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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Reflexionsvorrichtung zur Konzentration von Licht.
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Reflexionsvorrichtungen zur Konzentration von Sonnenlicht werden in Solarkraftwerken eingesetzt. Über die Reflexionsvorrichtung wird das Sonnenlicht auf eine Absorbervorrichtung fokussiert, so dass die Sonnenenergie beispielsweise thermisch genutzt werden kann.
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In anderen Solarkraftwerken sind insbesondere punktkonzentrierende Anlagen bekannt, bei denen eine Vielzahl von Heliostaten das Sonnenlicht auf einen zentralen Absorber konzentriert.
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Bei derartigen Solarkraftwerken müssen die Reflektoren grundsätzlich während des Tagesverlaufs dem Sonnenstand nachgeführt werden, um eine Fokussierung des Sonnenlichts auf dem Absorber zu gewährleisten.
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Bei herkömmlichen Solarkraftwerken bestehen die einzelnen Solarmodule, die Heliostaten, zumeist aus einem einzigen Spiegel. Es sind auch Solarmodule mit mehreren Spiegeln bekannt.
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Bei den bekannten Solarkraftwerken besteht grundsätzlich das Problem, dass die Spiegel sehr genau geführt werden müssen, um zu gewährleisten, dass die Spiegel während der Bewegung im Tagesverlauf stets auf den Absorber fokussiert bleiben. Darüber hinaus muss eine möglichst stabile Führung vorgesehen sein, um zu verhindern, dass Spiegel durch Witterungseinflüsse, wie beispielsweise Wind, aus dem Fokus geraten.
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Für eine genaue Führung der Spiegel ist eine hohe Genauigkeit der mechanischen Teile und insbesondere eine hohe Genauigkeit der Drehlager notwendig, was zu hohen Fertigungskosten führt.
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Darüber hinaus werden einzelne Spiegelmodule zumeist mit einem eigenen Antrieb versehen, so dass hohe Kosten für eine Vielzahl von Motoren und die notwendige Ansteuerung entstehen.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Reflexionsvorrichtung mit mehreren Spiegeln bereitzustellen, die eine Lagerung der Spiegel mit hoher Genauigkeit ermöglicht, wobei Reflexionsvorrichtungen eine einfache und kostengünstige Konstruktion aufweisen sollen. Ferner soll die Reflexionsvorrichtung ermöglichen, dass die Spiegel auf einfache Art und Weise verstellt werden können.
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Die Erfindung ist definiert durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Bei einer Reflexionsvorrichtung zur Konzentration von Licht mit mehreren Spiegeln mit jeweils einem Spiegelfuß und mit einer Verstellvorrichtung zur Verstellung der Spiegel ist vorgesehen, dass jeder Spiegel über den Spiegelfuß mit einer verschwenkbaren Drehhalterung zusammenwirkt, wobei die Drehhalterung den Spiegelfuß gegen einen ersten verstellbaren Anschlag und einen zweiten Anschlag drückt, und wobei zur Verstellung des Spiegels die Position des ersten Anschlags über die Verstellvorrichtung verstellbar ist.
