DE102009020476B3 - Method for manufacturing curved mirror facets of defined surface form for solar energy generating system, involves arranging flexible suction plate on vertically adjustable support - Google Patents

Method for manufacturing curved mirror facets of defined surface form for solar energy generating system, involves arranging flexible suction plate on vertically adjustable support Download PDF

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Abstract

The method involves arranging a flexible suction plate (12) on vertically adjustable support (11). The height coordinates are calculated at multiple predetermined measuring points (MP) of the suction plate based on the defined surface form. The assumed surface form is fixed, and the prefabricated facets are removed by the suction plate.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen gekrümmter Spiegelfacetten von definierter Oberflächenform für ein solares Energieerzeugungssystem.The The invention relates to a method for producing curved mirror facets of defined surface shape for a solar energy generation system.

Solare Energieerzeugungssysteme benötigen eine Vielzahl von Spiegelflächen, um Solarenergie einem Energieumwandler zuzuführen. Solche Spiegelfacetten müssen eine genau definierte Oberflächenform haben, um die Strahlung in die vorgesehene Richtung zu lenken. Eine Strahlumlenkung kann mit einem Heliostaten erfolgen. Ein Heliostat ist eine optische Einrichtung, die der Sonne nachgeführt wird und bewirkt, dass die Solarstrahlung stets aus derselben Richtung einem Empfänger oder einem anderen Strahlungsleitsystem zugeführt wird. Ein Konzentrator bewirkt eine Fokussierung der Solarstrahlung auf einen Fokus, in dem eine sehr hohe Temperatur erzeugt werden kann.Solare Energy generation systems need a variety of mirror surfaces, to supply solar energy to an energy converter. Such mirror facets have to a well-defined surface shape have to direct the radiation in the intended direction. A Beam redirection can be done with a heliostat. A heliostat is an optical device that tracks the sun and causes the solar radiation always from the same direction a receiver or another radiation control system is supplied. A concentrator causes the solar radiation to focus on a focus, in which a very high temperature can be generated.

Eine Reflektoreinrichtung kann aus zahlreichen Spiegelfacetten bestehen, die die vorgesehene Strahlungslenkung durchführen. Solche Strahlungsfacetten müssen eine sehr genaue Ausrichtung und Oberflächengestalt haben. Bei einer planaren Spiegelfacette ist die ebene Oberflächengestalt relativ einfach herzustellen. Bei Spiegelfacetten, die eine gekrümmte Oberflächenform haben, ist die Herstellung schwieriger, insbesondere wenn die Oberflächenform von Facette zu Facette unterschiedlich sein muss.A Reflector device can consist of numerous mirror facets, perform the proposed radiation steering. Such radiation facets have to have a very precise orientation and surface shape. At a Planar mirror facet, the flat surface shape is relatively simple manufacture. For mirror facets that have a curved surface shape, the fabrication is more difficult, especially if the surface shape from facet to facet must be different.

In US 2005/0037224 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen gekrümmter Spiegelflächen für astronomische Teleskope, Solarenergiekonzentratoren u. dgl. beschrieben, bei dem auf eine Form mit gekrümmter Oberfläche ein im Wesentlichen planares Teil aufgelegt wird, das unter Vakuum an die Oberfläche angesaugt wird. Auf die Rückseite des nunmehr gebogenen planaren Teiles wird ein Basiskörper aufgebracht, dessen Vorderseite entsprechend der herzustellenden Spiegelform gebogen ist. An diesem Basiskörper wird das reflektive Teil befestigt und dann von der Saugform abgenommen.In US 2005/0037224 A1 is a method for producing curved mirror surfaces for astronomical telescopes, solar energy concentrators and the like. Like., Which is placed on a mold with a curved surface, a substantially planar part, which is sucked under vacuum to the surface. On the back of the now bent planar part, a base body is applied, whose front side is bent according to the mirror shape to be produced. At this base body, the reflective part is attached and then removed from the suction mold.

