CH703998A1 - Sonnenkollektor. - Google Patents

Abstract

Ein Sonnenkollektor ist mit einer zweiten Konzentratoranordnung (20) versehen, die die von einer ersten Konzentratoranordnung (10) in einen Brennlinienbereich konzentrierte Strahlung in einzelne Brennpunktbereich (21) konzentriert, was eine höhere Konzentration und damit höhere Temperaturen im Absorberrohr (23) ermöglicht.

Description

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sonnenkollektor nach Anspruch 1.

[0002] Strahlungskollektoren bzw. Konzentratoren der genannten Art finden u.a. in Sonnenkraftwerken Anwendung.

[0003] Bis heute ist es wegen der noch nicht überwundenen Nachteile der Fotovoltaik nicht gelungen, Solarstrom in Anwendung dieser Technologie in annähernd kostendeckender Art zu erzeugen. Solarthermische Kraftwerke hingegen produzieren schon seit einiger Zeit Strom im industriellen Massstab zu Preisen, die - gegenüber der Fotovoltaik - nahe an den heute üblichen kommerziellen Preisen für in herkömmlicher Art erzeugten Strom liegen.

[0004] In Solarthermischen Kraftwerken wird die Strahlung der Sonne durch Kollektoren mit Hilfe des Konzentrators gespiegelt und gezielt auf einen Ort fokussiert, in welchem dadurch hohe Temperaturen entstehen. Die konzentrierte Wärme kann abgeführt und zum Betrieb von thermischen Kraftmaschinen wie Turbinen verwendet werden, die wiederum die Strom erzeugenden Generatoren antreiben.

[0005] Heute sind drei Grundformen von solarthermischen Kraftwerken im Einsatz: Dish-Sterling-Systeme, Solarturmkraftwerkssysteme und Parabolrinnensysteme.

[0006] Die Dish-Sterling-Systeme als kleine Einheiten im Bereich von bis zu 50 kW pro Modul haben sich nicht generell durchgesetzt.

[0007] Solarturmkraftwerksysteme besitzen einen zentralen, erhöht (auf dem «Turm») montierten Absorber für das durch hunderte bis tausende von einzelnen Spiegeln mit zu ihm gespiegelte Sonnenlicht, womit die Strahlungsenergie der Sonne über die vielen Spiegel bzw. Konzentratoren im Absorber konzentriert und so Temperaturen bis zu 1300° C erreicht werden sollen, was für den Wirkungsgrad der nachgeschalteten thermischen Maschinen (in der Regel ein Dampf- oder Fluidturbinenkraftwerk zur Stromerzeugung) günstig ist. Die Anlage «Solar two» in Kalifornien besitzt eine Leistung von mehreren MW. Die Anlage PS20 in Spanien besitzt eine Leistung von 20 MW. Solarturmkraftwerke haben (trotz der vorteilhaft erreichbaren hohen Temperaturen) bis heute ebenfalls keine grössere Verbreitung gefunden.

[0008] Parabolrinnenkraftwerke jedoch sind verbreitet und besitzen Kollektoren in hoher Anzahl, die lange Konzentratoren mit geringer Querabmessung aufweisen, und damit nicht einen Brennpunkt, sondern eine Brennlinie besitzen. Diese Linienkonzentratoren besitzen heute eine Länge von 20 m bis zu 150 m. In der Brennlinie verläuft ein Absorberrohr für die konzentrierte Wärme (bis gegen 500°C), das die Wärme zum Kraftwerk transportiert. Als Transportmedium kommt z.B. Thermoöl, geschmolzene Salze oder überhitzter Wasserdampf in Frage.

[0009] Die 9 SEGS-Parabolrinnen-Kraftwerke in Südkalifornien produzieren zusammen eine Leistung von ca. 350 MW. Das 2007 ans Netz gegangene Kraftwerk «Nevada Solar One» besitzt Rinnenkollektoren mit 182400 gekrümmten Spiegeln, die auf einer Fläche von 140 Hektar angeordnet sind und produziert 65 MW. Andasol 3 in Spanien ist seit September 2009 im Bau, soll in 2011 den Betrieb aufnehmen, so dass die Anlagen Andasol 1 bis 3 eine Höchstleistung von 50 MW aufweisen werden.

[0010] Für die Gesamtanlage (Andasol 1 bis 3) wird ein Spitzenwirkungsgrad von ca. 20% sowie ein Wirkungsgrad im Jahresmittel von rund 15% erwartet.

[0011] Wie erwähnt ist ein wesentlicher Parameter für den Wirkungsgrad eines Solarkraftwerks die Temperatur des durch die Kollektoren erhitzten Transportmediums, über welches die gewonnene Wärme vom Kollektor wegtransportiert und für die Umwandlung in beispielsweise Strom genutzt wird: mit höherer Temperatur lässt sich ein höherer Wirkungsgrad bei der Umwandlung erzielen. Die im des Transportmedium realisierbare Temperatur hängt wiederum von der Konzentration der reflektierten Sonnenstrahlung durch den Konzentrator ab. Eine Konzentration von 50 bedeutet, dass im Brennbereich des Konzentrators eine Energiedichte pro m2 erzielt wird, die der 50 fachen der von der Sonne auf einen m2 der Erdoberfläche eingestrahlten Energie entspricht.

[0012] Die theoretisch maximal mögliche Konzentration hängt von der Geometrie Erde-Sonne, d.h. vom Öffnungswinkel der von der Erde aus beobachteten Sonnen-Scheibe ab. Aus diesem Öffnungswinkel von 0,27° folgt, dass der theoretisch maximal mögliche Konzentrationsfaktor für Rinnenkollektoren bei 213 liegt.

[0013] Selbst mit sehr aufwändig hergestellten, und damit für den industriellen Einsatz (zu) teuren Spiegeln die im Querschnitt einer Parabel gut angenähert sind und damit einen Brennlinienbereich mit kleinstem Durchmesser erzeugen, ist es heute nicht möglich, diese maximale Konzentration von 213 auch nur annähernd zu erreichen. Eine zuverlässig erzielbare Konzentration von ca. 50 bis 60 ist jedoch realistisch und erlaubt bereits die oben genannten Temperaturen von gegen 500°C im Absorberrohr eines Parabolrinnenkraftwerks.

