DE19931372C1 - Konzentrator zur Fokussierung von Solarstrahlung - Google Patents

Abstract

Ein Konzentrator (2) zur Fokussierung von Solarstrahlung auf einen langgestreckten Absorber (A) hat einen Längsträger (3), an dem in Längsrichtung hintereinander mehrere Querträger (4) angeordnet sind, wobei die Querträger (4) Ausnehmungen (6) zur Aufnahme von Steckzungen (7) aufweisen. Die Steckzungen (7) tragen zwischen zwei Querträgern (4) einen Reflektor (9).

Description

Die Erfindung betrifft einen Konzentrator zur Fokussierung von Solarstrahlung auf einen langgestreckten Absorber, wie bei­ spielsweise in einem solarthermischen Kraftwerk.

Bei Solarkollektoren werden oftmals Rinnensysteme verwendet. Derartige Systeme weisen einen langgestreckten rinnenförmigen Konzentrator auf, der üblicherweise parabolischen Querschnitt hat. Der Absorber, durch den ein Wärmeträgermedium zirkuliert, hat rohrförmige Gestalt und ist in der Brennlinie des Konzen­ trators angeordnet. Die Reflektoren dieser Konzentratoren be­ stehen zumeist aus rückseitig versilbertem Verbundglas, das selbsttragend ist. Diese Glasspiegel haben mit einer Dicke von etwa 6 bis 8 mm ein sehr hohes Gewicht, was sich insbesondere bei großen Aperturweiten, die bis zu 6 m erreichen, bemerkbar macht. Tragkonstruktionen für diese Reflektoren müssen wegen der selbsttragenden Eigenschaften des Verbundglases lediglich das Gewicht der Reflektoren abstützen. Eine formgebende Unter­ stützung des Reflektors ist hier nicht erforderlich.

In der Vergangenheit wurde versucht, den konstruktiven Aufbau von Parabolrinnenkonzentratoren zu vereinfachen, um die Kosten für ein Kraftwerk zu senken. Beispielsweise wurden als Reflek­ toren Folien und andere dünne Schichtspiegel, wie zum Beispiel eloxierte Aluminiumbleche oder Polymerfolien verwendet. Dies brachte gegenüber dem versilberten Verbundglas eine bedeutende Gewichtsersparnis mit sich. Nachteilig ist jedoch, daß diese Dünnschichtspiegel nicht die selbsttragenden Eigenschaften des Verbundglases aufweisen. Daher sind aufwendige Tragkonstruk­ tionen erforderlich, die die Dünnschichtspiegel derart unter­ stützen, daß sie in parabolischer Form gehalten werden. Hinzu kommt, daß die Aperturweite bei Einsatz dieser Dünnschicht­ spiegel vergrößert werden muß, da die Solarreflexion bei Alu­ miniumblechen und Folien etwas geringer ist als bei silberbe­ schichteten optischen Gläsern. Diese Konzentratoren bieten mit ihrer großen Aperturweite dem Wind große Angriffsfläche, so daß stabile Tragkonstruktionen erforderlich sind. Bekannte Tragkon­ struktionen aus Aluminium oder Stahl sind jedoch sehr aufwendig und schwer, was sie entsprechend teuer macht.

Ein weiteres Problem bei großen Aperturweiten ist, daß die Ab­ stände der einzelnen Rinnen zueinander relativ weit sein müs­ sen, damit keine Abschattungen am Morgen und Abend (bei Nord- Süd-Orientierung) entstehen können. Zur effektiveren Nutzung der vorhandenen Grundflächen und zur Reduzierung der Windlast sind Rinnenkonzentratoren in Facetten-Bauweise vorgeschlagen wor­ den. Bei dieser Facetten-Bauweise ist der Konzentrator in meh­ rere Konzentratorsegmente aufgeteilt, die auf einer Höhe des Absorbers nebeneinander angeordnet sind. Diese Konzentratorseg­ mente werden einzeln dem Stand der Sonne nachgeführt, so daß die von den Konzentratorsegmenten reflektierte solare Strahlung stets auf den Absorber konzentriert wird. Auch bei der Facet­ ten-Bauweise ist der Aufbau der Tragkonstruktion für den Re­ flektor problematisch, da die Tragkonstruktion dem Reflektor die Form geben muss und zugleich steif sein muss, um eine Tor­ sion des Reflektors zu vermeiden. Die bisherigen Tragkonstruk­ tionen haben hohes Gewicht und einen komplexen Aufbau, so dass sie schwer zu montieren sind.

