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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Abbildungseigenschaften
eines linienfokussierenden Kollektors mit einem in der Brennlinie des
Kollektors angeordneten Absorberrohr zur Erwärmung eines Fluids. Außerdem betrifft
die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Linienfokussierende
Kollektoren kommen beispielsweise bei solaren Direktverdampfungsanlagen
zur elektrischen Energiegewinnung zum Einsatz. Hierbei wird ein
Fluid, üblicherweise
Wasser, mittels Sonnenstrahlung soweit erwärmt, daß es zumindest teilweise verdampft,
und der dampfförmige
Anteil des Fluids wird anschließend
einer mit einem elektrischen Generator gekoppelten Turbine zugeführt zur elektrischen
Energiegewinnung. Zur Erwärmung
wird das Fluid durch ein Absorberrohr geleitet, das in der Brennlinie
eines linienfokussierenden Kollektors angeordnet ist. Derartige
Kollektoren weisen meist eine rinnenförmige Ausgestaltung auf mit
einer quer zur Längsachse
der Rinne parabelförmig
ausgebildeten Spiegelfläche
oder sie sind in Form von Fresnelspiegeln ausgestaltet. Die auf
die Spiegelfläche
auftreffende direkte Sonnenstrahlung wird von der Spiegelfläche reflektiert
und auf das Absorberrohr gerichtet.
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Derartige
solare Direktverdampfungsanlagen sind beispielsweise aus dem Artikel "Project DISS (Direct
Solar Steam) Update an Project Status and Future Planning" von E. Zarza, K.
Hen necke und O. Goebel, erschienen in "Electronic Edition of the Proceedings
of the 1999 ISES Solar World Congress, Jerusalem (1999)" beschrieben.
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Der
Wirkungsgrad der solaren Direktverdampfungsanlagen ist von der Oberflächenbeschaffenheit
und der Ausrichtung der Spiegelfläche relativ zum Absorberrohr
abhängig.
Linienfokussierende Kollektoren weisen hierbei üblicherweise mehrere parallel
zur Längsachse
des Kollektors ausgerichtete Spiegelfacetten auf, die auf einer
gemeinsamen Trägerkonstruktion
des Kollektors gehalten sind. Die Trägerkonstruktion unterliegt
zeitlich schwankenden mechanischen Belastungen, beispielsweise aufgrund
von Windeinflüssen
sowie der sich im Tagesablauf ändernden
Intensität
der Sonnenstrahlung und der damit verbundenen thermischen Belastung. Die
Belastung der Trägerkonstruktion
kann eine Fehljustierung der Spiegelfacetten, das heißt eine Abweichung
vom gewünschten
parabelförmigen
Verlauf der Spiegelfläche
und somit eine Verschlechterung der Abbildungseigenschaften des
Kollektors bewirken.
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Parabolrinnenförmige Sonnenkollektoren
mit einem in der Brennlinie angeordneten Absorberrohr sind auch
aus der
FR 2 318 393 bekannt.
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In
der
DE 517 417 wird vorgeschlagen,
in der Brennlinie eines parabolrinnenförmigen Kollektors einen Heizkörper beweglich
anzuordnen und diesen entsprechend dem veränderlichen Sonnenstand nachzuführen.
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Ein
Heliostat, das heißt
eine Spiegelanordnung mit einer Vielzahl von Einzelspiegeln, die
das Sonnenlicht auf einen Absorber an der Spitze eines Turmes fokussieren,
ist aus der
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DE 33 25 919 A1 bekannt.
Darin werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überprüfung der Justierung
der Einzelspiegel vorgeschlagen, wobei mehrere Einzelspiegel von
einer von der Sonne verschiedenen Lichtquelle, beispielsweise dem
Mond, bestrahlt und das direkte Abbild der Einzelspiegel in deren
Brennfläche
aufgezeichnet und mit einem Referenzbild verglichen wird. Das Verfahren
und die Vorrichtung können
nur bei verminderter Strahlungsintensität, insbesondere bei Mondbeleuchtung,
betrieben werden.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung
zur Durchführung
des Verfahrens bereitzustellen, mit dessen Hilfe die Abbildungseigenschaften
des linienfokussierenden Kollektors auf einfache Weise zeitabhängig bestimmt
werden können.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man die
von der Spiegelfläche
des Kollektors in Richtung auf das Absorberrohr reflektierte Sonnenstrahlung
auf ein dem Absorberrohr zugeordnetes Target auftreffen läßt und die
sich auf dem Target ausbildende reale Verteilung der reflektierten Strahlung
mit einer idealen Strahlungsverteilung vergleicht, die bei optimalen
Abbildungseigenschaften des Kollektors theoretisch zu erwarten ist,
wobei man die Ausrichtung des Targets bezogen auf das Absorberrohr
entsprechend dem sich über
dem Tagesverlauf ändernden
Sonnenstand ändert.