[0014] Um die Parabelform eines Rinnenkollektors bei vertretbaren Kosten möglichst gut anzunähern, hat die Anmelderin in WO 2010/037 243 einen Rinnenkollektor vorgeschlagen, der eine Druckzelle mit einem flexiblen, in der Druckzelle aufespannten Konzentrator aufweist. Dabei ist der Konzentrator in verschiedenen Bereichen unterschiedlich gekrümmt und kommt so der gewünschten Parabelform recht nahe. Dies ermöglicht zwar, bei vertretbaren Kosten für den Konzentrator eine Temperatur von gegen 500°C im Absorberrohr zu erreichen, nicht aber eine noch einmal gesteigerte Prozesstemperatur im Absorberrohr.

[0015] Entsprechend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Rinnenkollektor für die Produktion von Wärme im auch industriellen Massstab bereitzustellen, der erlaubt, noch höhere Temperaturen im Transportmedium zu erzeugen.

[0016] Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Sonnenkollektor mit den Merkmalen von Anspruch 1.

[0017] Dadurch, dass durch die zweite Konzentratoranordnung die reflektierte Sonnenstrahlung nicht mehr in einen Brennlinienbereich, sondern in mindestens einen Brennpunktbereich reflektiert wird, ergibt sich eine Konzentration im eindimensionalen Rinnenkonzentrator, die zweidimensional ist, nämlich eine Konzentration über die Länge des Kollektors in eine Brennlinie und dann über dessen Breite in mindestens einen Brennpunktbereich. Dadurch erhöht sich die theoretisch mögliche maximale Konzentration auf über 40 000. Natürlich kann auch hier diese maximal mögliche Konzentration nicht annähernd erreicht werden. Eine geringe Realisierung dieses enormen Potentials erlaubt aber, die Temperaturen im Transportmedium der gestellten Aufgabe gemäss zu steigern und so den Wirkungsgrad des Kraftwerks (oder auch einer kleinsten Wärme erzeugenden Einheit) zu verbessern.

[0018] Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Absorberrohr mit einer Anzahl von thermischen Öffnungen versehen, die nur am Ort des mindestens einen Brennpunktbereichs liegen, was die Wärmeverluste des Absorberrohrs erheblich vermindert und dazu beiträgt, die gewünscht hohen Temperaturen im Transportmedium zu erreichen.

[0019] Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Absorberrohr längsverschieblich gelagert, so dass die mindestens eine thermische Öffnung dem Sonnenstand entsprechend verschoben werden kann.

[0020] Besondere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind anhand der Figuren näher beschrieben.

[0021] Es zeigt: <tb>Fig. 1<sep>schematisch einen Rinnenkollektor, wie er in Solarkraftwerken Verwendung findet, <tb>Fig. 2<sep>schematisch den Aufbau eines Rinnenkollektor gemäss der vorliegenden Erfindung, <tb>Fig. 3<sep>einen Querschnitt durch den Rinnenkollektor von Fig. 1, <tb>Fig. 4<sep>einen Längsschnitt durch den Rinnenkollektor von Fig. 1 am Ort des Absorberrohrs, <tb>Fig. 5a<sep>eine erste Ausführungsform des optischen Elements der zweiten Konzentratoranordnung, <tb>Fig. 5b<sep>das optische Element von Fig. 4a im Querschnitt, wobei die Geometrie der durch das Element hindurchtretenden Strahlung dargestellt ist, <tb>Fig. 6a<sep>eine zweite Aus führungsform des optischen Elements der zweiten Konzentratoranordnung, <tb>Fig. 6b<sep>das optische Element von Fig. 5aim Querschnitt, ebenfalls mit der Geometrie der hindurchtretenden Strahlung, <tb>Fig. 7a<sep>eine dritte Ausführungsform des optischen Elements der zweiten Konzentratoranordnung, <tb>Fig. 7b<sep>das optische Element von Fig. 7aim Querschnitt, mit der hindurchtretenden Strahlung, <tb>Fig. 8<sep>ein Absorberrohr für einen Rinnenkollektor gemäss der vorliegenden Erfindung

[0022] Fig. 1 zeigt einen Rinnenkollektor 1 konventioneller Art mit einer Druckzelle 2, welche die Gestalt eines Kissens aufweist und durch eine obere, flexible Membran 3 und eine in der Figur verdeckte, untere flexible Membran 4 gebildet wird. Die Membran 3 ist für Sonnenstrahlen 5 durchlässig, die im Inneren der Druckzelle 2 auf eine Konzentrator-Membran (Konzentrator 10, Fig. 2) fallen und durch diese als Strahlen 6 reflektiert werden, hin zu einem Absorberrohr 7, in dem ein Wärme transportierendes Medium zirkuliert, das die durch den Kollektor konzentrierte Wärme abführt. Das Absorberrohr 7 wird durch Stützen 8 im Brennlinienbereich der Konzentrator-Membran (Konzentrator 10, Fig. 2) gehalten.

[0023] Die Druckzelle 2 ist in einem Rahmen 9 aufgespannt, der wiederum in bekannter Art dem Sonnenstand entsprechend verschwenkbar auf einem Gestell gelagert ist.

[0024] Solche Sonnenkollektoren sind beispielsweise in der WO 2010/037 243 und der WO 2008/037 108 beschrieben. Diese Dokumente werden durch Verweis ausdrücklich in die vorliegende Beschreibung einbezogen.

[0025] Obschon die vorliegende Erfindung bevorzugt in einem als Rinnenkollektor ausgebildeten Sonnenkollektor dieser Art, d.h. mit einer Druckzelle und einer in der Druckzelle aufgespannten Konzentrator-Membran Anwendung findet, ist sie in keiner Weise darauf beschränkt, sondern ebenso in Rinnenkollektoren anwendbar, deren Konzentratoren als nicht flexible Spiegel ausgebildet sind. Kollektoren mit nicht flexiblen Spiegeln werden beispielsweise in den oben erwähnten Kraftwerken eingesetzt.

[0026] In den nachstehend beschriebenen Figuren sind jeweils die für das Verständnis der Erfindung nicht relevanten Teile des Rinnenkollektors weggelassen, wobei hier noch einmal erwähnt sei, dass solche weggelassenen Teile entsprechend des oben beschriebenen Stands der Technik (Kollektoren mit Druckzelle oder solche mit nicht flexiblen Spiegeln) ausgebildet sind und vom Fachmann für den konkreten Anwendungsfall leicht bestimmt werden können.

