Bild: Kübler; iStock, prognone

Teamarbeit bei Lösungen für die Solarbranche Anlageneffizienz mit Kübler-Drehgebern erhöhen

01.06.2018

Concentrated Solar Power ist eine Schlüsseltechnik der Solarbranche. Beim Drehen der Spiegel kann intelligente Automatisierungstechnik helfen.

Speziell für eine seiner Kernbranchen, die Solarindustrie, hat sich der Hersteller Kübler eng mit Partnern aus angrenzenden Branchen, wie der Antriebs- und Automatisierungstechnik, vernetzt. Im Verbund entstehen innovative Lösungen. Diese bilden einen wesentlichen Bestandteil innerhalb der gesamten Wertschöpfungskette. Die Kunden profitieren nicht nur von auf
ihre Anforderungen angepassten Produkten, sondern von einer breiten Zuliefererbasis. Das Angebot reicht von speziellen Kundenschnittstellen über schnell realisierte und ökonomische Komplettantriebe bis hin zur Weiterentwicklung hochgenauer, robuster Mess- und Montageverfahren inklusive dem Implementieren vor Ort.

Das Solar-Team wächst

Seit einigen Jahren wächst das Kernbranchen-Team Solar bei Kübler kontinuierlich. Dabei befindet sich die Industrie in einer Phase tiefen Umbruchs. Der Weg, beziehungsweise das Weg, von fossilen und atomaren hin zu erneuerbaren Energiequellen ist derzeit eins der folgen­reichsten und ambitioniertesten Themen unserer Zeit – sowohl hierzulande als auch für den Rest der Welt. Nicht zuletzt aufgrund intensiver staatlicher Förderung konnte sich Deutschland einen festen Platz unter den Technologieführern auf dem Gebiet solarthermischer Anlagen erobern. Eine lebendige Branche mit vielen offenen technologischen Fragen für die Zukunft. Kübler hat die globale Wachstumsbranche Solarenergie seit Beginn mit seinen speziell für schwierige Außeneinsätze angepassten, witterungsbeständigen Produkten begleitet und dabei neben umfangreichen Kenntnissen über die speziellen Bedürfnisse der Branche viel Projekterfahrung gesammelt. Gerade im Bereich der sogenannten Großanlagen, Kraftwerke und Nahwärmesysteme sieht das Schwarzwälder Unternehmen vor allem in der System- und Antriebstechnik noch viel Entwicklungspotenzial.

CSP: Ein Schlüssel innerhalb der Solarthermie

CSP – Concentrated Solar Power – heißt eine Schlüsseltechnik im Bereich der alternativen Energiegewinnung, die nach wie vor ein besonderes Begeisterungspotenzial für Forscher und Entwickler birgt: Sonnenenergie wird durch Spiegel konzentriert, um Wasser zu erhitzen.

Mit dem entstehenden Dampf wird eine Turbine angetrieben. Und da sich große Mengen an Wärme, im Vergleich zu Strom, relativ einfach und gut speichern lassen, liefern diese Solarkraftwerke auch dann Strom, wenn die Sonne nicht scheint. CSP-Anlagen schöpfen ihr volles Potenzial in den sonnenreichsten Regionen dieser Erde aus. Diese Gegenden liefern für Photovoltaik schon auf Grund der Hitze wenig Stromausbeute. Zudem umgehen die thermischen Kraftwerke einen Teil des Stromnetzproblems, denn gerade in heißen Regionen sind diese für die angestrebte Verteilung einer zentralen Stromproduktion bis in den letzten Winkel Mangelware.

CSP-Kraftwerken genügen Wasser für den Betrieb der Dampfturbine und Stromleitungen, die darauf ausgelegt sind, Energie dahin zu bringen, wo sie gebraucht wird. In CSP-Anlagen bündeln der Sonne nachgeführte Spiegel Licht auf einen Absorber. Dort wird überhitzter Wasserdampf erzeugt, der eine Turbine antreibt, an die wiederum ein Stromgenerator angeschlossen ist. Dabei versorgt Kübler Anlagen mit Positionssensorik, die unterschiedlichen Technologien folgen: Beim Turmsystem mit Heliostaten konzentrieren einzeln nachgeführte Spiegel das Sonnenlicht auf einen Turm, in dem ein Absorber platziert ist. Das Parabolrinnensystem besteht aus langen gewölbten Spiegelreihen, die die Sonneneinstrahlung auf ein mit Dampf oder einem anderen Medium gefülltes Empfangsrohr bündeln. Eine dritte Technologie ist auf die Direktverdampfung von Wasser ausgelegt: Während Parabolrinnenspiegel der Sonne mit leistungsstarken Hydrauliken nachgestellt werden, ermöglichen sogenannte Fresnel-Kollektoren aufgrund ihrer leichten Bauweise eine sehr wirtschaftliche Nutzung an Standorten, an denen große Flächen verfügbar sind. Mehrere ebenerdig angeordnete parallele, ungewölbte Spiegelstreifen reflektieren dabei die Sonneneinstrahlung auf einem Empfangsrohr. Dazu werden sie über viele Antriebe dem vertikalen Sonnenverlauf nachgeführt.

