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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Parabolrinnenkollektoreinheit mit mehreren in einer Reihe angeordneten Paralbolrinnenkollektormodulen, wobei jedes Parabolrinnenkollektormodul ein Absorberrohr und einen Solarstrahlung auf das Absorberrohr fokussierenden Parabolreflektor aufweist und mit einer Antriebsvorrichtung die mehrere oder alle der Parabolrinnenkollektormodule zum Nachführen gemäß dem Sonnenstand und zum Rückführen in eine Ausgangsposition antreibt, wobei die Parabolreflektoren um eine Drehachse verschwenkt werden.
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Solarthermische Kraftwerke nutzen die Energie des Sonnenlichts zur Erwärmung eines Wärmeträgermediums, wobei die Wärme häufig zur Stromerzeugung genutzt wird. Die Solarstrahlung wird mittels optischer Konzentratoren auf einen Absorber fokussiert, in welchem das Wärmeträgermedium zirkuliert. Die optischen Konzentratoren stellen den größten Investitionsposten von solarthermischen Kraftwerken dar und beeinflussen deren Wirkungsgrad maßgeblich.
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Bekannte solarthermische Kraftwerke weisen Parabolrinnenkollektoren auf. Ein Parabolrinnenkollektor enthält eine langgestreckte Kollektorstruktur mit einem parabelförmigen Querschnitt des Parabolrinnenreflektores. Typische Aperturöffnungen betragen 5 bis 7m. Einzelne Parabolrinnenkollektormodule, die auch "Solarcollector Elements" (SCE) genannte werden, haben eine Länge von ca. 12m. Mehrere derartige Module werden zu einer Parabolrinnenkollektoreinheit zusammengesetzt, die im Allgemeinen in Nord-Südrichtung ausgerichtet ist.
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Die Module einer Einheit werden üblicherweise gemeinsam verschwenkt, um die Parabolreflektoren dem Sonnenstand nachzuführen. Hierzu besitzen die Parabolrinnenkollektoreinheiten im Allgemeinen eine in der Mitte der Parabolrinnenkollektoreinheit angeordnete Antriebsvorrichtung, die die Parabolrinnenkollektormodule einer Parabolrinnenkollektoreinheit zentral antreibt. Um einen zentralen Antrieb der Parabolrinnenkollektormodule einer Parabolrinnenkollektoreinheit zu ermöglichen, sind diese über torsionssteife Strukturen miteinander verbunden. Bei der Verschwenkbewegung der Parabolreflektoren treten jedoch in der Lagerung der Parabolreflektoren Lagerreibungseffekte auf. An einem Ende einer Parabolkollektoreinheit sind ferner flexible Drehdichtungsverbindungen zwischen Absorberrohren benachbarter Parabolrinnenkollektoreinheiten vorgesehen, die als Ball Joints oder Swivel Joints ausgeführt sind. Auch diese Drehdichtungsverbindungen führen zu Reibungseffekten. Aufgrund dieser Reibungseffekte treten insbesondere in den von der Antriebsvorrichtung entfernten Parabolrinnenkollektormodule Torsionseffekte auf, wodurch die gesamte Parabolrinnenkollektoreinheit in sich verdreht wird. Dadurch sind die von der Antriebsvorrichtung entfernt angeordneten Bereiche der Parabolrinnenkollektormodule nicht mehr vollständig auf das Absorberrohr fokussiert, wodurch der Wirkunsgrad der Parabolrinnenkollektoreinheit reduziert ist. Um der Torsion entgegenzuwirken, verwendet man bei längeren Parabolrinnenkollektoreinheiten sehr torsionssteife Stahlstrukturen, die relativ teuer sind. Dennoch kann nicht verhindert werden, dass die Randbereiche einer Parbolrinnenkollektoreinheit nicht mehr vollständig fokussiert sind.
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Bei der Entwicklung von Parabolrinnenkollektoreinheiten ist jedoch die Tendenz, immer längere Einheiten, die aus einer größeren Anzahl von Parabolrinnenkollektormodulen oder aus längeren Parabolrinnenkollektormodulen bestehen, zu verwirklichen. Hierfür ist ein Grund insbesondere das Einsparen von den sehr teuren Antriebsvorrichtungen, so dass versucht wird, in einem aus mehreren Parabolrinnenkollektoreinheiten bestehenden Solarkraftwerk weniger Antriebsvorrichtungen zu verwenden.
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Die Reibungsmomente summieren sich mit zunehmendem Abstand von der Antriebsvorrichtung auf, wodurch sich die Torsion der Parabolrinnenkollektoreinheit insbesondere in deren Endbereiche bemerkbar macht.
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Bei längeren Parabolrinnenkollektoreinheiten besteht somit verstärkt das Problem einer Torsion der Kollektoreinheiten in Richtung zum Randbereich hin.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Parabolrinnenkollektoreinheit zu schaffen, bei der bei der Verwendung von leichteren und kostengünstigeren Kollektorstrukturen der Wirkungsgrad der Parabolrinnenkollektoreinheit verbessert ist. Ferner soll ermöglicht werden, längere Parabolrinnenkollektoreinheiten zu schaffen, die keine Probleme mit einer ineffizienten Fokussierung in den Randbereichen aufweisen.
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Die Erfindung ist definiert durch die Merkmale des Anspruchs 1.