[0027] Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Dargestellt ist der Konzentrator 10 eines wie in Fig. 1dargestellten Rinnenkollektors 1. Gestrichelt dargestellt sind eine untere Membran 11 und eine obere Membran 12 der Druckzelle, in welcher der Konzentrator 10 über Rahmenelemente 13 aufgespannt ist. Das Absorberrohr ist über Stützen 8 aufgehängt. Sonnenstrahlen 5 fallen auf den Konzentrator 10 und werden von diesem als Strahlen 6 reflektiert. Durch die konkrete Ausbildung des Konzentrators 10 ergibt sich ein Strahlungspfad für reflektierte Strahlung, der durch die Strahlen 6 repräsentiert ist.

[0028] Der Konzentrator 10 ist, da nur in einer Richtung gekrümmt, ein Linearkonzentrator, mit dem Vorteil, dass er gegenüber den in zwei Richtungen gekrümmten Parabol-Konzentratoren einfacher und zudem mit grosser Fläche hergestellt werden kann, ohne dass sich für die Rahmenstruktur und die laufend über Tag notwendige Ausrichtung dem Sonnenstand entsprechend prohibitive konstruktive Randbedingungen ergeben.

[0029] Für die Orientierung in der Figur zeigt der Pfeil 16 die Längsrichtung, der Pfeil 17 die Querrichtung an. Entsprechend ist der Konzentrator 10 in Querrichtung gekrümmt, und in Längsrichtung nicht.

[0030] Der Strahlungspfad des Konzentrators 10 weist einen Brennlinienbereich auf, notwendigerweise, da einerseits auf Grund des Öffnungswinkels der Sonne deren Strahlung nicht parallel einfällt, die Konzentration in eine geometrisch genaue Brennlinie damit gar nicht möglich ist und zudem, weil eine genaue parabelförmige Krümmung des Konzentrators für eine theoretisch soweit wie möglich angenäherte Brennlinie mit vernünftigem Kostenaufwand nicht machbar ist.

[0031] Der Konzentrator 10 ist Bestandteil einer ersten Konzentratoranordnung des Kollektors 1, die hier gebildet ist aus der Druckzelle, den Organen für Aufrechterhaltung und Steuerung des Drucks und dem Rahmen mit den Elementen 13.

[0032] In der Figur plattenförmig ausgebildete optische Elemente 20 sind im Strahlungspfad des Konzentrators 10 (und damit im Strahlungspfad der ersten Konzentratoranordnung) angeordnet, so dass der Strahlungspfad durch diese hindurch verläuft. Diese optischen Elemente 20 brechen die auf sie einfallende (durch den Konzentrator 10 reflektierte) Strahlung 6 derart, dass die Strahlung 6 nach den optischen Elementen 20 als Strahlung 15 in einen Brennpunktbereich konzentriert wird. Mit anderen Worten weist der durch die Strahlung 15 repräsentierte Strahlungspfad jedes der optischen Elemente 20 einen Brennpunktbereich 21 auf. In der Figur sind drei optische Elemente 20 und damit drei gestrichelt angedeutete Brennpunkbereiche 21 dargestellt.

[0033] Die optischen Elemente 20 sind Bestandteil einer zweiten Konzentratoranordnung, die im Strahlungspfad für reflektierte Parallelstrahlung der ersten Konzentratoranordnung, vor deren Brennlinienbereich, angeordnet ist. Zur zweiten Konzentratoranordnung gehören hier beispielsweise noch Träger 22, an denen die optischen Elemente 20 in Position gehalten werden.

[0034] Ein hier als Absorberrohr 23 ausgebildetes Absorberelement befindet sich am Ort der Brennpunktbereiche 21.

[0035] Fig. 3 zeigt einen Schnitt in Querrichtung (Pfeil 17) durch die Anordnung von Fig. 2 mit einer Ansicht des in diese Querschnittsebene projizieren Stahlungsgang bzw. Strahlungspfads der beiden Konzentratoranordnungen. Wie oben erwähnt, sind alle für das Verständnis der Erfindung nicht wesentlichen Elemente des Rinnenkollektors 1 zur Entlastung der Figur weggelassen.

[0036] Insbesondere ist ersichtlich, dass der Strahlungspfad der ersten Konzentratoranordnung (Konzentrator 10), hier dargestellt durch die beiden reflektierten Strahlen 6,6 ́, gegen einen Brennlinienbereich am Ort des Absorberrohrs 23 konvergiert. Die Strahlung 6 tritt durch das optische Element 20 hindurch, wobei dessen Strahlungspfad, hier dargestellt durch die beiden Strahlen 15,15 ́, gegen einen Brennpunktbereich 21 konvergiert.

[0037] Die Konzentration der ersten Konzentrationsanordnung erfolgt in Querrichtung (Pfeil 17).

[0038] Bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform liegen die Brennpunktbereiche 21 der optischen Elemente 20 im Brennlinienbereich des Konzentrators 10, d.h. im Brennlinienbereich der ersten Konzentratoranordnung. Daraus ergibt sich für die in der Fig. 3 dargestellte Sicht auf die Querschnittsebene (nicht aber in Längsrichtung, siehe nachstehend zu Fig. 4), dass die reflektierte Strahlung 6 durch das optische Element 20 nicht gebrochen wird, d.h. im Wesentlichen in einer Geraden liegen. Im Wesentlichen deshalb, weil beim Durchtritt eines Strahls 6 durch das optische Element 20 hindurch ein leichter Versatz des Strahlungspfads 15,15 ́ gegenüber dem Pfad 6,6 ́ auftreten kann, der aber hier nicht relevant ist.

[0039] Die Figur zeigt weiter, dass der Konzentrator 10 in zwei Bereiche 25 und 26 unterteilt ist, mit dem Vorteil, dass die Beschattung durch das optische Element 20 die Konzentratorfläche nicht oder nicht wesentlich erreicht und dass eine begehbare Fläche 27 für Montage und Wartung gegeben ist. Solch eine Konfiguration der ersten Konzentratoranordnung ist in der WO 2010/037 243 dargestellt und dem Fachmann grundsätzlich bekannt.

[0040] Zur Entlastung der Figur sind wiederum die nicht wesentlichen Elemente, hier auch die Träger 22 (Fig. 2) für die optischen Elemente 20 weggelassen.

[0041] Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch die Anordnung von Fig. 2in Längsrichtung (Pfeil 16), mit einer Ansicht des in diese Längsebene projizieren Stahlungsgangs bzw. Strahlungspfads der ersten und der zweiten Konzentratoranordnung.

