüchtigkeit des Heliostaten. Bei den verwendeten dünnwandigen Profilen spielt die Zinkschicht für die Gesamtmasse eine nicht zu vernachlässigende Rolle und macht hier typischerweise mehr als 10 %­ aus. Gleichzeitig sind die Anforderungen an die Präzision der Positionierung des beweglichen Konzentrators im Tagesverlauf sehr groß, und auch die Verformung durch Eigengewicht muss minimiert werden. Deshalb berechnet die Steuereinheit die Verformung des Konzentrators und Abweichungen der Position durch Eigengewichtsverformungen für jede Orientierung des Konzentrators ständig neu. Dazu müssen Eigengewicht und Schwerpunktlage jedes einzelnen Konzentrators genau bekannt sein, und deshalb wird die Zinkschichtdicke genau überwacht. Die Spiegel bestehen aus rückseiten-versilbertem 4 mm Solarglas.
   
• verminderte Kosten durch geneigte Antriebs­achsen und spezielle Steuerungssoftware
  Es wurde eine geneigte Antriebsachsenanordnung entwickelt, die die Verwendung von kostenoptimierten und standardisierten Linearantrieben erlaubt.

• fünfeckige Konzentratorform
  Stellios Größe und seine kompakte, rundliche 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 mittels Hochpräzisionsformen sehr präzise hergestellt werden. Der Entwurf beinhaltet standardisierte Glaspaneele, die kostenintensive vorgefertigte Glasfacetten überflüssig machen. Die fünfeckige Form mit optimierter Größe reduziert Verluste durch Astigmatismus (Schärfefehler).
   
• hervorragende 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 vormals unerreichten optischen Präzision für einen Heliostaten in kommerziell relevanter Größe.
   

Durch das Stellio-System können die Stromgestehungskosten um mehr als 20% reduziert werden. 15 % werden durch niedrigere Heliostatkosten erreicht sowie 5 % durch die Reduktion der Spiegelfläche aufgrund der höheren Effizienz des Stellio-Systems. Stellio wurde mit dem Solarpaces Technology Innovation Award ausgezeichnet.