Die Offenlegungsschrift DE 197 44 767 A1 zeigt einen Parabol­ rinnenkonzentrator mit mindestens einer rinnenförmig gebogenen Reflektorplatte, die von einer Tragkonstruktion gehalten wird. Die Tragkonstruktion besteht aus mehreren in Längsrichtung der Rinne angeordneten Segmenten aus Holz. Jedes Segment besteht aus mehreren in Querrichtung angeordneten aus Holz bestehenden Rahmen. Die große Anzahl an Holzrahmen führt zu einem relativ hohen Gewicht des Konzentrators.

US 4 611 575 offenbart einen Rinnenkonzentrator mit zwei an den Kanten der Rinne verlaufenden Längsträgern zwischen denen meh­ rere Querträger angeordnet sind, wobei jeweils zwischen zwei Querträgern eine Reflektorplatte getragen ist. Zur Stabilisie­ rung des Rinnenreflektors sind weitere Querträger und Diagonal­ träger vorgesehen, die fachwerkartig in der Apertur des Rinnen­ konzentrators angeordnet sind. Dies hat den Nachteil, dass ein gewisser Anteil der Solarstrahlung abgeschattet wird und somit nicht auf den Absorber konzentriert wird. Deshalb hat dieser Konzentrator einen relativ schlechten Wirkungsgrad. Zudem ist auch dieser Konzentrator relativ schwer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen leichten, sta­ bilen und kostengünstigen Konzentrator zur Fokussierung von So­ larstrahlung zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des An­ spruchs 1 gelöst.

Der erfindungsgemäße Konzentrator besteht aus einem Steck­ system, bei dem die leichtgewichtigen Einzelteile durch Stecken auf einfache Weise zusammengefügt werden. Dies erlaubt eine kostengünstige Bauweise und eine einfach zu handhabende Mon­ tage. Erreicht wird dies bei dem erfindungsgemäßen Konzentrator dadurch, daß in mehreren in Längsrichtung hintereinander an ei­ nem Längsträger angeordneten Querträger Ausnehmungen zur Auf­ nahme von Steckzungen vorgesehen sind, welche einen Reflektor tragen. Dies erlaubt einen sehr einfachen Aufbau der den Re­ flektor in Querrichtung stabilisierenden Querträgern; sie kön­ nen aus einem relativ dünnem Blech bestehen, in dem Ausnehmun­ gen für die Steckzungen vorgesehen sind. Bei der Montage des Konzentrators werden die einzelnen Bestandteile auf den Längs­ träger aufgeschoben und miteinander verbunden. Der Reflektor und die Steckzungen und ggf. auch die Querträger können mitein­ ander kraftschlüssig, beispielsweise mit einer Schraub-, Niet- oder Klebeverbindung verbunden werden.

Die Erfindung schlägt drei Varianten für die Ausbildung der Steckzungen vor.

Gemäß einer ersten Variante sind die Steckzungen separat vom Reflektor ausgebildet. Sind die Steckzungen in die Querträger eingesteckt, ragen zu beiden Seiten des Querträgers Auflagebe­ reiche hervor, auf welchen zwei in Längsrichtung aneinander an­ schließende Reflektoren aufgelegt und befestigt sind. Bei dieser Variante verlaufen die beiden Reflektoren in einer Ebene, so daß eine glatte reflektierende Gesamtfläche entsteht.

Nach einer zweiten Variante der Erfindung sind die Steckzungen fester Bestandteil des Reflektors, wobei die an einer Querseite angeordneten Steckzungen eines Reflektors eine Auflage für einen in Längsrichtung anschließenden weiteren Reflektor bil­ den. Die Steckzungen eines Reflektors ragen also durch den Querträger hindurch und bilden eine Auflage für einen weiteren Reflektor. Die Steckzungen können lediglich an einem Ende des Reflektors ausgebildet sein, so daß die Reflektoren identisch sind. Ebenso ist es aber möglich, zwei Typen von Reflektoren vorzusehen, nämlich einen, der an beiden Seiten Steckzungen aufweist und einen anderen Typen ohne Steckzungen, der auf die Steckzungen der Reflektoren des ersten Typs aufgelegt wird. Bei dieser Variante ist von Vorteil, daß keine separaten Steck­ zungen mehr benötigt werden.