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Die erfindungsgemäße Parabolrinnenkollektoreinheit weist mehrere in einer Reihe angeordnete Parabolrinnenkollektormodule auf. Jedes Parabolrinnenkollektormodul weist ein Absorberrohr und einen Solarstrahlung auf das Absorberrohr fokussierenden Parabolreflektor auf. Die erfindungsgemäße Parabolrinnenkollektoreinheit weist eine Antriebsvorrichtung auf, die mehrere oder alle der Parabolrinnenkollektormodule zum Nachführen gemäß dem Sonnenstand und zum Rückführen in einer Ausgriffsposition antreibt, wobei die Parabolreflektoren um eine Drehachse verschwenkt werden.
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Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einem Parabolrinnenkollektormodul eine Torsionskompensationsvorrichtung mit einem Gewicht angeordnet ist, über die während des gesamten Nachführens mittels der Gewichtkraft des Gewichts ein dem während des Nachführens von einer Antriebsvorrichtung erzeugten Antriebsmoment gleichgerichtetes Drehmoment um die Drehachse auf den Parabolreflektor ausübbar ist. Mittels der Torsionskompensationsvorrichtung kann somit erreicht werden, dass ein zusätzliches Drehmoment auf die Parabolreflektoren der Parabolrinnenkollektormodule, die von der Antriebsvorrichtung angetrieben werden, ausgeübt wird, das den Reibungseffekten, die in den Lagerungen der Parabolreflektoren und/oder an den Absorberrohren angeordneten Drehdichtungsverbindungen auftreten, entgegenwirkt.
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Die Torsionskompensationsvorrichtung ist vorzugsweise an einem von der Antriebsvorrichtung entfernt angeordneten Parabolrinnenkollektormodul angebracht. Vorzugsweise ist die Torsionskompensationsvorrichtung an einem Ende der Parabolrinnenkollektoreinheit angeordnet. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass mehrere Torsionskompensationsvorrichtungen an einer Paraborinnenkollektoreinheit vorgesehen sind. Beispielsweise kann an beiden Enden einer Parabolrinnenkollektoreinheit jeweils eine Torsionskompensationsvorrichtung vorgesehen sein.
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Bei der erfindungsgemäßen Parabolrinnenkollektoreinheit werden die Torsionserscheinungen bei dem Nachführen der Parabolrinnenkollektormodule mittels der Torsionskompensationsvorrichtung reduziert. Dadurch werden auch die Parabolrinnenkollektormodule, die in einem Randbereich einer Parabolrinnenkollektoreinheit angeordnet sind effizienter fokussiert.
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Die erfindungsgemäße Torsionskompensationsvorrichtung ermöglicht ferner, dass die Parabolrinnenkollektormodule einer Parabolrinnenkollektoreinheit eine leichtere und kostengünstigere Kollektorstruktur aufweisen können, da die Parabolrinnenkollektormodule eine im Vergleich zu bisherigen Modulen geringere Torsionssteifigkeit aufweisen müssen. Etwaige auftretende Torsionen bei dem Nachführen können durch die Torsionskompensationsvorrichtung effektiv ausgeglichen werden. Die erfindungsgemäße Parabolrinnenkollektoreinheit kann ferner im Vergleich zu bisherigen Einheiten länger ausgeführt werden, ohne dass zu starke Wirkungsradeinbußen aufgrund der inneren Torsion auftreten.
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Die Torsionskompensationsvorrichtung erzeugt dabei ein Drehmoment, dass dem Antriebsmoment während des Nachführens gleichgerichtet ist, ohne dass eine zusätzliche Antriebsvorrichtung zum Antreiben der Parabolreflektoren notwendig ist. Die Torsionskompensationsvorrichtung arbeitet dabei mit geringem oder keinem energetischen Aufwand. Lediglich beim Rückführen der Parabolreflektoren in ihre Ausgangsposition muss von der Antriebsvorrichtung teilweise ein höheres Drehmoment erzeugt werden als bei den bisherigen Kollektoreinheiten. Die Rückführung der Parabolreflektoren in ihre Ausgangsposition erfolgt jedoch abends, nachts oder am frühen Morgen, wobei zu diesen Tageszeiten aufgrund keiner oder geringer Sonneneinstrahlung keine genaue Fokussierung der Parabolreflektoren auf die Absorberrohre notwendig ist. Daher ist die ungünstige zusätzliche Belastung während der Rückführbewegung für die Effizienz des Parabolrinnenkollektoreinheit irrelevant.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Gewicht frei hängend mittels eines flexiblen Zugmittels an einer Halterung angebracht ist. Über das freihängende Gewicht kann vorteilhafterweise erreicht werden, dass die Gewichtskraft des Gewichtes während des Nachführens in einem gleichen Abstand oder einem im Wesentlichen gleichen Abstand zu der Drehachse des Parabolreflektors wirkt, wodurch ein konstantes bzw. nahezu konstantes Drehmoment erzeugt wird.
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Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Halterung eine Führungsfläche zur Führung des Zugmittels während des Nachführens von einem Anlenkpunkt an der Halterung zu einem Freigabepunkt an der Halterung aufweist. Mittels der Halterung wird somit das Gewicht geführt, so dass auf einfache Art und Weise ermöglicht werden kann, dass die Gewichtskraft des Gewichts ein konstantes bzw. nahezu konstantes Drehmoment auf den Parabolreflektor ausübt.