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Die
auf das Absorberrohr auftreffende Reflexionsstrahlung ist insbesondere
von der Ausrichtung der einzelnen Spiegelfacetten des Kollektors
abhängig.
Eine Fehljustierung der Spiegelfacetten kann dazu führen, daß die von
der jeweiligen Spiegelfacette reflektierte Sonnenstrahlung das Absorberrohr verfehlt
oder dieses lediglich in einem Randbereich erfaßt. Zur Bestimmung derartiger
Fehljustierungen ist erfindungsgemäß das dem Absorberrohr zugeordnete
Target vorgesehen, auf das man die von den Spiegelfacetten reflektierte
Sonnenstrahlung auftreffen läßt. Die
reflektierte Sonnenstrahlung zeigt auf dem Target eine Strahlungsverteilung,
die man zur Bestimmung der Abbildungseigenschaften des Kollektors
mit einer idealen Strahlungsverteilung vergleicht, die aufgrund
theoretischer Erwägungen
bei optimalen Abbildungseigenschaften des Kollektors zu erwarten
ist. Hierbei kann insbesondere bestimmt werden, ob die reale Strahlungsverteilung
die bei idealer Ausrichtung der einzelnen Spiegelfacetten relativ
zum Absorberrohr zu erwartende Strahlungssymmetrie aufweist.
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Indem
man die Ausrichtung des Targets bezogen auf das Absorberrohr entsprechend
dem sich über
dem Tagesverlauf ändernden
Sonnenstand ändert,
können
zeitabhängige
Fehljustierungen der einzelnen Spiegelfacetten zuverlässig erkannt
werden, wobei sichergestellt ist, daß die Targetausrichtung dem
sich ändernden
Sonnenstand entspricht.
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Es
kann beispielsweise vorgesehen sein, daß man das Target dem Absorberrohr
unmittelbar benachbart zwischen der Spiegelfläche des Kollektors und dem
Absorberrohr anordnet. Es besteht allerdings auch die Möglichkeit,
das Target auf der der Spiegelfläche
abgewandten Seite des Absorberrohrs zu positionieren. In beiden
Fällen
kann von der sich auf dem Target ausbildenden realen Strahlungsverteilung
auf die Strahlungsverteilung geschlossen werden, die auf dem Absorberrohr
vorliegt.
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Um
sicherzustellen, daß auch
der Einfluß der äußeren Randbereiche
der Spiegelfläche
des parabolrinnenförmigen
Kollektors auf dessen Abbildungseigenschaften erfaßt wird,
ist es von Vorteil, wenn man das Target um die Längsachse des Kollektors verschwenkt.
Dies ermöglicht
insbesondere eine separate Beurteilung der Justierung der einzelnen Spiegelfacetten,
indem das Target jeweils derart um die Längsachse des Kollektors verschwenkt
wird, daß bei
Erreichen einer bestimmten Winkelstellung des Targets praktisch
nur die von der Reflexionsstrahlung einer einzelnen Spiegelfacette
hervorgerufene Strahlungsverteilung auf dem Target sichtbar ist. Durch
Verschwenken des Targets um die Längsachse des Kollektors können somit
die Abbildungseigenschaften der einzelnen Spiegelfacetten nacheinander
beurteilt werden.
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Bei
einer besonders einfach durchführbaren Ausführungsform
des Verfahrens ist vorgesehen, daß man die reflektierte Strahlung
mit streifendem Einfall auf das Target auftreffen läßt. Vorzugsweise erfaßt man die
sich auf dem Target ausbil dende Strahlungsverteilung mittels einer
Aufnahmeeinheit. Der streifende Einfall der reflektierten Strahlung
hat eine streifenförmige
Strahlungsverteilung auf dem Oberflächenbereich des Targets zur
Folge, und die sich ausbildenden Streifen können mittels der Aufnahmeeinheit
auf einfache Weise erfaßt
werden.
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Von
Vorteil ist es, wenn man die Aufnahmeeinheit dem Target nachführt entsprechend
der sich in Abhängigkeit
vom Sonnenstand ändernden
Ausrichtung des Targets relativ zum Absorberrohr. Wie bereits erläutert, kann
durch eine Veränderung
der Ausrichtung des Targets in Abhängigkeit vom Sonnenstand der
Einfluß der
sich ändernden
thermischen und mechanischen Belastung des Kollektors bestimmt werden.
