A survey of solar concrete shell collectors for parabolic troughs

Forman, Patrick; Penkert, Sebastian; Kämper, Christoph; Stallmann, Tobias; Mark, Peter; Schnell, Jürgen

doi:10.1016/j.rser.2020.110331

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“…The main conclusions are: The advantages of serial production such as weather independence, precision in geometry and material, production speed, or seamless quality control can be used for any supporting structure made from concrete. The key is to segment the structure into many similar modules. The fabrication principle can be used for modularized structures as well as for a priori mass production ready (repetitive) components such as segmental linings 56 or solar thermal collectors 57 In contrast to classical prefabricated building, the individual components (modules) are smaller, much lighter, and have a hundredfold repetition. Established concepts in mechanical engineering, such as lean production and construction kit methodology, enable to ensure the required quality and geometrical accuracy. Individualized serial production is only possible with complete digitization (digital twin) of all process steps.…”

Section: Discussionmentioning

confidence: 99%

Industrializing precast productions

Mark

Lanza

Lordick

et al. 2021

Civil Engineering Design

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Building in heavy rain is seldom beneficial, but common practice on site. It promotes inaccuracies and impairs the use of modern but sensible high‐performance materials and costs time, since disruption in construction frequently causes complicated returns to the planning process. Nevertheless, a handcrafted production process is still considered the one and only alternative since all buildings are unique and thus must be manually constructed on site. Indeed? The priority program entitled “Adaptive modularized constructions made in a flux” funded by the German Research Foundation follows a completely new approach. Buildings are divided into similar modular precast concrete elements, prefabricated in flow production, quality‐assured, and just‐in‐time assembled on site. Comparable to puzzles with many pieces, the uniqueness of the structure is maintained. The motto is: “Individuality on a large scale‐similarity on a small scale”. The contribution presents approaches of modularization, production concepts, and linking digital models. Serial, stationary prefabrication enables short production times and resource‐efficient modules that are assembled to load‐bearing structures with low geometrical deviations. Stringent digitalization ensures high quality of all intermediate steps. These comprise fabrication, assembly, and the whole service life of the structure. The result is a lean production process.

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Section: Discussionmentioning

confidence: 99%

Industrializing precast productions

Mark

Lanza

Lordick

et al. 2021

Civil Engineering Design

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“…Wesentliche Schlussfolgerungen sind: Die Vorteile der seriellen Fertigung wie Wetterunabhängigkeit, Präzision in Geometrie und Material, Produktionsgeschwindigkeit oder lückenlose Qualitätskontrolle lassen sich für beliebige Betontragwerke nutzen. Der Schlüssel dazu ist eine Tragwerksteilung in viele ähnliche Module. Das Fertigungsprinzip ist für modularisierte Tragwerke genauso nutzbar wie für a priori serienfähige (repetitive) Bauteile wie Tübbings [55] oder Solarkollektoren [56]. Im Unterschied zum klassischen Fertigteilbau sind die einzelnen Bauteile (Module) kleiner, viel leichter und besitzen hundertfache Wiederholung. Etablierte Konzepte des Maschinenbaus, wie Lean Production und Baukastensysteme, ermöglichen es, die erforderliche Qualität und Maßgenauigkeiten sicherzustellen. Individualisierte Serienfertigung gelingt nur bei vollständiger Digitalisierung (Digital Twin) sämtlicher Prozessschritte.…”

Section: Schlussfolgerungenunclassified

Vom Handwerk zur individualisierten Serienfertigung

et al. 2021

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Bauen im Regen, eine katastrophale Vorstellung, doch Praxis auf Baustellen. Es bringt Ungenauigkeit, behindert den Einsatz moderner Hochleistungswerkstoffe und kostet Zeit, da Störungen im Bauprozess oft umständliche Rückläufe in den Planungsprozess bedeuten. Dennoch gilt der handwerklich geprägte Bauprozess als unvermeidlich, da jedes Bauwerk individuell und in Handarbeit vor Ort zu erstellen ist. Tatsächlich? Das von der Deutschen Forschungsgemeinschaft eingerichtete Schwerpunktprogramm „Adaptive Modulbauweisen mit Fließfertigungsmethoden“ setzt auf einen gänzlich neuen Ansatz. Baustrukturen werden in ähnliche modulare Betonfertigteile zerlegt, in Serienfertigung mit Fließprinzip vorgefertigt, in ihrer Qualität gesichert und auf der Baustelle nur noch zusammengefügt. Die Bauzeiten reduzieren sich auf wenige Tage oder Wochen. Vergleichbar einem Puzzle aus vielen Teilen, bleibt die Einzigartigkeit des Tragwerks erhalten. Es gilt: „Individualität im Großen – Ähnlichkeit im Kleinen“. Der Beitrag zeigt Ansätze zur Modularisierung, Produktionskonzepte und verknüpfende digitale Modelle. Durch die ortsfeste Vorfertigung in Serie entstehen hohe Produktionsgeschwindigkeiten und schlanke, ressourceneffiziente Module, die zu Tragwerken mit geringen Maßabweichungen assembliert werden. Eine durchgängige Digitalisierung sichert die Qualität aller Einzelschritte. Sie reicht von der Fertigung über den Zusammenbau bis in die Nutzungszeit des Tragwerks. Es entsteht ein verschwendungsarmer, ressourceneffizienter Gesamtprozess.

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“…In this contribution, the main idea is to replace steel structures for heliostats by means of concrete due to its low costs. For parabolic troughs, shell-like concrete structures made from high-performance concrete (HPC) have already proven to be an alternative to conventional collectors [4,5]. These shells will now be dissolved in strut-like structures for heliostats.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Development of a modular concrete heliostat prototype

Forman¹,

Penkert²,

Pfahl³

et al. 2022

AIP Conference Proceedings

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The main idea of this contribution is to replace typical steel structures for heliostats by means of concrete due to its low costs. With respect to accuracy demands, a high-performance concrete is used that possesses high compressive and tensile strengths. The collector is designed as a strut-like structure with main radial beams and a central mount to ensure high stiffness. The design exhibits a circular shape to reduce shading. For construction, the concrete collector is dissolved into equal modules derived from symmetry reduction methods enabling a serial production. To show the feasibility, a small-scale prototype with a diameter of 3.2 m and a mirror area of 8 m² is developed that will be built up and qualified at the solar power tower Jülich, Germany. It consists of 4 modules and exhibits a weight of 341 kg.

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A survey of solar concrete shell collectors for parabolic troughs

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Industrializing precast productions

Industrializing precast productions

Vom Handwerk zur individualisierten Serienfertigung

Development of a modular concrete heliostat prototype

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