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Bei Solarkraftwerken werden Reflektoren eingesetzt, um Solarstrahlung zu reflektieren und auf einen Receiver zu konzentrieren.
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Beispielsweise sind sogenannte Turmkraftwerke bekannt, bei denen eine Vielzahl von Heliostaten Solarstrahlung auf einen am Turm befindlichen Receiver reflektieren. Die Heliostaten sind zweiachsig nachgeführte Spiegelsysteme.
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Zu Erreichung hoher Temperaturen sind hohe Konzentrationsfaktoren vorteilhaft, um den Receiver möglichst klein ausgestalten zu können und somit die Abstrahlverluste am Receiver, die bei hohen Temperaturen besonders hoch sind, gering zu halten. Um hohe Konzentrationsfaktoren erreichen zu können, ist eine hohe optische Qualität der Heliostaten erforderlich.
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In Bezug auf die Konzentrationsfaktoren von Heliostaten hat der sogenannte Astigmatismusfehler einen besonders hohen Anteil. Dieser ergibt sich daraus, dass ein Konzentrator nur bei einer bestimmten Einfallsrichtung des Sonnenlichts optimal gekrümmt ist und dass es bei anderen Einfallsrichtungen, wie sie im Tagesverlauf vorkommen, zu einer Strahlaufweitung des Brennflecks kommt. Diese Strahlaufweitung nimmt mit dem Verhältnis der Heliostatgröße zum Abstand zum Receiver zu.
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Daher gibt es eine Tendenz zu kleineren Heliostaten. Bei diesen ist jedoch von Nachteil, dass jeder einen entsprechenden Antrieb, eine Antriebssteuerung sowie eine Verkabelung benötigt. Die Anzahl dieser notwendigen Komponenten steigt somit aufgrund der höheren Anzahl von Heliostaten.
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Für eine genaue Steuerung eines Heliostaten sind sehr präzise Antriebsvorrichtungen notwendig und somit sehr präzise Antriebe und Getriebe zur Übertragung der Antriebsenergie.
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Die Anforderung an die Genauigkeit der Getriebe ist besonders hoch, wodurch es jedoch zu sehr hohen Kosten für die Getriebe kommen kann.
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Eine Möglichkeit besteht auch darin, Getriebe vorzuspannen, um ein Getriebespiel auszugleichen. Die Vorspannung führt jedoch dazu, dass ein Vielfaches des Energiebedarfes gegenüber einem nicht vorgespannten Getriebe für die Bewegung des Heliostaten notwendig ist. Darüber hinaus müssen die Antriebe entsprechend grö-ßer ausgelegt werden.
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Bei herkömmlichen Heliostaten werden zumeist Dickglasspiegel verwendet, die rückseitig beschichtet sind. Die Spiegel haben bei Heliostaten einen großen Kostenanteil. Insbesondere um die Spiegel gegen Umwelteinflüsse zu schützen, muss ein recht hoher Aufwand betrieben und die Spiegelschicht entsprechend ausgestaltet werden.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Reflektor für ein Solarkraftwerk sowie einen Heliostaten mit einem derartigen Reflektor zu schaffen, wobei die Produktionskosten insbesondere für die Spiegel sowie für den Antriebsmechanismus gesenkt sind.
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Der erfindungsgemäße Reflektor ist definiert durch die Merkmale des Anspruchs 1.
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Der erfindungsgemäße Heliostat ist definiert durch die Merkmale des Anspruchs 11.
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Der erfindungsgemäße Reflektor für ein Solarkraftwerk weist eine geformte Spiegelfläche auf. Über die Spiegelfläche lässt sich Solarstrahlung auf einen Receiver des Solarkraftwerks reflektieren. Der Reflektor weist eine Dünnglasschicht auf, auf die zur Bildung eines Dünnglasspiegels eine Spiegelschicht aufgebracht ist. Mittels einer ersten Klebeschicht ist der Dünnglasspiegel auf eine Trägerglasplatte aufgeklebt. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerglasplatte aus Dünnglas ausgebildet ist und dass auf der von dem Dünnglasspiegel abgewandten Seite der Trägerglasplatte langgestreckte erste Glasstreifen mittels einer zweiten Klebeschicht aufgebracht sind.
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Dünnglasspiegel, die beispielsweise eine Dicke von 1 bis 2 mm aufweisen, haben gegenüber Dickglasspiegeln (Dicke ca. 4 mm) eine 2 bis 3 % höhere Reflektivität, da in der dünneren Glasschicht weniger Strahlung absorbiert wird. Um die notwendige Festigkeit zu schaffen, wird der Dünnglasspiegel mittels der ersten Klebeschicht auf eine Trägerglasplatte aufgeklebt. Vorzugsweise befindet sich dabei die erste Klebeschicht zwischen der Spiegelschicht und der Trägerglasplatte. Dadurch, dass die Trägerglasplatte als Dünnglas ausgebildet ist, ist diese ausreichend flexibel, um die gewünschte Krümmung zu formen. Die Verklebung des Dünnglasspiegels auf der Trägerglasplatte erfolgt dann im gekrümmten Zustand.