Hierbei ist es günstig,
wenn man die Aufnahmeeinheit dem Target nachführt, so daß die relative Ausrichtung
der Aufnahmeeinheit zum Target unverändert bleibt.
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Als
Aufnahmeeinheit kann beispielsweise eine Kamera verwendet werden,
mit deren Hilfe die sich auf dem Target ausbildende Strahlungsverteilung
auf einfache Weise erfaßt
werden kann.
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Zur
Auswertung der sich auf dem Target ausbildenden Strahlungsverteilungen
kann vorzugsweise eine elektronische Bildverarbeitungseinheit herangezogen
werden, mit deren Hilfe die erfaßte reale Strahlungsverteilung
mit der bei optimalen Abbildungseigenschaften des Kollektors zu
erwartenden theoretischen Strahlungsverteilung verglichen werden
kann. Hierzu kann eine übliche
Bildverarbeitungssoftware herangezogen werden.
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Besonders
günstig
ist es, wenn die Bildverarbeitungseinheit mit der Kamera gekoppelt
ist.
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Als
vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn man die sich auf dem Target
ausbildende Strahlungsverteilung der Reflexionsstrahlung mittels
opto-elektronischer Sensoren erfaßt. Hierzu können beispielsweise
Photozellen verwendet werden.
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Als
Target kann beispielsweise ein Schirm zum Einsatz kommen, der parallel
zu der auf das Absorberrohr gerichteten Reflexionsstrahlung ausgerichtet
ist, so daß die
reflektierte Strahlung streifend auf den Schirm auftrifft. Das sich
ausbildende Streifenmuster kann dann beispielsweise mittels der
Kamera erfaßt
werden. Es kann allerdings auch vorgesehen sein, daß auf dem
Schirm eine Vielzahl opto-elektronischer Sensoren angeordnet sind,
so daß das
sich auf dem Schirm ausbildende Streifenmuster unmittelbar erfaßt werden
und der Einsatz einer Kamera entfallen kann.
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Anstatt
die reflektierte Strahlung streifend auf das Target auftreffen zu
lassen, kann auch vorgesehen sein, daß man die Aufnahmeeinheit,
beispielsweise opto-elektronische Meßsensoren, auf die von der
Spiegelfläche
des Kollektors auf das Absorberrohr reflektierte Sonnenstrahlung
ausrichtet. Auch eine derartige Anordnung der Aufnahmeeinheit ermöglicht es
auf einfache Weise, die sich auf dem Target ausbildende Strah lungsverteilung
auszuwerten, so daß auf
einfache Weise die Abbildungseigenschaften des Kollektors beurteilt
werden können.
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Die
Erfindung betrifft außerdem
eine Vorrichtung zur Bestimmung der Abbildungseigenschaften eines
linienfokussierenden Kollektors mit einem in der Brennlinie angeordneten
Absorberrohr zur Erwärmung
eines Fluids. Bei einer derartigen Vorrichtung wird die der Erfindung
zugrunde liegende Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Vorrichtung
ein dem Absorberrohr zugeordnetes, in Richtung der von der Spiegelfläche des
Kollektors auf das Absorberrohr reflektierten Sonnenstrahlung ausrichtbares
Target aufweist sowie eine dem Target zugeordnete Aufnahmeeinheit
zur Erfassung der sich auf dem Target ausbildenden Strahlungsverteilung
der auf das Target auftreffenden Reflexionsstrahlung, wobei die
Ausrichtung des Targets bezogen auf das Absorberrohr veränderbar
ist entsprechend der sich in Abhängigkeit
vom Sonnenstand ändernden
Ausrichtung der auf das Absorberrohr reflektierten Sonnenstrahlung.
Mittels des Targets und der zugeordneten Aufnahmeeinheit kann die
im Bereich des Absorberrohrs sich ausbildende Strahlungsverteilung der
vom Kollektor reflektierten Strahlung auf einfache Weise erfaßt werden.
Die ermittelte reale Strahlungsverteilung kann dann mit einer bei
Vorliegen idealer Abbildungseigenschaften des Kollektors theoretisch zu
erwartenden idealen Strahlungsverteilung verglichen werden.
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Hierbei
kann vorgesehen sein, daß man
das Target auf der der Spiegelfläche
abgewandten Seite des Absorberrohrs positio niert. Als besonders
günstig
hat sich allerdings eine Ausgestaltung der Vorrichtung erwiesen,
bei der das Target zwischen dem Absorberrohr und der Spiegelfläche des
Kollektors positionierbar ist.