In US 2007/0223121 A1 ist die Herstellung eines Spiegels für ein Energiegewinnungssystem beschrieben. Auf eine Saugform mit definierter Oberflächenform wird ein flexibler Facettenrohling aufgelegt, der an die Saugform angesaugt wird und sich deren Oberflächenform anpasst. An dem gebogenen Facettenrohling wird ein Träger befestigt, der den Facettenrohling in der angenommenen Oberflächenform fixiert.In US 2007/0223121 A1 the production of a mirror for an energy recovery system is described. On a suction mold with a defined surface shape, a flexible facet blank is placed, which is sucked to the suction mold and adapts to its surface shape. At the bent facet blank, a carrier is fixed, which fixes the facet blank in the assumed surface shape.

In DE 100 08 863 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung gekrümmter Spiegelflächen von definierter Oberflächenform beschrieben. Hierbei wird eine biegsame Glasplatte an die Zylinderoberfläche einer Vakuumspannvorrichtung angesaugt und auf die gewünschte Zylinderform gebracht. Um diese zu fixieren, werden mehrere Basiskörper an der Rückseite der Basisplatte befestigt. Nach dem Abnehmen der mit den Basiskörpern versehenen Glasplatte von der Spannvorrichtung wird die Glasplatte zur Vereinzelung des Zylinderspiegelsubstrats aufgeschnitten.In DE 100 08 863 A1 describes a method for producing curved mirror surfaces of defined surface shape. Here, a flexible glass plate is sucked to the cylinder surface of a vacuum jig and brought to the desired cylindrical shape. To fix them, several base bodies are attached to the back of the base plate. After removing the glass plate provided with the base bodies from the clamping device, the glass plate is cut open to separate the cylinder mirror substrate.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen gekrümmter Spiegelfacetten von definierter Oberflächenform anzugeben, das relativ einfach und schnell durchführbar ist, so dass auch Facetten mit unterschiedlichen Oberflächenformen wirtschaftlich hergestellt werden können.Of the Invention is based on the object, a method for manufacturing curved Specify mirror facets of defined surface shape that is relative easy and quick to carry out is, so too facets with different surface shapes can be produced economically.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch den Patentanspruch 1 definiert. Es weist die folgenden Verfahrensschritte auf:

  • – Anordnung einer flexiblen Saugplatte auf höhenverstellbaren Stützen,
  • – Berechnen der Höhenkoordinaten an mehreren vorgegebenen Messstellen der Saugplatte anhand der definierten Oberflächenform,
  • – Verstellen der Stützen derart, dass die Saugplatte an den Messstellen die berechneten Höhenkoordinaten annimmt,
  • – Anordnen eines flexiblen Facettenrohlings auf der Saugplatte und Aktivierung des Ansaugens, so dass der Facettenrohling gegen die Saugplatte gesaugt wird und sich deren Oberflächenform anpasst,
  • – Befestigen eines Trägers an dem Facettenrohling und dadurch Fixieren der Oberflächenform,
  • – Abnehmen der fertigen Facette von der Saugplatte.
The inventive method is defined by the patent claim 1. It has the following process steps:
  • Arrangement of a flexible suction plate on height-adjustable supports,
  • Calculating the height coordinates at a plurality of predetermined measuring points of the suction plate on the basis of the defined surface shape,
  • Adjusting the supports in such a way that the suction plate assumes the calculated height coordinates at the measuring points,
  • Arranging a flexible facet blank on the suction plate and activating the suction, so that the facet blank is sucked against the suction plate and adapts its surface shape,
  • Attaching a carrier to the facet blank and thereby fixing the surface form,
  • - Remove the finished facet from the suction plate.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, individuelle Oberflächenformen von Facetten auf einfache Weise zu erzeugen. So kann ein Facettenfeld mit den gewünschten Strahlungsleiteigenschaften aus einer Vielzahl unterschiedlich geformter Facetten zusammengestellt werden.The inventive method allows it, individual surface shapes to create facets in a simple way. So can a facet field with the desired Radiation-free properties of a variety of differently shaped facets be compiled.

