DE102015009859A1

DE102015009859A1 - Mirror for sunlight bundling for a solar power plant, method for operating a solar power plant and solar power plant

Info

Publication number: DE102015009859A1
Application number: DE102015009859.4A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Seawa De GmbH
Priority date: 2015-04-23
Filing date: 2015-08-04
Publication date: 2016-10-27
Also published as: CN107810371A; DE112015006473A5; AU2015392197A1; WO2016169537A1; AU2015392197B2; CN107810371B

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Spiegel zur Sonnenlichtbündelung für eine Solarkraftanlage, ein Verfahren zum Betreiben einer Solarkraftanlage sowie eine Solarkraftanlage. Parabolspiegel sind im Stand der Technik bekannt. Eine wichtige Anwendung von Parabolspiegeln ist die Bündelung von Sonnenlicht zur Nutzbarmachung von Solarenergie. Durch die Bündelung mit großen Parabolspiegeln lassen sich in deren Brennpunkt hohe Temperaturen erreichen. Die damit zur Verfügung stehende Energie kann benutzt werden, um Metalle zu schmelzen oder Dampf zu erzeugen. Auch kleintechnische Anwendungen, wie der Solar-Kocher, nutzen oft Parabolspiegel zur Bündelung der Sonnenenergie. Die Erfindung schlägt verschiedene vorteilhafte mechanische und geometrische Ansätze vor.The invention relates to a mirror for sunlight bundling for a solar power plant, a method for operating a solar power plant and a solar power plant. Parabolic mirrors are known in the art. An important application of parabolic mirrors is the bundling of sunlight for the utilization of solar energy. By bundling with large parabolic mirrors, high temperatures can be reached at their focal point. The available energy can be used to melt metals or generate steam. Even small-scale applications, such as the solar cooker, often use parabolic mirrors to bundle solar energy. The invention proposes various advantageous mechanical and geometric approaches.

Description

Die Erfindung betrifft einen Spiegel zur Sonnenlichtbündelung für eine Solarkraftanlage, ein Verfahren zum Betreiben einer Solarkraftanlage sowie eine Solarkraftanlage.The invention relates to a mirror for sunlight bundling for a solar power plant, a method for operating a solar power plant and a solar power plant.

Parabolspiegel sind im Stand der Technik bekannt. Eine wichtige Anwendung von Parabolspiegeln ist die Bündelung von Sonnenlicht zur Nutzbarmachung von Solarenergie. Durch die Bündelung mit großen Parabolspiegeln lassen sich in deren Brennpunkt hohe Temperaturen erreichen. Die damit zur Verfügung stehende Energie kann benutzt werden, um Metalle zu schmelzen oder Dampf zu erzeugen. Auch kleintechnische Anwendungen, wie der Solar-Kocher, nutzen oft Parabolspiegel zur Bündelung der Sonnenenergie (Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/parbolspiegel, abgerufen am 13. Juli 2015 ).Parabolic mirrors are known in the art. An important application of parabolic mirrors is the bundling of sunlight for the utilization of solar energy. By bundling with large parabolic mirrors, high temperatures can be reached at their focal point. The available energy can be used to melt metals or generate steam. Even small-scale applications, such as the solar cooker, often use parabolic mirrors to bundle solar energy (source: https://de.wikipedia.org/wiki/parbolspiegel, accessed on July 13, 2015 ).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dem Stand der Technik eine Verbesserung oder eine Alternative zur Verfügung zu stellen.The invention has for its object to provide the prior art an improvement or an alternative.

Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung löst diese Aufgabe ein Spiegel zur Sonnenlichtbündelung für eine Solarkraftanlage, aufweisend eine Mehrzahl streifenförmige Segmente zum Formen einer anfallendes Solarlicht zu einem Fokus reflektierenden Oberfläche, wobei die Segmente eine tangentiale Streckung aufweisen.According to a first aspect of the present invention, this object is achieved by a sunlight-gathering mirror for a solar power plant, comprising a plurality of strip-shaped segments for shaping a resulting solar light to a focus-reflecting surface, the segments having a tangential extension.

Begrifflich sei hierzu erläutert:
Ein Spiegel der hier relevanten Gattung bündelt parallel einfallende Lichtstrahlen, somit also vor allem das Sonnenlicht, hin zu einem Fokus.Conceptually, it should be explained:
A mirror of the genus relevant here bundles parallel incident light rays, thus thus above all the sunlight, towards a focus.

Spiegel der hier betrachteten Gattung sind im Allgemeinen groß dimensioniert, so beispielsweise mit einem Durchmesser von über einem Meter, oft sogar mit einem Durchmesser von über zwei oder über drei Metern.Mirrors of the genus considered here are generally of large dimensions, for example with a diameter of over one meter, often even with a diameter of over two or more than three meters.

Aufgrund der Größe und der Produktionsvereinfachung sind solche Spiegel regelmäßig in streifenförmige Segmente eingeteilt. Die streifenförmigen Segmente werden miteinander verbunden und formen dadurch die reflektierende Oberfläche.Due to the size and the production simplification such mirrors are regularly divided into strip-shaped segments. The strip-shaped segments are connected to each other and thereby form the reflective surface.

Gemäß dem hier vorgestellten ersten Aspekt der Erfindung weisen die Segmente eine Tangentialerstreckung auf.According to the first aspect of the invention presented here, the segments have a tangential extension.

Mit einfachen Worten bedeutet dies, dass die Streifen die Form eines Ausschnitts aus einem gedachten rotationssymmetrischen Körper haben werden, wobei die Streifen aus diesem gedachten Körper entlang des Umfangs entnommen sind.In simple terms, this means that the strips will have the shape of a section of an imaginary rotationally symmetrical body, the strips being taken from this imaginary body along the circumference.

Ein idealer Spiegel zum Bündeln von Sonnenlicht ist ein Rotationsparaboloid. Ein Rotationsparaboloid ist rotationssymmetrisch um eine zentrale Achse aufgebaut. Ein Streifen hat eine Erstreckung entlang eines Umfangs um diese Achse, die länger ist als die Erstreckung des Streifens in Richtung der Achse.An ideal mirror for bundling sunlight is a paraboloid of revolution. A paraboloid of revolution is rotationally symmetric about a central axis. A strip has an extent along a circumference about this axis which is longer than the extent of the strip in the direction of the axis.

Im Stand der Technik ist es wohlbekannt, streifenförmige Segmente in Achsrichtung des Rotationskörpers zusammenzusetzen. Denn diese Art der Aufteilung des Rotationskörpers führt dazu, dass sämtliche Streifen und somit sämtliche Segmente eine identische Form haben, was den Herstellungsprozess auf den ersten Blick vereinfacht.In the prior art it is well known to assemble strip-shaped segments in the axial direction of the rotary body. Because this type of division of the rotating body causes all strips and thus all segments have an identical shape, which simplifies the manufacturing process at first glance.

Der Erfinder hat demgegenüber jedoch nun erkannt, dass der Mehraufwand beim Verwenden von Streifen in Tangentialrichtung überschaubar ist. Vor allem lassen sich auch Abweichungen von der idealen Rotationsparaboloid-Form hinnehmen, wobei die dadurch bewirkten Verluste an der Grenze des überhaupt messbaren Bereichs liegen.The inventor has, however, now recognized that the overhead when using strips in the tangential direction is manageable. Above all, it is also possible to accept deviations from the ideal paraboloidal form of revolution, with the resulting losses being at the limit of the measurable range.

Der Spiegel kann in einer immer noch guten Näherung an das Ideal mit identisch geformten Segmenten auch über verschiedene Höhen entlang der Rotationsachse aufgebaut sein.The mirror can be constructed in a still good approximation to the ideal with identically shaped segments also over different heights along the axis of rotation.

Bevorzug ist jedoch eine Ausführungsform, bei welcher der Spiegel unterschiedlich geformte Segmente aufweist.Preferred, however, is an embodiment in which the mirror has differently shaped segments.

Die besonders bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass der Spiegel auf einer Höhe – bezogen auf die Rotationsachse – identisch geformte, seitlich benachbarte Segmente aufweist, über die Höhe jedoch unterschiedlich geformte Segmente aufweist. The particularly preferred embodiment provides that the mirror at a height - with respect to the axis of rotation - identically shaped, laterally adjacent segments, however, has over the height differently shaped segments.

Austrittsseitig des Spiegels bzw. des Paraboloiden oder dessen Annäherung, sind bevorzugt schmaler geformte Segmente vorgesehen als scheitelseitig. Je kleiner die Segmente in Achsrichtung erstreckt sind, desto geringer sind die Fehler, wenn die Kontur des einzelnen Segmentes nicht einem Rotationsparaboloid exakt entspricht, sondern hiervon abweicht.On the exit side of the mirror or the paraboloid or its approach, narrower shaped segments are preferably provided as vertex-side. The smaller the segments extend in the axial direction, the lower are the errors if the contour of the individual segment does not exactly correspond to a paraboloid of revolution, but differs therefrom.

Eine besondere Ausführungsform des Erfinders sieht vor, dass in den längs verlaufenden, somit auf die Achse projizierbaren Begrenzungskanten jedes einzelnen Segmentes gerade keine Parabelstücke als Geometrie nachgebildet werden, sondern einfach Kreisbogenstücke. Diese lassen sich erheblich kostengünstiger herstellen und warten. Je weiter sich der Spiegel in seiner Kontur jedoch vom Scheitel entfernt, umso bedeutender wird es, dass der durch die bewusst „falsche” Geometrie hervorgerufene Fehler minimiert wird. Dies kann durch die kürzeren – in Axialrichtung – Segmentgrößen erfolgen.A particular embodiment of the inventor provides that in the longitudinal, thus projecting to the axis boundary edges of each segment just no parabolic pieces are simulated as a geometry, but simply circular arc pieces. These can be manufactured and maintained considerably less expensive. However, the farther the mirror moves away from the vertex, the more significant it becomes that the error caused by the deliberately "wrong" geometry is minimized. This can be done by the shorter - in the axial direction - segment sizes.

Selbstverständlich lässt sich aus den vorgeschlagenen Segmenten mit Tangentialerstreckung ein Parabolspiegel zusammensetzen.Of course, can be composed of the proposed segments with tangential extension a parabolic mirror.

Für geschickter hält es der Erfinder nach dem gegenwärtigen Stand jedoch, wenn ein Segment von einer Rotationsparaboloid-Form abweichende Kanten aufweist, vor allem kreisbogensegmentförmige Kanten aufweist.However, according to the present state of the art, the inventor considers it more skilful if a segment has edges that deviate from a paraboloid of revolution, especially edges with arc-shaped edges.