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Von
besonderem Vorteil ist es, wenn das Target das Absorberrohr in Umfangsrichtung
zumindest teilweise umgibt, so daß das Absorberrohr zumindest über einen
Teil seines Umfangs in das Target eintaucht. Dies ermöglicht es
auf besonders einfache Weise, von der auf dem Target festgestellten
Strahlungsverteilung der Reflexionsstrahlung auf die entsprechende
Strahlungsverteilung auf dem Absorberrohr zu schließen.
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Mittels
der veränderbaren
Ausrichtung des Targets bezogen auf das Absorberrohr entsprechend der
sich in Abhängigkeit
vom Sonnenstand ändernden
Ausrichtung der auf das Absorberrohr reflektierten Sonnenstrahlung
sind zeitabhängige
Schwankungen der Abbildungseigenschaften erfaßbar.
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Hierbei
hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Ausrichtung
des Targets bezogen auf das Absorberrohr selbsttätig veränderbar ist. Dies ermöglicht auf
einfache Weise eine Untersuchung des Einflusses zeitabhängiger Schwankungen auf
die Abbildungseigenschaften des Kollektors, ohne daß hierbei
das Target manuell entsprechend dem Sonnenstand nachgeführt werden
muß.
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Von
Vorteil ist es, wenn die Vorrichtung einen sich selbsttätig zur
Sonne ausrichtenden Sonnensensor umfaßt und die Aus richtung des
Targets bezogen auf das Absorberrohr an die Ausrichtung des Sonnensensors
gekoppelt ist. Derartige Sonnensensoren sind an sich bekannt. Sie
umfassen üblicherweise
zwei optische Sensoren, beispielsweise zwei Photodioden, die zu
beiden Seiten einer zwischen den Sensoren positionierten Abschirmung
gehalten sind. Die Abschirmung wird mittels eines Elektromotors,
vorzugsweise eines Schrittmotors, derart zur Sonne ausgerichtet,
daß beide
Sensoren die gleiche Sonnenstrahlungsintensität erfassen, das heißt keiner
der beiden Sensoren eine Abschattung erfährt. Bei einer derartigen Ausrichtung
ist die Abschirmung unmittelbar der Sonne zugewandt, und bei einer Änderung
des Sonnenstandes kann die Abschirmung aufgrund der Signale der
Sensoren mittels des Elektromotors auf einfache Weise der Sonne
nachgeführt werden.
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Zur
Kopplung des Targets an den Sonnensensor kann vorgesehen sein, daß der Sonnensensor
eine motorisch angetriebene Ausrichtmechanik umfaßt, die über Getriebemittel
mit einer Halterung des Targets gekoppelt ist. Wie bereits erläutert, kann die
Ausrichtmechanik einen Elektromotor zur Nachführung des Sonnensensors aufweisen,
und über Getriebemittel,
beispielsweise über
Zahnräder,
kann der Elektromotor gleichzeitig zur Nachführung des Targets herangezogen
werden. Dies ermöglicht
es auf konstruktiv besonders einfache Weise, das Target auch bei
sich änderndem
Sonnenstand jeweils in Richtung der vom Kollektor auf das Absorberrohr
reflektierten Strahlung auszurichten.
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Von
besonderem Vorteil ist es, wenn das Target am Absorberrohr befestigt
werden kann. Hierzu kann vorgesehen sein, daß die Vorrichtung ein mit dem
Absorberrohr verbindbares Halteelement umfaßt.
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Von
besonderem Vorteil ist es, wenn das Halteelement entlang des Absorberrohrs
verschiebbar ist, so daß die
Abbildungseigenschaften des Kollektors über dessen gesamte Länge bestimmt
werden können,
indem das Target mittels des Halteelementes entlang des Absorberrohrs
verschoben wird.
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Günstig ist
es, wenn das Halteelement mit dem Absorberrohr lösbar verbindbar ist, so daß mittels
einer einzigen Vorrichtung nacheinander mehrere Kollektoren untersucht
werden können.
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Wie
bereits erläutert,
ist es von Vorteil, wenn das Target um die Längsachse des linienfokussierenden
Kollektors verschwenkbar ist, um durch Verschwenken des Targets
die gesamte Spiegelfläche des
Kollektors zu beurteilen. Hierbei ist es von Vorteil, wenn das mit
dem Absorberrohr verbindbare Halteelement um die Längsachse
des Absorberrohrs verschwenkbar ist.
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Wie
ebenfalls bereits erläutert,
ist es günstig, wenn
die reflektierte Strahlung streifend auf das Target auftrifft, so
daß sich
ein Streifenmuster ausbildet. Hierzu kann vorgesehen sein, daß das Target
einen parallel zu der auf das Absorberrohr reflektierten Sonnenstrahlung
ausrichtbaren Oberflä chenbereich umfaßt und daß die sich
auf diesem Oberflächenbereich
ausbildende Strahlungsverteilung der streifend auffallenden Reflexionsstrahlung
mittels der Aufnahmeeinheit erfaßbar ist.
