DE102010014016A1

DE102010014016A1 - Vorrichtung zum Schutz einzelner solarthermischer Kollektormodule und gesamter Kraftwerksfeldkonfigurationen gegen Wind

Info

Publication number: DE102010014016A1
Application number: DE102010014016A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: MACHTWISSEN DE AG; Machtwissende AG
Current assignee: MACHTWISSEN DE AG; Machtwissende AG
Priority date: 2010-04-04
Filing date: 2010-04-04
Publication date: 2011-10-06

Abstract

Vorrichtung zum Schutz gegen Windbelastung einzelner solarthermischer Kollektormodule und gesamter solarer Kraftwerksfelder. Die Vorrichtung besteht aus zwei oder mehr mechanischen Anflanschungspunkten (1), die durch eine mechanische Aufständerung (2) oder das solarthermische Kollektormodul (3) selbst zur Verfügung gestellt werden können, mindestens einem Verbindungselement (4), mindestens einer Vorrichtung zur Aufnahme oder Befestigung oder Aufnahme und Befestigung oder Aufnahme und Befestigung von festen, flüssigen oder gasförmigen Stoffen (5) und für den Fall der vorgesehenen Möglichkeit der Variation der Füllstandshöhen d. h. Gewichtslastanpassung der Vorrichtung mindestens einer Vorrichtung zum Befüllen, Entleeren oder Befestigen (6) dieser dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Verbindungselement und die mindestens eine Vorrichtung zur Aufnahme oder Befestigung oder Aufnahme und Befestigung von festen, flüssigen oder gasförmigen Stoffen im Wirkungsbereich des solarthermischen Kollektors an mindestens zwei Anflanschungspunkten montiert wird und durch einen variablen Grad an Versperrung der Vorrichtung selbst ein Unterströmen des Kollektorsystems ganz oder teilweise verhindert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schutz reflektierender Kollektoren und gesamter Feldkonfigurationen einzelner reflektierender Kollektoren solarer Kraftwerksanlagen vor Wind, durch eine Vorrichtung variablen Versperrungsgrades zwischen einem oder mehreren Anflanschungspunkte direkt am oder im Wirkungsbereich des Kollektorsystems und dem Erdboden bzw. einer sich aus den Dimensionen des Aufbaus ergebenden Spalthöhe zum Endboden.
Solarthermische Kraftwerke nutzen in der Regel reflektierende Kollektoren zur indirekten Wandlung der solaren Einstrahlung in elektrische Energie. Die mit solaren Kraftwerken zu erzielenden Wirkungsgrade steigen generell mit der Nachführung der Kollektorsysteme nach dem Sonnenstand und erfordern bei konzentrierenden Technologien eine hohe Genauigkeit der Nachführung. Verluste treten aufgrund der auf die Kollektorsysteme wirkenden Windlasten und die damit einhergehende Auslenkung aus der idealen Positionierung zur Sonne auf. Dies stellt sich gerade bei der zukünftigen Nutzung riesiger solarthermischer Kraftwerksfelder bzw. deren Einzelspiegel im Kraftwerksfeld zum Betrieb von solaren Kraftwerken als bedeutende Herausforderung dar. Bereits geringe Windgeschwindigkeiten und die damit verbundenen Lasten und Drehmomente stellen im regulären Betrieb für die Einzelspiegel als auch das gesamte Kollektorfeld ein hohes Maß an potentieller Ungenauigkeit in der Nachführung des Einzelsystems und des gesamten Kraftwerksfeldes dar. Für den Fall hoher Windgeschwindigkeiten müssen die einzelnen Spiegelsysteme als auch das gesamte Kollektorfeld in besonderer Weise vor Wind und somit möglicher Schädigung geschützt werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen wirkungsvollen variablen Schutz der einzelnen Kollektorelemente sicherzustellen, welcher sich durch seinen Aufbau und Geometrie darüber hinaus als Schutz des gesamten Kollektorenfeldes großer solarthermischer Kraftwerksfeldern eignet.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der Eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass ein oder mehrere Verbindungselemente und eine oder mehrere Vorrichtungen zur Aufnahme oder Befestigung oder Aufnahme und Befestigung fester, flüssiger oder gasförmiger Stoffe, welche durch eine mechanische Aufständerung oder den solarthermischen Kollektor selbst getragen wird, zwischen ihren Anflanschungspunkten d. h. der Aufständerung bzw. dem solarthermischen Kollektor, aufgespannt wird. Hierbei lässt die jeweilige Kollektorgeometrie eine Vielzahl an Montagemöglichkeiten der gesamten Vorrichtung zu. Die Vorrichtung wird gemäß der zu erwartenden Belastung durch feste, flüssige oder gasförmiger Stoffe gefüllt bzw. können die entsprechend gefüllten Elemente an der Vorrichtung bzw. dem Kollektor selbst befestigt werden. Dies sichert durch das Eigengewicht entsprechender Stoffe, dass das notwendige Gewicht vorhanden ist, um die Gesamtkonstruktion aus solarthermischem Kollektor und der Vorrichtung zum Schutz vor Wind nicht umkippen bzw. auslenken zu lassen. Der Füllstand der Vorrichtung fester, flüssiger oder gasförmiger Stoffe wird für den Nennbetrieb auf den zu erwartenden Lastfall d. h. die Auslenkung entsprechender Vorrichtung ausgelegt. Für den Fall erwarteter höherer Belastung, wie sie z. B. durch Sturm oder Orkan entstehen kann, lässt sich die Vorrichtung mit einem Maximum an einzufüllenden bzw. zu befestigenden festen, flüssigen oder gasförmigen Stoffen beaufschlagen.
