Im vergangenen Monat zerstörte ein katastrophaler Thermoschockriss einen der facettierten Spiegel des Sonnenofens von Odeillo. Um die Ursachen zu klären, wurde ein digitaler Zwilling des Heliostatenfeldes eingesetzt. Die 3D-Pipeline integrierte LIDAR-Daten von RIEGL mit einer CFD-Simulation in Ansys Discovery und konnte so die Punkte extremer Hitze auf der Reflektoroberfläche kartieren. Ziel war es, festzustellen, ob das Solarnachführsystem eine Energiekonzentration außerhalb des Receivers verursachte, die das Glas überhitzte.
Scan-Pipeline und thermische Simulation in Ansys Discovery 🔥
Der Prozess begann mit einem hochpräzisen Scan mittels eines RIEGL VZ-2000i Scanners. Die resultierende Punktwolke erfasste die exakte Geometrie der Parabel und die Ausrichtung jeder Facette. Dieses Modell wurde in Rhino 3D importiert, wo das Plugin Ladybug zur Berechnung der einfallenden Sonnenstrahlung unter realen Betriebsbedingungen verwendet wurde. Anschließend wurde das Netz für eine transiente Wärmeübertragungsanalyse an Ansys Discovery übergeben. Die Simulation offenbarte einen abrupten thermischen Gradienten von über 150 Grad Celsius am Rand des beschädigten Spiegels, der mit der Bahn des vom benachbarten Heliostaten reflektierten Strahls übereinstimmte. Das Modell bestätigte, dass der Fehler nicht auf eine Fehlausrichtung des Nachführsystems zurückzuführen war, sondern auf einen partiellen Schatten, der eine kalte Zone neben dem heißen Punkt erzeugte.
Visualisierung des Fehlers und der Wert des digitalen Zwillings 🛠️
Zur Kommunikation der Ergebnisse wurde das Temperaturfeld nach Twinmotion exportiert. Die Echtzeitvisualisierung zeigte den Wärmefluss als Farbverlauf auf der Spiegeloberfläche und machte den Punkt der thermischen Belastung deutlich sichtbar. Dieser digitale Zwilling löste nicht nur die Kontroverse über die Verantwortung des Nachführsystems, sondern demonstrierte auch seinen Nutzen als Werkzeug für die vorausschauende Wartung. Nun ermöglicht das Modell die Simulation beliebiger Verschattungsszenarien, um zukünftige Risse zu verhindern, und validiert den Einsatz virtueller Repliken in kritischen Solarenergie-Infrastrukturen.
Welche thermostrukturelle Simulationsmethodik würde es ermöglichen, die Ausbreitung eines Risses durch Thermoschock in einem facettierten Spiegel des Sonnenofens von Odeillo präziser zu modellieren, um sein Verhalten in Echtzeit innerhalb eines digitalen Zwillings vorherzusagen?
(PS: Mein digitaler Zwilling ist gerade in einer Besprechung, während ich hier modelle. Also bin ich technisch gesehen an zwei Orten gleichzeitig.)