Eine Rotationsparaboloid-Form ist aufwändig in der Herstellung, was sich negativ auf die Kosten auswirkt. Hingegen ist es deutlich kostengünstiger und auch in technisch minder entwickelten Umgebungen möglich, kreisbogensegmentförmige Kanten herzustellen. Die Erfindung hat erkannt, dass die Abweichungen von der Rotationsparaboloid-Form geringer sind als es der Mehraufwand zum Herstellen der Rotationsparaboloid-Form rechtfertigen würde.A rotational paraboloid shape is expensive to manufacture, which has a negative effect on the costs. On the other hand, it is significantly cheaper and even in technically less developed environments possible to produce circular arc segment-shaped edges. The invention has recognized that the deviations from the paraboloidal parallicular shape are less than would be justified by the overhead of producing the paraboloidal paralloid form.

Somit soll also mindestens ein Segment von der Rotationsparaboloid-Form abweichende Kanten aufweisen.Thus, at least one segment should have different edges than the paraboloid of revolution shape.

Generell sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass im Rahmen der hier vorliegenden Patentanmeldung unbestimmte Artikel und Zahlenangaben wie „ein”, „zwei” usw. regelmäßig als „mindestens” Angaben zu verstehen sein sollen, also als „mindestens ein ...”, „mindestens zwei ...” usw., sofern sich nicht aus dem Kontext ausdrücklich oder implizit ergibt oder es für den Fachmann offensichtlich ist, dass dort nur „genau ein ...”, „genau zwei ...” usw. gemeint sein kann oder soll.In general, it should be expressly pointed out that in the context of the present patent application indefinite articles and numbers such as "a", "two" etc. should be understood as "at least" information, ie as "at least one ...", "at least two ... "and so on, unless the context implicitly or implicitly implies or it is obvious to a person skilled in the art that only" exactly one ... "," exactly two ... ", etc. may be meant there or should.

Der vorgeschlagene Spiegel weist vorschlagsweise gegenüber einem vollständigen Rotationskörper Aussparungen auf, insbesondere mindestens fünfzig Prozent der Fläche des Rotationskörpers.The proposed mirror preferably has recesses relative to a complete body of revolution, in particular at least fifty percent of the surface of the body of revolution.

Zum Bündeln des Sonnenlichts für eine Solarkraftanlage ist meist nur ein geringer Anteil der Gesamtoberfläche notwendig, vor allem dann, wenn der Spiegel über eine intelligente Nachführung verfügt.For bundling the sunlight for a solar power plant usually only a small portion of the total surface is necessary, especially if the mirror has an intelligent tracking.

Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung durch die gestellte Aufgabe einen Spiegel zur Sonnenlichtbündelung für eine Solarkraftanlage, aufweisend eine Mehrzahl Segmente zum Formen einer einfallendes Solarlicht zu einem Fokus reflektierenden Oberfläche, wobei der Spiegel insbesondere auch dem ersten vorgestellten Aspekt der Erfindung zusätzlich entsprechen kann, wobei sich der Spiegel dadurch kennzeichnet, dass die Segmente einen formgebenden pneumatischen Über- oder Unterdruck gegenüber einem Umgebungsdruck aufweisen.According to a second aspect of the present invention, there is provided by the present invention a sunlight-focusing mirror for a solar power plant, comprising a plurality of segments for shaping an incident solar light to a focus-reflecting surface, which mirror may in particular also correspond to the first aspect of the invention the mirror is characterized in that the segments have a shaping pneumatic positive or negative pressure relative to an ambient pressure.

Bei einer solchen Konstruktionsform ist es möglich, die Segmente über den Über- oder Unterdruck zu formen. Dies beinhaltet auch, dass die Segmente jedenfalls an der reflektierenden Oberfläche luftdicht gestaltet sind oder zumindest für ein anderweitiges Fluid, sei es ein Gas oder eine Flüssigkeit, dicht gestaltet sind. Durch das Einbringen oder Ausbringen des Fluids lässt sich die Form einstellen. So kann beispielsweise die Konstruktion dergestalt sein, dass die Oberfläche in einer gewissen Bandbreite um einen idealen einzustellenden Innendruck herum immer noch nur äußerst geringe Verformung gegenüber der Idealform annimmt, somit also den Wirkungsgrad der Solarkraftanlage nicht übermäßig schmälert. Auch dies trägt dazu bei, dass die Erfindung in technisch schlechter ausgerüsteten Gegenden gewinnbringend eingesetzt werden kann.With such a construction, it is possible to shape the segments via the positive or negative pressure. This also implies that the segments are in any case designed to be airtight on the reflective surface or are at least designed to be dense for another fluid, be it a gas or a liquid. By introducing or discharging the fluid, the shape can be adjusted. For example, the construction may be such that, within a certain range around an ideal internal pressure to be set, the surface still assumes only very little deformation from the ideal shape, and thus does not unduly diminish the efficiency of the solar power plant. This also contributes to the fact that the invention can be used profitably in less well equipped areas.

Ein besonders einfacher Fall sieht ein Aufblasen mit Luft oder ein Absaugen von Luft vor. Es muss dann kein spezielles Gas oder keine Flüssigkeit verwendet werden, und die Segmente können besonders leicht sein. A particularly simple case is inflation with air or aspiration of air. There is no need to use a special gas or liquid, and the segments can be particularly light.

Auch lassen sich die Segmente im Idealfall leicht kollabieren, sei es zu Transport- oder sei es zu Wartungs- oder Abbauzwecken. Mehrere Segmente können über eine Fluid-Führung miteinander verbunden sein. Bei einer solchen Konstruktion können mehrere Segmente, vor allem alle Segmente, eines Spiegels über das einfache Einblasen oder Ablassen von Luft oder einem anderen Fluid in Form gebracht werden.Ideally, the segments can easily collapse, be it for transport or maintenance or mining purposes. Several segments may be interconnected via a fluid guide. With such a construction, a plurality of segments, especially all segments, of a mirror may be shaped via the simple injection or deflation of air or other fluid.

Ein Segment kann eine transparente Folie und eine spiegelnde Folie aufweisen, wobei die transparente Folie und die spiegelnde Folie luftdicht miteinander zu einem Beutel verbunden sind, insbesondere miteinander verschweißt sind.A segment can have a transparent film and a reflective film, wherein the transparent film and the reflective film are connected to one another in airtight manner to form a bag, in particular are welded together.

Einer solchen Konstruktion lässt sich die transparente Folie bevorzugt der einfallenden Sonnenstrahlung zuordnen, sodass die Sonnenstrahlen durch die transparente Folie hindurch auf die spiegelnde Folie treffen. Die spiegelnde Oberfläche ist damit innerhalb des Beutels, somit innerhalb des beispielsweise mit Überdruck aufgeblasen kissenartigen Beutels im Betrieb des Spiegels, sodass die spiegelnde Folie bestmöglich gegenüber beispielsweise Staubverschmutzung geschützt ist.Such a construction allows the transparent film to be preferably assigned to the incident solar radiation so that the sun's rays strike the reflecting film through the transparent film. The reflective surface is thus within the bag, thus within the example inflated with overpressure pillow-like bag in the operation of the mirror, so that the reflective film is optimally protected against, for example, dust pollution.

Wenn ein Segment einen Trägerrahmen ausweist, dann lassen sich die mechanischen Belastungen über den Trägerrahmen abtragen, und es können sehr leichte Konstruktionen für die spiegelnde Oberfläche verwendet werden, beispielsweise Folien.If a segment identifies a support frame, then the mechanical stresses on the support frame can be removed, and very lightweight constructions can be used for the specular surface, such as foils.

Ein Segment kann ein aufblasbares Spannelement aufweisen, insbesondere einen Schlauch, vor allem mit entlang eines Umfangs unterschiedlichen Innendruck-Kammern.A segment may comprise an inflatable tensioning element, in particular a hose, especially with different inner pressure chambers along a circumference.

Auf solche Weise kann das Spannelement aufgeblasen werden, beispielsweise mit Luft oder einem anderen Fluid, sei es ein Gas oder eine Flüssigkeit; über das Spannelement wird die folienartige spiegelnde Oberfläche in Spannung versetzt und nimmt dadurch exakt diejenige Ausrichtung an, auf welche der Spiegel ausgelegt ist.In such a way, the tensioning element can be inflated, for example with air or another fluid, be it a gas or a liquid; The film-like reflecting surface is set in tension by the tensioning element and thereby assumes exactly the orientation to which the mirror is designed.

Nach einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung löst die gestellte Aufgabe einen Spiegel zur Sonnenlichtbündelung für eine Solarkraftanlage, aufweisend eine Mehrzahl Segmente zum Formen einer einfallendes Solarlicht zu einem Fokus reflektierenden Oberfläche, insbesondere einen Spiegel nach einem oder zweien der vorstehend genannten Aspekte der Erfindung, wobei sich der Spiegel dadurch kennzeichnet, dass die Segmente als Spiegelkissen gestaltet sind, und zwar aufweisend eine Fluorpolymerfolie.According to a third aspect of the present invention, the stated object solves a solar concentrating mirror for a solar power plant, comprising a plurality of segments for shaping an incident solar light to a focus reflecting surface, in particular a mirror according to one or two of the aforementioned aspects of the invention the mirror characterized in that the segments are designed as a mirror pad, having a fluoropolymer film.

Bei Prototypenversuchen des Erfinders haben sich Fluorpolymerfolien als ideal für die kissenartigen Spiegel herausgestellt.In prototype experiments by the inventor, fluoropolymer films have been found to be ideal for the pillow-like mirrors.

Besonders geeignet ist Ethylen-Tetrafluorethylen (ETFE).Particularly suitable is ethylene-tetrafluoroethylene (ETFE).

Auch haben sich für eine transparente Folie Dicken zwischen 50 μm und 200 μm als ideal herausgestellt, insbesondere zwischen etwa 100 μm und 150 μm.Also have for a transparent film thicknesses between 50 microns and 200 microns are found to be ideal, in particular between about 100 microns and 150 microns.

Für die spiegelnde Oberfläche haben sich Spiegelfolien mit einer Aluminiumschicht als ideal herausgestellt, insbesondere mit einem aufgesputteten Aluminiumreflektor.For the reflecting surface, mirror films with an aluminum layer have proven to be ideal, in particular with a sputtered aluminum reflector.

