DE102011001947A1 - Preparing a curved reflector provided with a support structure for a solar thermal plant, comprises connecting a curved, a convex rear side exhibiting reflector with one support structure by sticking - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mit mindestens einem Stützträger versehenen gewölbten Reflektors für eine solarthermische Anlage, bei dem ein gewölbter, eine konvexe Rückseite aufweisender Reflektor durch Kleben mit mindestens einem Stützträger verbunden wird, sowie einen nach einem solchen Verfahren hergestellten gewölbten Reflektor.The invention relates to a method for producing a curved reflector provided with at least one support for a solar thermal system in which a curved, a convex rear-facing reflector is connected by gluing with at least one support beam, and a curved reflector produced by such a method.
Hinsichtlich des Ausbaus solarthermischer Kraftwerke stehen nicht nur Fragestellungen zur Steigerung der Energieausbeute im Vordergrund, sondern auch in zunehmendem Maße eine Verringerung der für solche Anlagen notwendigen Investitionskosten. Bei einem solarthermischen Kraftwerk mit einer Vielzahl von Spiegeln (Reflektoren) hängt die erzielbare Leistungsabgabe von der nutzbaren Spiegelfläche ab. Solarthermische Kraftwerke werden mit Flachspiegeln, aber auch mit Parabolspiegeln, insbesondere Parabolrinnenkollektoren ausgerüstet. Die verwendeten Parabolrinnenkollektoren haben in der Regel eine beachtliche Gesamtlänge, die mitunter mehr als 100 m betragen kann. Aus Herstellungs- und Transportgründen werden Parabolrinnenkollektoren segmentweise hergestellt, wobei die Länge der einzelnen Segmente beispielsweise in der Größenordnung von 8 m bis 12 m liegt. Aufgrund der relativ großen Flächen der verwendeten gewölbten Spiegel besteht die Notwendigkeit, diese abzustützen, da die gewölbte parabolische Spiegelkontur sehr präzise eingehalten werden muss, um eine hohe Energieausbeute zu gewährleisten.With regard to the expansion of solar thermal power plants not only issues to increase the energy yield in the foreground, but also increasingly a reduction in the investment costs necessary for such plants. In a solar thermal power plant with a large number of mirrors (reflectors), the achievable power output depends on the usable mirror surface. Solar thermal power plants are equipped with flat mirrors, but also with parabolic mirrors, in particular parabolic trough collectors. The parabolic trough collectors used usually have a considerable total length, which can sometimes be more than 100 m. For reasons of production and transport, parabolic trough collectors are produced in segments, with the length of the individual segments being, for example, in the order of magnitude of 8 m to 12 m. Due to the relatively large areas of the domed mirrors used, there is a need to support them, since the curved parabolic mirror contour must be maintained very precisely in order to ensure a high energy yield.
Dies gilt insbesondere für Dünnschichtspiegel, wie zum Beispiel eloxierte Aluminiumbleche oder Polymerfolien, aber auch für selbsttragende Parabolrinnenspiegel aus rückseitig versilbertem Verbundglas. Ferner müssen die als Kollektoren dienenden Spiegel einer solarthermischen Anlage mechanisch dem Sonnenstand nachgeführt werden. Aus diesem Grund werden gewölbte Spiegel für solarthermische Anlagen mit einer beweglich lagerbaren Unterkonstruktion versehen.This applies in particular to thin-film mirrors, such as anodized aluminum sheets or polymer foils, but also for self-supporting parabolic trough mirrors made of silver-plated laminated glass on the backside. Furthermore, serving as collectors mirrors a solar thermal system must be mechanically tracked to the sun. For this reason, domed mirrors for solar thermal systems are provided with a movably storable substructure.