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So
kann beispielsweise vorgesehen sein, daß das Target einen Schirm aufweist,
der parallel zu der auf das Absorberrohr reflektierten Strahlung
ausrichtbar ist.
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Vorzugsweise
umfaßt
die Vorrichtung eine Aufnahmeeinheit in Form einer Kamera, mit deren Hilfe
die sich auf dem Target ausbildende Strahlungsverteilung erfaßt werden
kann.
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Um
eine gleichbleibende Ausrichtung der Aufnahmeeinheit relativ zum
Target auch bei sich änderndem
Sonnenstand aufrechtzuerhalten ist es von Vorteil, wenn die Aufnahmeeinheit
dem Target nachführbar
ist entsprechend der sich in Abhängigkeit vom
Sonnenstand ändernden
Ausrichtung des Targets relativ zum Absorberrohr. Hierzu kann beispielsweise
vorgesehen sein, daß die
Aufnahmeeinheit über
ein starres Verbindungselement mit dem Target in Wirkverbindung
steht. Bei einer besonders kostengünstig herstellbaren Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist hierzu ein Verbindungsgestänge
vorgesehen, das an einer Halterung des Targets festgelegt ist und
die Aufnahmeeinheit trägt.
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Die
Aufnahmeeinheit dient der Erfassung und vorzugsweise auch der Speicherung
der sich auf dem Target ausbildenden Strahlungsverteilung der reflektierten
Strahlung. Hierzu kann vorgesehen sein, daß die Aufnahmeeinheit opto-elektronische
Sen soren umfaßt,
beispielsweise Photozellen. Die opto-elektronischen Sensoren sind
hierbei vorzugsweise mit einer elektronischen Speichereinheit gekoppelt,
von der die bei unterschiedlichem Sonnenstand erfaßten Strahlungsverteilungen
nachträglich
abrufbar sind.
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Insbesondere
bei Einsatz opto-elektronischer Sensoren ist es von Vorteil, wenn
die Aufnahmeeinheit am Target gehalten ist, vorzugsweise in das
Target integriert ist. Die Sensoren können vorzugsweise auf die von
der Spiegelfläche
auf das Absorberrohr reflektierte Strahlung ausgerichtet sein.
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Um
die Auswertung der erfaßten
Strahlungsverteilung zu erleichtern, ist es von Vorteil, wenn die Aufnahmeeinheit
mit einer elektronischen Bildverarbeitungseinheit koppelbar ist,
so daß eine übliche Bildverarbeitungssoftware
zur Auswertung der von der Aufnahmeeinheit erfaßten Strahlungsverteilung herangezogen
werden kann.
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Die
nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung
dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:
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1:
eine perspektivische Teildarstellung einer Anlage zur solaren Direktverdampfung;
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2:
eine Darstellung des Meßprinzips
zur Beurteilung der Abbildungseigenschaften eines Kollektors der
Anlage zur solaren Direktverdampfung bei idealer Ausrichtung des
Kollektors;
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3:
eine Darstellung des Meßprinzips entsprechend 2 bei
einer Fehljustierung des Kollektors;
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4:
eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung
zur Bestimmung der Abbildungseigenschaften des Kollektors; und
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5:
eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Vorrichtung
zur Bestimmung der Abbildungseigenschaften des Kollektors.
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In 1 ist
schematisch eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 belegte
Anlage zur solaren Direktverdampfung dargestellt, mit deren Hilfe
ein Fluid, üblicherweise
Wasser, mittels Sonnenstrahlung zumindest teilweise verdampft und
der dampfförmige
Anteil anschließend
zusätzlich überhitzt
werden kann. Der überhitzte
Dampf wird dann in üblicher Weise
einer mit einem elektrischen Generator gekoppelten Turbine zugeführt zur
elektrischen Energiegewinnung.
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Die
Direktverdampfungsanlage 10 umfaßt eine Verdampfereinheit 12 zur
Erwärmung
und zumindest teilweisen Verdampfung des Fluids sowie eine der Verdampfereinheit 12 nachgeordnete Überhitzereinheit 14 zur Überhitzung
des Dampfanteils des Fluids, der dann anschließend zu einer in der Zeichnung
nicht dargestellten, an sich bekannten Turbine geführt wird.