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Unter Freigabepunkt wird der Punkt verstanden, an dem das Zugmittel die Führungsfläche verlässt, wobei von diesem Punkt an das Gewicht mittels des Zugmittels frei hängt. Der Freigabepunkt ist somit der Punkt, an dem die Gewichtskraft im Wesentlichen an der Halterung mittels des Zugmittels angreift.
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Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Freigabepunkt während des gesamten Nachführens in horizontaler Richtung einen konstanten Abstand A zu der Drehachse aufweist. Dadurch wird erreicht, dass die Gewichtskraft des Gewichts ein konstantes Drehmoment auf den Parabolreflektor ausübt.
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Die Führungsfläche kann beispielsweise als Führungsbahn ausgebildet sein.
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Der Freigabepunkt muss nicht notwendigerweise ein festgelegter Punkt an der Halterung sein. Während des Nachführens des Parabolreflektors kann der Freigabepunkt auch auf der Führungsfläche wandern. Es besteht auch die Möglichkeit, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt, beispielsweise am Ende einer Nachführbewegung, der Freigabepunkt durch den Anlenkpunkt gebildet ist.
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In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass der Freigabepunkt während des Nachführens in horizontaler Richtung einen Abstand A' zu der Drehachse aufweist, der während des gesamten Nachführens um maximal 40% variiert. Mit anderen Worten, der Abstand in horizontaler Richtung zwischen dem Freigabepunkt und der Drehachse muss nicht notwendigerweise konstant sein, sollte sich jedoch in einem vorgebebenen Bereich befinden. Da das auf den Parabolreflektor von dem Gewicht ausgeübte Drehmoment linear von dem Abstand des Freigabepunkts von der Drehachse in horizontaler Richtung abhängt, ist somit bei diesem Ausführungsbeispiel das von dem Gewicht ausgeübte Drehmoment nicht konstant, sondern variiert in einem vorgegebenen Bereich. Da das aufgrund von Reibungseffekten hervorgerufene dem Antriebsmoment während des Nachführens entgegengerichtete Drehmoment nur relativ ungenau bestimmt werden kann und darüber hinaus während der Betriebsdauer der Parabolrinnenkollektoreinheit sich aufgrund von Verschleiß und äußeren Einflüssen verändern kann, kann dieses Drehmoment durch die erfindungsgemäße Torsionskompensationsvorrichtung zumeist nur annähernd ausgeglichen werden. Daher ist das Ausüben eines konstanten Drehmoments durch das Gewicht der Torsionskompensationsvorrichtung nicht unbedingt notwendig. Eine Ausgestaltung, bei der der Abstand A' zwischen Freigabepunkt und Drehachse in einem bestimmten Bereich variiert ist somit ausreichend und kann darüber hinaus auf konstruktiv einfache Art und Weise geschaffen werden.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Führungsfläche eine Krümmung mit einem konstanten Radius aufweist, wobei der Mittelpunkt der Krümmung auf der Drehachse liegt. Mittels einer derart ausgestalteten Führungsfläche lässt sich auf einfache Art und Weise eine Halterung gestalten, bei der der Freigabepunkt während des Nachführens in horizontaler Richtung einen konstanten Abstand A zu der Drehachse aufweist oder zumindest in einem vorgegebenen Bereich variiert. Mittels der Krümmung der Führungsfläche lässt sich in vorteilhafter Weise erreichen, dass der Freigabepunkt auch beim Mittdrehen der Halterung mit dem Parabolreflektor zumindest solange, wie das Zugmittel an der Führungsfläche anliegt, am selben Ort verbleibt.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Halterung eine Kreisform oder eine Kreissektorform aufweist. Auf diese Weise ist eine Führungsfläche, die eine Krümmung mit einem konstanten Radius aufweist, auf konstruktiv einfache Art und Weise bereitstellbar. Die Halterung kann beispielsweise die Form eines Rades oder eines Radabschnitts aufweisen.
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In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass die Halterung als ein an einer Stirnseite eines Parabolrinnenkollektormoduls angeordneter, gekrümmter oder gerader Balken ausgebildet ist, wobei die Führungsfläche auf einer sich in Längsrichtung des Balkens sich erstreckenden Fläche gebildet ist. Eine derartige Ausgestaltung der Halterung ist auf konstruktiv einfache Art und Weise und kostengünstig herstellbar.
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Beispielsweise kann die Halterung an der Stirnfläche des Parabolreflektors angebracht sein. Die Ausgestaltung der Halterung als gekrümmter Balken ermöglicht in vorteilhafter Art und Weise die Ausführungsform der Erfindung, bei der die Führungsfläche eine Krümmung mit konstantem Radius aufweist. Die Ausgestaltung der Halterung als gerader Balken ist auf konstruktiv einfache Art und Weise herstellbar und ermöglicht, dass der Freigabepunkt des Nachführens in horizontaler Richtung einen Abstand zur Drehachse aufweist, der sich in einem vorgegebenen Bereich befindet.
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Der Balken kann beispielsweise an eine Halterungsstrebe des Parabolreflektors, mittels der der Parabolreflektor gelagert ist, angeordnet sein. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Balken in einer Richtung orthogonal zu der Drehachse angeordnet ist.