Aus der
Rinnenförmige Solarkollektoren bieten aufgrund ihrer großen Reflektorfläche dem Wind eine große Angriffsfläche. Um hohe Windlastanforderungen erfüllen zu können, müssen die Querträger des aus der
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines mit mindestens einem Stützträger versehenen gewölbten Reflektors für eine solarthermische Anlage anzugeben, welches auf einfache Weise eine anforderungsoptimierte Klebverbindung von Reflektor und Stützträgern und zudem besonders geringe Produktionskosten ermöglicht. Daneben soll ein kostengünstiger gewölbter Reflektor für eine solarthermische Anlage bereitgestellt werden.The present invention has for its object to provide a method for producing a provided with at least one support beam curved reflector for a solar thermal system, which allows a simple way a requirement-optimized adhesive bond of reflector and support beams and also very low production costs. In addition, a cost-effective curved reflector for a solar thermal system to be provided.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch einen Reflektor mit den Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst.This object is achieved by a method having the features of
Das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem ein gewölbter, eine konvexe Rückseite aufweisender Reflektor durch Kleben mit mindestens einem Stützträger verbunden wird, ist im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass als Stützträger Stützprofile verwendet werden, die jeweils eine dem Konturverlauf der Reflektorrückseite folgende streifenförmige Anbindungsfläche aufweisen, welche sich insbesondere parallel zur Längsmittelachse des jeweiligen Stützprofils erstreckt, wobei auf die Reflektorrückseite den Anbindungsflächen zugeordnete linienförmige Klebstoffraupen und/oder auf die Anbindungsflächen der Stützprofile linienförmige Klebstoffraupen aufgetragen werden, und wobei der Reflektor einerseits und die Stützprofile oder das jeweilige Stützprofil andererseits nach dem Klebstoffraupenauftrag aneinandergefügt und relativ zueinander solange fixiert werden, bis zumindest eine Teilaushärtung des Klebstoffs erfolgt ist.The method according to the invention, in which a convex reflector having a convex rear side is adhesively bonded to at least one support beam, is essentially characterized in that support profiles are used as support beams, each having a strip-like connection surface following the contour profile of the reflector back extends in particular parallel to the longitudinal center axis of the respective support profile, being applied to the reflector back the line surfaces associated adhesive beads and / or on the connection surfaces of the support profiles line-shaped adhesive beads, and wherein the reflector on the one hand and the support profiles or the respective support profile on the other hand after adhesive bead application joined together and relatively are fixed to each other until at least a partial curing of the adhesive has occurred.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht durch die Verwendung von Stützprofilen, die eine dem Konturverlauf der Reflektorrückseite weitgehend folgende streifenförmige Anbindungsfläche aufweisen, eine direkte Klebeverbindung von Reflektor und Stützprofil. Eine Montage von zusätzlichen Zwischenelementen, wie etwa den Steckzungen gemäß der
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass als Stützprofile oder Stützteilprofile Strangpressprofile und/oder Rollformprofile verwendet werden. Strangpressen sowie Rollformen (Walzprofilieren) ermöglichen die Herstellung großer Mengen gleichartiger Stützprofile mit konstantem Querschnitt zu relativ günstigen Produktionskosten. Die so hergestellten, in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Stützprofile können beispielsweise eine T-förmige, Doppel-T-förmige, Z-förmige, L-förmige, C-förmige oder U-förmige Querschnittsform aufweisen.An advantageous embodiment of the method according to the invention is that extruded profiles and / or roll forming profiles are used as support profiles or support member profiles. Extrusion and roll forming (roll forming) allow the production of large quantities of similar support profiles with a constant cross-section at relatively low production costs. The support profiles thus produced and used in the method according to the invention may, for example, have a T-shaped, double-T-shaped, Z-shaped, L-shaped, C-shaped or U-shaped cross-sectional shape.
