SOLBEADO: Entwicklung und Testen von Sekundärreflektoren für ein Beam-Down-Turmkraftwerk

Abstract

Die konzentrierenden Beam-Down-Solar-Türme (BDST) bieten mehrere Vorteile im Vergleich zu aktuellen Solartürmen, insbesondere hinsichtlich des bodenbasierten Empfängers. Die Integration von Speicherlösungen mit BDST wird als vielversprechende Vereinfachung für industrielle Prozesse oder modulare Kraftwerke betrachtet. In BDST konzentrieren Heliostate das Sonnenlicht auf einen Empfänger, wobei ein sekundärer Reflektor auf einer höheren Ebene positioniert ist. Die Effizienz des Beam-Down-Kraftwerks hängt von der Reflektivität, der Form und der Haltbarkeit dieses sekundären Reflektors ab. Eine erhöhte Konzentration und ein leichtes Design für den Reflektor stellen Herausforderungen dar. Derzeit werden Aluminiumreflektoren verwendet, die eine solar gewichtete spekulare Reflektivität von etwa 90 % aufweisen. Der Einsatz von Aluminium begrenzt sowohl die Reflektivität als auch die Betriebstemperaturen auf unter 200 °C. Um diese Einschränkungen zu überwinden, hat das Solbeado-Projekt polierte Stahlreflektoren mit einer silberbasierten Physikalischen Dampfabscheidung (PVD)-Beschichtung und Barriereschicht-Beschichtungen unter Verwendung von Plasma-Enhanced Atomic Layer Deposition (PEALD) und Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) entwickelt. Diese Entwicklung erhöhte die Reflektivität auf mindestens 93 % und sorgte für langlebige Stabilität bei höheren Betriebstemperaturen. Demonstrator-Proben von sekundären Reflektoren wurden unter Freiluftbetriebsbedingungen im Süden Italiens getestet. Der entwickelte Reflektor und das optimierte Montagesystem wurden erfolgreich in ein Testsetup integriert. Die PECVD- und PEALD-Beschichtungsschichten zeigten eine Verbesserung der Beständigkeit it des Reflektors, obwohl die langfristige Beständigkeit ein Problem bei einer Beschichtung bleibt, bei der Silber in Position 1 auf einem Substrat (Beschichtung der Umwelt zugewandt) steht. Concentrating Beam-Down Solar Towers (BDST) offer several advantages compared to current solar towers, particularly in terms of the ground-based receiver. The integration of storage with BDST is seen as a promising simplification for industrial processes or modular power plants. In BDST, heliostats concentrate sunlight onto a receiver using a secondary reflector positioned at a higher level. The efficiency of the beam-down power plant depends on the reflectance, shape and durability of this secondary reflector. Achieving increased concentration and a lightweight design for the reflector poses challenges. Currently, aluminum reflectors are used, which have a solar weighted specular reflectance of about 90%. The use of aluminum limits both the reflectance and the operating temperatures to below 200°C. To address these limitations, the Solbeado Project developed polished steel reflectors with a silver-based Physical Vapor Deposition (PVD) coating and barrier layer cover-coatings using Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition (PEALD) and Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition (PECVD). This development increased the reflectance to at least 93% and ensure long-lasting stability at higher operating temperatures. Demonstrator secondary reflector samples were tested in outdoor operating conditions in south Italy. The designed reflector and optimized mounting system was successfully integrated into a test setup. The PECVD and PEALD cover layers were shown to enhance the durability of the reflector, although long-term durability remains an issue with a coating where silver is in position 1 on a substrate (coating facing the environment).