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In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Halterung beweglich an dem Parabolreflektor befestigt ist. Beispielsweise kann die Halterung antreibbar sein. Durch das Vorsehen einer beweglichen Halterung lässt sich auf den von der Halterung vorgegebenen Abstand in horizontaler Richtung zwischen dem Freigabepunkt und der Drehachse aktiv Einfluss nehmen, indem die Halterung bewegt wird. Dadurch kann das Drehmoment, das von dem Gewicht auf den Parabolreflektor ausgeübt wird, variiert werden. Beispielsweise ist es möglich, vor dem Rückführen die Parabolreflektoren in ihre Ausgangsposition zu verschwenken, so dass während des Rückführens das Gewicht ein geringeres Drehmoment ausübt, das während des Rückführens von der Antriebsvorrichtung aufgebracht werden muss.
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In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass das Gewicht der Torsionskompensationsvorrichtung auf einer vorgegebenen Bahn entlang einer Führungsvorrichtung beweglich angeordnet ist. Die Position des Gewichts ist somit veränderlich, wodurch das von dem Gewicht auf den Parabolreflektor ausgeübte Drehmoment ebenfalls variiert werden kann. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Gewicht über eine Antriebseinrichtung innerhalb der Bahn antreibbar ist. Über die Antriebseinrichtung lässt sich somit eine definierte Position des Gewichts auf der Bahn einstellen.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Bahn geradlinig ausgebildet ist. Die Führungsvorrichtung kann beispielsweise eine Schiene aufweisen, auf der das Gewicht geführt ist vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Bahn orthogonal zur Drehachse verläuft. Beispielsweise kann die Bahn entlang einer Halterungsstrebe des Parabolreflektors angeordnet sein, mittels der der Parabolreflektor gelagert ist.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gewicht auf einer Drehspindel angeordnet ist, die von der Antriebseinrichtung angetrieben ist. Eine derartige Ausbildung der Erfindung hat den Vorteil, dass das Gewicht auf einfache Art und Weise mittels einer rotatorischen Antriebseinrichtung bewegt werden kann. Ferner ermöglicht die Drehspindel, dass das Gewicht bei einem Anhalten der Antriebseinrichtung an der angenommenen Position verbleibt. Somit lässt sich das von dem Gewicht auf den Parabolreflektor ausgeübte Drehmoment in vorteilhafter Weise einstellen.
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Bei einem weiteren Beispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gewicht der Torsionskompensationsvorrichtung durch ein Fluid gebildet ist das in einem Tank angeordnet ist. Das Fluid kann beispielsweise Wasser sein. Eine derartige Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Parabolrinnenkollektoreinheit hat den Vorteil, dass die Größe des Gewichts auf einfache Art und Weise geändert werden kann, indem Fluid in den Tank eingefüllt oder aus diesem abgelassen wird.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Torsionskompensationsvorrichtung eine Pumpvorrichtung und einen Speichertank aufweist, wobei das Fluid zur Veränderung des Gewichts in den Tank pumpbar ist. Dadurch ist auf konstruktiv einfache Art und Weise ein Einfüllen des Fluids in den Tank bzw. ein Ablassen des Fluids aus dem Tank möglich. Der Speichertank kann entfernt von dem Reflektor an einem Parabolrinnenkollektormodul angeordnet sein, beispielsweise an einer Ständervorrichtung des Parabolrinnenkollektormoduls. Der Speichertank wird hierbei nicht mit dem Reflektor mitgeführt, so dass durch den Speichertank und das darin gespeicherte Fluid kein Drehmoment auf den Parabolreflektor ausgeübt wird.
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Speichertank an dem Parabolreflektor angeordnet ist. Das hat den Vorteil, dass das von dem in dem Speichertank gespeicherten Fluid auf den Parabolreflektor ausgeübte Drehmoment während des Antriebs der Parabolrinnenkollektormodule genutzt werden kann, beispielsweise bei dem Rückführen der Parabolreflektoren in ihre Ausgangsposition. Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass der Speichertank an dem in Bezug auf die Drehachse dem Tank gegenüberliegenden Abschnitt des Reflektors angeordnet ist. Das Gewicht des in dem Speichertank gespeicherten Fluids erzeugt somit ein Drehmoment, das dem Drehmoment des Gewichts des Fluids in dem Tank entgegenwirkt. Wird Fluid aus dem Speichertank in den Tank geleitet, führt dies somit dazu, dass das Gewicht von einer Seite des Parabolreflektors auf die andere Seite verlagert wird und somit mit einer geringen Fluidmenge eine große Veränderung der anliegenden Drehmomente erzeugt werden kann. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Tank oder Speichertank mit gleichem Abstand zu der Drehachse angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass, wenn beispielsweise der Tank und der Speichertank den gleichen Füllstand an Fluid aufweisen, das von dem Fluid des Tanks und der Speichertanks erzeugte Drehmoment sich ausgleicht. Dadurch ist die derart ausgebildete Torsionskompensationsvorrichtung auf einfache Art und Weise steuerbar.