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Zur
Erwärmung
des Fluids bzw. von dessen dampfförmigen Anteil weisen die Verdampfereinheit 12 und
die Überhitzereinheit 14 jeweils
einen linienfokussierenden Kollektor 16 bzw. 18 auf,
mit dessen Hilfe die auf die Spiegelfläche 20 der Kollektoren 16 bzw. 18 auftreffende
Sonnenstrahlung in Richtung auf ein Absorberrohr in Form eines Verdampferrohrs 22 bzw.
in Form eines Überhitzerrohrs 24 reflektiert werden
kann.
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Das
zu verdampfende Fluid wird dem Verdampferrohr 22 über eine
Versorgungsleitung 26 zugeführt, innerhalb des Verdampferrohres 22 zumindest
teilweise verdampft, und der dampfförmige Anteil des Fluids wird über eine
U-förmige
Leitungsverbindung 28 dem Überhitzerrohr 24 zur
weiteren Überhitzung
zugeführt.
Der flüssige
Anteil des sich innerhalb des Verdampferrohrs 22 ausbildenden
Flüssigkeits-Dampfgemischs
des Fluids wird über
eine Rückführleitung 30,
in die eine in der Zeichnung nicht dargestellte, an sich bekannte
Rezirkulationspumpe geschaltet ist, zur Versorgungsleitung 26 zurückgeführt, so
daß die
solare Direktverdampfungsanlage 10 rezirkulierend betrieben
werden kann.
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Die
beiden Kollektoren 16 und 18 umfassen jeweils
mehrere parallel zu einer Längsachse 32 der Kollektoren
ausgerichtete Spiegelfacetten 34, die in ihrer Gesamtheit
die Spiegelfläche 20 definieren
und an einem gemeinsamen Träger 36 bzw. 38 gehalten sind.
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Die
beiden Kollektoren 16 und 18 sind im dargestellten
Ausführungsbeispiel
jeweils rinnenförmig
ausgestaltet, wobei die Spiegelfläche 20 quer zur Längsachse 32 der
Kollektoren im wesentlichen parabelförmig ausgebildet ist. Alternativ
könnten
die Kollektoren auch in Form von Fresnelspiegeln ausge staltet sein.
In beiden Kollektorausgestaltungen wird die auftreffende Sonnenstrahlung
in einer Brennlinie fokussiert.
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Der
Wirkungsgrad der solaren Direktverdampfungsanlage 10 ist
unter anderem von der Ausrichtung der Spiegelfacetten 34 be zogen
auf das Verdampferrohr 22 bzw. das Überhitzerrohr 24 abhängig. Ein
hoher Wirkungsgrad kann dadurch erzielt werden, daß die gesamte,
von den einzelnen Spiegelfacetten 34 reflektierte Sonnenstrahlung
auf das Verdampferrohr 22 bzw. das Überhitzerrohr 24 auftrifft.
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Die
Ausrichtung der Spiegelfacetten 34 kann auf einfache Weise
dadurch überprüft werden,
daß die
Verteilung der von den Spiegelfacetten 34 auf das Verdampferrohr 22 bzw.
das Überhitzerrohr 24 gerichtete
Reflexionsstrahlung erfaßt
und mit der Strahlungsverteilung verglichen wird, die bei optimalen
Abbildungseigenschaften, also insbesondere bei optimaler Justierung
der Spiegelfacetten 34, theoretisch zu erwarten ist. Zur
Verdeutlichung dieses Meßprinzips
wird nachfolgend auf die 2 und 3 Bezug genommen.
Darin sind in einer quer zur Längsachse 32 ausgerichteten
Schnittdarstellung die Spiegelfacetten 34 der Verdampfereinheit 12 dargestellt
sowie die von diesen Spiegelfacetten 34 auf das Verdampferrohr 32 gerichtete
Reflexionsstrahlung 40. 2 zeigt
hierbei schematisch die sich ausbildende Strahlungsverteilung der
Reflexionsstrahlung 40 bei optimaler Ausrichtung der Spiegelfacetten 34 dergestalt, daß die Spiegelfacetten 34 in
ihrer Gesamtheit eine exakt parabelförmige Spiegelfläche 40 ausbilden.
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Im
Gegensatz hierzu veranschaulicht 3 die sich
ausbildende Strahlungsverteilung der Reflexionsstrahlung 40 bei
einer Fehljustierung der Spiegelfacetten 34 dergestalt,
daß die
von den Spiegelfacetten 34 reflektierte Strahlung teilweise
am Verdampferrohr 22 vorbeigelenkt wird, teilweise lediglich einen
Randbereich des Verdampferrohrs 22 trifft.