Darüber hinaus stehen aber auch andere Herstellungsverfahren, insbesondere das Tiefziehen zur Verfügung, um erfindungsgemäße Stützprofile oder Stützteilprofile bereitzustellen, die jeweils eine dem Konturverlauf der Reflektorrückseite weitgehend folgende streifenförmige Anbindungsfläche aufweisen, welche sich bevorzugt parallel zur Längsmittelachse des jeweiligen Stützprofils bzw. Stützteilprofils erstreckt. Tiefziehen von U-förmigen Stützprofilen oder U-förmigen Stützteilprofilen kann mit hoher Präzision einfach, mit wenigen Prozessschritten und kurzen Taktzeiten durchgeführt werden. Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dementsprechend dadurch gekennzeichnet, dass als Stützprofile oder Stützteilprofile durch Tiefziehen hergestellte Blechformteile verwendet werden. Aufgrund der höheren geometrischen Freiheitsgrade beim Tiefziehen können spezifische und belastungsgerechte Form- oder Querschnittsänderungen der Stützprofile oder Stützteilprofile, beispielsweise zum Ausformen der Anbindungsflächen, leicht berücksichtigt werden. Insbesondere kann beim Tiefziehen der Querschnitt des Stützprofils oder Stützteilprofils in Längsrichtung variiert werden. Über Querschnittsänderungen des Stützprofils oder Stützteilprofils können insbesondere unterschiedlichen Steifigkeitsanforderungen in Längsrichtung des Stützprofils Rechnung getragen werden.In addition, however, other production methods, in particular deep drawing are available to provide inventive support profiles or support member profiles, each having a contour contour of the reflector back largely following strip-like connection surface, which preferably extends parallel to the longitudinal center axis of the respective support profile or support member profile. Deep drawing of U-shaped support profiles or U-shaped support part profiles can be carried out with high precision simply, with few process steps and short cycle times. An advantageous embodiment of the method according to the invention is accordingly characterized in that used as support profiles or support member profiles produced by deep drawing sheet metal parts. Due to the higher geometric degrees of freedom during deep drawing specific and load-appropriate shape or cross-sectional changes of the support profiles or support member profiles, for example, for forming the connection surfaces, are easily taken into account. In particular, during deep drawing, the cross section of the support profile or support member profile can be varied in the longitudinal direction. About changes in cross section of the support profile or support member profile in particular different stiffness requirements in the longitudinal direction of the support profile can be taken into account.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Anbindungsflächen für den Reflektor durch an den Stützprofilen ausgebildete Flansche bereitgestellt werden. Ein Flansch lässt sich bei der Herstellung des jeweiligen Stützprofils oder Stützteilprofils einfach beim Urformen bzw. Umformen von Ausgangsmaterial erzeugen, so dass keine weiteren Zwischenelemente, wie etwa Steckzungen gemäß der
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das jeweilige Stützprofil aus mehreren in Längsrichtung des Stützprofils aneinandersetzbaren Stützteilprofilen zusammengesetzt wird. Durch die Unterteilung des Stützprofils in mindestens zwei Stützteilprofile können die Produktionskosten durch den Einsatz von einfachen und kleineren Werkzeugen weiter gesenkt werden. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn beispielsweise zwei im Wesentlichen identisch geformte Stützteilprofile spiegelbildlich angeordnet miteinander ein vollständiges Stützprofil bilden. Die Verwendung von mehreren Stützteilprofilen ermöglicht ferner auch eine belastungsoptimierte Konstruktion durch Einsatz unterschiedlicher Blechdicken und/oder Materialgüten je Teilprofil. Zudem können die Stützteilprofile aufgrund ihrer kleineren Abmessung einfacher transportiert und beim Ankleben an die konvex gewölbte Rückseite des Solarreflektors (Kollektors) einfacher gehandhabt werden.According to a further advantageous embodiment of the method according to the invention it is provided that the respective support profile is composed of a plurality of adjoining in the longitudinal direction of the support profile support member profiles. By dividing the support profile into at least two support member profiles, the production costs can be further reduced through the use of simple and smaller tools. This is especially true if, for example, two substantially identically shaped support member profiles arranged in mirror image form together a complete support profile. The use of multiple support member profiles also allows a stress-optimized design by using different sheet thicknesses and / or material grades per sub-profile. In addition, the support member profiles can be transported easier due to their smaller size and easier to handle when sticking to the convex curved back of the solar reflector (collector).
Zur zuverlässigen Verbindung von Reflektor und Stützprofil wird es in der Regel ausreichen, wenn gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Klebstoffraupen mit einer Dicke im Bereich von 1 mm bis 10 mm auf die Reflektorrückseite und/oder die Anbindungsflächen der Stützprofile aufgetragen werden.For reliable connection of reflector and support profile, it will usually be sufficient if According to a further preferred embodiment of the method according to the invention, the adhesive beads are applied with a thickness in the range of 1 mm to 10 mm on the reflector back and / or the attachment surfaces of the support profiles.
Hinsichtlich eines Ausgleichs von Fertigungstoleranzen der Stützprofile sieht eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass die Klebstoffraupen mit einer Dicke von mindestens 3 mm, vorzugsweise mindestens 6 mm auf die Reflektorrückseite und/oder die Anbindungsflächen der Stützprofile aufgetragen werden.With regard to a compensation of manufacturing tolerances of the support profiles provides a further preferred embodiment of the method according to the invention that the adhesive beads are applied with a thickness of at least 3 mm, preferably at least 6 mm on the reflector back and / or the attachment surfaces of the support profiles.