[0042] Mit einer angenommenen Blickrichtung von rechts nach links (Fig. 3) zeigt Fig. 4 den Blick auf den Bereich 25 des Konzentrators 10.

[0043] Insbesondere ist ersichtlich, dass der Strahlungspfad der ersten Konzentratoranordnung (Konzentrator 10), hier dargestellt durch die reflektierten Strahlen 6 bis 6»’, gegen einen Brennlinienbereich am Ort des Absorberrohrs 23 läuft. Die Strahlung 6 bis 6 ́ ́ ́ tritt durch die optischen Element 20 bis 20 ́ ́ ́ hindurch, wird durch diese in Längsrichtung gebrochen, wobei der Strahlungspfad der optischen Elemente 20 bis 20 ́ ́ ́ (dargestellt durch die Strahlen 15 bis 15 ́ ́ ́) gegen jeweils einen Brennpunktbereich 21, 21 ́ ́ und 21 ́ ́ ́ konvergiert.

[0044] Die Konzentration der zweiten Konzentrationsanordnung erfolgt in Längsrichtung (Pfeil 16).

[0045] Das Absorberrohr 23 weist am Ort der Brennpunktbereiche 21 bis 21 ́ ́ ́ thermische Öffnungen 29, 29 ́ ́ und 29 ́ ́ ́ auf.

[0046] Zur Entlastung der Figur sind die Strahlungspfade der optischen Elemente 20* und 20** weggelassen, ebenso die Träger 22 (Fig. 2) für die optischen Elemente 20.

[0047] Es ergibt sich, dass die zweite Konzentratoranordnung mindestens ein optisches Element 20 mit einem durch dieses hindurch führenden Strahlungspfad aufweist, wobei die Brennpunktbereiche 21 durch das optische Element 20 erzeugt werden. An dieser Stelle sei angemerkt, dass die erfindungsgemässe Anordnung für kleine oder kleinste Anwendungen mit nur einem optischen Element 20 oder für industrielle Anwendung in Kollektoren mit grössten Abmessungen mit Dutzenden oder Hunderten von optischen Elementen 20 ausgeführt werden kann.

[0048] Aus den Fig. 3 und 4 ergibt sich weiter, dass das optische Element 20 als Linearkonzentrator ausgebildet ist, dessen Konzentrationsrichtung quer oder senkrecht zur Konzentrationsrichtung des Linearkonzentrators der ersten Konzentratoranordnung verläuft.

[0049] Damit ergibt sich weiter, dass die optisch wirksamen Oberflächen (an denen die Brechung der Lichtstrahlen erzeugt wird) der optischen Elemente 20 gegenüber dem Stahlungspfad der ersten Konzentratoranordnung (hier des Konzentrators 10) derart ausgerichtet sind, dass der Pfad jedes einzelnen Strahls, projiziert auf eine zum Brennlinienbereich senkrecht stehende Ebene (dargestellt in Fig. 3) eine Gerade ist, aber in einer im Brennlinienbreich liegenden Ebene (dargestellt in Fig. 4) zum Brennpunktbereich 21 hin gebrochen wird.

[0050] Bevorzugt weisen die optischen Elemente eine Fresnelstruktur auf, was erlaubt, diese mit einem wie in den Fig. 2 bis 4dargestellten plattenförmigen Körper auszubilden. Fig. 5a zeigt solche, im Folgenden als Fresnellinse 30 bezeichnetes optisches Element, mit einer ebenen unteren optisch wirksamen Oberfläche 31 und einer strukturierten oberen optisch wirksamen Oberfläche 32, die mit parallelen Stufen 33 mit Flanken 34 versehen ist, welche im eingebauten Zustand der Fresnellinse 30 (Fig. 2 bis 4) quer, d.h. in Richtung des Pfeils 17 verlaufen und entsprechend die vom Konzentrator 10 reflektierten Sonnenstrahlen 6 gegen die mittlere Zone 35 des optischen Elements 30 hin brechen. Im eingebauten Zustand liegt die Zone 35 direkt unter der zugeordneten thermischen Öffnung 29 des Absorberrohrs 28.

[0051] Die Auslegung solch einer Fresnellinse 30 kann durch den Fachmann im konkreten Fall leicht vorgenommen werden.

[0052] Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Linse 30 nach Fig. 5a noch verbessert, um Fehler durch Aberration zu minimieren:

[0053] Fig. 5b zeigt einen Schnitt in Querrichtung 17 durch die Fresnellinse 30 im eingebauten Zustand, der Schnitt verläuft entlang einer der Stufen 33. Dieser Schnitt entspricht demjenigen von Fig. 3, wobei zur Entlastung der Figur nur die links von der strichpunktierten Symmetrielinie 35 gelegene Hälfte der Fresnellinse 30 mit dem in ihm verlaufenden Strahlungspfad dargestellt ist.

[0054] Von der ersten Konzentratoranordnung (hier: Konzentrator 10) reflektierte Sonnenstrahlen 6IV bis 6VI fallen an der unteren optisch wirksamen Oberfläche 31 ein, werden an dieser zum Lot 36 hin gebrochen, durchqueren den Körper der Fresnellinse 30 bis zur oberen optisch wirksamen Oberfläche 32 und verlassen diese als Strahlen 15IV bis 15VI, wobei sie an der oberen Oberfläche 32 vom Lot weg gebrochen werden. Da die Stufen 33 und die Flanken 34 in Querrichtung 17 verlaufen, hat die zweifache Brechung nun zur Folge, dass die Strahlen 15IV bis 15VI zu den Strahlen 6IV bis 6VI etwas parallel versetzt sind, wobei der Versatz für aussen gelegene Strahlen grösser ist als für innen gelegene Strahlen, was den Brennpunktbereich je nach dem konkreten Fall nachteilig vergrössern kann. Dies ist mit Hilfe der gestrichelt eingezeichneten Fortsetzungen der Strahlen 6IV bis 6V qualitativ (und übertrieben) verdeutlicht: würden die Strahlen 6IV bis 6V nicht zweifach gebrochen, wären sie recht gut auf die thermische Öffnung 29 des Absorberrohrs 28 konzentriert. Durch die Brechung ergibt sich der beschriebene Parallelversatz, so dass die Strahlen 15IV bis 15VI die thermische Öffnung 29 nur teilweise erreichen, was nicht optimal sein kann.

