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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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Es sind unterschiedliche Solarkraftwerke bekannt. Neben Parabolrinnenkraftwerken, bei denen ein rohrförmiger Absorber innerhalb einer Parabolrinne verläuft, sind auch sogenannte punktkonzentrierende Anlagen bekannt, bei denen eine Vielzahl von Heliostaten das Sonnenlicht auf einen zentralen Absorber konzentriert.
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Bei den 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, beispielsweise eine Parabolrinne oder ein Heliostat, aus einem einzigen Spiegel. Über herkömmliche Antriebe, wie beispielsweise ein Drehantrieb werden die einzelnen Module dem Sonnenlicht nachgeführt.
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Aus der
WO 2006/005303 A1 . sind modulare Reflexionsvorrichtungen bekannt, wobei ein Modul aus mehreren kleinen Spiegeln besteht. Gemäß
WO 2006/005303 A1 werden die Spiegel mit herkömmlichen Mikroaktuatoren, beispielsweise hydraulische oder Mikrofluidstellelemente, verstellt.
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Aus
US 2005/0034752 A1 ist eine Reflexionsvorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 bekannt.
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Derartige Antriebe sind jedoch von relativ kompliziertem Aufbau und relativ empfindlich, so dass es zu Problemen bei Witterungseinflüssen kommen kann.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Reflexionsvorrichtung zur Konzentration von Licht mit einem verbesserten Antrieb bereitzustellen. Dabei soll die Reflexionsvorrichtung von einfachem Aufbau und kostengünstig herstellbar sein.
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Die Erfindung ist definiert durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.
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Bei einer Reflexionsvorrichtung zur Konzentration von Licht mit mindestens einem Spiegel, mit einer mit dem Spiegel verbundenen Spiegellagervorrichtung und mit einer Antriebsvorrichtung zur Verstellung des Spiegels ist vorgesehen, dass die Spiegellagervorrichtung aus einer Halterung mit einem Gelenk und einer ersten, von der Antriebsvorrichtung angetriebenen Schubstange besteht, wobei der Spiegel mit einer Spiegelrückseite mit dem Gelenk verbunden ist und auf einem oberen Ende der ersten Schubstange aufliegt.
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Eine derartige Spiegellagervorrichtung ist auf eine einfache konstruktive Weise herstellbar. Durch das Vorsehen einer Schubstange, die von der Antriebsvorrichtung angetrieben wird, ist darüber hinaus eine sehr robuste Konstruktion verwirklichbar, da diese rein aus mechanischen Teilen besteht. Über die Halterung mit dem Gelenk wird der Spiegel in einer Grundposition gehalten. Über die Schwerkraft liegt der Spiegel mit der Spiegelrückseite auf einem oberen Ende der ersten Schubstange auf. Durch einen translatorischen Antrieb der Schubstange kann nun der Winkel des Spiegels über die Spiegellagervorrichtung verändert werden. Dabei wandert der zwischen dem oberen Ende der Schubstange und der Spiegelrückseite gebildete Auflagepunkt auf der Spiegelrückseite und der Spiegel führt um das Gelenk einer Schwenkbewegung aus. Auf diese Weise ist der Winkel des Spiegels und somit eine Sonnenstandnachführung des Spiegels auf einfache Weise verwirklichbar.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass die Spiegellagervorrichtung eine zweite von der Antriebsvorrichtung angetriebene Schubstange aufweist, wobei der Spiegel mit der Spiegelrückseite auf einem oberen Ende der zweiten Schubstange aufliegt, und wobei die Antriebsvorrichtung die zweite Schubstange unabhängig von der ersten Schubstange antreibt. Durch das Vorsehen einer zweiten Schubstange ist der Spiegel der erfindungsgemäßen Reflexionsvorrichtung in besonders vorteilhafter Weise verstellbar, da verschiedene Winkeländerungen um verschiedene Drehachsen vorgenommen werden können. Beispielsweise kann eine Schubstange unverändert verbleiben, während die andere Schubstange verstellt wird. Selbstverständlich ist es auch möglich, beide Schubstangen gleichzeitig anzutreiben und somit zu verstellen.