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Die Erfindung sieht somit vor, dass die Position eines Spiegelfußes und somit eines Spiegels über den ersten verstellbaren Anschlag bestimmt wird. Dadurch, dass der Spiegelfuß an dem ersten verstellbaren Anschlag und dem zweiten verstellbaren Anschlag anliegt, ist eine besonders stabile Position des Spiegelfußes und somit des Spiegels in einer Stellung verwirklichbar. Darüber hinaus hängt die Genauigkeit der Bewegung des Spiegels bzw. einer Position des Spiegels lediglich von der Genauigkeit des ersten und des zweiten Anschlages ab, so dass eine kostengünstige Konstruktion geschaffen werden kann, die dennoch eine sehr genaue Bewegung der Spiegel ermöglicht. Es hat sich herausgestellt, dass eine genaue Winkelposition des Spiegels einen größeren Einfluss auf die Fokussierung hat als die vertikale Position des Spiegels, da durch eine vertikale Positionsänderung des Spiegels nahezu kein Sonnenlicht an dem Absorber vorbeigelenkt wird. Durch den ersten verstellbaren Anschlag kann in vorteilhafter Weise der Winkel des Spiegelfußes und somit des Spiegels verändert werden, so dass mit geringem vorrichtungstechnischem Aufwand eine sehr genaue Winkelverstellmöglichkeit gegeben ist. Die horizontale Position des Spiegels wird weitestgehend durch die verschwenkbare Drehhalterung bestimmt, so dass deren Lagerung eine geringere Genauigkeit aufweisen kann. Mit anderen Worten: Die Präzision des gesamten Verstellmechanismus ist lediglich abhängig von der Genauigkeit der Anschläge und nicht mehr, wie im Stand der Technik, von der Genauigkeit der Drehlager.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Drehhalterung ein Federelement zur Verbindung mit dem Spiegelfuß aufweist oder die Drehhalterung als Federelement ausgebildet ist. Auf diese Weise kann die Drehhalterung eine Bewegung des Spiegelfußes in Richtung der Drehhalterung federnd aufnehmen, so dass kritische Lasten, die auf den Spiegel einwirken, abgefedert werden können und eine Beschädigung des Spiegels durch beispielsweise zu hohe Windlast vermieden werden kann.
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In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Drehhalterung an einem dritten verstellbaren Anschlag anliegt, wobei zur Verstellung des Spiegels die Position des dritten Anschlags über die Verstellvorrichtung verstellbar ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass der erste und der dritte Anschlag gemeinsam über die Verstellvorrichtung verstellbar sind.
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Über das Vorsehen eines dritten Anschlages, der über die Verstellvorrichtung verstellbar ist, lässt sich eine Winkelverstellung des Spiegels in vorteilhafter Weise vornehmen. Dadurch, dass die Verstellvorrichtung den ersten und den zweiten Anschlag gemeinsam verstellen kann, wird verhindert, dass es zu einem Verklemmen zwischen Drehhalterung und Spiegelfuß kommt, oder dass die Drehhalterung notwendigerweise an dem Spiegelfuß befestigt sein muss. Der erste und der dritte Anschlag sowie das Federelement der Drehhalterung bzw. die Ausbildung der Drehhalterung als Federelement sorgen dafür, dass der Spiegelfuß während einer Verstellung stets an den ersten und den zweiten Anschlag gedrückt bleibt.
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In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verstellvorrichtung die ersten Anschläge oder die ersten und dritten Anschläge mehrerer Spiegel gemeinsam und gleichzeitig verstellt. Dadurch kann gewährleistet werden, dass mit einer einzigen Verstellvorrichtung eine Vielzahl von Spiegeln gleichzeitig verstellt werden kann, so dass die Vielzahl von Spiegeln stets auf den Absorber fokussiert ist und darüber hinaus der vorrichtungstechnische Aufwand sehr gering gehalten wird.
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Die Verstellvorrichtung kann eine Schubvorrichtung aufweisen, die mehrere Aussparungen besitzt, wobei jeweils ein Spiegelfuß eines Spiegels die Schubvorrichtung durch eine der Aussparungen durchdringt und eine erste Begrenzungskante der jeweiligen Aussparung den ersten Anschlag für den entsprechenden Spiegel bildet. Auf konstruktiv einfache Art und Weise kann somit eine gleichzeitige gemeinsame Verstellung mehrerer ersten Anschläge bereitgestellt werden, wobei gleichzeitig eine sehr stabile Konstruktion geschaffen wird.
