09.01.2012, Düsseldorf

 

Terostat MS von Henkel als Klebstofflösung für Kollektoren in solarthermischen Kraftwerken

 
 
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Neue Ideen von Novatec Solar für die CSP Industrie

Fossile Brennstoffe sind endlich, Solarenergie dagegen ist unerschöpflich: Sämtliche Energiereserven der Erde an Öl, Kohle und Erdgas entsprechen einer Energiemenge von nur 20 Tagen Sonnenschein. Das macht die Sonne zu einer zuverlässigen, sauberen und brauchbaren Alternative zu fossilen Brennstoffen. Darauf setzt Novatec Solar. Das Unternehmen mit Sitz in Karlsruhe betreibt das erste kommerzielle Solarkraftwerk, in dem eine patentierte Technologie zur Energiegewinnung durch konzentrierende Solarthermie eingesetzt wird. Seit 2006 haben Novatec und Henkel hierfür zusammen eine High-Tech-Klebstoff-Lösung entwickelt.

In Südspanien reihen sich auf einer Gesamtfläche von 18.000 Quadratmetern zwei mit je 16 parallel angeordneten Spiegelreihen aneinander: Die Versuchsanlage Puerto Errado 1 (PE1) ist das erste kommerzielle Solarkraftwerk, in dem der solarthermische Dampferzeuger Nova-1 von Novatec Solar zum Einsatz kommt. An einem weiteren Solargroßkraftwerk, Puerto Errado 2 (PE2), wird seit 2010 gebaut.

Die innovative Technologie von Nova-1 basiert auf der sogenannten Linear-Fresnel-Kollektor-Technologie. Flachglasspiegel – die mit dem Henkel-Klebstoff Terostat MS auf Stahlrahmen geklebt werden – sind so aufgestellt, dass sich die reflektierende Sonneneinstrahlung in einer Brennlinie bündelt. Oberhalb des Spiegelfeldes ist in 7,40 Metern Höhe ein linearer Receiver installiert. In diesem wird durch die konzentrierte Strahlung Wasser direkt in Dampf umgewandelt, der eine Turbine antreibt. Das Wasser wird anschließend wieder abgekühlt und zurück zum erneuten Dampfdruckaufbau im Spiegelfeld geleitet. Der so erzeugte Strom wird schon seit März 2009 in das lokale Netz eingespeist. Puerto Errado 1 war damit das erste  direkt verdampfende solarthermische Kraftwerk der Welt. Anders als die bisherigen Kraftwerke dieser Art,  wird die Anlage fast ausschließlich kommerziell genutzt.

Da die „Sonnenstrahlen-Ausbeute“ eine entscheidene Rolle spielt, werden die Spiegel stetig dem Sonnenverlauf nachgeführt, damit die Brennlinien aller Spiegelelemente in dem Receiver konzentriert werden. Um die Krümmung der Spiegel auf dem Stahlrahmen zu erzielen, ist ein Klebstoff erforderlich, dessen Elastizität die Temperaturausdehnungskoeffizienten der Substrate – Stahl und Spiegelglas – ausgleicht, ohne dass die genaue Ausrichtung der Spiegel auf den Receiver beeinträchtigt wird. Das Produkt Terostat MS von Henkel erfüllt diesen Anspruch.
 
Schnelle Produktion mit Terostat MS
„Wir haben Henkel unser Vorhaben genau geschildert und gemeinsam an Lösungen zur Umsetzung gearbeitet. Mit Terostat MS haben wir einen wirklich leistungsstarken Klebstoff“, sagt Dipl.-Ing. Gerhard Hautmann, Geschäftsführer und Mitbegründer von Novatec Solar. Er entwickelte für die Kraftwerke die gesamte Lieferkette und den automatisierten Fertigungsprozess der Spiegel. Die ersten Konzepte für die Realisierung von solarthermischen Kraftwerken entstanden 2005 auf Basis der Dissertation von Max Mertins, Geschäftsführer und verantwortlich für Forschung und Entwicklung bei Novatec Solar. Während einer Fahrradtour durch den Schwarzwald im Jahr 2005 entwickelten Gerhard Hautmann und Martin Selig, Geschäftsführer und verantwortlich für Markt- und Produktentwicklung bei Novatec Solar, die ersten Ideen, die dann 2006 zur Firmengründung von Novatec Solar führten.
 