Eine besonders zuverlässige stoffschlüssige Verbindung von Reflektor und Stützprofil wird erzielt, wenn die Klebstoffraupen in Form von durchgehenden Klebstoffraupen auf die Reflektorrückseite und/oder die Anbindungsflächen der Stützprofile aufgetragen werden. Diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist von Vorteil, wenn der Reflektor im Einsatzgebiet hohen Windlasten ausgesetzt sein kann.A particularly reliable cohesive connection of reflector and support profile is achieved when the adhesive beads are applied in the form of continuous adhesive beads on the reflector back and / or the connection surfaces of the support profiles. This embodiment of the method according to the invention is advantageous if the reflector in the application area can be exposed to high wind loads.
Soll der Reflektor dagegen an einem Ort aufgestellt werden, an dem nur mittlere Windlasten herrschen, so wird ein Auftrag von durchgehenden Klebstoffraupen in der Regel nicht erforderlich sein. Zur Einsparung von Klebstoffkosten sieht eine andere bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens für solche Anwendungsfälle vor, dass die Klebstoffraupen in Form von unterbrochenen Klebstoffraupen aufgetragen werden, derart, dass der Abstand zwischen den aufeinanderfolgenden Klebstoffraupenabschnitten gleich oder kleiner ist als die Länge des jeweiligen Klebstoffraupenabschnittes.If, on the other hand, the reflector is to be set up in a location where only medium wind loads prevail, it will generally not be necessary to apply continuous adhesive beads. To save on adhesive costs, another preferred embodiment of the method according to the invention for such applications that the adhesive beads are applied in the form of interrupted adhesive beads, such that the distance between the successive adhesive bead sections is equal to or smaller than the length of the respective adhesive bead section.
Ist dagegen lediglich mit geringen Windlasten zu rechnen, so kann die aufzutragende Klebstoffmenge noch weiter reduziert werden. Für solche Anwendungsfälle sieht eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass die Klebstoffraupen in Form von unterbrochenen Klebstoffraupen aufgetragen werden, derart, dass der Abstand zwischen den aufeinanderfolgenden Klebstoffraupenabschnitten größer ist als die Länge des jeweiligen Klebstoffraupenabschnittes.If, on the other hand, only low wind loads are to be expected, then the amount of adhesive to be applied can be reduced even further. For such applications, a further preferred embodiment of the inventive method provides that the adhesive beads are applied in the form of interrupted adhesive beads, such that the distance between the successive adhesive bead sections is greater than the length of the respective adhesive bead section.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Klebstoffraupen in Form von unterbrochenen Klebstoffraupen aufgetragen werden, derart, dass die aufeinanderfolgenden Klebstoffraupenabschnitte von mindestens zwei parallel zueinander verlaufenden unterbrochenen Klebstoffraupen in Bezug auf die Querrichtung des anzuklebenden Stützprofils versetzt zueinander angeordnet sind. Diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist insbesondere im Zusammenhang mit der Verwendung von U-förmigen Stützprofilen, die parallel zueinander verlaufende Flansche als streifenförmige Anbindungsflächen aufweisen, von Vorteil, wenn die zu erwartenden auf den Reflektor einwirkenden Windlasten nicht groß, sondern nur mittelgroß oder eher gering sind. Durch diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt sich bei Verwendung von im Querschnitt U-förmigen Stützprofilen mit parallel zueinander verlaufenden Flanschen als Anbindungsflächen einerseits Klebstoff einsparen, andererseits aber gegenüber dem Auftrag einer einzelnen durchgehenden Klebstoffraupe dennoch aufgrund der Doppelauflage eine höhere Verbindungsstabilität erzielen.A further advantageous embodiment of the method according to the invention provides that the adhesive beads are applied in the form of interrupted adhesive beads, such that the successive adhesive bead sections of at least two mutually parallel discontinuous adhesive beads are offset relative to each other with respect to the transverse direction of the adhered support profile. This embodiment of the method according to the invention is advantageous, in particular in connection with the use of U-shaped support profiles, which have mutually parallel flanges as strip-shaped attachment surfaces, if the expected wind loads acting on the reflector are not large but only medium or rather small , This embodiment of the method according to the invention makes it possible, on the one hand, to save adhesive when using cross-sectionally U-shaped support profiles with mutually parallel flanges as attachment surfaces, but, on the other hand, to achieve a higher connection stability compared with the application of a single continuous bead of adhesive due to the double overlay.