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Es kann ferner vorgesehen sein, dass jeweils eine Drehhalterung eines Spiegels die Schubvorrichtung durch eine der Aussparungen durchdringt und eine zweite Begrenzungskante der jeweiligen Aussparung den dritten Anschlag für die Drehhalterung des entsprechenden Spiegels bildet, wobei die zweite Begrenzungskante der jeweiligen Aussparung der ersten Begrenzungskante der jeweiligen Aussparung gegenüberliegt. Die Schubvorrichtung bildet somit den ersten und den dritten Anschlag, wobei durch eine einfache Schubbewegung der Schubvorrichtung diese in vorteilhafter Weise verstellt werden können. Die Schubvorrichtung ist somit konstruktiv einfach gestaltet, so dass eine kostengünstige Herstellung der erfindungsgemäßen Reflexionsvorrichtung gewährleistet werden kann.
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Es kann vorgesehen sein, dass der erste, zweite und/oder dritte Anschlag jeweils eine Druckfeder aufweisen. Die Druckfedern können, ähnlich wie die zuvor beschriebene federnde Ausgestaltung der Drehhalterung kritische Kräfte aufnehmen, so dass eine Beschädigung des Spiegels vermieden werden kann.
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Die erfindungsgemäße Reflexionsvorrichtung kann ferner einen Halterahmen aufweisen, in dem die Drehhalterung und die Verstellvorrichtung gelagert sind. Der Halterahmen kann beispielsweise einen Längsträger aufweisen, der mehrere Durchbrüche besitzt, wobei jeweils ein Spiegelfuß eines Spiegels den Längsträger durch eine der Durchbrüche durchdringt und eine erste Begrenzungskante des jeweiligen Durchbruches den zweiten Anschlag für den entsprechenden Spiegel bildet.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass jeweils eine Drehhalterung eines Spiegels eine Drehlagerung aufweist, die an einer zweiten Begrenzungskante des jeweiligen Durchbruchs angeordnet ist, wobei die zweite Begrenzungskante des jeweiligen Durchbruches der ersten Begrenzungskante des jeweiligen Durchbruchs gegenüberliegt.
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Die Erfindung sieht somit in vorteilhafter Weise vor, dass die Drehlagerung der Drehhalterung und der zweite Anschlag in ihrer Position verbleiben, wohingegen der erste und der dritte Anschlag zur Verstellung des Spiegels verstellbar sind.
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Eine derartige Konstruktion ist mit einfachen und kostengünstigen Mitteln herstellbar und bietet darüber hinaus eine sehr stabile Lagerung der Spiegel.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Längsträger parallel zu der Schubvorrichtung angeordnet ist.
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In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der Spiegelfuß, der Halterahmen, der Längsträger, eine Basisplatte eines Spiegels und/oder die Schubvorrichtung aus Glas, insbesondere Silikatglas, bestehen. Es hat sich herausgestellt, dass Glas bereits in der Produktion eine sehr hohe Genauigkeit aufweist, so dass zur Herstellung der erfindungsgemäßen Anschläge nur geringe Nacharbeiten notwendig sind. Die Härte von Glas sowie die erfindungsgemäße Konstruktion bewirken darüber hinaus eine sehr stabile Konstruktion. Aufgrund des stark steigenden Stahlpreises ist darüber hinaus eine Konstruktion aus Glas kostengünstiger als eine entsprechende Konstruktion aus Stahl. Beim Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem nahezu alle Fertigungsteile mit Ausnahme der federnden Teile aus Glas gefertigt sind, besteht darüber hinaus der Vorteil, dass aufgrund des gleichen Materials nur geringe thermische Spannungen entstehen, da die Fertigungsteile eine gleiche Wärmedehnung besitzen. Darüber hinaus ist Glas relativ einfach verarbeitbar, indem beispielsweise die Fertigungsteile miteinander verklebt werden.
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Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Figuren die Erfindung näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine schematische perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Reflexionsvorrichtung und
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2 eine schematische Detailansicht des Verstellmechanismus der erfindungsgemäßen Reflexionsvorrichtung.
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In den 1 und 2 ist eine erfindungsgemäße Reflexionsvorrichtung 1 schematisch in Perspektivdarstellung bzw. der Verstellmechanismus der Reflexionsvorrichtung 1 in schematischer Detailansicht gezeigt.