Im Fertigungsprozess spielt Terostat MS auf Basis von silanmodifizierten Polymeren eine entscheidende Rolle, da der Klebstoff die Krümmung des Spiegels halten muss. Der Verklebungsprozess dauert pro Modul zehn Minuten. In dieser kurzen Zeitspanne wird der Klebstoff automatisch auf den Stahlrahmen appliziert. Im nächsten Arbeitsschritt des Verklebungsprozesses werden die Flachglasspiegel zugeführt, die dann in den Klebstoff eingepresst werden. Dafür muss Terostat MS seine volle Klebkraft möglichst schnell entwickeln, um die Spiegel in der richtigen Krümmung auf den Stahlrahmen zu halten. „Wir waren uns von Anfang an bewusst, dass es entscheidend für den Erfolg unserer Konstruktion ist, welchen Klebstoff wir einsetzen“, so Hautmann.

Silan-modifizierte Polymere halten am längsten
Neben der schnellen Verarbeitungszeit ist die Alterungsbeständigkeit eine weitere Herausforderung, „denn die Klebverbindungen müssen 25 Jahre überdauern. Das war eine unserer Anforderungen an den Klebstoff“, erzählt Hautmann. „Die Spiegel öfter auszutauschen, ist nicht ökonomisch.“

Bei einer Untersuchung des Langzeitverhaltens von Klebstoffen, die Hautmann 2007 zusammen mit der Fachhochschule Münster durchführte und veröffentlichte, konnten silanmodofizierte Polymere bezüglich der Haft- und Unterwanderungsbeständigkeit punkten. Außerdem schnitten diese Klebstoffe bei Klimawechseltests am besten ab. Die zweikomponentige Variante von Terostat MS ist ein Klebstoff aus dieser Gruppe: Er zeichnet sich durch eine hohe Anfangshaftung und einen schnellen Festigkeitsaufbau aus. Der Klebstoff kommt bei dem Bau der Dampferzeuger zum Einsatz.

Elastisch und hitzebeständig
Die nicht kennzeichnungspflichtigen Terostat MS-Klebstoffe überzeugen durch eine ausgezeichnete Witterungsbeständigkeit und trotzen extremen Temperaturen im Sommer wie im Winter – perfekt für den Einsatz in Gegenden wie Südspanien, wo Temperaturen zwischen minus 20 und plus 45 Grad Celsius auftreten können. „Eine neue Herausforderung ist nun der Einsatz in Meeresnähe, da muss der Klebstoff beweisen, dass er auch dem höheren Salzgehalt der Luft Stand halten kann“, sagt Hautmann.

Solarthermie leistet Beitrag zu Nachhaltigkeit
Der sehr geringe Wasserverbrauch der Solarkraftwerke ist ein großer Vorteil, zum Beispiel in der trockenen Steppe Südspaniens. Durch die Verwendung von Luftkondensatoren wird kein Kühlwasser benötigt. Dies entlastet die natürlichen Ressourcen und verkürzt die Genehmigungszeiträume in wasserarmen Regionen.  „Wir können inzwischen mit Erdöl als Energielieferant konkurrieren“, befürwortet Hautmann den Einsatz von Solarthermie. Der Bau von weiteren Solarkraftwerken, die für einen verantwortungsvollen Umgang mit den natürlichen Ressourcen der Erde stehen, ist in Zukunft auch für Hitze-Gebiete in Südafrika, Australien und den USA geplant.

Bis zum Ende des Jahres 2011 wird in Südspanien das zweite Kraftwerk, PE2, stehen. Das 30-Megawatt-Kraftwerk wird das weltweit größte Linear-Fresnel-Solarkraftwerk und sich über eine Fläche von 500.000 Quadratmetern erstrecken. Rund 50 Gigawattstunden Strom pro Jahr wird PE2 produzieren – damit können circa 12.000 Haushalte versorgt werden. Auch seine 28 Spiegelreihen werden mit Terostat MS-Klebstoffen von Henkel an Stahlrahmen befestigt. Denn ihr Einsatz im ersten kommerziellen Solarkraftwerk PE1 hat sich bestens bewährt.

Für die Entwicklung und Umsetzung der Fresnel-Technologie in Solarkraftwerken wurde Novatec Solar im Rahmen der SolarPACES der „Technical Achievement Award" verliehen.

Henkel AG & Co. KGaA