Auch bei der dritten Variante der Erfindung werden keine sepa­ raten Steckzungen benötigt, vielmehr sind die Steckzungen Be­ standteile der Reflektoren. Bei der zweiten Variante der Erfin­ dung kann es bei gewissen Anwendungen nachteilig sein, daß zwei aneinander anschließende Reflektoren im Übergangsbereich eine Stufe bilden. Dies wird bei der dritten Variante vermieden, in­ dem die Steckzungen von zwei anschließenden Reflektoren in die­ selbe Ausnehmung des Querträgers eingreifen, wobei beispiels­ weise die Steckzungen eines Reflektors um eine Reflektordicke abgestuft verlaufen, so daß der auf diesen Steckzungen auflie­ gende zweite Reflektor in derselben Ebene wie der erste Reflek­ tor verläuft. Die Ausnehmungen in den Querträgern haben im Ver­ gleich zu den ersten beiden Varianten der Erfindung eine ver­ größerte Höhe. Vorteilhafterweise wird die Höhe der Ausneh­ mungen derart gewählt, daß die beiden Reflektoren klemmend in ihr befestigt sind, so daß auf eine gesonderte Befestigung der Reflektoren verzichtet werden kann.

Weitere Ausführungsformen sind Gegenstand von Unteransprüchen und werden anhand der Zeichnungen näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Konzentrators in Facetten-Bauweise,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines einzelnen Kon­ zentrators,

Fig. 3 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung in Längs­ schnittdarstellung,

Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel in Längsschnittdarstel­ lung, und

Fig. 5 ein drittes Ausführungsbeispiel in Längsschnittdarstel­ lung.

In Fig. 1 ist eine Solarkraftanlage 1 mit Facetten-Rinnenauf­ bau gezeigt. Mehrere längliche Konzentratoren 2 fokussieren die einfallende Solarstrahlung auf einen längsverlaufenden Asorber A, durch den ein Wärmeträgermedium strömt. Die Konzentratoren 2 sind jeweils drehbar an einem Unterbau T befestigt, so daß sie einzeln dem Stand der Sonne nachgeführt werden können, um ein Maximum an Solarstrahlung auf den Absorber A zu fokussieren.

Anhand der Fig. 2 und 3 wird ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Auf einen längsverlaufenden Längs­ träger 3 sind mehrere Querträger 4 aufgeschoben. Die beiden in Längsrichtung äußersten Querträger 4a sind an dem Längsträger 3 befestigt, beispielsweise mittels Winkeln 5. Die mittleren Querträger 4 hingegen sind an dem Längsträger 3 frei verschieb­ bar. Die Querträger 4 bestehen aus einem relativ dünnen Blech und haben eine zentrale Öffnung, mit der sie auf den Längs­ träger 3 aufgesteckt sind. In dem absorbernahen oberen Bereich haben die Querträger 4 schlitzförmige Ausnehmungen 6, in welche Steckzungen 7 eingesteckt werden können. Weitere Ausnehmungen 6 sind in den seitlichen Bereichen der Querträger 4 vorgesehen.

Die Steckzungen 7 ragen in eingestecktem Zustand zu beiden Sei­ ten des Querträgers 4 mit Auflagebereichen 8 hervor, um eine Auflagefläche für Reflektoren 9 zu bilden. Die Reflektoren 9 werden entweder direkt an den Steckzungen 7 befestigt, oder es werden stabile Basisplatten vorgesehen, welche einen dünnen nicht selbsttragenden Reflektor, beispielsweise in Folienform tragen. Diese Basisplatte des Reflektors wird dann an den Steckzungen 7 befestigt. Der hier verwendete Begriff Reflektor umfaßt demnach einstückige Reflektoren, wie beispielsweise Bleche und auch mehrstückige Reflektoren mit einer Tragkon­ struktion unterhalb der eigentlichen Reflektorschicht. Der Re­ flektor 9 weist zwei seitliche Abwinklungen 10 auf, die eben­ falls an Steckzungen 7 befestigt sind. Der Reflektor 9 ist bei­ spielsweise mit den Steckzungen 7 verschraubt.

Bei der Montage des Konzentrators 2 wird zunächst ein äußerer Querträger 4a auf den Längsträger 3 aufgeschoben und dort fixiert. Ein weiterer Querträger 4 wird an dem Längsträger 3 derart positioniert, daß er sich in einem Abstand zu dem äußeren Querträger 4a befindet, der etwa der Länge eines Re­ flektors 9 entspricht. In die Querträger 4, 4a werden sodann Steckzungen 7 eingesteckt, auf die dann der Reflektor 9 aufge­ legt und mit diesen verschraubt wird. Nach diesem Schritt wer­ den dann in Längsrichtung weitere Reflektoren 9 angeschlossen. Die mittleren Querträger 4 werden also von den Reflektoren 9 in Längsrichtung fixiert. Lediglich die äußeren Querträger 4a sind fest mit dem Längsträger 3 verbunden.