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Um eine ausreichende Stabilität des Reflektors zu gewährleisten, sind auf der von dem Dünnglasspiegel abwandten Seite der Trägerglasplatte die langgestreckten ersten Glasstreifen aufgeklebt. Diese sorgen für eine höhere Steifigkeit der Trägerglasplatte.
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Da die ersten Glasstreifen langgestreckt sind, müssen diese im Wesentlichen nur einachsig gekrümmt sein, wodurch die ersten Glasstreifen auch eine größere Dicke von beispielsweise >2 mm aufweisen können. Die ersten Glasstreifen können beispielsweise eine Dicke zwischen 3 und 5 mm aufweisen.
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Die Trägerglasplatte ist vorzugsweise zwischen 1,5 und 2,5 mm, besonders bevorzugt 2 mm dick.
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Die ersten Glasstreifen können in ihrer Längsrichtung eine Erstreckung aufweisen, die mindestens das Fünffache ihrer Streckung in ihrer Breitenrichtung beträgt. Auf diese Weise sind die Glasstreifen ausreichend langgestreckt, um sicherzugehen, dass im Wesentlichen nur eine einachsige Krümmung erfolgt.
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Es kann vorgesehen sein, dass mindestens zwei erste Glasstreifen parallel zur Außenkante der Trägerglasplatte angeordnet sind. Beispielsweise können die mindestens zwei ersten Glasstreifen sich in der Mitte der Trägerglasplatte kreuzen.
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Die Trägerglasplatte und somit der Reflektor kann beispielsweise eine rechteckige Form, vorzugsweise eine quadratische Form, aufweisen, sodass die ersten Glasstreifen als Kreuz auf der Rückseite angeordnet sind und somit eine besonders gute stabilisierende Wirkung auf die Trägerglasplatte ausüben.
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Es kann vorgesehen sein, dass langgestreckte zweite Glasstreifen mittels einer zweiten Klebeschicht auf der von dem Dünnglasspiegel abgewandten Seite der Trägerglasplatte aufgebracht sind, wobei die zweiten Glasstreifen eine von den ersten Glasstreifen unterschiedliche Abmessung aufweisen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die zweiten Glasstreifen in ihrer Breitenrichtung eine geringere Erstreckung aufweisen als die ersten Glasstreifen. Mit anderen Worten: Die zweiten Glasstreifen können schmaler ausgebildet sein als die ersten Glasstreifen.
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Die ersten und zweiten Glasstreifen können insbesondere in Hinblick auf die in der Trägerglasplatte auftretenden Momentenverläufe angeordnet werden und entsprechend den Maximalbelastungen optimiert werden. So können beispielweise die ersten Glasstreifen derart angeordnet werden, dass sie die Hauptträgerglasplatte in Bezug auf die Hauptmomentenverläufe verstärken. Die zweiten Glasstreifen können derart angeordnet sein, dass sie weitere Momente, die in der Trägerglasplatte auftreten können, aufnehmen.
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Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass mindestens zwei zweite Glasstreifen sich in der Mitte der Trägerglasplatte kreuzen.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reflektors ist vorgesehen, dass die Trägerglasplatte rechteckig, vorzugsweise quadratisch, ausgebildet ist, wobei die zwei ersten Glasstreifen parallel zu den Außenkanten der Trägerglasplatte angeordnet sind und sich in der Mitte der Trägerglasplatte kreuzen und die zwei zweiten Glasstreifen in Richtung von Diagonalen der Trägerglasplatte angeordnet sind und sich in der Mitte der Trägerglasplatte kreuzen, wobei die zweiten Glasstreifen eine geringere Erstreckung in ihrer Breitenrichtung aufweisen als die ersten Glasstreifen. Mit anderen Worten: Bei einer Anordnung der Trägerglasplatte, bei der eine Außenkante horizontal verläuft, bilden die zwei ersten Glasstreifen eine +-Form, wohingegen die zwei zweiten Glasstreifen eine x-Form bilden. Eine derartige Anordnung hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt.
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Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die ersten und/oder zweiten Glasstreifen sich bis zur Außenkante der Trägerglasplatte erstrecken. Grundsätzlich kann auch vorgesehen sein, dass sich die ersten und/oder zweiten Glasstreifen mit einem geringen Abstand zu der Außenkante enden. Der geringe Abstand kann beispielsweise maximal 5 % der Länge des entsprechenden Glasstreifens betragen.