Nach einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung durch die gestellte Aufgabe einen Spiegel zur Sonnenlichtbündelung für eine Solarkraftanlage, aufweisend eine Mehrzahl Segmente zum Formen einer einfallendes Solarlicht zu einem Fokus reflektierenden Oberfläche, insbesondere ebenfalls ausgebildet nach einem der drei vorstehenden Aspekte der Erfindung, wobei sich der Spiegel dadurch kennzeichnet, dass die Segmente eine Spiegelfolie aufweisen, wobei die Spiegelfolie auf ihrer vorzugsweise nicht-reflektierenden Rückseite eine mechanisch verstärkende Gitterstruktur aufweist.According to a fourth aspect of the present invention, there is provided by the present invention a sunlight-focusing mirror for a solar power plant comprising a plurality of segments for shaping an incident solar light to a focus-reflecting surface, in particular also formed according to one of the three preceding aspects of the invention, wherein the mirror characterized in that the segments have a mirror foil, wherein the mirror foil on its preferably non-reflective back has a mechanically reinforcing grid structure.

Unter einer verstärkenden „Gitterstruktur” ist zu verstehen, dass es streifen- oder nahtförmige Verdickungen in der Dicke der Folie gibt, die miteinander verbunden sein können.By a reinforcing "grid structure" is meant that there are strip or seam-like thickenings in the thickness of the film which may be joined together.

Bevorzugt ist die Gitterstruktur rhombenförmig.Preferably, the lattice structure is rhombic.

Nach einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung durch die gestellte Aufgabe ein Verfahren zum Betreiben einer Solarkraftanlage mit einem Spiegel zur Sonnenlichtbündelung für die Solarkraftanlage, aufweisend eine Mehrzahl Segmente zum Formen einer einfallendes Solarlicht zu einem Fokus reflektierenden Oberfläche, insbesondere zum Betreiben der Solarkraftanlage mit einem Spiegel nach einem der vorstehend erörterten Aspekte der Erfindung hinsichtlich des Spiegels, wobei sich das Verfahren dadurch kennzeichnet, dass die Segmente zum Reduzieren der Bündelwirkung in einem Notfallmodus Gas entleert oder Gas befüllt werden. According to a fifth aspect of the present invention by the stated object a method for operating a solar power plant with a mirror for sunlight bundling for the solar power plant, comprising a plurality of segments for shaping an incident solar light to a focus reflecting surface, in particular for operating the solar power plant with a mirror one of the aspects of the invention discussed above with regard to the mirror, the method being characterized in that the segments are depleted of gas or gas to reduce the bundling effect in an emergency mode.

Nach einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung durch die gestellte Aufgabe ein Verfahren zum Betreiben einer Solarkraftanlage mit einem Spiegel zur Sonnenlichtbündelung für die Solarkraftanlage, aufweisend eine Mehrzahl Segmente zum Formen einer einfallendes Solarlicht zu einem Fokus reflektierenden Oberfläche, insbesondere zum Betreiben der Solarkraftanlage mit einem Spiegel wie zu einem der ersten vier Aspekte der Erfindung und/oder gemäß einem Verfahren nach dem fünften vorliegenden Aspekt der Erfindung beschrieben, wobei sich das Verfahren dadurch kennzeichnet, dass die Segmente mittels fluktuierender Druckluft in eine Vibration versetzt werden, um ihre Oberfläche zu reinigen.According to a sixth aspect of the present invention by the stated object a method for operating a solar power plant with a mirror for sunlight bundling for the solar power plant, comprising a plurality of segments for shaping an incident solar light to a focus reflecting surface, in particular for operating the solar power plant with a mirror such as to one of the first four aspects of the invention and / or according to a method according to the fifth aspect of the invention, the method being characterized in that the segments are vibrated by means of fluctuating compressed air in order to clean their surface.

Die Amplitude, die die Segmente mittels der fluktuierenden Druckluft in die Oberfläche annehmen, ist dabei nicht vornehmlich entscheidend. Vielmehr kann die Vibration dazu genutzt werden, beispielsweise Schnee oder Staub abzuschütteln.The amplitude which the segments assume by means of fluctuating compressed air into the surface is not primarily decisive. Rather, the vibration can be used to shake off snow or dust, for example.

Nach einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung löst die gestellte Aufgabe eine Solarkraftanlage mit einem Spiegel zur Sonnenlichtbündelung, wobei der Spiegel auf einem raumfachwerkartigen Spiegelträger einfallendes Solarlicht zu einem Fokus reflektierend befestigt ist und der Spiegelträger mit einer bevorzugt motorisierten Tagesnachführung ausgerüstet ist, wobei die Tagesnachführung dazu eingerichtet ist, den Spiegelträger um eine Drehachse zu drehen und dadurch der sich verändernden Einfallrichtung der Sonne nachzuführen, wobei sich die Solarkraftanlage dadurch kennzeichnet, dass die Drehachse bei einem Aufbau der Solarkraftanlage auf der nördlichen Erdhalbkugel zum Polarstern ausgerichtet ist und die Tagesnachführung dazu eingerichtet ist, den Spiegel bei einer Motorisierung mit einer Winkelgeschwindigkeit von 15°/min um die Drehachse zu drehen, dabei aber den Fokus und einen im Fokus angeordneten Receiver ortsfest zu belassen.According to a seventh aspect of the present invention, the stated object solves a solar power plant with a mirror for sunlight bundling, wherein the mirror is mounted on a spatial framework-like mirror carrier incident solar light reflecting to a focus and the mirror support is equipped with a preferred motorized daytime tracking, the daytime track set up is to rotate the mirror carrier about an axis of rotation and thereby track the changing direction of incidence of the sun, wherein the solar power plant is characterized in that the axis of rotation is aligned with a structure of the solar power plant in the northern hemisphere to the North Star and the Tagesnachführung is set to Mirror at an angular velocity of 15 ° / min to rotate about the axis of rotation, but leave the focus and a receiver arranged in focus stationary.

Bevorzugt ist zusätzlich eine Saisonnachführung vorgesehen, die hier dazu eingerichtet ist, den Spiegel über mindestens 15°, bevorzugt mindestens 20°, insbesondere über etwa 23,5° um eine Kippachse zu kippen, wobei die Kippachse horizontal durch die Mitte des Drehkranzes verläuft.In addition, a seasonal tracking is preferably provided, which is set up here to tilt the mirror about at least 15 °, preferably at least 20 °, in particular about 23.5 ° about a tilt axis, wherein the tilt axis extends horizontally through the center of the turntable.

Eine solche Solarkraftanlage ist vor allem dann von Vorteil, wenn der Spiegelträger dazu verwendet wird, die Nachführmechanik zu bewirken, während der Spiegelträger einen möglichst leichten Spiegel tragen kann, beispielsweise einen kissenartigen, aufgeblasenen Spiegel. Vor allem kommen Spiegel gemäß den vorstehend vorgestellten ersten vier Aspekten der Erfindung in Betracht, und/oder Spiegel, bei welchen die Verfahren gemäß dem fünften oder sechsten Aspekt der Erfindung eingesetzt sind.Such a solar power system is particularly advantageous if the mirror support is used to effect the Nachführmechanik, while the mirror support can carry the lightest possible mirror, such as a pillow-like, inflated mirror. Above all, mirrors according to the first four aspects of the invention presented above are possible, and / or mirrors in which the methods according to the fifth or sixth aspect of the invention are used.

Nach einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung löst die gestellte Aufgabe eine Solarkraftanlage mit einem Spiegel zu Sonnenlichtbündelung, wobei die Spiegel auf einem raumfachwerkartigen Spiegelträger einfallendes Solarlicht zu einem Fokus reflektierend befestigt ist und der Spiegelträger mit einer bevorzugten motorisierten Tagesnachführung ausgerichtet ist, wobei die Tagesnachführung dazu eingerichtet ist, den Spiegelträger um eine Drehachse zu drehen und dadurch der sich verändernden Einfallrichtung der Sonne nachzuführen, wobei sich die Solarkraftanlage dadurch kennzeichnet, dass eine Regelung vorgesehen ist, die einen Fokussensor, einen Controller und einen Verformungsmotor aufweist, wobei der Controller mit dem Fokussensor datenverbunden ist und mit dem Verformungsmotor wirkverbunden ist, wobei der Controller dazu eingerichtet ist, im Betrieb der Solarkraftanlage den Fokus des gebündelten Sonnenlichts mittels einer Verformung mindestens eines Segments des Spiegels an einem Soll-Wert zu halten.According to an eighth aspect of the present invention, the stated object solves a solar power plant with a mirror to sunlight bundling, wherein the mirror is mounted on a spatial framework-like mirror carrier incident solar light reflective to a focus and the mirror support is aligned with a preferred motorized daytime tracking, the Tagesnachführung set up is to rotate the mirror support about an axis of rotation and thereby track the changing direction of incidence of the sun, wherein the solar power system is characterized in that a control is provided having a focus sensor, a controller and a deformation motor, the controller data-connected to the focus sensor is and is operatively connected to the deformation motor, wherein the controller is adapted to, during operation of the solar power plant, the focus of the collimated sunlight by means of a deformation of at least one segment of the mirror a n to hold a target value.

Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass der „Soll-Wert” auch einen Toleranzbereich aufweisen kann, wobei der Toleranzbereich bevorzugt im Controller vorgegeben ist.It should be expressly understood that the "target value" may also have a tolerance range, wherein the tolerance range is preferably specified in the controller.

Der „Verformungsmotor” muss dazu eingerichtet sein, mindestens ein Segment, bevorzugt alle Segmente, des Spiegels, sei es gemeinsam oder individuell regelbar, auf den designierten Fokus einzuregeln. So ist es beispielsweise denkbar, dass Luft aus einem kissenartigen Spiegelsegment langsam entweicht. Der Verformungsmotor wäre dann beispielsweise dazu in der Lage, über eine Pumpe weitere Luft in das Segment einzublasen und/oder das Segment an seinen Rändern ein- oder mehrachsig zu verstellen, im Idealfall um alle sechs räumlichen Freiheitsgrade.The "deformation motor" must be set up to regulate at least one segment, preferably all segments, of the mirror, be it jointly or individually controllable, to the designated focus. For example, it is conceivable that air slowly escapes from a pillow-like mirror segment. For example, the deformation motor would then be able to inject further air into the segment via a pump and / or adjust the segment at its edges one or more than one axis, ideally by all six spatial degrees of freedom.