[0055] Fig. 6a zeigt eine diesbezüglich optimierte Ausführungsform. Dargestellt ist ein als Fresnel-Gitterlinse 40 ausgebildetes optisches Element, dessen untere optisch wirksame Oberfläche 41 eben, und dessen obere optisch wirksame Oberfläche 42 abgesehen von der mittleren Zone 43 eine Fresnel-Gitterstruktur aufweist. Die Grundstruktur der Fresnel-Gitterlinse 40 entspricht der Struktur des optischen Elements 30. Die Abweichung gegenüber dem optischen Element 30 liegt in der Ausbildung der Flanken 44, die ihrerseits in Facetten 45 unterteilt sind, wobei jede Facette 45 im eingebauten Zustand in Querrichtung 17 anders geneigt ist. Wie, zeigt Fig. 6banhand eines einfallenden Strahls 6VI, der beim Durchtritt durch die untere optisch wirksame Oberfläche 41 zum Lot gebrochen wird und den Körper des Elements 41 durchquert, bis er an der durch die jeweilige Facette 45 gebildete obere optisch wirksame Oberfläche 42 beim Austritt wieder gebrochen wird und als Strahl 15VII die Öffnung 29 des Absorberrohrs 28 erreicht.

[0056] Wie anhand der Fig. 5bbeschrieben, würde der Strahl 6VII ohne Durchgang durch ein optisches Element die thermische Öffnung 29 erreichen (gestrichelte Linie 46), wenn er nicht durch die doppelte Brechung beim Durchgang parallel versetzt würde, was entsprechend der Fig. 6b durch die strichpunktierte Linie 47 angedeutet ist. Tatsächlich wird nun der Strahl 6VII an der geneigten Facette 45 derart gebrochen, dass die Abweichung durch den Versatz kompensiert wird, so dass der Strahl 15VII die thermische Öffnung 29 erreicht.

[0057] Der Fachmann kann wiederum im konkreten Fall die Auslegung der Fresnel-Gitterstruktur (z.B. Grösse der Facetten 45) und auch die Neigung jeder der Facetten 45 bestimmen.

[0058] Eine weitere Ausführungsform eines als Fresnel-Gitterlinse 50 ausgebildeten optischen Elements zeigt Fig. 6c, wobei die untere und die obere optisch wirksame Oberfläche 51, 52 je mit einer Fresnel-Gitterstruktur versehen sind. Wiederum entspricht der Schnitt durch Fresnel-Gitterlinse 50 demjenigen von Fig. 3. Facetten 56 in der unteren Oberfläche 51 entsprechen Facetten 55 in der oberen Oberfläche 52, so dass ein einfallender reflektierter Sonnenstrahl 6IX senkrecht auf die Facetten 56, 55 auftrifft und damit durch diese nicht gebrochen wird, somit eine eine Aberration in der dargestellten Ebene unterbleibt. Vorzugsweise sind dann die Facetten 55 in der oberen Oberfläche 52 in einer Richtung senkrecht zur Ebene der Figur geneigt (Neigung in Richtung 16), so dass die Strahlen 15IX in einen Brennpunktbereich am Ort der thermischen Öffnung 29 konzentriert werden. Auch hier ist eine mittlere Zone 53, 54 ohne Facetten 56, 55 ausgebildet.

[0059] Der Fachmann kann im konkreten Fall die Auslegung der Fresnel-Gitterstrukturen und damit auch die Neigung jeder der Facetten 55, 56 bestimmen.

[0060] Fig. 7a zeigt eine weitere Ausführungsform eines als Fresnellinse 60 ausgebildeten optischen Elements. Der plattenförmige Körper der Fresnellinse 60 ist in einer Richtung (im eingebauten Zustand in Querrichtung 17) gekrümmt. Die untere optisch wirksame Oberfläche 61 ist entsprechend derart gekrümmt, dass die Strahlen 6X bis 6XII senkrecht auf sie einfallen. Ebenso ist die obere wirksame Oberfläche 62, einschliesslich der mittleren Zone 63, derart gekrümmt, dass die durchtretenden Strahlen (immer nur in der Querschnittsebene gesehen) ohne Brechung die Fresnellinse 60 verlassen, so dass die Strahlen 6X bis 6XI mit den Strahlen 15X bis 15XI in einer Geraden liegen, wie dies Fig. 7b zeigt.

[0061] Anhand der Fig. 2 bis 7b sind verschiedene Ausführungen des optischen Elements 20 dargestellt worden, die alle eine Fresnelstruktur aufweisen. Solch ein optisches Element mit je nach dem komplizierter Struktur (Fresnel-Gitterstruktur) kann beispielsweise durch Giessen hergestellt werden, in dem eine Metallform hergestellt und ein geeignetes transparentes Kunststoffmaterial (oder auch Glas) vergossen wird.

[0062] Fig. 7c zeigt eine Abwandlung des optischen Elements der zweiten Konzentratoranordnung in Form einer Sammellinse 70, die sich in Querrichtung 17 erstreckt, hier analog zur Konfiguration von Fig. 6a gerade ausgebildet ist, aber auch analog zur Fig. 6ain einer Richtung gekrümmt ausgebildet sein kann. Gestrichelt sind benachbarte Sammellinsen 70 angedeutet, wobei jeder der einzelnen Sammellinsen 70 einen Brennpunktbereich 71 besitzt, dem eine Öffnung 29 im Absorberrohr 28 (Fig. 10) zugeordnet ist. Schematisch angedeutet ist in der Figur ein rinnenförmiger Konzentrator 72 der ersten Konzentratoranordnung.

[0063] Fig. 8a und 8b zeigen eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei welcher die zweite Konzentratoranordnung nicht ein optisches Element, sondern einen Spiegel aufweist. In Fig. 8aist ein Sonnenkollektor 100 dargestellt, mit einer Druckzelle 101 bekannter Art, aufgespannt in einem Rahmen 102, der seinerseits für die Nachverfolgung der Sonne verschwenkbar an einem Sockel 103 gelagert ist.