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Die Erfindung kann auch vorsehen, dass auf Abschnitten zumindest einige der langgestreckten ersten und/oder zweiten Glasstreifen dritte langgestreckte Glasstreifen mittels einer dritten Klebeschicht aufgebracht sind. Mit anderen Worten: Abschnitte der ersten und/oder zweiten Glasstreifen können durch dritte langgestreckte Glasstreifen mehrschichtig ausgebildet sein, wodurch die Stabilität in diesen Abschnitten entsprechend der möglichen Momentenverläufe weiter erhöht wird. Die dritten Glasstreifen können eine an die Breite der ersten oder zweiten Glasstreifen angepasste Breite aufweisen oder auch schmaler ausgeführt werden.
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Bei dem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Reflektors mit zwei ersten Glasstreifen, die sich in der Mitte kreuzen, und zwei zweiten Glasstreifen, die sich in der Mitte kreuzen, können die dritten Glasstreifen sich in einem mittleren Bereich der jeweiligen Glasstreifen befinden und sich beispielsweise über 50 % der Länge des ersten und/oder zweiten Glasstreifen erstrecken.
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Die erste, die zweite und/oder die dritte Klebeschicht kann als Klebefolie ausgebildet sein. Das Verkleben mittels einer Klebefolie hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, da diese relativ einfach zu verarbeiten ist. Gegebenenfalls muss die Verklebung mittels einer Klebefolie in einem erwärmten Zustand der Dünnglasschicht, der Trägerglasplatte und/oder der entsprechenden Glasstreifen erfolgen, um sicherzustellen, dass die Klebefolie ausreichend elastisch ist, um sich der Krümmung anpassen zu können und dass keine Verwerfungen gebildet werden.
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Die ersten und/oder zweiten Glasstreifen sind jeweils möglichst einstückig ausgestaltet, um in vorteilhafterweise Zugkräfte aufnehmen zu können.
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Ähnlich wie die ersten Glasstreifen können die zweiten und/oder dritten Glasstreifen ebenfalls eine größere Dicke von beispielsweise >2 mm aufweisen. Die zweiten und/oder dritten Glasstreifen können beispielsweise eine Dicke zwischen 3 und 5 mm aufweisen.
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Der erfindungsgemäße Reflektor hat den besonderen Vorteil, dass die verwendeten Materialen in Form von Glasscheiben, Glasstreifen und Klebefolie relativ kostengünstig sind, sodass der Reflektor kostengünstig herstellbar ist.
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Die Rückseite des Dünnglasspiegels ist durch die Trägerglasplatte geschützt, sodass eine relativ günstige Spiegelschutzschicht verwendet werden kann, wie sie üblicherweise nur bei Indoor-Spiegeln zur Anwendung kommt. Die erste Klebeschicht kann lichtundurchlässig ausgebildet sein, um die Spiegelschicht von der rückwärtigen Seite des Reflektor gegenüber UV-Strahlung zu schützen. Dadurch wird die Haltbarkeit des Dünnglasspiegels erhöht bzw. ist keine aufwendige Spiegelschutzschicht wie bei Outdoor-Spiegeln, die die Spiegelschicht vor Witterungseinflüssen wie insbesondere Feuchtigkeit und UV-Strahlung und damit vor Korrosion schützen, erforderlich.
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Der Reflektor kann einen Rahmen aufweisen, der zumindest teilweise entlang der Außenkanten der Trägerglasplatte angeordnet ist. An dem Rahmen kann die Trägerglasplatte befestigt sein. Durch den Rahmen sind der Dünnglasspiegel und die Trägerglasplatte überwiegend an ihrem Rand gelagert. Dies hat den Vorteil, dass Windlasten, die häufig mit Maximallasten am Rand angreifen, in vorteilhafter Weise vom Rahmen aufgenommen werden können.
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Vorzugsweise ist die Trägerglasplatte über die ersten und/oder die zweiten Glasstreifen auf dem Rahmen befestigt. Dazu können an dem Rahmen Befestigungsplatten vorgesehen sein, mit denen die ersten und/oder die zweiten Glasstreifen verbunden, vorzugsweise verklebt werden.
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Bei einer rechteckigen Trägerglasplatte kann sich der Rahmen jeweils mit einem ersten Abschnitt über mindestens 50 % der Länge einer Außenkante der Trägerglasplatte erstrecken. Zweite Abschnitte verbinden dann die ersten Abschnitte und verlaufen schräg, sodass die Ecken der Trägerglasplatte ausgespart sind. Der Rahmen kann somit beispielsweise die Form eines unregelmäßigen Oktagons aufweisen. Eine derartige Form hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt.