Für einen zuverlässigen Ausgleich von Maßtoleranzen der Stützprofile bei hoher Verbindungsstabilität und zugleich möglichst geringem Verbrauch an Klebstoff sieht eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass die jeweilige Klebstoffraupe derart aufgetragen wird, dass sie vor dem Aneinanderfügen und Fixieren von Reflektor und Stützprofil eine Querschnittsform aufweist, die sich von der jeweiligen Basisfläche zur freien Oberseite der Klebstoffraupe hin verjüngt, vorzugsweise eine im Wesentlichen dreieckige Querschnittsform aufweist.For a reliable compensation of dimensional tolerances of the support profiles with high connection stability and at the same time the lowest possible consumption of adhesive provides a further preferred embodiment of the method according to the invention that the respective bead of adhesive is applied such that it has a cross-sectional shape prior to joining and fixing reflector and support profile , which tapers from the respective base surface to the free upper side of the adhesive bead, preferably has a substantially triangular cross-sectional shape.
Um einen schnellen, zuverlässigen und reproduzierbaren Auftrag der Klebstoffraupen zu erzielen, wird nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine programmgesteuerte Auftragsvorrichtung zum automatischen Auftrag der Klebstoffraupen verwendet. Diese Ausgestaltung ermöglicht auf einfache Weise insbesondere eine Variation des Klebstoffauftrags vom Auftrag einer durchgehenden Klebstoffraupe zum Auftrag einer unterbrochenen Klebstoffraupe und umgekehrt durch einfache Umprogrammierung bzw. einen Programmwechsel.In order to achieve a fast, reliable and reproducible application of the adhesive beads, according to a further preferred embodiment of the method according to the invention, a program-controlled application device for the automatic application of the adhesive beads is used. This embodiment allows in a simple manner in particular a variation of the adhesive application from the order of a continuous bead of adhesive to order a broken adhesive bead and vice versa by simple reprogramming or a program change.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich insbesondere gegenüber dem aus der
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass eine programmgesteuerte Handhabungsvorrichtung zum automatischen Aneinanderfügen und Fixieren von Reflektor und Stützprofil verwendet wird. Auch diese Ausgestaltung ermöglicht eine schnelle, zuverlässige und reproduzierbare Herstellung eines mit mindestens einem Stützträger versehenen gewölbten Reflektors für eine solarthermische Anlage.A further preferred embodiment of the method according to the invention is characterized in that a program-controlled handling device is used for automatic joining and fixing of reflector and support profile. This refinement also makes possible a rapid, reliable and reproducible production of a curved reflector provided with at least one support carrier for a solar thermal system.
Um die Produktionszeit bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gering zu halten, sieht eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens vor, dass der Klebstoff nach dem Aneinanderfügen und Fixieren von Reflektor und Stützprofil bzw. Stützprofilen mit Wärme und/oder Lichtstrahlung, beispielsweise UV-Strahlung beaufschlagt wird.In order to keep the production time in carrying out the method according to the invention low, provides a further advantageous embodiment of the method that the adhesive is applied after joining and fixing of reflector and support profile or support profiles with heat and / or light radiation, for example UV radiation ,
Weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.Further preferred and advantageous embodiments of the method according to the invention are specified in the subclaims.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit einer Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt inThe invention will be explained in more detail by means of embodiments in conjunction with a drawing. The drawing shows in
Die Stützträger
Die Stützprofile
Die Stützprofile
Ferner können als Stützprofile
In
Ein oder mehrere solcher Reflektoren (Spiegel)
Auf die gekrümmte Rückseite der Reflektoren
Der Klebstoff
Nach dem Klebstoffauftrag wird der Roboterarm
Unterstützend können geeignete Wärme- und/oder Strahlungsquellen (nicht gezeigt) verwendet werden, welche die Teilaushärtung bzw. vollständige Aushärtung des Klebstoffs
Der an dem brückenartigen Träger
Nach ausreichender Aushärtung des Klebstoffs
Werden die Stützprofile
Die Anbindungsfläche
Die zum Auftrag des Klebstoffs
Um die Materialkosten für die Herstellung eines mit Stützträgern
Bei mittleren Lastanforderungen wird der Klebstoff
Sind die erfindungsgemäß hergestellten Solarkollektoren
In den
Die in den
Die Klebstoffgesamtlänge der in
Die in den
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines mit mindestens einem Stützträger
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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