Die Segmente können dabei an ihren Kanten jeweils benachbart gekoppelt sein, sie können aber auch individuell frei verstellbar sein, also nur unverbunden benachbart zueinander angeordnet sein. The segments can be coupled adjacent thereto at their edges, but they can also be individually freely adjustable, so be arranged only unconnected adjacent to each other.

Die Erfindung wird nachstehend anhand weiterer Ausführungen zur Hintergrund bildenden Theorie sowie anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.The invention will be explained in more detail below with reference to further explanations of the background theory and with reference to embodiments with reference to the drawings.

Dort zeigenShow there

1 schematisch ein Rotationsparaboloid mit einem Fokus F, in dem sich alle senkrecht auf die Eintrittsebene des Paraboloids fallenden Lichtstrahlen vereinigen, 1 schematically a paraboloid of revolution with a focus F, in which all rays of light falling perpendicular to the entrance plane of the paraboloid unite

2 in einem Diagramm vergleichend den Interceptfaktor mit demjenigen des Ideal-Paraboloids über den Durchmesser der Receiverapertur bei Äquinoxstellung des Spiegels, 2 in a diagram comparing the intercept factor with that of the ideal paraboloid over the diameter of the receiver aperture in the case of the aquinox position of the mirror,

3 in einem dreidimensionalen Graphen den Interceptverlauf eines aus sechs Kreistonnenabschnitten aufgebauten Fix-Fokus-Spiegels in Äquinoxstellung, 3 in a three-dimensional graph, the intercept profile of a fix-focus mirror constructed from six circle-ton sections in the equinox position,

4 schematisch in einem Schnitt eine transparente, ebene Folie und eine spiegelnde, ebene Folie, 4 schematically in a section a transparent, flat film and a reflective, flat film,

5 schematisch in räumlicher Ansicht einen Ausschnitt aus einer spiegelnden Folie mit einer verstärkenden Gitterstruktur, 5 schematically in a spatial view a section of a reflective film with a reinforcing grid structure,

6 schematisch in einer räumlichen Ansicht ein Teilausschnitt eines Segments, 6 schematically in a spatial view a partial section of a segment,

7 schematisch den in 4 bereits dargestellten Querschnitt durch ein Spiegelsegment mit einer Montageeinheit, 7 schematically the in 4 already shown cross-section through a mirror segment with a mounting unit,

8 schematisch in einem Schnitt einen Unterdruckspiegel, 8th schematically in a section a vacuum level,

9 schematisch in einer räumlichen Ansicht eines Leichtbau-Membranparaboloids mit sechs Segmenten, 9 schematically in a three-dimensional view of a lightweight membrane paraboloid,

10 in einem Diagramm die realisierbaren Interceptfaktoren mit der in 9 dargestellten Spiegelgeometrie, 10 in a diagram the realizable intercept factors with the in 9 illustrated mirror geometry,

11 zur Erläuterung des mechanischen Hintergrunds schematisch in räumlicher Ansicht ein infinitesimal kleines Flächenelement einer Folie, das unter einem Druck p verformt wird, 11 to illustrate the mechanical background, schematically in spatial view an infinitesimally small area element of a film which is deformed under a pressure p,

12 zur Erläuterung des geometrischen Hintergrunds schematisch in räumlicher Ansicht ein Rotationsparaboloid mit gekennzeichneten Flächenelementen sowie 12 to illustrate the geometric background schematically in a spatial view a paraboloid of revolution with marked surface elements and

13 schematisch die Geometrie der Nachführung des hier vorgestellten Fix-Fokus-Spiegels. 13 schematically the geometry of the tracking of the presented here fix-focus mirror.

Die vorliegenden Ausführungsformen beschreiben den Aufbau, die Funktionsweise sowie die wesentlichen Anwendungsgebiete eines extrem leichten exzentrischen (ortsfester Brennpunkt – „Fix-Fokus”) quasi-Parabol-Sonnenlicht-Konzentrators. Die Reflektoren bestehen hierbei aus durch Spezialprofile begrenzten Anordnungen von transparenten und reflektierenden Polymermembranen, deren Oberflächenform durch kontrollierten Luft-Über- oder Luft-Unterdruck ausgebildet wird.The present embodiments describe the structure, operation, and essential applications of an extremely lightweight eccentric (fixed focus) quasi-parabolic sunlight concentrator. The reflectors here consist of special profiles limited arrangements of transparent and reflective polymer membranes whose surface shape is formed by controlled air-over- or air-negative pressure.

Die wesentlichen, zugrundeliegenden Ideen der Erfinder sind:

a) Extrem niedriges Flächengewicht der entsprechenden Spiegel – daher geringer Energiebedarf zu ihrer Herstellung („Graue Energie”) – schnelle energetische Amortisation
b) Hohe Oberflächengüte (u. A. geringe Rauigkeit) der gespannten, verspiegelten Membrane
c) Parabolähnliche Ausformung der Membrane in ihrem elastischen Dehnungsbereich durch gezielte Beaufschlagung mit Gas(-Luft)-Über- oder -Unterdruck.

The essential, underlying ideas of the inventors are:

a) Extremely low basis weight of the respective mirrors - hence low energy requirement for their production ("gray energy") - fast energy amortization
b) High surface quality (inter alia low roughness) of the tensioned, mirrored membrane
c) Parabolic-like shape of the membrane in its elastic strain range by targeted exposure to gas (air) over or under pressure.

Der holländische Physiker H. Hencky formulierte 1913 in seiner Untersuchung „Über den Spannungszustand kreisrunder Platten mit verschwindender Biegesteifigkeit” die Formel zur Beschreibung der Gleichgewichtsform, welche dünne Folien, die in ihrer Peripherie kreisförmig und starr eingespannt sind, unter Luftdruckbeaufschlagung einnehmen:

The Dutch physicist H. Hencky formulated in 1913 in his study "On the state of tension of circular plates with vanishing bending stiffness" the formula for the description of the equilibrium form, which thin foils, which are clamped in its periphery circular and rigid, under Luftdruckbeaufschlagung:

Wobei w_r die Auslenkung einer Membrane in der z-Achse darstellt.Where w _{r represents} the deflection of a membrane in the z-axis.

Differenziert ergibt diese Gleichung:

Differentiated, this equation yields:

Für eine Parabel wird die Steigung der Oberfläche in Funktion des Radius durch eine lineare Funktion charakterisiert. Das zweite Glied in Gleichung (2). ist jedoch ein Term 3ter Ordnung, der zeigt, dass die „Hencky”-Membran im Randbereich steiler ist als eine Parabel (ähnlich der sphärischen Aberration eines sphärischen Spiegels).For a parabola, the slope of the surface as a function of the radius is characterized by a linear function. The second term in equation (2). however, is a 3rd order term that shows that the "Hencky" membrane is steeper in the periphery than a parabola (similar to the spherical aberration of a spherical mirror).

H. Kleinwächter errechnete die Spannungszustände (Längs- und Querspannungen) in einer solchen luftdruckverformten Membrane, und erkannte, dass eine ursprünglich plane Membran in systematischer Weise anisotrop vorgespannt werden muss, damit sie nach definierter Druckbeaufschlagung eine exakt parabolische Form einnimmt. Hierzu wird ein infinitesimal kleines Flächenelement einer Folie betrachtet, das unter dem Druck p verformt wird. Biegespannungen in der Folie sollen als vernachlässigbar klein angenommen werden, vgl. 11.H. Kleinwächter calculated the stress states (longitudinal and transverse stresses) in such an air-pressure-deformed membrane and realized that an originally planar membrane had to be biased anisotropically in a systematic manner, so that it assumed an exactly parabolic shape after defined pressurization. For this purpose, an infinitesimally small surface element of a film is considered, which is deformed under the pressure p. Bending stresses in the film should be assumed to be negligible, cf. 11 ,

Für den Gleichgewichtsfall kann das Kräftegleichgewicht zwischen der durch den Druck verursachten Kraft F_p und den durch die Rückhaltespannungen verursachten Kräfte F_σ₁ und F_σ₂ aufgestellt werden. F_p = F_σ₁ + F_σ₂ (3) For the equilibrium case, the balance of forces between the pressure caused by the force F _p and the forces caused by the restraint _voltages F _σ₁ and F _σ₂ can be placed. F _p = F _σ₁ + _σ₂ F (3)

Anhand 1 können die Größen eingesetzt werden, wobei sich die dem Druck entgegengesetzten Spannungsanteile für kleine Winkel wie in 1b) der 11 dargestellt verhalten. p·ρ₁dα₁·ρ₂dα₂ = σ₁dα₁·s·ρ₂dα₂ + σ₂dα₂·s·ρ₁dα₁ (4) Based 1 The sizes can be used, with the voltage components opposite to the pressure for small angles as in 1b) of the 11 behave behaved. p · ρ ₁ dα ₁ · ρ ₂ dα ₂ = σ ₁ dα ₁ · s · ρ ₂ dα ₂ + σ ₂ dα ₂ · s · ρ ₁ dα ₁ (4)

Umstellen von Gleichung (4) führt zu σ₁ / ρ₁ + σ₂ / ρ₂ = p / s (5). Switching from equation (4) leads to σ₁ / ρ₁ + σ₂ / ρ₂ = p / s (5).

Dazu wird vorausgesetzt, dass die unter Luftdruck verformte Folie die Form eines um die z-Achse rotierenden Paraboloids mit der Brennweite f annimmt. z(x) = 1 / 4fx² (6) For this purpose, it is assumed that the film deformed under atmospheric pressure takes the form of a z-axis rotating paraboloid with the focal length f. z (x) = 1 / 4fx ² (6)

Über die Berechnung der Hauptkrümmungen können, aufgrund der Rotationssymmetrie, die beiden Krümmungsradien des Paraboloides ρ₁ (bzgl. der Breitenkreise) und ρ₂ (in Meridian-Richtung) in Abhängigkeit von nur der Größe x bestimmt werden (vgl. 1).Due to the rotational symmetry, the two curvature radii of the paraboloid ρ ₁ (with respect to the latitude circles) and ρ ₂ (in the meridian direction) can be determined by the calculation of the principal curvatures as a function of only the quantity x (cf. 1 ).

