Aktuell / 09.01.2018

Solarturmkraftwerke: Neuartige Isolierung für Receiver verbessert die Zuverlässigkeit

Die verschiedenen Dämmungssegmente wurden getrennt auf die Arbeitsplattform in 60 m Höhe befördert und dort montiert. | © DLR

Einen großen Einfluss auf den Wirkungsgrad eines Solarturmkraftwerks hat die Qualität der Receiverdämmung. Jede Materialschrumpfung oder Beschädigung verschlechtert die Effizienz und jede Reparatur kostet Geld und Zeit. Wissenschaftler des DLR haben gemeinsam mit Partnern aus der Industrie eine neuartige Cavity Dämmung entwickelt. Dabei werden verschiedene Materialien kombiniert. Im Vergleich zu früheren Materialien hat sich die neue Dämmung als beständiger erwiesen.

Die neuartige Cavity-Dämmung beruht auf der Kombination unterschiedlicher Materialien. | © DLR

Bei einem Solarturmkraftwerk befindet sich der Receiver in einer Kammer an der Turmspitze. Die gebündelte Solarstrahlung trifft dort durch eine kleine Öffnung auf den Receiver. So verteilt sich die Strahlung gleichmäßiger im Raum. Außerdem nehmen die Verluste infolge von Abstrahlung und Konvektion ab.

Die neuartige Cavity Dämmung für den Receiver besteht aus mehreren Schichten. Ein Gewebe oder Keramikblech auf Basis von Keramikfasern bildet die äußere Ebene, auf die die Solarstahlung auftrifft. Die inneren Isolierschichten bestehen aus unterschiedlichen Kombinationen von Hochtemperaturwolle. Hierbei können beispielsweise polykristalline Fasern zum Einsatz kommen. Die Dämmmatten verlaufen quer zur Cavitywand. Da die höchsten Temperaturen im Bereich der vorderen Schichten auftreten, sind diese aus hochwertigerem Material gefertigt als die hinteren. Die bestehen aus einem mikroporösen Material, das eine erheblich höhere Dämmwirkung bietet. Allerdings ist dieses nicht hochtemperaturbeständig.

Materialien neu kombinieren und segmentweise aufbauen

Ein Gewebe oder Keramikblech auf Basis von Keramikfasern bildet die äußere Ebene, auf die die Solarstahlung auftrifft. Die inneren Isolierschichten bestehen aus unterschiedlichen Kombinationen von Hochtemperaturwolle. | © DLR

Die neuartige Dämmung setzt sich aus vier Segmenten zusammen. Diese werden erst bei der Installation im Solarturm zusammengebaut. Dieses bietet den Vorteil, dass damit auch große Dämmungen ermöglicht werden. Weiterhin bestehen Vorteile bei Transport und Montage, z. B. durch die räumlich begrenzten Transportkapazitäten des Aufzugs im Solarturm. Die Tests des segmentweisen Aufbaus verliefen erfolgreich.

Die Wissenschaftler testeten die Cavity im Versuchskraftwerk der Plataforma Solar de Almería in Spanien unter solarer Belastung: 47 Stunden bei 1.000 bis 1.100 °C und 52 Stunden bei 1.100 bis 1.200 °C. Dabei wurden zum Beispiel Thermoelemente in unterschiedlichen Materialtiefen auf der Oberfläche verteilt und eine radiometrische Bestimmung der auftreffenden Flussdichte vorgenommen. Aufnahmen mit einer Infrarotkamera rundeten die Untersuchungen ab. So erfassten die Forscher erstmals hochaufgelöst die reale Belastung einer solar bestrahlten Cavity Dämmung. Im Verlauf der Tests sind keine Schäden an der neuartigen Dämmung aufgetreten. Auch an hochbelasteten Stellen hielt das Material stand. Die eingebauten Fugen und Überlappungen konnten schrumpfende Materialflächen und unterschiedliche thermische Dehnungen erfolgreich konstruktiv ausgleichen.

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