Die Vorrichtung zur Aufnahme oder Befestigung oder Aufnahme und Befestigung der festen, flüssigen oder gasförmigen Stoffe kann in ihrer Höhe variabel aufgehängt sein. Durch zusätzliche Vorrichtungen kann die Höhe der Aufhängung variabel an den Lastfall angepasst bzw. variiert werden.
Die Befestigung zusätzlicher Folien, Sieb- oder Windzaunelemente, die zudem – wie die eigentliche Vorrichtung zur Aufnahme oder Befestigung oder Aufnahme und Befestigung der festen, flüssigen oder gasförmigen Stoffe selbst auch – in horizontaler und vertikaler Achse segmentiert sein können, ermöglicht die individuelle Einstellung der Versperrung an den zu erwartenden Lastfall d. h. die zu erwartende Windbelastung. Sowohl in Höhenrichtung als auch in Strömungsrichtung lassen sich mehrere Elemente miteinander kombinieren, um optimalen Schutz bei geringst möglichem Strukturgewicht zu erzeugen.
Die Verwendung von wetterfesten und UV-beständigen Materialien garantiert lange Lebenszyklen und hohe Verfügbarkeit des Windschutzes.
Die Ausführung der Vorrichtung zur Aufnahme oder Befestigung oder Aufnahme und Befestigung fester, flüssiger oder gasförmiger Stoffe erlaubt zudem die weitere Nutzung entsprechenden Volumens der Vorrichtung zum Schutz vor Wind als Speicher. Dieser kann nach möglichen Anforderungen an den Schutz gegen Wind höhere oder geringere Mengen der zu befüllenden Medien aufnehmen, die sich individuell durch die Vorrichtung zum Befüllen und Entleeren variieren lassen.
Durch die Anpassung der Eigenlasten der Vorrichtung zur Aufnahme oder Befestigung oder Aufnahme und Befestigung fester, flüssiger oder gasförmiger Stoffe an die zu erwartenden Auftriebskräfte lässt sich eine optimierte d. h. minimierte Belastung längs des einzelnen Kollektormoduls erreichen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und Unteransprüchen, in der -unter Bezugnahme auf die Zeichnung- besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in der Zeichnung dargestellten sowie in den Ansprüchen und der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
1 zeigt in der Seitenansicht den Aufbau des erfindungsgemäßen Windschutzsystems in der Sonnenaufgangskonfiguration (a) und der Windschutzkonfiguration (b). Einzelne oder mehrere Verbindungselemente werden zusammen mit der Vorrichtung zur Aufnahme oder Befestigung oder Aufnahme und Befestigung gasförmiger, flüssiger oder fester Stoffe am einzelnen Kollektorelement, welches als Konstruktion aus Fachwerk, einer Unterstützungsstruktur und den eigentlichen Spiegeln ausgeführt ist, befestigt. Das Unterströmen des Kollektorsystems ist sowohl für den Fall des normalen Betriebs als auch in der Windschutzposition ganz oder teilweise verhindert. Durch den Füllgrad der Vorrichtung zur Aufnahme der Stoffe lassen sich Form und Masse des Schutzes nahezu beliebig variieren. In funktionaler Abhängigkeit des Versperrungsgrades der Vorrichtung zur Aufnahme gasförmiger, flüssiger oder fester Stoffe und des entsprechenden Füllgrades ändert sich somit ebenfalls der Schutz vor Windlasten unterschiedlicher Niveaus. Zusätzlich ergibt sich durch die Möglichkeit, das Volumen der Vorrichtung zur Aufnahme gasförmiger, flüssiger oder fester Stoffe den Windschutz als Speicher und mit einem Speicher in Zusammenhang stehende Verfahren zu nutzen.
2 zeigt den Aufbau des erfindungsgemäßen Windschutzsystems an einem Kollektorsystem bestehend aus einem Torsionsrohr und dem eigentlichen Spiegel in einer allgemeinen Betriebskonfiguration in der Seitenansicht (a) und in der rückwärtigen Ansicht (b). Ein Verbindungselement, welches beispielhaft als Gitterstruktur ausgeführt ist, wird zusammen mit der Vorrichtungen zur Aufnahme oder Befestigung oder Aufnahme und Befestigung gasförmiger, flüssiger oder fester Stoffe an drei Anflanschungspunkten am Torsionsrohr des Kollektorelementes befestigt. Durch den Füllgrad der Vorrichtung zur Aufnahme der Stoffe lassen sich Form und Masse des Schutzes nahezu beliebig variieren. In funktionaler Abhängigkeit des Versperrungsgrades der Vorrichtung zur Aufnahme gasförmiger, flüssiger oder fester Stoffe und des entsprechenden Füllgrades ändert sich somit ebenfalls der Schutz vor Windlasten unterschiedlicher Niveaus. Ein Unterströmen des Kollektors wird ganz oder teilweise verhindert. Zusätzlich ergibt sich durch die Möglichkeit, das Volumen der Vorrichtung zur Aufnahme gasförmiger, flüssiger oder fester Stoffe den Windschutz als Speicher und mit einem Speicher in Zusammenhang stehende Verfahren zu nutzen.