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Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass das obere Ende der ersten Schubstange in einer auf der Spiegelrückseite angeordneten Kulisse geführt ist. Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem lediglich die erste Schubstange vorgesehen ist, kann der Spiegel über die Kulisse in vorteilhafter Weise geführt werden, und es sind keine besonderen Anforderungen, wie beispielsweise eine Beschränkung der Freiheitsgrade, für das Gelenk erforderlich. Bei einem Ausführungsbeispiel, bei dem die erste und die zweite Schubstange vorgesehen sind, ermöglicht die Kulissenführung eine Begrenzung der Bewegung des Spiegels und es wird beispielsweise verhindert, dass der Spiegel ungewollt gegen ein benachbartes Bauteil anstößt. Die Kulissenführung kann beispielsweise als gerade Schienenführung oder auch gekrümmt ausgebildet sein.
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In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste und die zweite Schubstange parallel angeordnet sind. Auf diese Weise ist eine einfache Konstruktion der Spiegellagervorrichtung möglich, wobei gleichzeitig der Antrieb der ersten und der zweiten Schubstange in vorteilhafter Weise gewährleistet werden können.
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Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass die Reflexionsvorrichtung mehrere Spiegel aufweist, wobei jeder Spiegel eine Spiegellagervorrichtung besitzt. Die erfindungsgemäße Reflexionsvorrichtung ist somit ein Modul mit mehreren Spiegeln, wobei die Spiegel einzeln dem Sonnenstand nachgeführt werden können. Die Spiegel können beispielsweise als Mikrospiegel ausgebildet sein.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass die Antriebsvorrichtung mindestens eine erste verschiebbare Platte aufweist, die mehrere erste Schubstangen der Spiegel verbindet, und/oder mindestens eine zweite verschiebbare Platte aufweist, die mehrere zweite Schubstangen der Spiegel verbindet. Über das Vorsehen einer ersten Platte, die mehrere erste Schubstangen der Spiegel verbindet, lassen sich die ersten Schubstangen der Spiegel gemeinsam und gleichzeitig antreiben und somit verstellen, indem die Platte zu dem Spiegel oder von dem Spiegel weg bewegt wird. Das Gleiche gilt natürlich auch für die zweite verschiebbare Platte. Auf diese Weise ist ein gleichzeitiges Verstellen der Spiegel auf besonders vorteilhafte und konstruktiv einfache Art und Weise verwirklichbar. Darüber hinaus ist die Platte eine sehr stabile Konstruktion der Antriebsvorrichtung sowie der Spiegellagervorrichtung möglich. Die Platten können beispielsweise übereinander angeordnet sein, wobei beispielsweise die erste Platte unter der zweiten Platte angeordnet ist, die erste Schubstange durch entsprechende Öffnungen in der zweiten Platte verlaufen. Dadurch ist eine sehr kompakte Konstruktion der Antriebsvorrichtung möglich. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann vorgesehen sein, dass an dem oberen Ende der ersten Schubstange und/oder der zweiten Schubstange eine Kugelsegment oder ein Ellipsoidsegment angeordnet ist. Dadurch wird eine nahezu punktförmige Auflagefläche zwischen der Spiegelrückseite und dem oberen Ende der Schubstange verwirklicht, so dass die Spiegelrückseite definierte Auflagepunkte besitzt.
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Das Gelenk kann als hängende Lagerung ausgebildet sein. Das Gelenk kann beispielsweise auch aus einem Kugelzapfen und einer Kugelpfanne bestehen. Bei herkömmlichen Kugelgelenken, bei denen die Verstellwinkel durch die Kugelpfanne häufig beschränkt sind, kann vorgesehen sein, dass sich die Kugelpfanne beispielsweise nur bis zur Hälfte des Kugelzapfens erstreckt, wobei der Kugelzapfen beispielsweise magnetisch in der Kugelpfanne gehalten werden kann.
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Das Kugelsegment oder Ellipsoidsegment am oberen Ende der Schubstange kann beispielsweise aus Kunststoff ausgebildet sein.