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Die erfindungsgemäße Torsionskompensationsvorrichtung mit einem in einem Tank angeordneten Fluid als Gewicht hat den besonderen Vorteil, dass aufgrund des auf einfache Art und Weise veränderbaren Gewichts das von der Torsionskompensationsvorrichtung erzeugte Drehmoment auf einfache Art und Weise gesteuert werden kann. Somit kann das Drehmoment an unterschiedliche Betriebsbedingungen angepasst werden.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass ein Inklinometer an dem Parabolreflektor angeordnet ist, über den der Parabolreflektorwinkel gemessen wird, wobei die Position des Gewichts oder der Füllstand des Tanks in Abhängigkeit von dem gemessenen Reflektorwinkel steuerbar ist. Auch ist es möglich, in Abhängigkeit von dem gemessenen Reflektorwinkel eine bewegliche Halterung des Gewichts zu steuern. Eine derartige Ausbildung der Parabolrinnenkollektoreinheit hat den Vorteil, dass an einem Parabolrinnenkollektormodul der tatsächliche Winkel des Parabolreflektors gemessen wird und mit einem vorgegebenen Winkel verglichen werden kann. Somit kann festgestellt werden, wenn der tatsächliche Winkel des Parabolreflektors aufgrund Torsion von dem Sollwinkel abweicht und es kann mittels der Torsionskompensationsvorrichtung gezielt entgegengewirkt werden, um zu erreichen, dass der Parabolreflektor im Wesentlichen in dem vorgegebenen Sollwinkel angeordnet ist. Beispielsweise kann mittels der von dem Inklinometer ermittelten Daten die Antriebseinrichtung oder die Pumpvorrichtung gesteuert werden. Es besteht auch die Möglichkeit, dass der Parabolreflektorwinkel zusätzlich oder alternativ zu dem Inklinometer über einen Dreh- bzw. Winkelgeber ermittelt wird.
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Auch besteht die Möglichkeit, einen Sonnensensor vorzusehen, der die Position des Parabolreflektors zur Sonne sensiert, wobei mittels des Sonnensensors die Position des Gewichts oder der Füllstand des Tanks gesteuert wird, um eine optimale Position des Parabolreflektors zur Sonne zu erreichen.
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Bei den erfindungsgemäßen Parabolrinnenkollektoreinheiten mit Torsionskompensationsvorrichtung, bei dem das von dem Gewicht der Torsionskompensationsvorrichtung auf den Parabolreflektor ausgeübte Drehmoment veränderbar ist, kann das Verändern des Drehmoments auf zwei unterschiedliche Weisen erreicht werden. Einerseits kann das in einem konstanten Abstand zur Drehachse angeordnete Gewicht verändert werden, in dem beispielsweise eine Flüssigkeit in einem Tank als Gewicht verwendet wird, die in den Tank eingelassen oder aus diesem ausgelassen wird. Ferner besteht die Möglichkeit, den Abstand des Gewichts von der Drehachse zu verändern und somit einen Einfluss auf das Drehmoment zu erreichen. Selbstverständlich können die beiden unterschiedlichen Varianten auch miteinander kombiniert werden.
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Mehrere erfindungsgemäße Parabolrinnenkollektoreinheiten können ein solarthermisches Kraftwerk bilden.
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Eine erfindungsgemäße Parabolrinnenkollektoreinheit kann eine Vielzahl von Parabolrinnenkollektormodulen aufweisen, beispielsweise 14. Ein solarthermisches Kraftwerk kann mehrere Reihen von aneinandergereihten erfindungsgemäßen Parabolrinnenkollektoreinheiten aufweisen. Beispielsweise kann eine sich in Nord-Südrichtung eines solarthermischen Kraftwerks erstreckende Reihe von Parabolrinnenkollektoreinheiten sechs Parabolrinnenkollektoreinheiten aufweisen.
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Eine erfindungsgemäße Parabolrinnenkollektoreinheit kann mit dem folgenden Verfahren betrieben werden: Antreiben mehrerer oder aller Parabolrinnenkollektormodule über eine Antriebsvorrichtung, wobei die Parabolreflektoren der angetriebenen Parabolrinnenkollektormodule um eine Drehachse verschwenkt werden, wobei die Parabolreflektoren in eine Drehrichtung zum Nachführen gemäß dem Sonnenstand angetrieben werden und anschließend in umgekehrte Drehrichtung zum Rückführen in ihre Ausgangsposition, wobei während des Nachführens gemäß dem Sonnenstand an mindestens einem der angetriebenen Parabolrinnenkollektormodule während des gesamten Nachführens mittels einer Gewichtskraft eines Gewichts ein während des Nachführens dem von der Antriebsvorrichtung erzeugten Antriebsmoment gleichgerichtetes Drehmoment um die Drehachse auf den Parabolreflektor ausgeübt wird.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass die Größe des Gewichts verändert wird. Gleichzeitig und alternativ kann vorgesehen sein, dass die Position des Gewichts an dem Parabolreflektor verändert wird. Bei dem Verfahren kann ferner vorgesehen sein, dass während des Nachführens der Parabolreflektorwinkel gemessen wird, wobei die Position des Gewichts oder die Größe des Gewichts in Abhängigkeit von dem gemessenen Parabolreflektorwinkel gesteuert wird. Dadurch kann erreicht werden, dass ein vorgegebener Winkel während des Nachführens zumindest ansatzweise von dem Parabolreflektor erreicht wird.