[0064] In der Druckzelle ist eine erste Konzentratoranordnung mit einem mehrteiligen Konzentrator, bestehend aus den Bereichen 104 und 105 angeordnet, wobei erfindungsgemäss eine hier ebenfalls zweiteilige zweite Konzentratoranordnung vorgesehen ist, mit Spiegeln 106 und 107. Jeder Spiegel 106, 107 liegt im Strahlungspfad des ihm zugeordneten Konzentratorbereichs 104, 105. Die Einfallende Sonnenstrahlung wird durch die Strahlen 110, 111 dargestellt, der Strahlungspfad der Konzentratorbereiche 104 und 105 durch die reflektierten Strahlen 112, 113. Die Spiegel 106, 107 befinden sich im Strahlungspfad vor dem Brennlinienbereich des jeweiligen Konzentratorbereichs 104, 105. Der Strahlungspfad der Spiegel 106, 107 für die reflektierte Sonnenstrahlung 112, 113 wird durch die an den Spiegeln reflektierte Strahlung 114, 115 dargestellt. Diese reflektierte Strahlung 114, 115 wird erfindungsgemäss durch die Spiegel 106, 107 in einen Brennpunktbereich 116 konzentriert, der bei einer Öffnung 29 eines Absorberrohrs 28 liegt (Fig. 10).

[0065] Die dazu notwendige Krümmung der Spiegel 106, 107 ist in Fig. 8b schematisch dargestellt. Fig. 8b stellt eine Ansicht auf einen Teil des Sonnenkollektors 100 dar, wobei die Blickrichtung etwa der Pfeilrichtung für das Referenzzeichen 100 in Fig. 8aentspricht. Zur Entlastung der Figur ist nur das Absorberrohr 28, eine der Öffnungen 29 und ein dieser Öffnung zugeordneter Spiegel 107 dargestellt. Benachbarte und gleich ausgebildete Spiegel 107 ́, die sich unter dem Absorberrohr 28 über seine ganze Länge (Pfeil 16) aneinanderreihen, sind gestrichelt angedeutet, wobei jedem Spiegel 107 ́ seinerseits eine Öffnung 29 zugeordnet ist.

[0066] Der Spiegel 107 ist in Längsrichtung 16 derart (konkav) gekrümmt, dass, in Längsrichtung gesehen, alle einfallenden Strahlen 113 auf den Brennpunktbereich 116 konzentriert werden, währen der Spiegel 107 zudem in Querrichtung 17 ebenfalls (konkav) gekrümmt ist, so dass die Konzentration auf den Brennlinienbereich 116 in Querrichtung ebenfalls stattfindet.

[0067] Analog ist der Aufbau der Anordnung von Fig. 9a: Ein Sonnenkollektor 130 besitzt eine Druckzelle 131 bekannter Art, die auf einem verschwenkbaren Rahmen 132 aufgespannt ist. Zwei Konzentratorbereiche 133, 134 einer ersten Konzentratoranordnung konzentrieren einfallende Sonnenstrahlung 135, 136 auf einen Brennlinienbereich 137, wobei der Strahlungspfad der Konzentratorbereiche 133, 134 durch die reflektierten Strahlen 138, 139 dargestellt ist. Vor dem Brennlinienbereich 137 befinden sich Spiegel 140, 141, welche die einfallende Strahlung 138, 139 in einen Brennpunktbereich 145 am Ort der Öffnung 29 des Absorberrohrs 28 konzentrieren. Der Strahlungspfad der Spiegel 140, 141 ist durch die von ihnen reflektierten Strahlen 142, 143 repräsentiert.

[0068] Fig. 9b zeigt analog zu Fig. 8b eine Ansicht der Anordnung von Fig. 9aaus der Blickrichtung des in Fig. 9a seitlich rechts auf dem Rahmen 132 stehenden Menschen 146. Ersichtlich ist die Oberfläche des Konzentratorbereichs 134, das Absorberrohr 28 mit einer seiner Öffnungen 29, sowie ein Spiegel 141 (mit einem gestrichelt angedeuteten benachbarten Spiegel 141 ́).

[0069] Sonnenstrahlung 136 fällt auf den Konzentratorbereich 134, wird (in Längsrichtung 16 gesehen) parallel reflektiert und am (konkav) gekrümmten Spiegel 141 auf den Brennpunktbereich 145 am Ort der Öffnung 29 des Absorberrohrs 28 (Fig. 10) konzentriert. Auch hier ist nur ein Ausschnitt über die Länge des Absorberrohrs 28 dargestellt.

[0070] Die Spiegel 106, 107, 142, 143 können bevorzugt eine Fresnel-Gitterstruktur aufweisen, die der Fachmann im konkreten Fall so bestimmen kann, dass der erfindungsgemässe Erfolg eintritt. Solche Spiegel können ebenfalls als Guss hergestellt werden, wobei beispielsweise die wirksame optische Oberfläche des Gussteils durch eine geeignete Beschichtung verspiegelt werden kann.

[0071] Vorteilhaft ist an den in den Fig. 8und 9dargestellten Anordnungen, dass die zweite Konzentratoranordnung in der Druckzelle 101, 131 angeordnet werden kann, so dass sie vor Verschmutzung geschützt ist. Grundsätzlich erspart dies den beträchtlichen Aufwand für die Reinigung, wobei nicht durch die Druckzelle geschützte, fein abgestufte Fresnel-Gitterstrukturen in den Spiegeln 106, 107, 142, 143 auch mit sehr grossem Reinigungsaufwand nicht vollständig gereinigt werden können, was zu Verlusten in der Leistung des Kollektors führen muss.

[0072] Ebenso ist es vorteilhaft und im Bereich der vorliegenden Erfindung, die Anordnung mit optischen Elementen gemäss den Fig. 2 bis 4 in der Druckzelle 12 (Fig. 2) anzuordnen und damit die optischen Elemente vor Verschmutzung zu schützen.

[0073] Fig. 10 zeigt das Absorberrohr 28 (Fig. 2bis 6b) in einer Ansicht von unten, so dass die thermischen Öffnungen 29 ersichtlich sind, durch die die Wärme reflektierter und konzentrierter Sonnenstrahlung in das Innere des Absorberrohrs eintreten kann. Das Absorberrohr 28 besitzt gemäss einer bevorzugten Ausführungsform eine Aussenisolation, die nur durch die thermischen Öffnungen 29 durchbrochen ist, so dass es zwischen diesen Öffnungen ebenfalls thermisch isoliert ist.