Die Messstellen der Saugplatte können sich an denjenigen Positionen befinden, unter denen die Stützen angeordnet sind. In solchen Fällen entsprechen die Höhen der Stützen den Höhenkoordinaten an den Messpunkten. Es wäre generell möglich, die Höhen der oberen Enden der Stützen als Höhenkoordinate zu verwenden, zuzüglich der Dicke der Saugplatte. In diesem Fall könnte an jeder Stütze eine Höhenmessvorrichtung vorgesehen sein, beispielsweise in Form einer Stellschraube, mit der die Stütze auf die jeweilige Länge eingestellt wird.The Measuring points of the suction plate can are located at those positions under which the supports arranged are. In such cases correspond to the heights the supports the altitude coordinates the measuring points. It would be generally possible the heights the upper ends of the columns as altitude coordinate to use, plus the thickness of the suction plate. In this case, one could be attached to each column Height measuring device be provided, for example in the form of a screw with the prop to the respective length is set.

Eine einfachere Art der Höhenbestimmung der Messstellen der Saugplatte besteht in der Verwendung eines oder mehrerer Laser, die auf die Messstellen der Saugplatte gerichtet werden. Die Lasermessung hat den Vorteil einer höheren Genauigkeit und einer schnelleren Durchführung.An easier way to determine the height of the measuring points of the suction plate is the use of one or more lasers, which on the Measuring points of the suction plate are directed. The laser measurement has the advantage of higher accuracy and faster execution.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Stützen Gewindestangen, die mehr oder weniger tief in eine Basisplatte eingeschraubt werden können.According to one preferred embodiment the pillars Threaded rods that screwed more or less deeply into a base plate can be.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Herstellen gekrümmter Spiegelfacetten für ein solares Energiegewinnungssystem, mit einer steifen Basisplatte, die einzeln höhenverstellbare Stützen trägt, einer auf den Stützen angeordneten flexiblen Saugplatte, die eine den Einstellungen der Stützen entsprechende Oberflächenform annimmt und in ihrer Oberfläche Saugöffnungen aufweist, um einen auf der Oberfläche aufliegenden Facettenrohling konturgenau an die Oberfläche anzusaugen, und einem Träger, der mit dem an der Saugplatte anliegenden Facettenrohling verbindbar ist, derart, dass die von den Facetten angenommene Oberflächenform erhalten bleibt.The The invention further relates to an apparatus for producing curved mirror facets for a solar Energy recovery system, with a rigid base plate, individually height-adjustable Wearing props, one on the supports arranged flexible suction plate, which is a the settings of Support appropriate surface shape takes and in their surface suction ports has, to a superimposed on the surface facet blank contour to the surface suck in, and a wearer, which can be connected to the facet blank which bears against the suction plate is such that the surface shape assumed by the facets is obtained remains.

Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.in the The following will become a preferred one with reference to the drawings embodiment closer to the invention explained.

Es zeigen:It demonstrate:

1 eine schematische perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens und 1 a schematic perspective view of the method according to the invention and

2 eine Stirnansicht der Vorrichtung aus Richtung des Pfeiles II von 1. 2 an end view of the device from the direction of the arrow II of 1 ,

Gemäß 1 ist eine steife Basisplatte 10 vorgesehen, insbesondere eine torsionsarme Metallplatte. Die Basisplatte weist in regelmäßigen Abständen vertikale Stützen 11 auf, bei denen es sich um Gewindestangen handeln kann, die unterschiedlich weit in entsprechende Schraublöcher der Basisplatte eingeschraubt werden und dadurch mit ihren oberen Enden unterschiedliche Höhen einnehmen können.According to 1 is a stiff base plate 10 provided, in particular a torsionsarme metal plate. The base plate has vertical supports at regular intervals 11 on, which may be threaded rods which are screwed to different heights in corresponding screw holes of the base plate and thereby can take different heights with their upper ends.

Auf die oberen Enden der vertikalen Stützen ist eine flexible Saugplatte 12 aufgelegt. Die Saugplatte ist hohl, wobei der Hohlraum an eine (nicht dargestellte) Saugquelle angeschlossen ist. Die Unterseite kann mit den oberen Enden der Stützen verbunden sein. Die Oberseite weist zahlreiche Saugöffnungen 13 auf, die in regelmäßigen Abständen angeordnet sind. Außerdem befinden sich an der Oberseite Messstellen MP, die durch Markierungen gekennzeichnet sind. Dies sind Zielpunkte für den noch zu erläuternden Laser.On the upper ends of the vertical supports is a flexible suction plate 12 hung up. The suction plate is hollow, the cavity being connected to a suction source (not shown). The underside may be connected to the upper ends of the supports. The top has numerous suction openings 13 which are arranged at regular intervals. In addition, there are at the top measuring points MP, which are marked by markings. These are destinations for the laser to be explained.