In Fig. 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Der Grundaufbau entspricht dem des ersten Ausfüh­ rungsbeispiels, unterschiedlich ist die Ausbildung der Steck­ zungen. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel sind keine separa­ ten Steckzungen vorhanden, vielmehr weisen die Reflektorplatten Steckzungen 17 auf. Im Bereich eines Querträgers 4 sind die Steckzungen 17 eines ersten Reflektors 9a durch die schlitzför­ migen Ausnehmungen 6 gesteckt, so daß sie auf der gegenüberlie­ genden Seite des Querträgers 4 hervorragen und dort eine Auf­ lage für einen zweiten Reflektor 9 bilden. Die Steckzungen 17 des ersten Reflektors 9a können dann mit dem zweiten Reflektor 9b verschraubt werden.

In Fig. 5 ist ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei dem ebenfalls keine separaten Steckzungen be­ nötigt werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel hat ein erster Reflektor 9c eine abgestufte Steckzunge 27, die in einer Stufe nach unten verläuft, wobei die Höhe der Stufe der Dicke eines Reflektors entspricht. Die Steckzunge 27 ist in die schlitzför­ mige Ausnehmung 6a des Querträgers 4 eingeschoben. Die schlitz­ förmige Ausnehmung 6a hat im Vergleich zu den in den Fig. 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispielen eine vergrößerte Höhe, um zu ermöglichen, daß zusätzlich zu der Steckzunge 27 des ersten Reflektors 9c eine Steckzunge 37 eines zweiten Reflektors 9d in die Ausnehmung 6a eingreifen kann. Bedingt durch die Abstufung der Steckzunge 27 bilden die beiden Reflektoren 9c und 9d eine in einer Ebene verlaufende Oberfläche.

Die Verbindung der beiden Reflektoren 9c und 9d ist besonders stabil, da die beiden Reflektoren 9c und 9d formschlüssig mit­ einander in den Ausnehmungen 6a zusammengehalten werden. Wei­ tere Befestigungen wie beispielsweise Schrauben, werden nicht benötigt.

Der erfindungsgemäße Steckaufbau des Konzentrators ermöglicht also einen kostengünstigen Aufbau und eine sehr einfache Mon­ tage des Konzentrators.

Claims (9)

1. Konzentrator zur Fokussierung von Solarstrahlung auf einen langgestreckten Absorber (A) mit mindestens einem Längs­ träger (3), mehreren in Längsrichtung hintereinander an dem Längsträger (3) angeordneten Querträgern (4) und mindestens einem zwischen zwei Querträgern (4) getragenen Reflektor (9), dadurch gekennzeichnet, daß in den Querträgern (4) Ausnehmungen (6) zur Aufnahme von jeweils zu beiden Seiten des Querträgers (4) hervorragenden, die Reflektoren (9) tragenden Steckzungen (7; 17; 27; 37) vorgesehen sind.

2. Konzentrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (6) im absorbernahen Bereich der Quer­ träger (4) ausgebildete querverlaufende Schlitze sind.

3. Konzentrator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Reflektor (9) an den Längsseiten Abwinklungen (10) aufweist, und daß in den seitlichen Bereichen der Querträger (4) Ausnehmungen (6) für die die Abwinklung (10) haltende Steckzungen (7; 17; 27; 37) vorgesehen sind.

4. Konzentrator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Steckzungen (7) separat vom Reflektor (9) ausgebildet und am Reflektor (9) montiert sind, wobei im eingesteckten Zustand Auflagebereiche (8) der Steckzunge (7) für den Reflektor (9) an beiden Seiten des Querträgers (4) hervorragen.

5. Konzentrator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Steckzungen (17) fester Bestandteil des Reflektors (9a) sind, wobei die an einer Querseite an­ geordneten Steckzungen (17) eines Reflektors (9a) eine Auf­ lage für einen in Längsrichtung anschließenden weiteren Re­ flektor (9b) bilden.

6. Konzentrator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Steckzungen (27; 37) von zwei Reflek­ toren (9c, 9d) in dieselbe Ausnehmung (6a) des Querträgers (4) eingreifen.

7. Konzentrator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steckzungen (27) eines Reflektors (9c) um eine Reflek­ tordicke abgestuft verlaufen, so daß der auf diesen Steck­ zungen (27) aufliegende zweite Reflektor (9d) in derselben Ebene wie der erste Reflektor (9c) verläuft.

8. Konzentrator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Reflektor eine reflektierende Schicht aufweist, welche von einer mit den Steckzungen (7; 17; 27; 37) zusammenwirkenden Trägerplatte gehalten ist.

9. Konzentrator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die beiden äußeren Querträger (4a) an dem Längsträger (3) befestigt sind, wobei mittlere Querträger (4) an dem Längsträger (3) verschiebbar sind und von den Reflektoren (9) positioniert gehalten werden.