Der Quotient beider Krümmungsradien zueinander ergibt dann ρ₂ / ρ₁ = 1 + ( x / 2f)² (9) The quotient of both radii of curvature to each other then gives ρ₂ / ρ₁ = 1 + (x / 2f) ² (9)

Die Dehnung der Folie in einer Richtung im betrachteten Flächenelement addiert sich aus zwei Komponenten. Die erste Komponente ist die Dehnung, hervorgerufen durch die in dieser Richtung wirkende Spannung. Die zweite Komponente wird durch die Querkontraktion verursacht, welche aus der in der orthogonalen Richtung wirkenden Spannung resultiert. ε₁ = σ₁ 1 / E – σ₂ ν / E bzw. ε₂ = σ₂ 1 / E – σ₁ ν / E (10) The stretching of the film in one direction in the surface element under consideration is added up by two components. The first component is the strain caused by the stress acting in this direction. The second component is caused by the transverse contraction resulting from the stress acting in the orthogonal direction. ε ₁ = σ ₁ 1 / E - σ ₂ ν / E or ε ₂ = σ ₂ 1 / E - σ ₁ ν / E (10)

E bezeichnet hierbei das Elastizitätsmodul des Folienmaterials und ν dessen Poissonzahl, welche das Querkontraktionsverhalten im Material bei Dehnung beschreibt. Das Gleichungssystem aus (10) nach σ₁ und σ₂ aufgelöst, ergibt σ₁ = E(ε₁ + νε₂) / 1 – ν² (11) bzw. σ₂ = E(ε₂ + νε₁) / 1 – ν² (12). E denotes the modulus of elasticity of the film material and ν its Poisson number, which describes the transverse contraction behavior in the material when stretched. The system of equations of (10) is solved for σ ₁ and σ ₂ σ ₁ = E (ε₁ + νε₂) / 1 - ν² (11) respectively. σ ₂ = E (ε₂ + νε₁) / 1 - ν² (12).

Die Formeln (11) und (12) lassen sich nun in (5) einsetzen und man erhält ε₁ = ( 1 / ρ₁ + ν / ρ₂) + ε₂( 1 / ρ₂ + ν / ρ₁) = p( 1 – ν² / sE) (13). The formulas (11) and (12) can now be used in (5) and obtained ε ₁ = (1 / ρ₁ + ν / ρ₂) + ε ₂ (1 / ρ₂ + ν / ρ₁) = p (1 - ν² / sE) (13).

Zusammenfassend für die vorhergehende Betrachtung kann gesagt werden, dass eine plane Folie unter Druckbeaufschlagung genau dann eine Paraboloidform annimmt, wenn die Folienspannungen in der beschriebenen Anisotropie realisiert werden.Summing up for the preceding consideration, it can be said that a flat film under pressure takes on a paraboloidal shape if and only if the film stresses in the described anisotropy are realized.

Aus diesen Betrachtungen heraus entstand das Konzept des Fix-Fokus-Konzentrators. Eine Anordnung einer Anzahl n identischer Foliensegmentspiegel (typisch trapezförmig) rotieren um die Polarachse mit kontinuierlichen 15°/h und reflektieren das Sonnenlicht über die kleine Eintrittsapertur (Brennebene des Spiegels) in einen Hohlraumempfänger. Die saisonale Anpassung (±23,5°) wird über eine zweite Achse, die durch die Aperturebene verläuft, vorgenommen (siehe 1).From these considerations emerged the concept of the fixed-focus concentrator. An array of n identical film segment mirrors (typically trapezoidal) rotate about the polar axis at a continuous 15 ° / h and reflect sunlight over the small entrance aperture (focal plane of the mirror) into a cavity receiver. The seasonal adjustment (± 23.5 °) is made via a second axis passing through the aperture plane (see 1 ).

Es wurden verschiedene Prototypen mit Aperturflächen von 2 m² bis 20 m² realisiert. Mittlere Sonnenlichtkonzentrationen von deutlich über 1.000 Sonnen (mittlere Konzentration c > 1.000) wurden erreicht. Damit eröffnete sich die Möglichkeit des Einsatzes von Hohlraumreceivern und die effektive Erreichung von Prozesstemperaturen bis ca. 2000°C. Der Hauptvorteil des Fix-Fokus-Konzeptes gegenüber klassischen Paraboloidspiegeln (bei denen der Receiver der Sonnennachführbewegung folgen muss), liegt in der mechanischen Entkoppelung schwerer, stationärer Empfänger mit und ohne Speicherwirkung, von der sich bewegenden Leichtbauoptik.Various prototypes were realized with aperture areas of 2 m ² to 20 m ² . Mean sunlight concentrations of well over 1,000 suns (mean concentration c> 1,000) were reached. This opens up the possibility of using cavity receivers and the effective achievement of process temperatures up to approx. 2000 ° C. The main advantage of the fix-focus concept over classic paraboloidal mirrors (where the receiver has to follow the sun tracking motion) lies in the mechanical decoupling of heavy, stationary receivers with and without storage effect, from the moving lightweight optics.

Verschiedene Anwendungsgebiete wurden mit den Prototypen demonstriert:

– Solares Kochen rund um die Uhr unter Verwendung von Stahl oder Sand als Speichermedium
– Betrieb eines thermochemischen, reversiblen Mg – MgH₂ Speichers zum Grundlastbetrieb eines Stirlingmotors
– Themokatalytischer Receiver zur Spaltung von H₂S in H₂ und Schwefel
– Einkoppeln des Lichtes in stationäre Lichtleiter
– Metallurgie und Keramik

Various areas of application were demonstrated with the prototypes:

- Solar cooking around the clock using steel or sand as storage medium
- Operation of a thermochemical, reversible Mg - MgH ₂ storage for the base load operation of a Stirling engine
- Themocatalytic receiver for the cleavage of H ₂ S in H ₂ and sulfur
- coupling the light into stationary light guides
- metallurgy and ceramics

Die Umsetzung exzentrischer Paraboloid-Segmente mit anisotroper Vorspannung in eine rationelle, ökonomisch realisierbare Serienproduktion gelang bisher aus den folgenden Gründen jedoch nicht:

1.) Komplizierte, zeitaufwändige mechanische Vorspannungsmethode
2.) Kriechvorgänge in der Folie – Notwendigkeit der Nachjustierung
3.) Da die Vorspannungen nur im elastischen Bereich der Folienstreckung erfolgen dürfen, führen geringe Vorspannungskräfte zur Windempfindlichkeit der Spiegelsegmente bezüglich Verformung der spiegelnden Membrane.

The implementation of eccentric paraboloid segments with anisotropic bias in a rational, economically feasible series production has not been successful for the following reasons:

1.) Complicated, time-consuming mechanical preload method
2.) Creep in the film - need for readjustment
3.) Since the bias voltages may only take place in the elastic region of the film extension, low biasing forces lead to wind sensitivity of the mirror segments with respect to deformation of the reflecting membrane.

Die Erfinder aus der vorliegenden Anmeldung habe es sich zur Aufgabe gestellt, einen exzentrischen Leichtbau Parabolspiegel zu entwickeln, der die Vorteile des im vorherigen Kapitel geschilderten Fix-Fokus-Spiegels beibehält und verbessert (Ortsfester Brennpunkt, geringes Gewicht, Spiegelformung durch Gas(-Luft)-Druck, aber dessen inhärente Schwächen (komplizierte anisotrope Vorspannung, Verschlechterung der Abbildung durch Fließen des Kunststoffes, zeitaufwendige und teure Herstellung) vermeidet.The inventors of the present application have set themselves the task of developing an eccentric lightweight parabolic mirror, which retains and improves the advantages of the described in the previous chapter fixed-focus mirror (fixed focus, low weight, mirror forming by gas (-air)) Printing, but its inherent weaknesses (complicated anisotropic bias, deterioration of the figure by flow of the plastic, time-consuming and expensive production) avoids.

Dazu waren zwei wesentliche über den bekannten Stand der Technik hinausgehende Entwicklungs- und Erkenntnisschritte nötig. For this purpose, two essential beyond the known prior art development and knowledge steps were necessary.

Als erstes entstand die Idee, die den Fix-Fokus-Spiegel bildenden nicht aus langen Streifen in Meridianrichtung, sondern aus langen Streifen in Rotationsrichtung aus dem Paraboloid zu gewinnen.First of all, the idea arose to extract the fixed-focus mirror not from long strips in the meridian direction but from long strips in the direction of rotation out of the paraboloid.

Die 1 gibt diesen Sachverhalt wieder. Dabei stellt (1) das Ursprungs-Rotationsparaboloid mit dem Fokus F, in dem sich alle senkrecht auf die Eintrittsebene des Paraboloids fallenden Lichtstrahlen vereinigen, dar. Unter (1a) sind drei Fix-Fokus-Segmente, in Meridianrichtung, wie sie aus dem geschilderten Stand der Technik vorbekannt sind, systematisch dargestellt.The 1 reflects this situation. It turns ( 1 ) the original paraboloid of revolution with the focus F in which all rays of light coinciding perpendicularly to the entrance plane of the paraboloid are united. 1a ) are three fixed-focus segments, shown in the meridian direction, as they are already known from the prior art described systematically.

Die sich in Meridianrichtung erstreckenden seitlichen Profile dieser Segmente (2a) müssen sich naturgemäß der Parabelform des Ursprungsparaboloids anschmiegen, also Parabelabschnitte bilden. Die kurzen oberen und unteren die Segmente (1a) begrenzenden Profile (2b) bilden dagegen Kreisabschnitte. Damit sie sich unter Druckbeaufschlagung parabolisch verformen, müssen solche vorbekannten Membranspiegel, wie geschildert, aufgrund der sich in Meridianrichtung ständig ändernden Krümmung gezielt anisotrop vorgespannt werden.The meridian-extending lateral profiles of these segments ( 2a ) must naturally conform to the parabolic shape of the parent paraboloid, ie form parabolic segments. The short upper and lower the segments ( 1a ) limiting profiles ( 2 B ) form on the other hand circle sections. In order for them to deform parabolically under pressure, such previously known membrane levels, as described, must be biased specifically anisotropically due to the curvature that constantly changes in the meridian direction.