[0074] Konventionelle Absorberrohre werden mit aufwendiger und teurerer Konstruktion hergestellt, um die Wärmeverluste soweit wie möglich zu minimieren. Da das die Wärme transportierende Medium im Rohrinneren zirkuliert, erwärmt die durch den Konzentrator konzentrierte Sonnenstrahlung zuerst das Rohr, und dieses dann das Medium, mit der Folge, dass das notwendigerweise gegen 500°C heisse Absorberrohr seiner Temperatur entsprechend Wärme abstrahlt. Die Abstrahlung von Wärme über das Leitungsnetz für das Wärme transportierende Medium kann 100 W/m erreichen, die Leitungslänge in einer Grossanlage bis 100 km, so dass die Wärmeverluste über das Leitungsnetz für den Gesamtwirkungsgrad des Kraftwerks von erheblicher Bedeutung sind, ebenso der auf die Absorberrohre entfallende Anteil an Wärmeverlusten. In WO 2010/078 668 ist ein aussenisoliertes Absorberrohr offenbart, dessen durch den Einsatz in einem Rinnenkollektor gegebene Schlitzöffnung im Hinblick auf die Wärmeverluste optimiert ist.

[0075] Mit dem Begriff «thermische Öffnung» kann je nach Bauform des Absorberrohrs eine physische Öffnung in der Aussenisolation eines Absorberrohrs gemäss der oben genannten Publikation bezeichnet werden. Der Begriff «thermische Öffnung» umfasst aber auch bei anderen Bauformen einen physisch geschlossenen Bereich, der für den Wärmedurchgang der konzentrierten Sonnenstrahlung konstruiert ist, wobei beispielsweise durch geeignete Beschichtungen am Ort der Wärmeeinstrahlung eine Rückstrahlung der Wärme vermindert werden kann. Dem Fachmann sind solche Konstruktionen bekannt. Dennoch ist es notwendigerweise so, dass am Ort der thermischen Öffnung letztlich keine gute Isolation erzielbar ist, also die entsprechenden relevanten Wärmeverluste hingenommen werden müssen.

[0076] Die vorliegende Erfindung erlaubt nun über die gestellte Aufgabe hinaus ein Absorberrohr zu verwenden, bei dem die Fläche der thermischen Öffnung in einzelne, kleine Öffnungen unterteilt und so auf eine wesentlich verkleinerte Gesamtfläche reduziert ist. Damit sind auch die Wärmeverluste des entsprechenden Absorberrohrs signifikant reduziert.

[0077] Dadurch ergibt sich eine Synergie zu der gemäss der vorliegenden Erfindung in Brennpunktbereiche konzentrierten Strahlung: einerseits wird die mögliche Temperatur im Absorberrohr erhöht, und andererseits werden die Wärmeverluste aus dem Absorberrohr verringert, was hier besonders ins Gewicht fällt, da die Wärmeverluste hauptsächlich durch Wärmeabstrahlung erfolgen, welche mit der vierten Potenz der Temperatur zunimmt.

[0078] Üblicherweise ist ein Rinnenkollektor seiner Länge nach in der Ost-West-Richtung positioniert und kann dem täglichen Sonnenstand entsprechend in der Höhe ausgerichtet werden. Dadurch fallen die Sonnenstrahlen, abgesehen von der Mittagszeit, schräg in die Rinne ein und werden schräg reflektiert. Der in der Fig. 4 dargestellte Strahlengang entspricht also einem bestimmten Zeitpunkt über Mittag.

[0079] Einerseits können deshalb die thermischen Öffnungen 29 im Absorberrohr 28 als längs verlaufende, von einander beabstandete Schlitze vorgesehen werden, entlang denen der jeweilige Brennpunktbereich der Tageszeit entsprechend wandern kann. Zwar ist dann die Wärmeabstrahlung zwar immer noch reduziert ist, aber nicht in dem Mass, wie das der Fall ist, wenn jede thermische Öffnung 29 im Wesentlichen auf die Ausdehnung des dort eintretenden Strahlungspfads reduziert ist.

[0080] Entsprechend sieht eine weitere, in den Figuren nicht dargestellte Ausführungsform der Erfindung vor, dass ein Absorberrohr mit im Wesentlichen auf die Ausdehnung des eintretenden Strahlungspfads reduzierten thermischen Öffnungen versehen und in seiner Längsachse längsverschieblich (Richtung 16 in Fig. 4) im Rinnenkollektor gelagert ist, derart, dass die thermischen Öffnungen dem der täglichen Ost-West Bewegung der Sonne folgenden Strahlungspfad ihrerseits folgen können, so dass sich die oben erwähnte Ausbildung der thermischen Öffnungen 29 als Schlitze erübrigt.

[0081] Eine konkrete Ausführungsform eines Sonnenkollektors beispielsweise gemäss den Fig. 2bis 4, mit einem Absorberrohr nach Fig. 10, besitzt einen Rinnenkollektor mit einem Konzentrator von 50 m Länge, wobei der Konzentrator zwei parallele Bereiche (Fig. 3) von 4 m Breite aufweist, die so gekrümmt sind, dass ihr Brennlinienbereich sich in einem Abstand von 3 m befindet. Die gekrümmt ausgebildeten optischen Elemente (Fig. 7a) besitzen einen Krümmungsradius von 200 mm und eine Länge von 200 mm. Entsprechend sind über die Länge des Absorberrohrs ca. 250 optische Elemente vorgesehen, wobei das Absorberrohr (Fig. 10) 250 thermische Öffnungen aufweist.

Claims (21)

1. Sonnenkollektor mit einer ersten, einen reflektierenden Linearkonzentrator (10) aufweisenden ersten Konzentratoranordnung, deren Strahlungspfad für die reflektierte Strahlung (6) der Sonne einen Brennlinienbereich aufweist, mit einer im Strahlungspfad der ersten Konzentratoranordnung vor deren Brennlinienbereich angeordneten zweiten Konzentratoranordnung, deren Strahlungspfad für reflektierte Parallelstrahlung (15) der ersten Konzentratoranordnung mindestens einen Brennpunktbereich (21) aufweist, und mit einem am Ort des mindestens einen Brennpunktbereichs (21) angeordneten Absorberelement (23).

2. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, wobei die erste Konzentratoranordnung als Rinnenkollektor (1) ausgebildet ist, dessen Konzentrator (10) in mehre längs verlaufende Bereiche (25,26) aufgeteilt ist.

3. Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die zweite Konzentratoranordnung mindestens ein optisches Element (20) mit einem durch dieses hindurch führenden Strahlungspfad aufweist, und wobei der mindestens eine Brennpunktbereich (21) durch das optische Element (20) erzeugt wird.

