Ferritische Edelstahlprofile für Solar-Nachführsysteme
Ein Kunde aus der Photovoltaikbranche brauchte massgefertigte Edelstahlprofile für den Prototyp eines neuen Solarmodultyps. Das Modulsystem sollte der Sonnenbahn von Ost nach West folgen und wurde in den Pyrenäen zwischen Frankreich und Spanien errichtet, wo das Tragwerk eine Temperaturspanne von 60 °C zwischen Sommerhöchstwerten von +40 °C und Wintertiefstwerten von -20 °C erlebt. Für ein präzises Nachführsystem stellte diese Schwankung ein unmittelbares Ingenieurproblem dar: Ausdehnung und Schrumpfung des Rahmens hätten einen Positionsfehler in die Modulschwenkung eingetragen. Die Lösung verlangte einen Werkstoff, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient nahe an dem des Baustahls S275 liegt, was auf ferritischen Edelstahl führte. Montanstahl fertigte massgefertigte H-Träger aus ferritischem Edelstahl 410S und Doppel-C-Profile aus 304L im Laserschweissen und lieferte sie in Längen bis 12 Meter.
Warum ferritischer Edelstahl für ein Solar-Nachführsystem
Ein der Sonne nachgeführtes Solarmodulsystem dreht sich fortlaufend entlang des Sonnenbogens. Jede Wärmedehnung oder -schrumpfung des Rahmens trägt einen Winkelfehler in den Antrieb ein, senkt die Energieausbeute und kann Lager und Stellantriebe der Nachführung mechanisch belasten. Übliche austenitische Edelstähle wie 304L und 316L haben einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von rund 17 µm/(m·K), deutlich höher als der von Baustahl mit etwa 12 µm/(m·K). Der ferritische Edelstahl 410S liegt bei rund 10 µm/(m·K), nahe am Baustahl S275, und hält so die Dehnungsunterschiede zwischen den Edelstahlprofilen und den Kohlenstoffstahlbauteilen des übrigen Tragwerks klein. In einer Gebirgslage mit 60 °C Jahresspanne ist dieser Unterschied im thermischen Verhalten die ingenieurtechnische Begründung, eine ferritische statt der verbreiteteren austenitischen Güten vorzuschreiben.
410S H-Träger bis 12 m und 304L Doppel-C-Profile, beide lasergeschweisst
Montanstahl fertigte für den Prototyp zwei verschiedene Profiltypen. Die primären Tragglieder waren Sonder-H-Träger aus ferritischem Edelstahl 410S in den Abmessungen 100×55×4×6 mm und 80×46×4×5 mm, geliefert in Längen von 11,8 bis 12 Metern. Die sekundären Querschnitte waren massgefertigte Doppel-C-Profile aus austenitischem Edelstahl 304L, 69×19 mm und 120×18 mm, eingesetzt für Modulbefestigung und Anschlusselemente, wo die Vorgabe zur Dehnungsdifferenz weniger kritisch war und die bessere Korrosionsbeständigkeit und Verfügbarkeit von 304L den Ausschlag gaben. Beide Profiltypen entstanden im Laserschweissen, das es erlaubte, die nicht genormten Querschnittsgeometrien und die schwer beschaffbare ferritische Güte in einem einzigen Fertigungsprogramm zusammenzuführen. Die Geometrie des 410S H-Trägers existiert in keinem Warmwalzkatalog: Das Laserschweissen aus Blech ist der einzige Fertigungsweg, der einen massgefertigten ferritischen Edelstahlträger in Prototypenmengen wirtschaftlich macht.
Anwendungskontext
Dieses Projekt gehört zu Montanstahls Segment Energie und Stromerzeugung, in dem lasergeschweisste Sonderprofile aus Edelstahl und Baustahl für Anlagen der erneuerbaren Energien vorgeschrieben werden, die Korrosionsbeständigkeit, Massstabilität und Werkstoffeigenschaften jenseits genormter Warmwalzprofile verlangen. Solar-Nachführsysteme in exponierten Gebirgs- oder Wüstenlagen sind eine anspruchsvolle Tragwerksaufgabe, bei der Wärmedehnung, Korrosionsbeständigkeit und lange Nutzungsdauer alle in der Werkstoff- und Querschnittswahl berücksichtigt werden müssen. Montanstahls Fähigkeit, Sonderprofile in ferritischen Güten wie 410S zu fertigen, die es als genormte Warmwalzprofile nicht gibt, macht das Laserschweissen zur Schlüsseltechnologie für diese Anwendungsklasse. Profile dieser Art werden auftragsbezogen gefertigt und weltweit an Projekte der erneuerbaren Energien geliefert.