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Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kugelsegmente und/oder Ellipsoidsegmente der Spiegellagervorrichtungen unterschiedlicher Spiegel unterschiedliche Durchmesser bzw. Krümmungen aufweisen. Auf diese Weise ist bei einem gemeinsamen gleichzeitigen Antrieb der Schubstangen eine unterschiedliche Verstellung der Spiegel ermöglicht, so dass eine mehrere Spiegel aufweisende Reflexionsvorrichtung in besonders vorteilhafter Weise dem Sonnenstand nachgeführt werden kann. Dadurch kann ein sogenannter winkelabhängiger Offset eingestellt werden, um eine Fokussierung eines gesamten Moduls zu erreichen. Dadurch kann gewährleistet werden, dass über einen Tag zu bestimmten Lichteinfallswinkeln maximale Konzentrationen bei der Reflexion auf das zu bestrahlende Ziel erreicht werden.
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Bei einem Solarkraftwerk mit erfindungsgemäßen Reflexionsvorrichtungen, die mehrere Spiegel aufweisen, kann somit nicht ohne Reflexionsvorrichtung als Ganzes, sondern auch die einzelnen Spiegel auf den Absorber fokussiert werden, so dass eine besonders hohe Konzentration des Lichts erreicht werden kann.
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Die Halterung kann als Haltestange ausgebildet sein, die parallel zu der ersten und/oder zweiten Schubstange angeordnet ist, wobei das Gelenk an einem oberen Ende der Halterung angeordnet ist.
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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 perspektivische schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Reflexionsvorrichtung mit mehreren Spiegeln,
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2 eine schematische perspektivische Ansicht einer Spiegelrückseite eines Spiegels mit Spiegellagervorrichtung und
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3 eine schematische perspektivische Ansicht der Spiegellagervorrichtung und Antriebsvorrichtung einer erfindungsgemäßen Reflexionsvorrichtung.
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In 1 ist eine erfindungsgemäße Reflexionsvorrichtung 1 zur Konzentration von Licht schematisch dargestellt. Die Reflexionsvorrichtung weist mehrere Spiegel 3 auf, die mit einer Spiegellagervorrichtung 5, die in der 3 dargestellt ist, verbunden sind. Ferner weist die Reflexionsvorrichtung 1 eine Antriebsvorrichtung 7 auf, die mit der Spiegellagervorrichtung 5 zusammenwirkt und über die eine Verstellung der Spiegel 3 möglich ist.
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Wie am besten aus 2 hervorgeht, besteht die Spiegellagervorrichtung 5 aus einer Halterung 9, die als Haltestange ausgebildet ist und einem am oberen Ende der Halterung 9 angeordneten Gelenk 11, über die der Spiegel 3 mit der Spiegelrückseite 13 mit der Halterung 9 verbunden ist. Die Spiegellagervorrichtung 5 weist ferner eine erste Schubstange 15 auf, die in einer Kulisse 17 auf der Spiegelrückseite 13 geführt ist. Ferner ist eine zweite Schubstange 19 vorgesehen.
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Die erste Schubstange 15 und die zweite Schubstange 19 weisen jeweils an ihrem oberen Ende Kugelsegmente 21 auf, auf denen der Spiegel 3 mit der Spiegelrückseite 13 aufgrund von Schwerkrafteinwirkung aufliegt. Durch eine Bewegung der ersten und der zweiten Schubstange lässt sich der Winkel des Spiegels 3 in vorteilhafter Weise verstellen. Die Kugelsegmente 21 gleiten dabei über die Spiegelrückseite 13. Über die Kulisse 17 wird erreicht, dass die Bewegung des Spiegels während der Verstellung begrenzt ist und ein unkontrolliertes Wegrutschen des Spiegels 3 wird vermieden, Dadurch kann beispielsweise verhindert werden, dass der Spiegel 3 gegen benachbarte Spiegel 3 anstößt.