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Der erfindungsgemäße Heliostat weist einen Tragständerund einen erfindungsgemäßen Reflektor auf, wobei der Reflektor an den Tragständer verschwenkbar gelagert ist und wobei über die Spiegelfläche des Reflektors Solarstrahlung auf einen Receiver eines Solarkraftwerks reflektierbar ist.
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Der erfindungsgemäße Heliostat kann beispielsweise einen Querträger am Tragständer aufweisen, an dem der Rahmen des Reflektors zur Bildung einer Elevationsachse des Reflektors drehbar gelagert ist. Eine derartige Ausgestaltung hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt. Das Verschwenken des Reflektors erfolgt somit zwischen dem Rahmen des Reflektors und dem Querträger um eine horizontale Achse. Auftretende Kräfte können in vorteilhafter Weise von dem Rahmen auf den Querträger übertragen werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Querträger auf einer vertikalen Pylone des Tragständers zum Bilden einer Azimutachse drehbar gelagert ist. Die Azimutachse verläuft im Wesentlichen vertikal. Somit kann mit einer relativ einfachen Konstruktion sowohl die Azimutachse als auch die Elevationsachse gebildet werden.
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Der erfindungsgemäße Heliostat kann einen Elevationsantrieb aufweisen, wobei der Elevationsantrieb einen ersten Antriebsmotor aufweist, der mittels eines Zugmitteltriebs den Reflektor antreibt. Ein Zugmitteltrieb hat sich als Elevationsantrieb als besonders vorteilhaft herausgestellt.
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Dabei kann in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass der erste Antriebsmotor an dem Querträger befestigt ist und der Zugmitteltrieb als Kettentrieb ausgebildet ist. Ein derartiger Antrieb hat sich als vorteilhaft herausgestellt, da ein einen Kettentrieb aufweisendes Kettengetriebe relativ kostengünstig ist. Darüber hinaus kann die Kette vorgespannt sein, wodurch die Kettengetriebestufe annähernd spielfrei ist, da dann die aus- und auflaufenden Kettenglieder jeweils an Zähnen eines Kettenrads und Ritzel anliegen. Somit ist eine sehr präzise Steuerung des Reflektors in Elevationsrichtung möglich.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Elevationsantrieb ein außen an dem Rahmen angeordnetes Kettenrad aufweist, an den der Kettentrieb angreift. Eine derartige Konstruktion hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, da die gebildeten Kettengetriebestufen auf konstruktiv einfache Art und Weise angeordnet werden kann. Darüber hinaus kann das Kettenrad bei der Anordnung außen an dem Rahmen in beliebiger Größe zur Erzielung eines großen Übersetzungsverhältnisses ausgestaltet werden, ohne dass der Spiegel, die Trägerglasplatte und die Glasstreifen bei der Anordnung des Kettenrads störend ist.
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Ein großes Übersetzungsverhältnis von vorzugsweise etwa 1:10 erlaubt einen Antrieb geringer Leistung und führt damit zu geringeren Kosten. Eine Anordnung unterhalb des Spiegels statt außen am Rahmen ist zu meist ungünstig, da dies häufig eine mittige Aussparung im Spiegel, der Trägerplatte und den Glasstreifen erfordern würde. Dies ist jedoch für den erfindungsgemäßen Reflektor aus Festigkeitsgründen ungünstig, da insbesondere im Zentrum des Reflektors entsprechend den Momentenverläufen das höchste Moment aufgenommen werden muss.
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Eine Anordnung des Kettenrades unterhalb des Spiegels ohne Aussparung, ermöglicht durch einen entsprechend großen Abstand vom Reflektor, ist ungünstig, da dies auf Grund des Eigengewichts des Reflektors zu einem hohen Kippmoment führen würde, das einen teureren Motor größerer Leistung erfordern und zu einem erhöhten Energieverbrauch führen würde.
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Aus diesen Gründen ist eine Anordnung des Kettenrades außen an dem Rahmen insbesondere für einen Heliostaten mit dem beschriebenen Reflektor besonders vorteilhaft.
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An dem ersten Antriebsmotor kann ein entsprechendes Ritzel angeordnet sein, dass den Kettentrieb antreibt. Das durch das Kettenrad, das Ritzel und den Kettentrieb gebildete Kettengetriebe kann in einem Gehäuse angeordnet sein, um gegen Umwelteinflüsse geschützt zu sein.
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Der Elevationsantrieb kann auch einen Seilwindenantrieb aufweisen. Dabei kann die Bewegung über einen Radkranz, der beispielsweise mit dem Rahmen verbunden ist, geführt werden.