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Bei dem Verfahren kann vorgesehen sein, dass das Gewicht entlang einer vorgegebenen Bahn verschoben wird. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Gewicht als Flüssigkeit in einem Tank ausgebildet ist, wobei während des Nachführens des Parabolreflektors Flüssigkeit in den Tank eingefüllt wird oder aus diesem abgelassen wird.
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Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Figuren die Erfindung näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Parabolrinnenkollektoreinheit,
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2 eine schematische Draufsicht auf die Stirnseite eines Parabolrinnenkollektormoduls eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Parabolrinnenkollektoreinheit,
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3a–3c Draufsichten auf die Stirnseiten eines Parabolrinnenkollektormoduls eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Parabolrinnenkollektoreinheit in unterschiedlichen Stellungen
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4 eine schematische Draufsicht auf die Stirnseite eines Parabolrinnenkollektormoduls eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Parabolrinnenkollektoreinheit und
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5 eine Draufsicht auf die Stirnseite eines Parabolrinnenkollektormoduls eines vierten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Parabolrinnenkollektoreinheit.
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In 1 ist eine erfindungsgemäße Parabolrinnenkollektoreineheit 1 schematisch in einer perspektivischen Darstellung gezeigt.
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Die Parabolrinnenkollektoreinheit 1 weist mehrere Parabolrinnenkollektormodule 3 auf, die in einer Reihe angeordnet sind. Die Parabolrinnenkollektormodule 3 weisen jeweils einen Parabolreflektor 5 mit einer Reflektorfläche 7 auf. Mittels des Parabolreflektors 5 wird Sonnenlicht, das auf die Reflektorfläche 7 trifft, auf ein Absorberrohr 9 reflektiert, das oberhalb der Reflektorfläche 7 angeordnet ist.
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Die Parabolrinnenkollektormodule 3 weisen jeweils eine Tragstruktur 11 auf, mit der diese an einer Ständerung 13 verschwenkbar gelagert sind. Hierzu weist die Tragstruktur 11 beispielsweise Tragstreben 15 auf, die an den Stirnseiten der Parabolrinnenkollektormodule 3 angeordnet sind.
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Die Tragstrukturen 11 der Parabolrinnenkollektormodule 3 sind über eine Verschwenklagerung 18 mit den Ständerungen 13 verbunden. In den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen ist die Lagerung 18 als Gleitlager ausgebildet, wobei die Absorberrohre 9 durch die Lagerung 18 hindurchgeführt sind, so dass die Drehachse der Parabolreflektoren 5 auf die Mittelachse der Absorberrohre 9 fällt. Selbstverständlich kann die vorliegende Erfindung auch mit Paraborinnenkollektormodulen verwirklicht werden, bei denen die Drehachse der Parabolreflektoren 5 außerhalb der Mittelachse der Absorberrohre 9 liegt und die Absorberrohre 9 mit den Parabolreflektoren 5 verschwenkt werden.
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Die Parabolrinnenkollektoreinheit 1 weist eine Antriebsvorrichtung 19 auf, die an einer zentralen Ständerung 13a der Parabolrinnenkollektoreinheit 1 angeordnet ist. Die Antriebsvorrichtung 19 treibt die Parabolrinnenkollektormodule 3 der Parabolrinnenkollektoreinheit 1 gemeinsam an. Hierzu sind die Parabolrinnenkollektormodule 3 miteinander verbunden und weisen eine nicht dargestellte torsionssteife Struktur auf, die Antriebsmomente der Antriebsvorrichtung 19 auf die benachbarten Parabolreflektoren 5 überträgt.
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Die erfindungsgemäße Parabolrinnenkollektoreinheit 1 kann beispielsweise aus 14 Parabolrinnenkollektormodulen 3 bestehen. Beidseitig der Antriebsvorrichtung 19 sind somit 7 in einer Reihe angeordnete Parabolrinnenkollektormodule 3 angeordnet. Ein Parabolrinnenkollektormodul 3 kann beispielsweise eine Länge von 12 m aufweisen. Das Ende einer Reihe von Parabolrinnenkollektormodulen 3 ist somit etwa 84 Meter von der zentral angeordneten Antriebsvorrichtung 19 entfernt. An den Lagerungen 18 und beispielsweise an flexiblen Dichtverbindungen, die an den Absorberrohren 9 am Ende einer Parabolrinnenkollektoreineheit 1 angeordnet sind, können Reibungseffekte auftreten, die ein den Antriebesmoment der Antriebsvorrichtung 19 entgegengesetztes Moment erzeugen. Dieses Drehmoment summiert sich über die Länge der Parabolrinnenkollektoreinheit 1 ausgehend von der Mitte aus auf, so dass eine Torsion der Parabolrinnenkollektoreinheit von der Mitte zu den Enden hin entstehen kann, wodurch die Fokussierung des Parabolreflektors 5 auf das Absorberrohr 9 zu den Enden der Parabolrinnenkollektoreinheit 1 hin abnimmt.
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Um dies zu verhindern sieht die Erfindung eine in den 2 bis 5 in verschiedener Ausführungsform ausgebildete Torsionskompensationsvorrichtung 21 vor.