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Die Reflexionsvorrichtung 1 weist mehrere Spiegel 3 auf, wobei in 1 zu Verdeutlichungszwecken lediglich zwei Spiegel 3 gezeigt sind. Jeder Spiegel 3 weist einen Spiegelfuß 5 auf, der mit einer Basisplatte 7 des Spiegels 3 verbunden ist.
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Die Reflexionsvorrichtung 1 weist ferner einen Halterahmen 9 auf, der die Spiegelfüße 5 der Spiegel 3 aufnimmt und lagert. Der Halterahmen 9 weist einen Längsträger 11 auf, wobei mehrere Durchbrüche 13 in dem Längsträger 11 angeordnet sind, die jeweils ein Spiegelfuß 5 durchdringt.
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Parallel zu dem Längsträger 11 ist eine Schubvorrichtung 15 angeordnet, die in einer Längsführung 17 geführt ist. Die Schubvorrichtung 15 weist Aussparungen 19 auf, die ebenfalls jeweils von einem Spiegelfuß 5 durchdrungen sind. Eine erste Begrenzungskante 21 der Aussparung 19 in der Schubvorrichtung 15 bildet einen ersten Anschlag 23 für den Spiegelfuß 5. Eine erste Begrenzungskante 25 des Durchbruchs 13 in dem Längsträger 11 bildet einen zweiten Anschlag 27 für den Spiegelfuß 5, wobei der Spiegelfuß 5 mit der gleichen Seite an dem ersten Anschlag 23 und dem zweiten Anschlag 27 anliegt. Der erste Anschlag 23 und der zweite Anschlag 27 können jeweils Federelemente in Form von Druckfedern 29 aufweisen, so dass kritische Belastungen, die auf die Spiegel 3 durch Witterungseinflüsse, wie beispielsweise Wind, ausgeübt werden, von den Druckfedern 29 aufgenommen werden können und somit Beschädigungen an den Spiegeln vermieden werden.
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An der von dem ersten und dem zweiten Anschlag 23, 27 abgewandten Seite des Spiegelfußes 5 ist eine Drehhalterung 31 angeordnet, die an einer zweiten Begrenzungskante 33 des Durchbruches 13 in dem Längsträger 11 drehbar gelagert ist. Die zweite Begrenzungskante 33 des Durchbruchs 13 liegt der ersten Begrenzungskante 25 des Durchbruchs 13 gegenüber. Die Drehhalterung 31 kann als Federelement ausgebildet sein oder, wie in 2 dargestellt ist, ein separates Federelement 35 zur Verbindung mit dem Spiegelfuß aufweisen. Die Drehhalterung 31 ist um ein an der zweiten Begrenzungskante 33 des Durchbruchs 13 angeordnetes Drehlager verschwenkbar, wobei die Drehhalterung 31 mit dem Spiegelfuß 5 zusammenwirkt und den Spiegelfuß 5 gegen den ersten Anschlag 23 und den zweiten Anschlag 27 drückt. Zur Verbindung mit der Drehhalterung 31 kann der Spiegelfuß 5 lediglich auf der Drehhalterung 31 bzw. dem Federelement 35 aufliegen oder der Spiegelfuß 5 kann fest, beispielsweise stoffschlüssig, mit dem Federelement 35 verbunden sein, wobei ein während einer Bewegung des Spiegels entstehender Versatz zwischen der Drehhalterung 31 und dem Spiegelfuß 5 über das Federelement 35 ausgeglichen werden kann.
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Eine zweite Begrenzungskante 37 der Aussparung 19, die der ersten Begrenzungskante 21 der Aussparung 19 gegenüberliegt, ist ein dritter Anschlag 39 gebildet, an dem der Drehhalter 31 anliegt.
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Die Schubvorrichtung 15 ist über eine nicht dargestellte Antriebsvorrichtung verschiebbar, wodurch der erste Anschlag 23 und der dritte Anschlag 39 verstellbar sind. Durch eine Betätigung der Schubvorrichtung 15 lässt sich somit eine Verstellung der Spiegel 3 vornehmen. Dabei wird der Spiegelfuß 5 entweder über eine mittels des dritten Anschlages 39 auf die Drehhalterung 31 und somit auf den Spiegelfuß 5 übertragene Kraft bewegt oder über eine mittels des ersten Anschlages 23 auf den Spiegelfuß 5 ausgeübte Kraft bewegt.