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Um
eine derartige Fehljustierung der Spiegelfacetten 34 während des
laufenden Betriebes der solaren Direktverdampfungsanlage 10 feststellen
zu können,
ist erfindungsgemäß der Einsatz
eines Targets vorgesehen, das dem Verdampferrohr 22 bzw. dem Überhitzerrohr 24 zugeordnet
ist, und auf das die reflektierte Strahlung 40 zur Beurteilung
der Strahlungsverteilung auftrifft. Das Target ist in den 2 und 3 sowie
in der nachfolgend beschriebenen 4 in Form
eines Schirmes 42 dargestellt, der in einer senkrecht zur
Längsachse 32 ausgerichteten
Ebene ausgerichtet ist, so daß die
von den Spiegelfacetten 34 reflektierte Strahlung 40 streifend auf
den Schirm 42 auftrifft. Der streifende Einfall hat zur
Folge, daß sich
auf der senkrecht zur Längsachse 32 ausgerichteten
Oberfläche
des Schirmes 32 ein Streifenmuster 44 ausbildet,
das eine Bestimmung der Strahlungsverteilung der reflektierten Strahlung 40 und
somit eine Bestimmung der Abbildungseigenschaften der Kollektoren 16 bzw. 18 ermöglicht.
Eine optimale Ausrichtung der Spiegelfacetten 34 dergestalt,
daß sich
eine im Querschnitt parabelförmige
Spiegelfläche 20 ausbildet,
hat ein symmetrisches Streifenmuster 44 zur Folge, wie
es in 2 dargestellt ist. Eine Fehljustierung der Spiegelfacetten 34 führt zu einem
unregelmäßigen Streifenmuster,
wobei sich einzelne Streifen, die jeweils durch die Reflexionsstrahlung 40 einer
einzelnen Spiegelfacette 34 hervorgerufen werden, teilweise überlappen
können.
Dies wird aus 3 deutlich.
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Eine
Vorrichtung zur Bestimmung der Abbildungseigenschaften der parabolrinnenförmigen Kollektoren 16 und 18,
die auf dem in den 2 und 3 dargestellten
Meßprinzip
basiert, ist in 4 dargestellt und insgesamt
mit dem Bezugszeichen 48 belegt. Die Vorrichtung 48 umfaßt den voranstehend
erläuterten Schirm 42,
der mittels eines Halteelementes 50 in Richtung der Längsachse 32 verschiebbar
und um die Längsachse 32 verschwenkbar am
Verdampferrohr 22 gehalten ist. Der eben ausgebildete Schirm 42 ist
parallel zur reflektierten Strahlung 40 ausgerichtet, die
um den Winkel γ zur
Flächennormale 52 der
Spiegelfläche 20 geneigt
ist. Um den gleichen Winkelbetrag γ, jedoch in die entgegengesetzte
Richtung ist die auf die Spiegelfläche 20 auftreffende
Einfallsstrahlung 54 zur Flächennormale 52 geneigt.
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Der
Schirm 42 ist über
Getriebemittel 56 mit einem Sonnensensor 58 gekoppelt
und ebenso wie der Sonnensensor 58 verschwenkbar am Halteelement 50 gelagert.
Der Sonnensensor 58 umfaßt zwei Helligkeitssensoren 60, 62,
zwischen denen ein Abschirmblech 64 angeordnet ist, welches
zusammen mit den Helligkeitssensoren 60, 62 an
einem Schwenkarm 66 gehalten ist, der mittels eines an sich
bekannten und deshalb in der Zeichnung nicht dargestellten elektrischen
Schrittmotors in der durch die auftreffende Strahlung 54 und
die reflektierte Strahlung 40 definierten Ebene verschwenkbar
ist. Der Schwenkarm 66 läßt sich mittels des Schrittmotores
derart verschwenken, daß keiner
der beiden Helligkeitssensoren 60 und 62 eine
Abschattung erfährt
und folglich der Schwenkarm 66 zur Sonne ausgerichtet ist.
Bei sich änderndem
Sonnenstand erfährt
einer der beiden Helligkeitssensoren 60, 62 eine Abschattung,
die zur Folge hat, daß der
Schwenkarm 66 nachjustiert wird und folglich dem Sonnenstand folgt.
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Der
Schirm 42 ist über
die Getriebemittel 56, im dargestellten Ausführungsbeispiel über zwei
ineinandergreifende Zahnräder 68, 70,
an die Bewegung des Schwenkarms 66 des Sonnensen sors 58 gekoppelt
und bleibt daher auch bei sich änderndem Sonnenstand
parallel zur Reflexionsstrahlung 40 ausgerichtet. Dadurch
ist gewährleistet,
daß auch
bei sich über
den Tagesverlauf ändernden
Sonnenstand die Reflexionsstrahlung 40 immer streifend
auf den Schirm 42 auftrifft, wie dies insbesondere in den 2 und 3 dargestellt
ist. Mittels einer Langzeitmessung können somit zeitliche Schwankungen der
Abbildungseigenschaften der Kollektoren 16, 18 zuverlässig detektiert
werden.