4. Sonnenkollektor nach Anspruch 3, wobei das mindestens eine optische Element als Linearkonzentrator ausgebildet ist, dessen Konzentrationsrichtung quer zur Konzentrationsrichtung des Linearkonzentrators der ersten Konzentrationsanordnung verläuft.

5. Sonnenkollektor nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Brennpunktbereich des mindestens einen optischen Elements (20, 30, 40) im Brennlinienbereich der ersten Konzentratoranordnung liegt.

6. Sonnenkollektor nach Anspruch 4 oder 5, wobei das optische Element als quer im Strahlungspfad der ersten Konzentratoranordnung angeordnete Linse mit einer Fresnelstruktur ausgebildet ist.

7. Sonnenkollektor nach Anspruch 5, wobei die optisch wirksamen Oberflächen des optischen Elements gegenüber dem Strahlungspfad für reflektierte Parallelstrahlung der Sonne derart ausgerichtet sind, dass der Pfad jedes einzelnen Strahls, projiziert auf eine zum Brennlinienbereich senkrecht stehende Ebene im Wesentlichen eine Gerade ist, aber in einer im Brennlinienbereich liegenden Ebene zum Brennpunktbereich hin gebrochen wird.

8. Sonnenkollektor nach Anspruch 5 oder 7, wobei der Körper des optischen Elements über den Querschnitt des ihn durchdringenden Strahlungspfads in nur einer Richtung, um den Brennlinienbereich herum, gekrümmt ausgebildet ist, derart, dass die Schnittlinien seiner optisch wirksamen Oberflächen in jeder zum Brennlinienbereich senkrechten Ebene in jedem Punkt mindestens annähernd senkrecht stehen zum Pfad des durch diesen Punkt laufenden, reflektierten Sonnenstrahls.

9. Sonnenkollektor nach Anspruch 8, wobei das optische Element als in einer Richtung gekrümmte Fresnellinse ausgebildet ist.

10. Sonnenkollektor nach Anspruch 1 mit zwei im Abstand neben einander längs verlaufenden Rinnenkonzentratoren und einem Absorberrohr, wobei die zweite Konzentratoranordnung eine Anzahl von hinter einander und unter dem Absorberrohr angeordneten, im Wesentlichen den Raum zwischen den Rinnenkonzentratoren beschattenden, als Linsen ausgebildete Linearkonzentratoren mit einer zur Konzentrationsrichtung der Rinnenkonzentratoren senkrecht stehenden Konzentrationsrichtung aufweist, derart, dass der Strahlungspfad für reflektiertes Sonnenlicht über die Länge des Sonnenkollektors eine der Anzahl der Linsen entsprechende Anzahl von Brennpunktbereichen aufweist, und wobei das Absorberrohr am Ort jedes der Brennpunktbereiche eine thermische Öffnung aufweist.

11. Sonnenkollektor nach Anspruch 10, wobei die Linsen der zweiten Konzentratoranordnung als Fresnellinsen ausgebildet sind.

12. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, wobei das Absorberelement am Ort des mindestens einen Brennpunktbereichs eine im Wesentlichen auf die Ausdehnung des dort in es eintretenden Strahlungspfads reduzierte thermische Öffnung aufweist.

13. Sonnenkollektor nach Anspruch 12, wobei das Absorberelement der Länge der reflektierenden ersten Konzentratoranordnung entlang relativ verschiebbar ausgebildet ist, derart, dass die mindestens eine thermische Öffnung dem der täglichen Ost-West Bewegung der Sonne folgenden Strahlungspfad ihrerseits folgen kann.

14. Sonnenkollektor nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite Konzentratoranordnung mindestens einen Spiegel aufweist, wobei der mindestens eine Brennpunktbereich durch den Spiegel erzeugt wird.

15. Sonnenkollektor nach Anspruch 14, wobei der Spiegel eine Fresnel-Struktur, bevorzugt eine Fresnel-Gitterstruktur aufweist.

16. Absorberrohr für einen Rinnenkollektor, dadurch gekennzeichnet, dass es über seine Länge eine Anzahl von einander beabstandeter thermischer Öffnungen zur Aufnahme von in Brennpunktbereiche konzentrierter Sonnenstrahlung aufweist, und dass es zwischen diesen Öffnungen thermisch isoliert ist.

17. Absorberrohr für einen Sonnenkollektor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass es über seine Länge mit einer es rundum bedeckenden Aussenisolation versehen ist, wobei die Isolation durch eine Anzahl von einander beabstandeten thermischen Öffnungen durchbrochen ist, durch welche die Wärme reflektierter Sonnenstrahlung in das Innere des Absorberrohrs eintreten kann.

18. Optische Linse mit einer Fresnelstruktur für einen Sonnenkollektor nach Anspruch 1, der als Rinnenkollektor ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen plattenförmigen Körper aufweist, wobei die eine wirksame optische Oberfläche in einer ersten Richtung zu einander parallele Stufen aufweist, deren Flanken derart ausgebildet sind, dass Sonnenstrahlung, die in der ersten Richtung konvergierend und in einer zweiten Richtung, die quer zur ersten Richtung liegt, parallel verlaufend in die Linseeintritt in einen Brennpunktbereich konzentriert wird.

19. Linse nach Anspruch 18, wobei der plattenförmige Körper in der ersten Richtung gekrümmt ausgebildet ist, derart, dass die in der ersten Richtung konvergente Strahlung im Wesentlichen senkrecht auf der Aussenseite des Körpers auftrifft., wobei der Öffnungswinkel der konvergenten Strahlung vorzugsweise kleiner als 100°, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 70°, noch mehr bevorzugt kleiner oder gleich 60° ist und der Abstand des gekrümmten plattenförmigen Körpers vom Brennpunktbereich bevorzugt kleiner als 300 mm, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 200 mm beträgt.

20. Linse nach Anspruch 18, wobei mindestens eine der optisch wirksamen Oberflächen eine Gitterstruktur aufweist, mit in der ersten Richtung zu einander parallel verlaufenden Flanken, wobei die Flanken in Segmente unterteilt sind, mit einer Ausrichtung, die den in der ersten Richtung erfolgenden Versatz der die Linse durchdringenden Strahlung im Hinblick auf die Konzentration im Brennpunktbereich kompensiert.

21. Linse nach Anspruch 19, wobei die Flanken in ebene, an einander anschliessende Segmente unterteilt sind.