Sensoren mit Solarkompetenz

Kübler Komponenten und Lösungen für die Solarbranche erfüllen zum einen die geforderte Kosteneffizienz und Langlebigkeit von Komponenten, die für den harten Einsatz in heißen Regionen ausgelegt sind. Sie zeichnen sich darüber hinaus durch ihre perfekte Systemintegration aus. Ein Zweiklang, der dem Kunden Vorteile bringt. Ganz gleich, welche CSP-Technik zur Anwendung kommt: Solarthermische Kraftwerke benötigen durch ihre gesamte Wertschöpfungskette hindurch bestmögliche Effizienz, um kostendeckend Energie liefern zu können. Eine Effizienz, die nicht bei den Anschaffungskosten Halt macht, sondern die Wartungskosten über eine lange Lebensdauer mit einkalkuliert. Extreme Witterungsbedingungen, denen die Komponenten zuverlässig und langlebig standhalten müssen, gehören daher zu den Grundanforderungen.

Bei inkrementalen und absoluten Drehgebern sind es das robuste Safety-Lock-Design, die Schock- und Vibrationsresistenz und die hohe IP-Schutzart, die die Produkte für Heliostaten mit Positionserkennung von Azimut- und Höhen­achsen prädestinieren. Kübler Neigungssensoren der IS-Reihe im kompakten und robusten Kunststoffgehäuse sind die Produkte der Wahl, wenn eine hohe IP-Schutzart und eine besondere Temperaturresistenz erforderlich sind. Beides ist wichtig beim Einsatz in Parabolrinnensystemen, aber auch in Photovoltaikanlagen. Berührungslose, magnetische Messsysteme wie der Kübler Limes LI50 eignen sich speziell für Parabolrinnenanlagen mit Achsensteuerung. Die linearen Messgeräte im Druckgussgehäuse bieten maximalen IP-Schutz, benötigen wenig Einbauraum und sind schock- und vibrationsresistent.

Lösungen durch Kooperation

Im indischen Rajasthan entsteht derzeit eine 250-Megawatt-Fresnel-Anlage; sie ist damit das größte Bauwerk dieser Art in Asien. Die hochgenaue Winkelmessung an den Fresnel-
Spiegeln übernehmen die bewährten Kübler Sendix F36, speziell für diesen Einsatz in Kooperation mit dem Antriebsspezialisten Framo-Morat technisch weiterentwickelt. In einer Fresnel-Anlage zählt auch die zweite Stelle hinter dem Komma, wenn es um die Genauigkeit der Spiegelpositionierung geht. Dabei ist es vor allem die Größe der Anlage, die die hohe Genauigkeit der Spiegelstellung erfordert. Im Falle ungenauer Messungen wäre der Wirkungsgrad der Anlage drastisch beeinträchtigt.

Der Aufbau eines Fresnel-Kollektors gestaltet sich sehr einfach: Ein Stahlgerüst trägt ebene, in Reihen hintereinander angeordnete Primärspiegel. Der Receiver ist in einer Höhe von einigen Metern oberhalb der Primärspiegel angebracht und besteht im Wesentlichen aus Sekundärspiegeln und einem Absorberrohr. Bei einer mittleren Anlage beträgt die Spiegelhöhe um die zehn Meter; die gigantische Anlage, die Kübler gemeinsam mit seinem Partner Framo-Morat belieferte, erfordert einen Abstand zwischen Spiegel und Absorber von bis zu 50 Metern. Die Spiegelposition muss deshalbt mit einer Genauigkeit von unter 0,01 Grad Abweichung ermittelt werden, um der ambitionierten Anlagenauslegung zu ent­sprechen.

Während Küblers Partner, das Schwarzwälder Unternehmen Framo-Morat den Antrieb realisierte, sorgte der Sensorik­hersteller für das passgenaue und dennoch kostengünstige Messsystem und unterstütze die wirtschaftliche Integration in den Antrieb. Die Kübler-Lösung innerhalb der Koopera­tion bestand in der Weiterentwicklung des hochgenauen
Kübler-Absolutdrehgebers Sendix F36: Es entstand ein Produkt, das für diese Aufgabe ideal zugeschnitten ist. Dazu wurde die standardmäßige ohnehin schon hohe Genauigkeit des Gebers verdoppelt, und in Kooperation mit Framo-Morat wurden verschiedene Lösungen entlang der Wertschöpfungskette erarbeitet: Von der Verbesserung der Mess- und Montageverfahren über eine gemeinsame Fehleranalyse vor Ort bis hin zu einer Logistik-Optimierung zwischen den Partnern. Kurzum: Eine wirtschaftliche Gesamtlösung, bestehend aus Produkt, Montage, System, Test und Logistik mit unerwarteten Vorteilen in der Realisierung, die den Kunden begeistert. Seine Wettbewerbsfähigkeit wurde gestärkt und das Time-to-Market verkürzt. Für Kübler ist das erfolgreiche Kooperations-Projekt bereits die Keimzelle für weitere Entwicklungsschritte innerhalb dieser anspruchsvollen Branche. Und für viele Lösungen, die das Unternehmen auch in anderen Branchen bietet.

Bildergalerie

  • Mit der Weiterentwicklung des Absolutdrehgebers Sendix F36 entstand eine wirtschaftliche Gesamtlösung, bestehend aus Produkt, Montage, System, Test und Logistik.

    Bild: Kübler

  • Während Parabolrinnenspiegel der Sonne mit leistungsstarken Hydrauliken nachgestellt werden, ermöglichen Fresnel-Kollektoren durch ihre leichte Bauweise eine wirtschaftliche Nutzung an Standorten, an denen große Flächen verfügbar sind.

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  • Antrieb und Drehgeber

    Bild: Kübler

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