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Eine
Kamera 72 ist über
ein Gestänge 74 starr
mit dem Schirm 42 verbunden, so daß unter gleichbleibender Ausrichtung
der Kamera 72 zum Schirm 42 das sich auf dem Schirm 42 ausbildende Streifenmuster 44 von
der Kamera 72 erfaßt
werden kann.
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Die
Kamera trägt
auf ihrer der Spiegelfläche 20 zugewandten
Seite eine Abdeckung 76, um zu verhindern, daß von der
Spiegelfläche 20 reflektierte Sonnenstrahlung
unmittelbar auf die Kamera 72 auftreffen kann. Mittels
der Kamera 72 kann auf einfache Weise die sich auf dem
Schirm 42 ausbildende Strahlungsverteilung der Reflexionsstrahlung 40 erfaßt werden.
Die Kamera 72 kann mit einer an sich bekannten und deshalb
in der Zeichnung nicht dargestellten elektronischen Bildauswerteeinheit
gekoppelt werden, so daß mittels üblicher
Bildverarbeitungssoftware das sich auf dem Schirm 42 ausbildende
reale Streifenmuster mit einem Streifenmuster verglichen werden
kann, wie es bei idealer Ausrichtung der Spiegelfacetten 34 theoretisch
zu erwarten ist.
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Zur
Beurteilung der Abbildungseigenschaften der Kollektoren 16 und 18,
insbesondere zur Beurteilung der Justierung der Spiegelfacetten 34,
ist es nicht zwingend erforderlich, die Reflexionsstrahlung 40 streifend
auf ein Target zu richten und das sich ausbildende Streifenmuster
mittels einer Kamera zu erfassen, es kann vielmehr auch vorgesehen
sein, die Strahlungsverteilung der auf das Verdampferrohr 22 bzw.
das Überhitzerrohr 24 gerichteten
Reflexionsstrahlung 40 unmittelbar mittels opto-elektronischer
Sensoren zu erfassen, die der Reflexionsstrahlung 40 zugewandt
sind. Eine derartige Vorrichtung zur Bestimmung der Abbildungseigenschaften
der linienfokussierenden Kollektoren 16 und 18 ist
in 5 dargestellt und insgesamt mit dem Bezugszeichen 80 belegt.
Sie unterscheidet sich von der voranstehend unter Bezugnahme auf
die 4 erläuterten Vorrichtung 48 dadurch,
daß statt
eines parallel zur Reflexionsstrahlung 40 ausgerichteten
Schirmes und einer zugeordneten Kamera ein Target in Form einer Sensorhalterung 82 zum
Einsatz kommt, an der mehrere optoelektronische Sensoren 84 der
Reflexionsstrahlung 40 zugewandt angeordnet sind. Die Sensorhalterung 82 mit
den Sensoren 84 ist über
einen Tragarm 86 und die voranstehend erläuterten
Getriebemittel 56 mit dem Schwenkarm 66 des Sonnensensors 58 gekoppelt,
so daß die
Sensoren 84 auch bei sich änderndem Sonnenstand ihre Ausrichtung
relativ zur Reflexionsstrahlung 40 beibehalten.
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Mittels
der Sensoren 84 kann die Verteilung der Reflexionsstrahlung 40 im
Bereich des Verdampferrohrs 22 bzw. des Über hitzerrohrs 24 unmittelbar erfaßt werden.
Die Sensoren 84 stehen in üblicher Weise über in der
Zeichnung nicht dargestellte, an sich bekannte Signalleitungen mit
einer in der Zeichnung ebenfalls nicht dargestellten, am Halteelement 50 fixierten
elektronischen Speichereinheit in elektrischer Verbindung, so daß die von
den Sensoren 84 erfaßte
Strahlungsverteilung der Reflexionsstrahlung 40 in der
elektronischen Speichereinheit abgespeichert und von dieser bedarfsweise
abgerufen werden kann.
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Sowohl
die unter Bezugnahme auf die 5 erläuterte Vorrichtung 80 als
auch die Vorrichtung 48, die unter Bezugnahme auf 4 erläutert wurde, können längs des
Absorberrohrs 22 verschoben werden, so daß der gesamte
Oberflächenbereich
der Spiegelfläche 20 hinsichtlich
einer Fehljustierung der Spiegelfacetten 34 untersucht
werden kann. Die Bestimmung der Abbildungseigenschaften kann hierbei im
laufenden Betrieb der solaren Direktverdampfungsanlage 10 erfolgen.