Von oben ist mindestens ein Laser L auf die Oberseite der Saugplatte 12 gerichtet. Der Laser ist auf einem Stativ 14 befestigt und er kann in einem Koordinatensystem gesteuert bewegt werden, um die einzelnen Messpunkte MP mit seinem Laserstrahl S zu treffen. Mit Hilfe einer Laser-Entfernungsmessung wird die Position jedes einzelnen Messpunktes MP gemessen und dabei auch die Höhenkoordinate der Oberseite der Saugplatte an dem Messpunkt MP bestimmt.From above, at least one laser L is on top of the suction plate 12 directed. The laser is on a tripod 14 and it can be moved under control in a coordinate system in order to hit the individual measuring points MP with its laser beam S. With the aid of a laser distance measurement, the position of each individual measuring point MP is measured, and the height coordinate of the upper side of the suction plate at the measuring point MP is also determined.

Die herzustellende Facette soll eine vorbestimmte Oberflächenform haben, die in einem Computer abgespeichert ist. Diesem Computer werden die Höhenkoordinaten der Messstellen zugeführt und der Computer errechnet daraus etwaige Höhenabweichungen vom jeweiligen Sollwert. Die Stützen 11 müssen dann entsprechend verstellt werden, so dass die Ist-Höhenkoordinate den Sollwert annimmt.The facet to be produced should have a predetermined surface shape which is stored in a computer. This computer is the height coordinates of the measuring points supplied and the computer calculates any height deviations from the respective setpoint. The pillars 11 must then be adjusted accordingly, so that the actual height coordinate assumes the setpoint.

Wenn die Saugplatte die vorgegebene Oberflächenform angenommen hat, wird gemäß 2 ein Facettenrohling 15 auf die Oberfläche der Saugplatte 12 aufgelegt und durch Vakuum dort festgesaugt. Der Facettenrohling ist eine Folie oder dünne Platte, die an einer Seite verspiegelt ist, gemäß 2 an der nach unten gerichteten Seite. Der in diesem Stadium deformierbare Facettenrohling 15 nimmt die Form der Oberfläche der Saugplatte 12 an. Gegen die (obere) Rückseite des Facettenrohlings 15 wird ein Träger 16 gelegt, der derart mit dem Facettenrohling verbunden wird, dass dieser die angenommene Form dauerhaft beibehält. Vorzugsweise erfolgt das Anbringen der Facette an dem Träger 16 durch Kleben. Der Träger 16 kann auch eine deformierbare plastische Masse aufweisen, die gegen die Rückseite des Facettenrohlings 15 gedrückt wird und sich dessen Form anpasst und anschließend erhärtet.If the suction plate has assumed the predetermined surface shape, is in accordance with 2 a faceted blank 15 on the surface of the suction plate 12 put on and sucked there by vacuum. The facet blank is a foil or thin plate, which is mirrored on one side, according to 2 on the downside. The facet blank deformable at this stage 15 takes the shape of the surface of the suction plate 12 at. Against the (upper) back of the facet blank 15 becomes a carrier 16 which is connected to the facet blank in such a way that it permanently retains the assumed shape. Preferably, the facet is attached to the carrier 16 by gluing. The carrier 16 may also have a deformable plastic mass against the back of the facet blank 15 is pressed and adapts its shape and then hardened.

Schließlich wird das Vakuum in der Saugplatte 12 aufgehoben und dadurch kann die aus dem Träger 16 und dem Facettenrohling 15 bestehende Facette 17 entfernt werden.Finally, the vacuum in the suction plate 12 lifted and thereby can be removed from the carrier 16 and the faceted blank 15 existing facet 17 be removed.

Die Erfindung eignet sich insbesondere für die Facetten von Heliostaten eines Solarturmkraftwerks. Solche Facetten können eine Fläche von mehreren Quadratmetern haben und sie werden auf einen Receiver gerichtet, der auf einem Turm angeordnet ist. Um eine gute Energieausbeute zu erhalten, müssen die Facetten mit großer Brennweite auf den Receiver fokussiert werden. Die hierzu erforderliche Facettenform ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugbar.The Invention is particularly suitable for the facets of heliostats of a solar tower power plant. Such facets can cover an area of several Square meters and they are directed to a receiver, which is arranged on a tower. For a good energy yield to receive the facets with big ones Focal length to be focused on the receiver. The required for this Facet form can be produced by the method according to the invention.