Claims

Vorrichtung zum Schutz gegen Windbelastung einzelner solarthermischer Kollektormodule und gesamter solarer Kraftwerksfelder. Die Vorrichtung besteht aus zwei oder mehr mechanischen Anflanschungspunkten (1), die durch eine mechanische Aufständerung (2) oder das solarthermische Kollektormodul (3) selbst zur Verfügung gestellt werden können, mindestens einem Verbindungselement (4), mindestens einer Vorrichtung zur Aufnahme oder Befestigung oder Aufnahme und Befestigung oder Aufnahme und Befestigung von festen, flüssigen oder gasförmigen Stoffen (5) und für den Fall der vorgesehenen Möglichkeit der Variation der Füllstandshöhen d. h. Gewichtslastanpassung der Vorrichtung mindestens einer Vorrichtung zum Befüllen, Entleeren oder Befestigen (6) dieser dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Verbindungselement und die mindestens eine Vorrichtung zur Aufnahme oder Befestigung oder Aufnahme und Befestigung von festen, flüssigen oder gasförmigen Stoffen im Wirkungsbereich des solarthermischen Kollektors an mindestens zwei Anflanschungspunkten montiert wird und durch einen variablen Grad an Versperrung der Vorrichtung selbst ein Unterströmen des Kollektorsystems ganz oder teilweise verhindert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die Verbindungselemente der einzelnen Anflanschungen als auch in die Vorrichtung zur Aufnahme oder Befestigung oder Aufnahme und Befestigung von festen, flüssigen oder gasförmigen Stoffen zusätzlich Folien, Sieb- oder Zaunelemente integriert werden können.
Vorrichtung nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente der einzelnen Anflanschungen als auch die Vorrichtung zur Aufnahme oder Befestigung oder Aufnahme und Befestigung von festen, flüssigen oder gasförmigen Stoffen im Wirkungsbereich des Kollektors mit dem Kollektor selbst in einer oder mehreren Achsen rotiert werden kann d. h. einer eigenen oder der Winkelverstellung des Kollektorsystems folgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente der einzelnen Anflanschungen als auch die Vorrichtung zur Aufnahme oder Befestigung oder Aufnahme und Befestigung von festen, flüssigen oder gasförmigen Stoffen im Wirkungsbereich des Kollektors statisch höhenvariabel oder durch die Eigenbewegung oder Kollektorbewegung dynamisch höhenvariabel ausgeführt sein kann.
Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente der einzelnen Anflanschungen als auch die Vorrichtung zur Aufnahme oder Befestigung oder Aufnahme und Befestigung von festen, flüssigen oder gasförmigen Stoffen im Wirkungsbereich des Kollektors segmentiert ausgeführt sein kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Material zur Verbindung der einzelnen Anflanschungen als auch Aufnahme oder Befestigung oder Aufnahme und Befestigung von festen, flüssigen oder gasförmigen Stoffen transparent, wetterfest und UV-stabil sein kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstand der festen, flüssigen oder gasförmigen Stoffe oder die Gewichtslast der zu befestigenden festen Stoffe individuell eingestellt und somit zur Kompensation auftretender Drehmomente durch Eigengewicht oder zusätzlich auftretende Lasten d. h. Kräfte und Monente am Kollektor genutzt werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Aufnahme oder Befestigung oder Aufnahme und Befestigung von festen, flüssigen oder gasförmigen Stoffen zusätzlich zur Speicherung entsprechender Stoffe genutzt werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung bei Aufnahme von flüssigen Stoffen zusätzlich zur Trennung der unterschiedlichen Bestandteile der flüssigen Stoffe genutzt werden kann.