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Der erfindungsgemäße Heliostat kann auch einen Azimutantrieb aufweisen, wobei der Azimutantrieb einen zweiten Antriebsmotor aufweist, der mittels eines Zugmitteltriebs den Reflektor antreibt. Dabei kann vorgesehen sein, dass der zweite Antriebsmotor an der vertikalen Pylone befestigt ist und der Zugmitteltrieb als Kettentrieb ausgebildet ist, der an einem an dem Querträger angeordneten Kettenrad angreift. Vergleichbar mit dem Elevationsantrieb kann somit auch der Azimutantrieb kostengünstig und beispielsweise durch Vorspannung des Kettentriebs mit nur geringem Spiel ausgestaltet sein. Auch bei dem Azimutantrieb kann ein Gehäuse für den Kettentrieb und das Kettenrad sowie ein Ritzel, das durch den zweiten Antriebsmotor angetrieben wird, vorgesehen sein.
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Der erste und/oder zweite Antriebsmotor können mittels eines Photovoltaikmoduls und/oder einer Batterie mit Energie versorgt werden. Dadurch ist eine autarke Energieversorgung möglich, wobei gleichzeitig aufwendige Verkabelungen eingespart werden können. Ferner können Mikrocontroller zur Steuerung des ersten und/oder zweiten Antriebsmotors vorgesehen seine, die über Funkkommunikation angesteuert werden.
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Die Ausgestaltung des Heliostaten mit dem Elevationsantrieb und/oder Azimutantrieb mit Kettentrieb hat auch unabhängige erfinderische Bedeutung und ist somit auch unabhängig von der Ausgestaltung des Reflektors hinsichtlich der Spiegelfläche, die durch einen Dünnglasspiegel, der auf einer Trägerglasplatte mit ersten Glasstreifen ausgestaltet ist, verwirklichbar.
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Der Querträger und/oder die vertikale Pylone des Tragständers können zumindest teilweise aus Holz gefertigt sein. Holz ist im Vergleich zu Stahl ein kostengünstiges Material. Darüber hinaus ist die Bearbeitung von Holz günstig, sodass entsprechende Komponenten kostengünstig hergestellt werden können.
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Grundsätzlich verzieht sich zwar Holz über die Lebensdauer, jedoch sind die Zeitspannen, in denen der Verzug erfolgt, relativ groß, sodass diese einfach durch Kalibrierung ausgeglichen werden können, da die Kalibrierungsintervalle wesentlich kürzer sind.
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Da der Querträger und/oder die vertikale Pylone des Tragständers durch den Reflektor weitestgehend vor Regeneinwirkung geschützt werden können, liegt ein sogenannter „konstruktiver Holzschutz“ vor. Dies lässt einen nur geringen Verzug erwarten und ermöglicht eine lange Lebensdauer. Auch das typischer Weise trockene Klima von Solarstandorten ist diesbezüglich vorteilhaft.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Heliostat eine Arretierungsvorrichtung auf, über die der Reflektor in einer Ruhestellung arretierbar ist. Die Ruhestellung kann beispielsweise eine Sicherheitsstellung sein, in der der Reflektor gegenüber Sturm gesichert ist. Die Ruhestellung kann beispielsweise eine horizontale Stellung des Reflektors sein. In der Ruhestellung werden der Dünnglasspiegel und die Trägerglasplatte durch die im Vergleich zu den sogenannten Betriebswindlasten um ein Vielfaches höheren Sturmwindlasten belastet Die Lasten werden dabei in vorteilhafter Weise auf den Rahmen übertragen und von diesem aufgenommen.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Arretierungsvorrichtung Streben aufweist, die mit einem ersten Ende an dem Rahmen befestigt sind und sich in Richtung zu der vertikalen Pylone erstrecken und diese umgreifen, wobei ein zweites Ende der Streben mit einem Verbindungsstück verbunden ist und an dem Verbindungsstück ein erstes Arretierteil angeordnet ist, das mit einem an der vertikalen Pylone angeordneten zweiten Arretierteil zusammenwirkt. Dadurch, dass die Streben die vertikale Pylone umgreifen, ist eine Bewegung des Reflektors aus der Ruhestellung in eine Richtung in der Elevationsrichtung weiterhin möglich, da dann die beabstandeten Streben ausreichend Platz für die vertikale Pylone belassen, wodurch eine Relativbewegung zwischen Pylone und Streben möglich ist. Der Abstand der Streben muss dabei so gewählt sein, dass die Pylone stets ausreichend Platz zwischen den Streben erhält, sodass auch eine Drehbewegung um die Azimutachse weiterhin erfolgen kann.
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Das zweite Arretierteil kann beispielsweise ein Bolzen sein, der horizontal ausgerichtet ist, wobei das erste Arretierteil als Aufnahme für den Bolzen ausgebildet sein kann. Das erste Arretierteil kann somit durch eine horizontale Bewegung mit dem zweiten Arretierteil zusammengeführt werden, wobei die horizontale Bewegung durch die Drehung um die Azimutachse erfolgen kann. Dadurch ist kein separater Antrieb für die Arretierungsvorrichtung notwendig.