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In 2 ist eine Torsionskompensationsvorrichtung 21 an der Stirnseite eines der Parabolrinnenkollektormodule 3 eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Parabolrinnenkollektoreinheit 1 schematisch gezeigt. Die Torsionskompensationsvorrichtung 21 weist eine Halterung 23 auf, die an dem Parabolreflektor 5, beispielsweise an der Tragstrebe 15, befestigt ist. An der Halterung 23 ist an einem Anlenkpunkt 25 ein flexibles Zugmittel 27 befestigt, wobei an dem von dem Anlenkpunkt 25 abgewandten Ende des Zugmittels 27 ein Gewicht 29 hängt.
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Die Halterung 23 weist eine Kreisform auf und besitzt im Wesentlichen die Form eines Rades. Der Mittelpunkt der Kreisform liegt auf der Drehachse D des Parabolreflektors 5.
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Auf einer Stirnfläche der Halterung 23 ist eine Führungsfläche 31 für das flexible Zugmittel 27 gebildet, das das Zugmittel 27 von dem Anlenkpunkt 25 bis zu einem Freigabepunkt 33 führt. An dem Freigabepunkt 33 hängt das Gewicht 29 und der nicht geführte Teil des flexiblen Zugmittels 27 frei von der Halterung 23 nach unten ab. Das Gewicht 29 wird schwerkraftbedingt nach unten gezogen.
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Beim Verschwenken des Parabolreflektors beim Nachführen gemäß dem Sonnentand (in der 2 durch einen entsprechenden Pfeil gekennzeichnet) übt das Gewicht 29 eine Gewichtskraft auf die Halterung 23 auf, wodurch auf den Parabolreflektor 5 während des gesamten Nachführvorgangs ein gleichbleibend konstantes Drehmoment um die Drehachse D ausgeübt wird, das dem Antriebsmoment während des Nachführens gleichgerichtet ist. Dadurch können in der Lagerung 18 auftretende Reibungseffekte kompensiert werden. Der Freigabepunkt 33 weist während des gesamten Nachführvorgangs einen konstanten Abstand A von der Drehachse auf, so dass das von dem Gewicht 29 erzeugte Drehmoment ebenfalls konstant ist. Der Abstand A entspricht bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel dem Radius der Führungsfläche 31 der Halterung 23. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass die Halterung 23 nur eine Kreissektorform aufweist und somit die Halterung 23 nur die Form eines Radabschnittes, beispielsweise eines Halbrades besitzt.
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In den 3a bis 3c ist eine schematische Draufsicht auf die Stirnseite eines Parabolrinnenkollektormoduls eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Parabolrinnenkollektoreinheit 1 dargestellt.
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In 3a ist das Parabolrinnenkollektormodul 3 in einer Ausgangsposition gezeigt. Die Torsionskompensationsvorrichtung 21 weist bei dem in den 3a bis 3c dargestellten Ausführungsbeispiel eine Halterung 23 in Form eines an der Tragstrebe 15 befestigten Balkens 23a auf. Der Anlenkpunkt 25 ist auf der von dem Parabolreflektor 5 abgewandten Ende des Balkens 23a gebildet.
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Bei der in der 3a dargestellten Position ist der Freigabepunkt 33 an dem dem Anlenkpunkt 25 gegenüberliegenden Ende des Balkens 23a gebildet. Der Freigabepunkt 33 ist in horizontaler Richtung mit einem Abstand A' von der Drehachse D beabstandet.
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In 3b ist der Parabolreflektor 5 in einer von der Ausgangsposition verschwenkten Position dargestellt. In dieser Position ist der Parabolreflektor 5 im Wesentlichen horizontal angeordnet, so dass diese Stellung beispielsweise bei dem Höchsten Sonnenstand eingenommen werden kann. Der Balken 23a verläuft in dieser Position in vertikaler Richtung, so dass das Zugmittel 27 quasi vollständig freihängt. Somit bildet der Anlenkpunkt 21 auch den Freigabepunkt 33. Der Abstand A' in horizontaler Richtung zwischen der Drehachse D und dem Freigabepunkt 33 ist etwas größer als in der Ausgangsposition, die in 3a dargestellt ist. Da das Gewicht 29 konstant ist, wird somit in der in 3b dargestellten Position ein gegenüber der in 3a dargestellten Position geringfügig größeres Drehmoment auf den Parabolreflektor 5 ausgeübt.
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In 3c ist der Parabolreflektor 5 in seiner Nachführbewegung weiter verschwenkt dargestellt. Diese Position könnte der Parabolreflektor 5 beispielsweise bei Sonnenuntergang als Endposition einnehmen, bevor dann ein Rückführen in der der Nachführbewegung entgegengesetzter Richtung zur Ausgangsposition erfolgt. In dieser Position hängt das Gewicht 29 vollständig frei von dem Anlenkpunkt 21, der somit auch den Freigabepunkt 33 bildet, herab. Der horizontale Abstand A' von dem Freigabepunkt 33 zu der Drehachse ist gegenüber den in den 3a und 3b dargestellten Positionen wiederum etwas größer, wodurch das auf den Parabolreflektor 5 ausgeübte Drehmoment weiter vergrößert ist. Der Abstand A' variiert somit während der Nachführbewegung um ca. 30%. Das durch Reibungseffekte in der Lagerung 18 hervorgerufene Gegenmoment bei der Nachführbewegung ist nur relativ ungenau bestimmbar, bzw. kann sich durch Umwelteinflüsse und Verschleiß ändern. Ein sich änderndes Drehmoment hat somit keinen allzu großen Einfluss auf die Genauigkeit der Fokussierung, bewirkt jedoch eine im Vergleich mit einem Parabolrinnenkollektoreinheit ohne Torsionskompensationsvorrichtung deutlich verbesserte Fokussierung auf das Absorberrohr 9.