Werden die Segmente jedoch erfindungsaspektgemäß, wie durch drei schematisch dargestellte Segmente (1b) dargestellt, in Rotationsrichtung ausgebildet, so werden die kurzen Seiten (3b) in guter Approximation (da sie sich nur über eine kurze Strecke in Meridialrichtung erstrecken) ebenfalls zu Kreisbögen. Die langen Seiten der Begrenzungsprofile (3a) bilden ohnehin präzise Kreisbögen. Aufgrund dieser Umgrenzung mit Kreisbögen, mit per Definition konstanten Krümmungsradien, ist keine anisotrope Vorspannung der Spiegelmembrane mehr nötig. Die als Kegelstumpfabwicklung zugeschnittene Membrane muss nach Befestigung auf dem Rahmen nur noch homogen vorgespannt werden.However, if the segments are according to the invention, as represented by three schematically represented segments ( 1b ), formed in the direction of rotation, the short sides ( 3b ) in good approximation (since they only extend over a short distance in the meridial direction) also to circular arcs. The long sides of the boundary profiles ( 3a ) form precise circular arcs anyway. Due to this boundary with circular arcs, with by definition constant radii of curvature, no anisotropic bias of the mirror membrane is necessary. The membrane cut to form a truncated cone must only be preloaded homogeneously after being fixed to the frame.

Unter kontrollierter Gas(-Luft)-Druckbeaufschlagung bilden die einzelnen Segmente (1b) übereinander angeordnete Kreistonnensegmente, deren Brennpunkte sich in F überlagern. Bei genügendem Schlankheitsgrad der Einzelelemente, stellt die erfindungsaspektgemäße Anordnung eines exzentrischen Paraboloids eine sehr gute Annäherung an den entsprechenden Ausschnitt des Ideal-Paraboloids dar, wie aus 2 hervorgeht.Under controlled gas (air) pressurization, the individual segments ( 1b ) arranged on top of each other circle sun segments whose foci overlap in F. With sufficient degree of slenderness of the individual elements, the erfindungsaspektgemäße arrangement of an eccentric paraboloid is a very good approximation to the corresponding section of the ideal paraboloid, as from 2 evident.

2 stellt vergleichend den Interceptfaktor (relative Größe proportional der Einstrahlleistung) der erfindungsaspektgemäßen Anordnung und des Ideal-Paraboloids über den Durchmesser der Receiverapertur bei Äquinoxstellung des Spiegels dar. Die Konzentrationsverhältnisse des idealen Fix-Fokus-Paraboloids sind nur unwesentlich besser. In der graphischen Darstellung der Intensitätsverteilung ist eine Deformation des Brennflecks kaum erkennbar. In z-Richtung läuft der Brennfleck auf Grund der Formfehler etwas weiter aus, als in y-Richtung. Durch eine günstigere Unterteilung der Spiegelfläche (oben kleinere Segmente als unten) und eine Optimierung der Ausrichtung könnte die Idealparaboloid-Konzentration noch weiter angenähert werden. 2 comparatively represents the intercept factor (relative size proportional to the irradiation power) of the erfindungsaspektgemäßen arrangement and the ideal paraboloid on the diameter of the receiver aperture in equinox position of the mirror. The concentration ratios of the ideal fixed-focus paraboloid are only marginally better. In the graphical representation of the intensity distribution, a deformation of the focal spot is barely recognizable. In the z-direction, the focal spot runs somewhat further due to the shape errors than in the y-direction. By optimizing the subdivision of the mirror surface (smaller segments at the top than at the bottom) and optimizing the alignment, the ideal paraboloid concentration could be further approximated.

Die 3 zeigt den Interceptverlauf eines aus 6 Kreistonnenabschnitten aufgebauten, erfindungsaspektgemäßen Fix-Fokus-Spiegels in Äquinoxstellung.The 3 shows the Interceptverlauf a built up from 6 circle-sections, fiction invention-specific fix-focus mirror in equinox position.

Die Tatsache, dass die Segmente in Rotationsrichtung, wie beschrieben, nur noch homogen vorgespannt werden müssen, führt zur zweiten erfindungsaspektgemäßen Innovation gegenüber dem geschilderten Stand der Technik: Der homogenen pneumatischen Vorspannung der Folien.The fact that the segments in the direction of rotation, as described, only need to be biased homogeneously, leads to the second innovation according erfindungsaspektgemäßen over the described prior art: the homogeneous pneumatic bias of the films.

Dies wird in 4 verdeutlicht. Dabei ist (4) eine transparente, ebene Folie und (5) eine spiegelnde, ebene Folie. Folien (4) und (5) sind an ihrem Rande (6) miteinander luftdicht zusammengefügt.This will be in 4 clarified. Where is 4 ) a transparent, flat film and ( 5 ) a reflective, flat film. Slides ( 4 ) and ( 5 ) are on their edge ( 6 ) are joined together airtight.

Der durch (4) und (5) gebildete Beutel wird als passende Kegelstumpfabwicklung konfektioniert, die anschließend über die Rahmenstruktur (2 × 3a + 2 × 3b) gezogen werden. Entlang der äußeren Peripherie des Rahmens verläuft ein aufblasbarer elastischer Schlauch oder wahlweise ein unelastischer, im Grundzustand flach liegender Pneu (7).The by ( 4 ) and ( 5 ) is made up as a suitable truncated cone, which is then passed over the frame structure (2 × 3a + 2 × 3b ) to be pulled. Along the outer periphery of the frame runs an inflatable elastic hose or optionally an inelastic, flat ground plane tire ( 7 ).

Wird nun im Innern des Schlauchs ein Überdruck p₁ angelegt, dehnt dieser sich aus und übt eine definierte Spannung auf die Folie aus. Hierbei ist die ursprüngliche Vorspannung der Folie nicht von entscheidender Bedeutung, da der Schlauch dies in gewissen Grenzen über seine Ausdehnung kompensiert und die definierte Spannung auf die Folie aufrechterhält. Auch Temperaturänderungen in der Folie werden durch den Schlauch auf diese Weise kompensiert.If an overpressure p ₁ is now created inside the tube, it expands and exerts a defined tension on the foil. Here, the original bias of the film is not crucial, since the hose compensates this within certain limits over its extent and maintains the defined tension on the film. Temperature changes in the film are compensated by the hose in this way.

Dieser Sachverhalt wird durch Aufstellen des Kräftegleichgewichts der Zugkräfte der Folien und der entgegenwirkenden Kraft auf den Innenrahmen deutlich (14). Hierbei stellt σ_F die Zugspannung in der Folie, d_F die Dicke der Folie und h_R die Höhe des Innenrahmens dar. p₂ stellt den formgebenden Luftdruck zwischen den Folien (4) und (5) dar, wobei p₁ >> p₂ ist.This situation becomes clear by setting the balance of forces of the tensile forces of the foils and the counteracting force on the inner frame ( 14 ). Here, σ _{F represents} the tensile stress in the film, d _F the thickness of the film and h _R the height of the inner frame. P ₂ represents the shaping air pressure between the films ( 4 ) and ( 5 ), where p is ₁ >> p ₂ .

Der Pneu (7) wird durch das Hilfsprofil (8) in Position gehalten.The tire ( 7 ) is replaced by the auxiliary profile ( 8th ) held in position.

Grundsätzlich kann er als Monoschlauch um die gesamte Rahmenstruktur verlaufen (wobei er in den Eckbereichen 3a–3b in einem festen Kanal verläuft, der seine Knickung verhindert) oder aber aus vier individuell aufblasbaren, linearen Einzelabschnitten bestehen (2 × längs 3a, 2 × längs 3b).Basically, it can run as a mono tube around the entire frame structure (where he in the corner areas 3a - 3b running in a fixed channel, which prevents its buckling) or consist of four individually inflatable, linear individual sections (2 × longitudinal 3a , 2 × along 3b ).

Der unter Druck stehende Schlauch übt einen konstanten Druck auf seine Innenwand aus. Nun kann die Spannung in den Membranen auch anisotrop angelegt werden. Die Spannungs-Anisotropie kann dann über die Rahmenhöhe h_R kontrolliert werden. Diese Anisotropie bleibt auch bei Temperaturänderungen in der Folie erhalten. Alternativ kann die Anisotropie erfindungsaspektgemäß auch erreicht werden, indem statt Variation der Profildicke der Pneu entlang des Membranrandes aus n Teilabschnitten mit unterschiedlichem Innendruck entsteht.The pressurized hose exerts a constant pressure on its inner wall. Now the tension in the membranes can also be applied anisotropically. The voltage anisotropy can then be controlled via the frame height h _R. This anisotropy is maintained even with temperature changes in the film. Alternatively, the anisotropy can also be achieved according to the invention by producing, instead of varying the profile thickness of the tire along the membrane edge, from n subsections with different internal pressure.

Die Randschweißung (6) ist in ihren Krümmungsradien analog zu den Krümmungsradien des formgebenden Profils (3a) ausgeführt. Da die Folien (4) und (5) bevorzugt aus hochtransparenten und lichtbeständigen Fluorpolymerfolien bestehen, die jedoch aufgrund ihrer hohen Schmelzpunkte recht schwierig über klassische Widerstandsheizungen mit definierten Andruck zu verbinden sind, sollen bevorzugt zwei Methoden verwendet werden, die diese Problematik elegant lösen: Das Verschmelzen mittels Ultraschallschwingungen oder mittels gezielter Laserstrahleinkopplung. Beide Methoden erlauben auch eine präzise Ausbildung der verlangten Kontur der Schweißnaht (6).The edge welding ( 6 ) is in its radii of curvature analogous to the radii of curvature of the shaping profile ( 3a ). Because the slides ( 4 ) and ( 5 ) preferably consist of highly transparent and light-resistant fluoropolymer films, but which are quite difficult to connect via conventional resistance heaters with defined pressure due to their high melting points, preferably two methods are used, which elegantly solve this problem: The fusion by means of ultrasonic vibrations or by targeted Laserstrahleinkopplung. Both methods also allow a precise formation of the required contour of the weld ( 6 ).

Die Materialwahl der Spiegelelemente gemäß 4 ist eine geschickte Option der vorliegenden Erfindung. Um die Hauptkriterien, geringes Gewicht, hohe Präzision und lange Lebensdauer, zu gewährleisten, sind nach gegenwärtigem Erkenntnisstand der Erfinder folgende Materialkombinationen zu bevorzugen:The choice of material of the mirror elements according to 4 is a clever option of the present invention. To ensure the main criteria, low weight, high precision and long life, according to the present state of knowledge of the inventors following material combinations are to be preferred:

Material des SpiegelkissensMaterial of the mirror cushion

Fluorpolymerfolien, insbesondere ETFE in Materialstärken zwischen 100 μm und 150 μm; Sonnenlichttransmission der transparenten Folie (4) ≥ 95%. Lebensdauer: > 30 Jahre. Schmutzabweisend. Als pneumatisches Kissen hagelfest. Reflektierende Folie bevorzugt mit aufgesputtetem Aluminium-Reflektor versehen: damit kann auch Ultraviolettes Sonnenlicht im Fokus konzentriert werden, da die Folien auch für das natürliche UV-Spektrum (300–400 nm) hochtransparent sind. Deswegen ist die erfindungsaspektgemäße Spiegeltechnologie auch sehr gut zur Kombination mit fotochemischen und fotokatalytischen Receiver geeignet (die in der Regel von der ortsfesten Anordnung sehr profitieren).Fluoropolymer films, in particular ETFE in material thicknesses between 100 microns and 150 microns; Sunlight transmission of the transparent film ( 4 ) ≥ 95%. Lifetime:> 30 years. Stain-resistant. Hail as a pneumatic pillow. Reflective foil preferably provided with puttied aluminum reflector: so that ultraviolet sunlight can be concentrated in focus, since the films are highly transparent for the natural UV spectrum (300-400 nm). For this reason, the mirror technology according to the invention is also very well suited for combination with photochemical and photocatalytic receivers (which as a rule benefit greatly from the stationary arrangement).