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Es kann ferner vorgesehen sein, dass eine weitere Strebe das Verbindungsstück mit dem Rahmen verbindet. Auf diese Weise erhält die Arretierungsvorrichtung eine höhere Stabilität.
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Bei einer Variante mit einem Elevationsantrieb mit Radkranzführung, kann die Arretierungsvorrichtung auch teilweise durch den Radkranz gebildet sein. Beispielsweise kann das erste Arretierteil an einem Ende des Radkranzes ausgebildet sein.
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Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Figuren die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Perspektivdarstellung eines erfindungsgemäßen Reflektors,
- 2 eine schematische Schnittdarstellung der Spiegelfläche des Reflektors,
- 3 eine schematische Perspektivdarstellung des Reflektors von unten,
- 4 eine schematische Perspektivdarstellung des erfindungsgemäßen Heliostaten in einer Einsatzposition,
- 5 eine schematische Detaildarstellung des Elevationsantriebs,
- 6 eine schematische Detaildarstellung des Azimutantriebs,
- 7 eine schematische Perspektivdarstellung des erfindungsgemäßen Heliostaten in einer Ruheposition und
- 8 eine schematische Detaildarstellung der Arretierungsvorrichtung.
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In 1 ist ein erfindungsgemäßer Reflektor 1 für eine Solarkraftwerk schematisch dargestellt. Der Reflektor 1 weist eine geformte Spiegelfläche 3 auf.
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Die Spiegelfläche 3 wird von einem Dünnglasspiegel 5 gebildet. Der Dünnglasspiegel 5 besteht aus einer Dünnglasschicht 7, auf deren einer Seite eine Spiegelschicht 9 aufgebracht ist. Mittels einer ersten Klebeschicht 11 ist der Dünnglasspiegel 5 auf einer Trägerglasplatte 13 aufgeklebt. Die Trägerglasplatte 13 ist ebenfalls aus Dünnglas ausgebildet.
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Auf der von dem Dünnglasspiegel 5 abgewandten Seite der Trägerglasplatte 13 sind langgestreckte erste Glasstreifen 15 mittels einer zweiten Klebeschicht 17 aufgebracht.
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Wie aus 2 ersichtlich ist, wird der Dünnglasspiegel 5 über die Spiegelschicht 9 auf der Trägerglasplatte 13 aufgeklebt. Die einfallende Solarstrahlung, die in 2 durch einen Pfeil dargestellt ist, durchtritt somit zunächst die Dünnglasschicht 7 und wird dann von der Spiegelschicht 9 reflektiert.
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Die Trägerglasplatte 13 schützt die Spiegelschicht 9 gegenüber Umwelteinflüssen. Zusätzlich kann die erstes Klebeschicht 11 lichtundurchlässig ausgestaltet sein, sodass die Spiegelschicht 9 von der Unterseite des Reflektors 1 her gegenüber UV-Strahlung geschützt ist.
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In 3 ist ein erfindungsgemäßer Reflektor 1 von der Unterseite gezeigt. Die ersten Glasstreifen 15 sind parallel zu Außenkanten 13a der Trägerglasplatte 13 angeordnet und kreuzen sich in der Mitte.
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Die Trägerglasplatte 13 weist eine quadratische Form auf. Es sind ferner zweite Glasstreifen 19 vorgesehen, die entlang der Diagonalen der Trägerglasplatte 13 verlaufen. Die zweiten Glasstreifen 19 sind ebenfalls mittels einer zweiten Klebeschicht 17 mit der Trägerglasplatte 13 verklebt. Die zweiten Glasstreifen 19 weisen eine geringere Breite auf als die ersten Glasstreifen 15.
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Im mittleren Bereich der ersten und zweiten Glasstreifen 15, 19 sind dritte Glasstreifen 21 mittels einer dritten Klebeschicht 23 auf die ersten und zweiten Glasstreifen 15, 19 aufgebracht. Diese dienen zur Verstärkung der ersten und zweiten Glasstreifen 15, 19 im mittleren Bereich der Trägerglasplatte 13 entsprechend den möglichen Momentenverläufen, die mittig ein Maximum aufweisen.
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Die Trägerglasplatte 13 ist über die ersten und zweiten Glasstreifen 15,19 auf einem Rahmen 25 befestigt. Der Rahmen 25 erstreckt sich zumindest teilweise entlang der Außenkanten 13a der Trägerglasplatte 13. In mittleren Bereichen der Au-ßenkanten 13a der Trägerglasplatte erstreckt sich der Rahmen 25 entlang der Au-ßenkanten 13a über etwa 50 % der Länge der Außenkanten 13a. Der Rahmen 25 verläuft dann schräg zu der nächsten Außenkante 13a der Trägerglasplatte 13, sodass die Ecken der Trägerglasplatte 13 quasi abgeschnitten und somit ausgespart sind. Der Rahmen 25 weist somit die Form eines unregelmäßigen Oktagons auf.