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In 4 ist eine Draufsicht auf eine Stirnseite eines Parabolrinnenkollektormoduls 3 eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Parabolrinnenkollektoreinheit 1 schematisch dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht die Besonderheit darin, dass das Gewicht 29 der Torsionskompensationsvorrichtung 21 beweglich auf einer Bahn 35 angeordnet ist. Das Gewicht 29 ist dabei auf einer auf der Tragstrebe 15 angeordneten Schiene 37 geführt. Mittels einer Antriebseinrichtung 39, die in Form eines Motors ausgebildet sein kann, wird eine Drehspindel 41 angetrieben, mittels der das Gewicht 29 entlang der Schiene 37 bewegt werden kann. Auf diese Weise kann der Abstand zwischen dem Gewicht und der Drehachse D verändert werden, wodurch das von dem Gewicht 29 auf den Parabolkollektor 5 ausgeübte Drehmoment veränderbar ist.
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An dem Parabolreflektor 5 ist ferner ein Inklinometer 43 angeordnet, das den Winkel des Parabolreflektors 5 misst. Der gemessene Winkel kann mit einem Sollwinkel abgeglichen werden, der bspw. rechnerisch ermittelt wird. Durch das Verschieben des Gewichts 29 und das somit sich verändernde Drehmoment, das auf den Parabolreflektor 5 ausgeführt wird, kann somit die durch die durch die Lagerreibung entstehende Torsion des Parabolreflektors 5 weitestgehend und sehr genau ausgeglichen werden, so dass der Parabolreflektor 5 im Wesentlichen den vorgegebenen Winkel einnimmt und somit sehr effiziert fokussiert.
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In 5 ist eine schematische Draufsicht auf die Stirnseite eines Parabolrinnenreflektormoduls 3 eines vierten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Parabolrinnenreflektoreinheit 1 gezeigt.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Torsionskompensationsvorrichtung 21 mit einem Gewicht 29 versehen, das aus einem Fluid 29a besteht, das in einem Tank 29b angeordnet ist. Das Fluid kann beispielsweise Wasser sein.
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An dem Tank 29b ist eine Leitung 45 angeschlossen, mittels der Fluid in den Tank 29b eingelassen oder aus diesem ausgelassen werden kann. Dadurch ist das Gewicht 29, das ein Drehmoment auf den Parabolreflektor 5 ausübt, veränderbar. Das Einlassen und Auslassen des Fluids kann über eine Pumpvorrichtung 47 erfolgen. Diese kann, wie in 5 dargestellt ist, an der Ständerung 13 angeordnet sein. Die Leitung 45 kann mit einem Speichertank 49 verbunden sein, der das nicht als Gewicht 29 genutzte Fluid speichert. Der Speichertank 49 kann entfernt von dem Parabolreflektor 5 beispielsweise an der Ständerung 13 angeordnet sein oder, wie in 5 dargestellt ist, ebenfalls an dem Paraborreflektor 5, beispielsweise an der Tragstrebe 15 befestigt sein.
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Das als Gewicht 29 in dem Tank 29b angeordnete Fluid ist in dem Speichertank 49 angeordnet und übt somit ebenfalls ein Drehmoment auf den Parabolreflektor 5 aus. Dies hat den Vorteil, dass beispielsweise beim Rückführen des Parabolreflektors 5 das Fluid vollständig aus dem Tank 29b in den Speichertank 49 umgepumpt werden kann, so dass das nunmehr in dem Speichertank 49 enthaltene Fluid ein Drehmoment ausübt, das dem Antriebsmoment während der Rückführbewegung gleichgerichtet ist. Dadurch ist das für die Rückführbewegung aufzubringende Antriebsmoment geringer, da kein dieser Bewegung gegengerichtetes Drehmoment durch das Gewicht 29 existiert. Ferner ist durch das Vorsehen eines Tanks 29b und eines Speichertanks 49 an dem Parabolreflektor 5 eine Einstellung des von der Torsionskompensationsvorrichtung 21 auf den Parabolreflektor 5 ausgeübte Drehmoment in vorteilhafter weise einstellbar.
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Der Speichertank 49 ist auf der in Bezug auf die Drehachse D von dem Tank 29b gegenüberliegenden Seite des Parabolreflektors 5 angeordnet. Der Abstand des Tanks 29b von der Drehachse D entspricht dem Abstand des Speichertanks 49 von der Drehachse D.
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Der Tank 29b und der Speichertank 49 können verschwenkbar an der Tragstrebe 15 angebracht sein, so dass beim Verschwenken des Parabolreflektors 5 gewährleistet ist, dass die Tanks 29b, 49 stets vertikal hängen.
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Ferner kann bei dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel auch ein Inklinometer 43 vorgesehen sein, das den Winkel des Parabolreflektors 5 misst. Mittels des gemessenen Winkels kann die Pumpvorrichtung 47 gesteuert werden, um den Ist-Winkel des Parabolreflektors 5 einem Sollwinkel anzunähern.