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Das Gelenk 11 und die durch die beiden Kugelsegmente 21 gebildeten Auflagepunkte sind derart beabstandet, dass sie in einer horizontalen Ebene die Eckpunkte eines fiktiven gleichschenkligen Dreiecks bilden. Mit anderen Worten: Die Halterung 9 sowie die erste Schubstange 15 und die zweite Schubstange 19 sind in einem gleichen Abstand voneinander angeordnet.
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Das Gelenk 11 ist als Gelenk mit drei Freiheitsgraden, nämlich als Kugelgelenk, ausgebildet. Dabei ist an dem oberen Ende der Halterung 9 ein Kugelzapfen 23 ausgebildet, der in einer an der Spiegelrückseite 13 angeordneten Kugelpfanne 25 eingreift. Um eine Bewegung des Spiegels in einem großen Winkelbereich zu ermöglichen, erstreckt sich die Kugelpfanne 25 nur bis etwa zu der Hälfte des Kugelzapfens 23. Um ein Lösen des Kugelzapfens 23 aus der Kugelpfanne 25 zu verhindern, wird der Kugelzapfen 23 magnetisch in der Kugelpfanne 25 gehalten.
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Die Kugelsegmente 21 von unterschiedlichen Spiegeln 3 können unterschiedliche Durchmesser aufweisen, so dass ein Winkel-Offset zwischen einzelnen Spiegeln 3 bei der Verstellung der Spiegel 3 erreicht werden kann. Dadurch kann jeder Spiegel 3 auf einen Punkt, beispielsweise einen Absorber, fokussiert werden.
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Die erfindungsgemäß vorgesehene Lagervorrichtung 5 kann auch bei einer Reflexionsvorrichtung 1 vorgesehen sein, bei der die Reflexionsvorrichtung 1 nur einen einzelnen Spiegel, der größer als die in der 1 gezeigten Spiegel 3 ausgebildet ist, verwendet werden.
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In 3 ist der Unterbau der erfindungsgemäßen Reflexionsvorrichtung 1 ohne Spiegel schematisch dargestellt. Zur Verdeutlichungszwecken sind die Spiegel in der 3 nicht dargestellt und es ist auch lediglich die Lagervorrichtung 5 von zwei Spiegeln gezeigt. Die Antriebsvorrichtung 7 besteht aus einer ersten Platte 27 und einer zweiten Platte 29, die in einem Rahmen 31 geführt sind. Über beispielsweise Gewindestangen 33 können die erste Platte 27 und die zweite Platte 29 unabhängig voneinander in dem Rahmen 31 bewegt werden, Die Halterungen 9 der Lagervorrichtung 5 sind an einer festen Platte 35 des Rahmens 31 befestigt. Die erste und die zweite Schubstange 15, 19 durchdringen die feste Platte 35. Dabei sind die ersten Schubstangen 15 mit Ihrem unteren Ende mit der ersten Platte 27 verbunden und durchdringen die zweite Platte 29. Die zweiten Schubstangen 19 sind mit ihrem unteren Ende mit der zweiten Platte 29 verbunden. Durch eine Bewegung der ersten Platte 27 lassen sich somit die ersten Schubstangen 15 gleichzeitig und gleichmäßig antreiben. Über die zweite Platte 29 lassen sich die zweiten Schubstangen 19 gleichzeitig und gleichmäßig antreiben. Selbstverständlich lässt sich die Zuordnung der Schubstangen zu den Platten auch vertauschen. Die erste Platte 27 und die zweite Platte 29 lassen sich in vorteilhafter Weise über die Gewindestangen 33 antreiben. In dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind nur zwei Gewindestangen 33 dargestellt. Selbstverständlich ist es möglich, dass mehrere Gewindestangen 33 für die erste Platte 27 und die zweite Platte 29 vorgesehen sind, die beispielsweise gleichzeitig über einen Riementrieb angetrieben werden können. Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung 7 ist dadurch konstruktiv einfach und sehr robust ausgebildet.
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Das Gelenk 11 kann anstelle als Kugelgelenk auch als hängende Lagerung ausgebildet sein. An den oberen Enden der ersten und zweiten Schubstangen 15, 19 können anstelle der Kugelsegmente 21 auch Ellipsoidsegmente angeordnet sein.