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Der Rahmen 25 weist Befestigungsplatten 26 auf, mit denen die ersten und die zweiten Glasstreifen 15,19 zur Befestigung der Trägerglasplatte 13 verklebt sind.
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Auf dem Rahmen 25 kann die Trägerglasplatte 13 und somit der Dünnglasspiegel 5 in vorteilhafter Weise gelagert werden. Der Rahmen 25 sorgt zusammen mit den ersten, zweiten und dritten Glasstreifen 15, 19, 21 für die ausreichende Stabilität der Trägerglasplatte 13.
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In 4 ist ein erfindungsgemäßer Heliostat 100 schematisch in einer Perspektivdarstellung gezeigt. Der Heliostat 100 trägt einen erfindungsgemäßen Reflektor 1, der in seiner Einsatzposition verschwenkt ist, sodass über die Spiegelfläche 3 des Reflektors 1 Solarstrahlung auf einen Receiver eines Solarkraftwerks reflektierbar ist.
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Der Reflektor 1 ist an einem Tragständer 110 verschwenkbar gelagert. Der Tragständer 110 besteht aus einer vertikalen Pylone 120 und einem Querträger 130. Der Rahmen 25 ist verschwenkbar an dem Querträger 130 befestigt. Dadurch wird die Elevationsachse gebildet.
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Der Querträger 130 ist um eine vertikale Achse drehbar an der vertikalen Pylone 120 gelagert, wodurch die Azimutachse gebildet ist.
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Der Querträger 130 und/oder die Pylone 120 können beispielsweise zumindest teilweise aus Holz gefertigt sein. Holz ist im Vergleich zu Stahl ein kostengünstiges Material und kann darüber hinaus in vorteilhafter Weise bearbeitet werden. Somit sind Pylone und Querträger 110 kostengünstig herstellbar.
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An einem Ende des Querträgers 130 ist ein Elevationsantrieb 140 angeordnet, der den Reflektor 1 um die Elevationsachse antreibt. Ferner ist an dem oberen Ende der Pylone 120 ein Azimutantrieb 150 angeordnet.
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In 5 ist der Elevationsantrieb 140 schematisch im Detail dargestellt.
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Der Elevationsantrieb 140 weist einen ersten Antriebsmotor 142 auf, der ein Ritzel 144 rotatorisch antreibt. Das Ritzel 144 überträgt die Antriebskraft mittels eines Zugmitteltriebs 146, der als Kettentrieb ausgebildet ist, auf einen außen an dem Rahmen 25 angeordnetes Kettenrad 148. Das Kettenrad 148 ist koaxial mit der Elevationsachse angeordnet. Durch die Drehbewegung wird der Rahmen 25 und somit der Reflektor 1 verschwenkt.
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Dadurch, dass das Kettenrad 148 außen an dem Rahmen 25 angeordnet ist, kann es von einem beliebigen Durchmesser sein, ohne dass die Trägerglasplatte 13 begrenzend für die Größe des Kettenrads 148 ist.
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In 6 ist der Azimutantrieb 150 schematisch dargestellt. Der Azimutantrieb 150 weist einen an der Pylone 120 befestigten zweiten Antriebsmotor 152 auf, der ein Ritzel 154 antreibt. Über einen Zugmitteltrieb 156, der als Kettentrieb ausgestaltet sein kann, wird eine rotatorische Antriebskraft auf einen an dem Querträger 130 angeordnetes Kettenrad 158 übertragen.
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Die Ritzel 144, 154, die Zugmitteltriebe 146, 156 und die Kettenräder 148, 158 des Elevationsantriebs 140 und des Azimutantriebs 150 können in nicht dargestellten Gehäusen angeordnet sein, um diese gegen Umwelteinflüsse zu schützen.
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Die als Ketten ausgebildeten Zugmitteltriebe 146, 156 können vorgespannt sein, wodurch die jeweils gebildeten Kettengetriebestufen annähernd spielfrei sind. Dies wird dadurch erreicht, dass die aus- und auflaufenden Kettenglieder jeweils an den Zähnen der Kettenräder 148, 158 und der Ritzel 144, 154 anliegen. Somit ist eine präzise Steuerung des Reflektors 1 in Elevationsrichtung und Azimutrichtung möglich.