Material des SpiegelrahmensMaterial of the mirror frame

Aus Gewichtsgründen, wenn metallisch, Aluminiumprofile. Besonders gut geeignet sind außerdem nichtmetallische Faserverbundmaterialien.For weight reasons, if metallic, aluminum profiles. In addition, non-metallic fiber composite materials are particularly well suited.

Material der VorspannpneusMaterial of the preload tire

Bevorzugt ETFE-Schläuche wegen Lebensdauer unter Lichteinwirkung und geringem Reibungskoeffizienten – dadurch leichte laterale und vertikale Verschiebbarkeit, was die faltenfreie Vorspannung der Reflektor-Membranen erleichtert.Prefers ETFE hoses because of their lifetime under light and low coefficient of friction - thus easy lateral and vertical displacement, which facilitates the wrinkle-free bias of the reflector membranes.

Der Vorspannpneu (6) kompensiert über einen breiten Regelbereich typischerweise Änderungen des Drucks im pneumatischen Spiegel aufgrund von Umgebungs-Temperaturänderungen und ebenso temperaturbedingtes elastisches Verhalten der Folien (4) und (5). Auch ein eventuelles Fließen innerhalb der Folie kann so korrigiert werden. Um jedoch Fließen grundsätzlich auszuschließen, kann besonders die spiegelnde Folie (5) erfindungsaspektgemäß als flexibler, gitterverstärkter Verbund eingesetzt werden. 5 zeigt in schematischer Weise einen solchen Verbund. Dabei ist (5) ein Ausschnitt der spiegelnden Folie, (9) die auf ihrer Unterseite sichtbare Gitterstruktur und (9a) ein typisches Muster dieser flexiblen Gitterstruktur im Rhombenform, die gute Vorspannungen sowohl in Längs- als auch in Querrichtung zulässt. Ein solcher Folienverbund lässt sich – insbesondere nach dem Stand der Fluorfolientechnologie – typischerweise rationell in folgender Weise realisieren: Ein dünnes Gitter aus zugfesten Fasern wird plan positioniert und dann mit einer gelartigen Schicht aus „flüssiger Fluorfolie” so bedeckt, dass keine Rauigkeiten des Gitters durchschlagen. Zuletzt wird ein Verbund der Fluorseite der Folie (5) mit der flüssigen Folienoberfläche durch sanften, flächigen Andruck realisiert und die Flüssigfolie durch Verdampfen des Lösungsmittels in den festen Zustand übergeführt.The preload pneu ( 6 ) compensates over a wide control range typically changes in the pressure in the pneumatic mirror due to ambient temperature changes and also temperature-induced elastic behavior of the films ( 4 ) and ( 5 ). Even a possible flow within the film can be corrected. However, in order to rule out flow in principle, especially the reflective film ( 5 ) erfindungsaspektgemäß be used as a flexible, grid-reinforced composite. 5 shows schematically such a composite. Where is 5 ) a section of the reflective film, ( 9 ) on her Underside visible lattice structure and ( 9a ) is a typical pattern of this diamond-shaped flexible lattice structure, which allows good biases in both the longitudinal and transverse directions. Such a film composite can-in particular according to the state of fluorine film technology-typically be implemented in the following manner: A thin grid of tensile fibers is positioned flat and then covered with a gel-like layer of "liquid fluorine film" so that no roughnesses of the grid penetrate. Finally, a composite of the fluorine side of the film ( 5 ) realized with the liquid film surface by gentle, surface pressure and transferred the liquid film by evaporation of the solvent in the solid state.

Neben dem Vermeiden von Fließen beim Einsatz dieser Folienvariante, kann auch der Vordruck des Spiegelkissens so groß gewählt werden, dass auch stärkere Windbeaufschlagung die optische Präzision der Elemente nicht maßgeblich verschlechtern. Erfindungsaspektgemäß kann der Vorspannungspneu (6) auch zur Erzielung einer weiteren, wichtigen Funktion benutzt werden: Bei konzentrierenden Solarparaboloiden, mit hoher Energiedichte im Fokus, kann die Notwendigkeit auftreten, die Energiezufuhr durch die Strahlung in kurzer Zeit „auszuschalten”. Dies könnte prinzipiell durch ein schnelles Herausfahren des Spiegels aus der Sonnenposition oder durch Einklappen eines Schutzschildes in den Strahlengang geschehen. Ersteres macht aufwendige „Schnellgänge” in der Spiegelnachführung nötig und die zweite Methode muss auf problematische Schutzschilde hoher Wärmebelastung zurückgreifen. Im Falle der vorliegenden Erfindung kann durch rapiden Druckablass der Vorspannpneus die Spiegelgeometrie unmittelbar „entschärft” werden.In addition to avoiding flow when using this film variant, also the form of the mirror cushion can be chosen so large that even stronger exposure to wind does not significantly impair the optical precision of the elements. According to the invention, the preload pnc ( 6 ) can also be used to achieve another important function: in concentrating solar paraboloids, with high energy density in focus, there may be a need to "turn off" the energy input from the radiation in a short time. This could in principle be done by a fast moving out of the mirror from the sun position or by folding a shield in the beam path. The former requires elaborate "overdrive" in the mirror tracking and the second method must resort to problematic shields high heat load. In the case of the present invention, by rapidly depressurizing the biasing tang, the mirror geometry can be "defused" immediately.

Arbeitet man mit fluktuierender Druckluft in den Pneus (6), kann eine gezielte Vibration der Spiegelkissenoberfläche erzielt werden, wodurch erfindungsaspektgemäß Staub, Schmutz und Schnee abgeschüttelt werden können (unterstützt durch die geringe Oberflächenadhäsion der Fluorpolymermembrane).If you work with fluctuating compressed air in the tires ( 6 ), a targeted vibration of the mirror pad surface can be achieved, whereby according to the invention dust, dirt and snow can be shaken off (supported by the low surface adhesion of the fluoropolymer membrane).

Ein geringes Gewicht der Leichtbau-Membransegmente (1–2 kg/m²), wird durch einen Aufbau ähnlich einem Modell-Flugzeugtragflügel erreicht.A light weight of the lightweight membrane segments (1-2 kg / m ² ) is achieved by a structure similar to a model airplane wing.

In 6 ist ein Teilausschnitt eines solchen Segmentes zu sehen. Neben den bereits geschilderten Längs- und Seitenprofilen (3a, 3b), dem Hilfsprofil (8), der oberen transparenten (4) und der unteren spiegelnden Folie (5), sowie dem tonnenförmigen Folienkissen (1b) ist hier die Querstütze (3c) eingezeichnet. Sie verhindert, dass die bei Aufblasen des Kissens (1b), und des hier nicht eingezeichneten Pneus (6), auftretende Querkontraktionskraft auf den Rahmen diesen nicht unzulässig verformt.In 6 is a partial section of such a segment to see. In addition to the already described longitudinal and side profiles ( 3a . 3b ), the auxiliary profile ( 8th ), the upper transparent ( 4 ) and the lower reflective film ( 5 ), as well as the barrel-shaped foil cushion ( 1b ) is here the cross support ( 3c ). It prevents you from inflating the pillow ( 1b ), and of the not shown here Pneus ( 6 ), occurring transverse contraction force on the frame this not unduly deformed.

Das in 6 schematisch dargestellte Segment besitzt aus den geschilderten Gründen trotz extremen Leichtbaus und Membranbauweise eine hohe optische Güte. Allerdings ist es aufgrund der bewusst gewählten geringen Abmessungen des Profilrahmens (Gewicht) gegen Torsion in Längsrichtung relativ empfindlich. Erfindungsaspektgemäß wird diese Torsionsempfindlichkeit zu einem Systemvorteil umgemünzt. Da die einzelnen Spiegelsegmente als Gesamtkonfiguration in ein leichtes torsionsstabiles Gittertragwerk, das als Spiegelträger dient, eingebaut werden, wird die Fähigkeit der Segment-Justierung bei Montage auf den Spiegelträger genutzt.This in 6 For the reasons described, the segment shown schematically has a high optical quality despite its extreme lightweight construction and membrane construction. However, due to the deliberately chosen small dimensions of the profile frame (weight), it is relatively sensitive to torsion in the longitudinal direction. According to the invention, this torsional sensitivity is converted to a system advantage. Since the individual mirror segments are incorporated as an overall configuration in a lightweight torsion-stable lattice support structure, which serves as a mirror support, the ability of the segment adjustment is used when mounting on the mirror support.

In 7 wird der bereits durch 4 erklärte Querschnitt durch ein Spiegelsegment durch eine Montageeinheit (8a) ergänzt, die mittels einer längenverstellbaren Strebe (8b) mit dem Spiegelträger-Raumfachwerk (10) verbunden ist. Erfindungsaspektgemäß werden auf diese Weise mehrere Punkte des Spiegelsegmentrahmens mit dem Raumfachwerk verbunden. Durch optische Beobachtung in der Brennebene können auf diese Weise Einzelsegmente feinjustiert werden.In 7 that is already going through 4 explained cross section through a mirror segment by a mounting unit ( 8a ), which by means of a length-adjustable strut ( 8b ) with the mirror carrier space framework ( 10 ) connected is. In accordance with the invention, in this way several points of the mirror segment frame are connected to the space frame. By optical observation in the focal plane individual segments can be finely adjusted in this way.