Claims (6)

Verfahren zum Herstellen gekrümmter Spiegelfacetten von definierter Oberflächenform für ein solares Energiegewinnungssystem, mit folgenden Schritten: – Anordnen einer flexiblen Saugplatte (12) auf höhenverstellbaren Stützen (11), – Berechnen der Höhenkoordinaten an mehreren vorgegebenen Messstellen (MP) der Saugplatte (12) anhand der definierten Oberflächenform, – Verstellen der Stützen (11) derart, dass die Oberseite der Saugplatte (12) an den Messstellen die berechneten Höhenkoordinaten annimmt, – Anordnen eines flexiblen Facettenrohlings (15) auf der Saugplatte (12) und Aktivierung des Ansaugens, so dass der Facettenrohling (15) gegen die Saugplatte (12) gesaugt wird und sich deren Oberflächenform anpasst, – Befestigen eines Trägers (16) an dem Facettenrohling (15) und dadurch Fixieren der angenommenen Oberflächenform, – Abnehmen der fertigen Facette von der Saugplatte (12).Method for producing curved mirror facets of defined surface shape for a solar energy recovery system, comprising the following steps: arranging a flexible suction plate ( 12 ) on height-adjustable supports ( 11 ) Calculating the height coordinates at a plurality of predetermined measuring points (MP) of the suction plate ( 12 ) based on the defined surface shape, - adjustment of the supports ( 11 ) such that the top of the suction plate ( 12 ) assumes the calculated height coordinates at the measuring points, - arranging a flexible facet blank ( 15 ) on the suction plate ( 12 ) and activation of the suction, so that the facet blank ( 15 ) against the suction plate ( 12 ) is sucked and its surface shape adapts, - fixing a carrier ( 16 ) on the facet blank ( 15 ) and thereby fixing the assumed surface shape, - removing the finished facet of the suction plate ( 12 ). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messstellen (MP) sich an den Positionen der Stützen (11) befinden.A method according to claim 1, characterized in that the measuring points (MP) at the positions of the supports ( 11 ) are located. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhenkoordinaten mit mindestens einem Laser (L) bestimmt werden, dessen Laserstrahl (S) auf die vorgegebene Messstellen (MP) gerichtet wird.Method according to claim 1 or 2, characterized that the height coordinates be determined with at least one laser (L), the laser beam (S) is directed to the specified measuring points (MP). Verfahren nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass als Stützen (11) Gewindestangen verwendet werden.Method according to one of claims 1-3, characterized in that as supports ( 11 ) Threaded rods are used. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützen (11) an einer steifen Basisplatte angebracht werden.Method according to one of claims 1-4, characterized in that the supports ( 11 ) are attached to a rigid base plate. Vorrichtung zum Herstellen gekrümmter Spiegelfacetten von definierter Oberflächenform für ein solares Energiegewinnungssystem, mit einer steifen Basisplatte (10), die einzeln höhenverstellbare Stützen (11) trägt, einer auf den Stützen (11) angeordneten flexiblen Saugplatte (12), die eine den Einstellungen der Stützen (11) entsprechende Form der Oberseite annimmt und in ihrer Oberseite Saugöffnungen (13) aufweist, um einen auf der Oberseite aufliegenden Facettenrohling (15) konturgenau an die Oberseite anzusaugen, und einem Träger (16), der mit dem Facettenrohling (15) derart verbindbar ist, dass dieser die angenommene Oberflächenform beibehält.Device for producing curved mirror facets of defined surface shape for a solar energy recovery system, with a rigid base plate ( 10 ), the individually height-adjustable supports ( 11 ), one on the supports ( 11 ) arranged flexible suction plate ( 12 ), one of the settings of the supports ( 11 ) assumes the appropriate shape of the top and in its upper side suction openings ( 13 ), to a mounted on the top facet blank ( 15 ) sucked contour to the top, and a support ( 16 ), which with the facet blank ( 15 ) is connectable such that it retains the assumed surface shape.
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