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Der erste und zweite Antriebsmotor 142, 152 können mittels einer nicht dargestellten Batterie und eines nicht dargestellten Photovoltaikmoduls mit Energie versorgt werden. Die Steuerung des ersten und zweiten Antriebsmotors 142, 152 kann über Funk erfolgen.
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Von der in 4 dargestellten Betriebsposition kann der Reflektor 1 in eine Ruhestellung verschwenkt werden, die in 7 dargestellt ist. In dieser Position ist der Reflektor 1 in einer horizontalen Richtung angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass in dieser Position der Reflektor 1 bei hohen Windgeschwindigkeiten die geringste Windangriffsfläche bietet. In dieser Position treten die stärksten Lasten, die durch Turbulenzstrukturen erzeugt werden, die an der Kante einwirken, im Randbereich auf, sodass diese in vorteilhafter Weise von der Trägerglasplatte 13 auf den Rahmen 25 übertragen werden können.
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An der Unterseite des Reflektors 1 ist eine Arretierungsvorrichtung 160 vorgesehen, die zwei Streben 162 aufweist. Die zwei Streben 162 sind parallel angeordnet und mit ihrem ersten Ende mit dem Rahmen 25 verbunden. Vorzugsweise sind die ersten Enden der Streben 162 mit einer der Befestigungsplatten 26 des Rahmens 25 verbunden. Die Streben 162 erstrecken sich schräg nach unten und verlaufen rechts und links an der vertikalen Pylone 120 vorbei, sodass die vertikale Pylone 120 sich zwischen den Streben 162 befindet. An dem zweiten Ende der Streben 162 ist ein Verbindungsstück 164 angeordnet, das die Streben 162 verbindet. Mit dem Verbindungsstück 164 ist eine weitere Strebe 166 verbunden, die sich von dem Verbindungsstück 164 zum Rahmen 25 erstreckt. Vorzugsweise ist die weitere Strebe 166 mit einer der Befestigungsplatten 26 des Rahmens 25 verbunden. Die Streben 162 und die weitere Strebe 166 sind somit an gegenüberliegenden Seiten des Rahmens 25 befestigt. Dadurch wird eine besonders hohe Stabilität der Arretierungsvorrichtung 160 gewährleistet.
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Das Verbindungsstück 164 kann in der dargestellten Ruhestellung mit der Pylone 120 verbunden werden, um den Reflektor 1 in der Ruhestellung zu sichern.
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Dazu ist, wie am besten aus 8 hervorgeht, an dem Verbindungsstück 164 ein erstes Arretierteil 168 und an der Pylone 120 ein zweites Arretierteil 169 angeordnet. Das zweite Arretierteil 169 weist einen Bolzen 170 auf, der sich horizontal erstreckt und in eine entsprechende Öffnung in dem ersten Arretierteil 168 eingreift. Durch eine horizontale Bewegung des ersten Arretierteils 168 relativ zu dem zweiten Arretierteil 169 kann der Bolzen 170 in die Öffnung in dem ersten Arretierteil 168 eingreifen. Die Relativbewegung kann beispielsweise durch ein Verdrehen des Reflektors 1 mittels des Azimutantriebs 150 erreicht werden. Dadurch kann auf einen separaten Antrieb für die Arretierungsvorrichtung 160 verzichtet werden.
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Der erfindungsgemäße Reflektor 1 und der erfindungsgemäße Heliostat 100 ermöglichen, die Produktionskosten für den Heliostaten, insbesondere hinsichtlich Reflektor und dafür geeigneten Antriebsmechanismus, deutlich zu senken. Darüber hinaus ist ein konstruktiv einfacher Aufbau verwirklicht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Reflektor
- 2
- Teil
- 3
- Spiegelfläche
- 5
- Dünnglasspiegel
- 7
- Dünnglasschicht
- 9
- Spiegelschicht
- 11
- erste Klebeschicht
- 13
- Trägerglasplatte
- 13a
- Außenkanten
- 15
- erster Glasstreifen
- 17
- zweite Klebeschicht
- 19
- zweiter Glasstreifen
- 21
- dritter Glasstreifen
- 23
- dritte Klebeschicht
- 25
- Rahmen
- 100
- Heliostat
- 110
- Tragständer
- 120
- Pylone
- 130
- Querträger
- 140
- Elevationsantrieb
- 142
- erster Antriebsmotor
- 144
- Ritzel
- 146
- Zugmitteltrieb
- 148
- Kettenrad
- 150
- Azimutantrieb
- 152
- zweiter Antriebsmotor
- 154
- Ritzel
- 156
- Zugmitteltrieb
- 158
- Kettenrad
- 160
- Arretierungsvorrichtung
- 162
- Streben
- 164
- Verbindungsstück
- 166
- Strebe
- 168
- erstes Arretierteil
- 169
- zweites Arretierteil
- 170
- Bolzen