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Es hat sich herausgestellt, dass bei der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung 6 die Genauigkeit des Einstellwinkels des Spiegels 3 von der Fertigungsgenauigkeit des ersten Anschlages 23 und des zweiten Anschlages 27 abhängt. Die Genauigkeit der Drehlagerung 38 der Drehhalterung 31 beeinflusst lediglich die vertikale Position des Spiegelfußes 5 in dem Halterahmen 9 und hat nur wenig Einfluss auf die Winkelposition des Spiegels 3. Es hat sich herausgestellt, dass die vertikale Position eines Spiegels 3 bei einem Solarkraftwerk nur geringe Einflüsse auf die gewünschte Fokussierung hat, wohingegen die Winkelstellung des Spiegels einen wesentlich größeren Einfluss hat. Dadurch müssen bei der Fertigung der erfindungsgemäßen Reflexionsvorrichtung 1 lediglich die Anschläge 23 und 27 sehr genau gefertigt werden, wohingegen das Drehlager 38 keine besonderen Anforderungen an die Genauigkeit hat.
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Die Drehhalterung 31 weist an ihrem unteren Ende eine Gleitfläche 43 für den dritten Anschlag 39 auf, wobei an dem dritten Anschlag 39 ein Gleitkörper 41 angeordnet sein kann. Über die Gleitfläche 43 wird gewährleistet, dass bei der Verstellung des Anschlages 39 ein Verklemmen zwischen der Schubvorrichtung 15 und der Drehhalterung 31 vermieden wird, indem der Anschlag 39 bzw. der Gleitelement 41 über die Gleitfläche 43 gleitet. Die Gleitfläche 43 kann gegenüber der Drehhalterung 31 abgewinkelt sein, wodurch in vorteilhafter Weise gewährleistet werden kann, dass der Spiegelfuß 5 gegen den ersten Anschlag 23 und den zweiten Anschlag 27 gedrückt wird.
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Die Ausgestaltung der Drehhalterung 31 als Federelement oder das Federelement 35 bewirkt darüber hinaus, dass eine Krafteinwirkung auf die Spiegel 3 und Spiegelfuß 5 in eine Richtung gegen die Drehhalterung 31 aufgenommen werden kann, so dass zusammen mit den Druckfedern 29 an den Anschlägen 23 und 27 der Spiegelfuß 5 in zwei Richtungen federnd gelagert ist. Zusätzlich kann auch vorgesehen sein, dass das Gleitelement 41 als Druckfederelement ausgebildet ist.
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Der Spiegelfuß 5, die Basisplatte 7 des Spiegels 3, der Halterahmen 9 mit dem Längsträger 11, die Schubvorrichtung 15 sowie die Führungsvorrichtung 17 können aus Glas, vorzugsweise einem Silikatglas, gefertigt sein. Dies hat den Vorteil, dass Glas bereits bei der Produktion mit geringen Toleranzen hergestellt werden kann, und somit beispielsweise die Anschläge bereits sehr genau hergestellt werden können. Dadurch wird der Aufwand für die Nacharbeitung zum Erhalten der gewünschten Toleranzen reduziert. Durch die erfindungsgemäße Rahmenkonstruktion des Halterahmens 9 und die Härte des Glases wird darüber hinaus Torsionsverformungen vorgebeugt. Durch die Herstellung der genannten Teile aus dem gleichen Material werden darüber hinaus thermische Spannungen vermieden, da das Material der unterschiedlichen Teile die gleiche Wärmebedingung besitzt. Es hat sich ferner herausgestellt, dass aufgrund des stark ansteigenden Stahlpreises eine Konstruktion aus Glas zu Kostenvorteilen führen kann.