Das bis hierher beschriebene Spiegelsegment wirkt als Überdruckspiegel, da zwischen der oberen durchsichtigen Folie und der unterern reflektierenden Folie ein pneumatischer Überdruck aufgebaut wird. Dies hat den Vorteil dass der Reflektor vor der direkten Witterung geschützt ist, jedoch aufgrund des zweimaligen Strahlungsdurchganges durch die Folie (4) ein Reflektionsverlust von ca. 10% auftritt. Eine optische Aluminiumschicht hat ein Reflektionsvermögen von ca. 90%, sodass also effektiv mit einem optischen Wirkungsgrad von ca. 80% zu rechnen ist.The mirror segment described so far acts as an overpressure mirror because a pneumatic overpressure is built up between the upper transparent film and the lower reflective film. This has the advantage that the reflector is protected from direct weather, but due to the two-time radiation passage through the film ( 4 ) a reflection loss of about 10% occurs. An optical aluminum layer has a reflectivity of about 90%, so that is to be expected effectively with an optical efficiency of about 80%.

Aus 8 geht hervor, dass der in 4 geschilderte Überdruckspiegel durch Anpassung der Bauhöhe des Profiles (3a) prinzipiell auch als Unterdruckspiegel, und somit mit 90% optischen Wirkungsgrad realisiert werden kann. (3a) muss hierbei so hoch gewählt werden, dass sich die spiegelnde (5) und die transparente Folie (4) nicht berühren, wenn im Raum zwischen (4) und (5) ein Brennweitenabhängiger Unterdruck eingestellt wird.Out 8th it appears that the in 4 described overpressure level by adjusting the height of the profile ( 3a ) can be realized in principle as a negative pressure mirror, and thus with 90% optical efficiency. ( 3a ) must be chosen so high that the specular ( 5 ) and the transparent film ( 4 ) do not touch when in the space between ( 4 ) and ( 5 ) A focal length-dependent negative pressure is set.

In 9 wird schematisch der Aufbau eines erfindungsaspektgemäßen exzentrischen Leichtbau-Membranparaboloids mit sechs Segmenten dargestellt. In 9 schematically the structure of an inventive eccentric lightweight membrane paraboloid is shown with six segments.

Die sechs Spiegel sind in der besprochenen Weise auf den als Raumfachwerk aufgebauten Spiegelträger befestigt. Die Drehachse des parallaktisch montierten Spiegels geht durch den Mittelpunkt des Drehkranzes (11) und zeigt (auf der nördlichen Erd-Halbkugel) zum Polarstern. Damit beträgt die Winkelgeschwindigkeit der Tagesnachführung konstant 15°/min. Aufgrund der hohen Lichtkonzentration die in relativ kleinem Raumwinkelbereich auf die Brennebene trifft, wird das Licht durch eine Pupille mit dem Durchmesser des Brennfleckes in einen hocheffektiven Hohlraumreceiver (13) eingekoppelt. Die saisonale Nahführung (12) des Spiegels in Funktion der Sonnenhöhe (±23,5°) (Elevation) wird über eine zweite Drehachse, die horizontal durch die Mitte des Drehkranzes verläuft, bewerkstelligt.The six mirrors are fixed in the manner discussed on the designed as a space frame mirror carrier. The axis of rotation of the parallactically mounted mirror passes through the center of the turntable ( 11 ) and shows (on the northern hemisphere) to the Polarstern. Thus, the angular velocity of the day tracking is constant 15 ° / min. Due to the high concentration of light which impinges on the focal plane in a relatively small solid angle range, the light is transformed by a pupil with the diameter of the focal spot into a highly effective cavity receiver (US Pat. 13 ) coupled. The seasonal Nahführung ( 12 ) of the mirror as a function of the sun's altitude (± 23.5 °) (elevation) is accomplished via a second axis of rotation which extends horizontally through the center of the slewing ring.

Aufgrund des Leichtbaus von Spiegel und Spiegelträger sind die in Funktion der Spiegelstellung auftretenden exzentrischen Drehmomente, sowie die Verstellung der Elevation ohne aufwendige mechanische Konstruktionen möglich.Due to the lightweight construction of the mirror and the mirror carrier, the eccentric torques occurring as a function of the mirror position, as well as the adjustment of the elevation, are possible without complicated mechanical constructions.

Mit pneumatisch geformten Konzentrationsspiegeln sind Oberflächenguten von ca. 3 mrad realisierbar. In 9b ist zu sehen, dass mit der in 9 dargestellten Spiegelgeometrie Interceptfaktoren von nahezu 100% realisierbar sind.With pneumatically shaped concentration mirrors surface qualities of approx. 3 mrad can be realized. In 9b you can see that with the in 9 mirror geometry intercept factors of almost 100% can be realized.

Der Haupteffekt der Erfindung liegt darin, das große Potential der Sonne insbesondere zur dezentralen Nutzung in Dörfern und Siedlungen des Südens zum Einsatz zu bringen. Solare Hochleistungsoptiken, die aufgrund der geschilderten Besonderheiten der Erfindung in Form von kostengünstigen, leichten und einfach zu montierenden und zu wartenden Bausätzen (Assembly Kits) zum Einsatz kommen, können sehr bedeutende Beiträge zur lokalen Autonomie, Lebensqualität und Werteschaffung erbringen.The main effect of the invention is to bring the great potential of the sun, especially for decentralized use in villages and settlements of the South to use. High-performance solar optics, which are used in the form of low-cost, lightweight and easy-to-install and maintain assembly kits due to the specific features of the invention, can make very significant contributions to local autonomy, quality of life and value creation.

Ein breites Anwendungsspektrum – angefangen mit solarem Kochen rund um die Uhr, über Wasseraufbereitung im konzentrierten, natürlichem UV-Licht, bis hin zum Betrieb einfacher Stirling-Maschinen für Kraft, Strom und Kälte werden damit möglich.A wide range of applications - from solar cooking around the clock, to water treatment in concentrated, natural UV light, to the operation of simple Stirling machines for power, electricity and cooling.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

https://en.wikipedia.org/wiki/parbolspiegel, accessed July 13, 2015 [0002]

Claims

Sunlight bundling mirror for a solar power plant, comprising a plurality of strip-shaped segments for shaping an incident solar light to a focus-reflecting surface, characterized in that the segments have a tangential extension.

Mirror according to claim 1, characterized in that it has differently shaped segments.

Mirror according to claim 2, characterized in that it has on the exit side of the parabolic mirror narrower shaped segments than the crest side.

Mirror according to one of the preceding claims, characterized in that the mirror is shaped as a parabolic mirror.

Mirror according to one of claims 1 to 3, characterized in that a segment of a Rotationsparaboloidform has different edges, in particular circular arc segment-shaped edges.

Mirror according to one of the preceding claims, characterized in that it has recesses relative to a complete rotary body, in particular at least 50% of the surface of the rotary body.

Mirror for sunlight bundling for a solar power plant, comprising a plurality of segments for shaping an incident solar light to a focus reflecting surface, in particular mirror according to one of the preceding claims, characterized in that the segments have a shaping pneumatic positive or negative pressure relative to an ambient pressure.

Mirror according to claim 7, characterized in that a segment comprises a transparent film and a reflective film, wherein the transparent film and the reflective film are airtight to each other connected to a bag, in particular welded together.

Mirror according to claim 7 or 8, characterized in that a segment has a support frame.

Mirror according to one of claims 7 to 9, characterized in that a segment comprises an inflatable tensioning element, in particular a hose, especially with along a circumference different internal pressure chambers.

Mirror for sunlight bundling for a solar power plant, comprising a plurality of segments for shaping an incident solar light to a focus reflecting surface, in particular mirror according to one of the preceding claims, characterized in that the segments are designed as mirror pads , having a fluoropolymer film.

Mirror according to claim 11, characterized in that a mirror pad comprises ethylene-tetrafluoroethylene (ETFE).

Mirror according to claim 11 or 12, characterized in that a transparent film is used with a thickness between 50 .mu.m and 200 .mu.m, in particular between 100 .mu.m and 150 .mu.m.

Mirror according to one of claims 11 to 13, characterized in that a mirror foil is provided with an aluminum layer, in particular with a sputtered aluminum reflector.

Sunlight bundling mirror for a solar power plant, comprising a plurality of segments for shaping an incident solar light to a focus reflecting surface, in particular a mirror according to any one of the preceding claims, characterized in that the segments have a mirror foil, wherein the mirror foil has a mechanically reinforcing lattice structure on its non-reflective rear side.

Mirror according to claim 15, characterized in that the lattice structure is rhombic.

A method for operating a solar power plant with a mirror for sunlight bundling for the solar power plant, comprising a plurality of segments for shaping an incident solar light to a focus reflecting surface, in particular for operating the solar power plant with a mirror according to any one of the preceding claims, characterized in that the segments for Reduce the bundling effect in an emergency mode gas-evacuated or gas-filled.

A method for operating a solar power plant with a mirror for sunlight bundling for the solar power plant, comprising a plurality of segments for shaping an incident solar light to a focus reflecting surface, in particular for operating the solar power plant with a mirror according to any one of the preceding claims, characterized in that the segments fluctuating compressed air in order to clean their surface.

Solar power plant with a mirror for concentrating sunlight, wherein the mirror is mounted on a spatial framework-like mirror carrier incident solar light reflecting to a focus and the mirror carrier is equipped with a preferred motorized Tagesnachführung, the Tagesnachführung is adapted to rotate the mirror support about an axis of rotation and thereby the tracking the changing direction of incidence of the sun, characterized in that the axis of rotation is aligned in a structure of the solar power plant in the northern hemisphere to the North Star and the Tagesnachführung is set to rotate the mirror when motorized at an angular velocity of 15 ° / min about the axis of rotation , but to leave the focus and a focus on the receiver stationary.

Solar power plant according to claim 20, characterized in that a seasonal tracking is provided, which is adapted to tilt the mirror but at least 15 °, preferably over at least 20 °, in particular about 23.5 ° about a tilt axis, wherein the tilt axis horizontal through the middle of the turntable.

Solar power plant with a mirror for concentrating sunlight, wherein the mirror is mounted on a spatial framework-like mirror carrier incident solar light reflecting to a focus and the mirror carrier is equipped with a preferred motorized Tagesnachführung, the Tagesnachführung is adapted to rotate the mirror support about an axis of rotation and thereby the tracking the changing direction of incidence of the sun, characterized in that a control is provided, which has a focus sensor, a controller and a deformation motor, wherein the controller is data-connected to the focus sensor and is operatively connected to the deformation motor, wherein the controller is adapted to in Operation of the solar power plant to keep the focus of the collimated sunlight by means of a deformation of at least one segment of the mirror at a desired value.