25. Januar 2018
DLR Wissenschaftler des Instituts für Solarforschung haben gemeinsam mit Partnern aus der Industrie eine neue Dämmung für Strahlungsempfänger von Solarturm-Kraftwerken entwickelt. Dabei handelt es sich um die Wärme-Isolierung für den Cavity Receiver, der sich in einem Hohlraum (Cavity) in der Spitze eines Solarturms befindet. Seine Wärmedämmung muss hohen thermischen Belastungen standhalten können, wie direkte konzentrierte Solarstrahlung und Temperaturen von über 1000 Grad Celsius mit starken Schwankungen sowie Wettereinflüsse. Die marktreife Dämmung wird durch die Firma Eugen Arnold GmbH vertrieben.
Bei bisherigen Dämmungen traten schon nach kurzer Betriebszeit Schäden auf. Diese reichen von Lücken, welche den Wirkungsgrad des Kraftwerks verringern, bis hin zu Schäden an sicherheitsrelevanten Bereichen wie der Receiveraufhängung, die einen Komplettausfall der Anlage verursachen können.
Die Mischung macht's – Cavity aus neuem Materialmix besteht Solartests
Die Neuentwicklung besteht aus einem mehrlagigen Materialmix und kompensiert durch konstruktive Maßnahmen bekannte Probleme von direkt bestrahlten Isolierungen, wie zum Beispiel ungleichmäßiges Schrumpfen und Versprödung. Die äußerste Lage ist entweder ein hochwertiges Keramikblech oder ein Gewebe auf Basis von Keramikfasern. Beide sind besonders hochtemperaturbeständig und sie verhindern, dass die Fasern der dahinterliegenden Schichten austreten. Die inneren Dämmschichten bestehen aus verschiedenen Lagen unterschiedlicher Hochtemperaturwollen sowie mikroporöser Materialien. Die Isolierung ist in mehrere Segmente unterteilt, wodurch Transport und Montage erleichtert werden. Die Segmentaufteilung erfolgte unter der Maßgabe, dass jedes der Segmente in den Aufzug des Versuchsturms passt und kein spezieller Baukran für die Installation benötigt wird.
Getestet wurde die Entwicklung im Versuchsturmkraftwerk der Plataforma Solar de Almería in Spanien (Eigentümer und Betreiber: CIEMAT). Die Forscher setzten die Isolierung für 100 Stunden konzentrierter Solarstrahlung unter realistischen Bedingungen aus, wobei die gemessenen Temperaturen an der Dämmung auf über 1000 Grad Celsius stiegen. Die verwendete Messtechnik erfasste die Temperaturen in verschiedenen Materialtiefen sowie die Temperaturverteilung auf der Oberfläche. Gleichzeitig wurde die Flussdichte der auftreffenden Strahlung radiometrisch bestimmt. Es war das erste Mal, dass die reale Belastung einer solar bestrahlten Cavity hochaufgelöst dargestellt und analysiert werden konnte. Das Konzept der neuen Cavitydämmung bewährte sich sehr erfolgreich in den Tests. Es traten keine Schäden auf und selbst an hochbelasteten Stellen kam es zu keinem Materialversagen. Die Entwicklung wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert. Neben dem DLR als Projektkoordinator waren auf Seiten der Industrie die Unternehmen Eugen Arnold GmbH und Walter E.C. Pritzkow Spezialkeramik beteiligt.
Giuliano Roper