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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Parabolrinnenkollektormodul mit einem Absorberrohr, einem Solarstrahlung auf das Absorberrohr fokussierenden Parabolrinnenreflektor mit einer Reflektorfläche und mit mindestens einer Ständervorrichtung, an der der Parabolreflektor verschwenkbar gelagert ist. Die Erfindung betrifft ferner eine Parabolrinnenkollektormoduleinheit mit mehreren Parabolrinnenkollektormodulen sowie ein Solarkraftwerk mit mehreren Parabolrinnenkollektormoduleinheiten.
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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 weise Parabolrinnenkollektoren auf. Ein Parabolrinnenkollektor enthält eine langgestreckte Kollektorstruktur mit parabelförmigem Querschnitt. Typische Aperturöffnungen betragen 5–7 m. Einzelne Parabolrinnenkollektormodule, die auch „Solarkollektorelements” (SCE) genannt werden, haben eine Länge von ca. 12 m. Mehrere derartige Module werden zu Parabolrinnenkollektoreinheiten zusammengesetzt, die im Allgemeinen in Nord-Süd-Richtung ausgerichtet sind. Die Module einer Einheit werden üblicherweise gemeinsam verschwenkt, um die Parabolreflektoren dem Sonnenstand nachzuführen. Die Schwerpunktachse der Module und somit die Drehachse der Module befindet sich in der Nähe des Scheitels der Parabel und somit entfernt von dem Absorberrohr. Daher wird das Absorberrohr üblicherweise beim Verschwenken mitgeführt. Um dies zu ermöglichen, werden die Absorberrohre über spezielle Absorberrohrhalter direkt mit (dem Parabolreflektor bzw. der Tragstruktur des Parabolreflektors verbunden. Zwischen zwei unabhängig voneinander bewegbaren Parabolrinnenkollektormodulen sind daher flexible Absorberrohrverbindungen notwendig, die über sogenannte Ball Joint-Verbindungsleitungen oder Swivel Joint-Verbindungsleitungen geschaffen werden. Derartige Verbindungsleitungen sind konstruktiv aufwändig und relativ kostenintensiv. Die flexiblen Absorberrohrverbindungen führen darüber hinaus zu einem Druckabfall und Wärmeverlusten. Ferner muss die Tragstruktur des Parabolreflektors tragfest und stabil ausgebildet sein, um die hohen Gewichtskräfte des Absorberrohres aufzunehmen. Da die Parabolreflektoren den größten Investitionsposten darstellen, erhöht die stabile Konstruktion dieser Parabolreflektoren die Investitionskosten erheblich.
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Ferner dehnen sich die Absorberrohre bei dem Erhitzen mittels der Solarstrahlung wärmebedingt ausdehnen. Die Absorberhalter müssen daher die axiale Längung der Absorberrohre kompensieren. Daher ist vorgesehen, dass die Absorberrohrhalter üblicherweise über ein Scharnier oder ein Federblech kippbar mit dem Parabolreflektor verbunden sind. Durch das Kippen des Absorberrohrhalters verändert sich der Abstand zwischen dem Parabolreflektor und dem Absorberrohr, so dass das Absorberrohr bei einer starken Kippung der Absorberhalterungen außerhalb des Fokus des Parabolreflektors rücken kann. Dadurch ist die maximale Länge von Parabolrinnenkollektoreinheiten und Reihen von Parabolrinnenkollektoreinheiten begrenzt. Zusätzlich müssen an jedem Ende einer Kollektoreinheit bzw. einer Reihe von Kollektoreinheiten zur Kompensation der axialen Längung des Absorberrohres Kompensationsvorrichtungen vorgesehen werden. Diese führen zu erhöhten Investitionskosten und darüber hinaus führen diese zu Druckverlusten und Wärmeverlusten während des Betriebs.
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Ferner sind sogenannte Fix-Fokuskollektoren bekannt, bei denen der Parabolreflektor um das Absorberrohr verschwenkt wird. Bei derartigen Kollektoren wird das Absorberrohr nicht mit verschwenkt, so dass auf die kostenintensiven Absorberrohrverbindungen zwischen zwei Parabolrinnenkollektoreinheiten verzichtet werden kann. Die Absorberrohre werden jedoch weiterhin direkt mit dem Parabolreflektor bzw. der Parabolreflektortragstruktur über Absorberrohrhalter verbunden, wobei weiterhin jedoch die Probleme der Absorberrohrhalterung bestehen.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Parabolrinnenkollektormodul, eine Parabolrinnenkollektoreinheit sowie ein solarthermisches Kraftwerk zu schaffen, bei dem die Investitionskosten für die Parabolrinnenkollektormodule reduziert sind und eine höhere Energieausbeute aufgrund verringerter Wärme- und Druckverluste erreicht wird.
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Ein erfindungsgemäßes Parabolrinnenkollektormodul ist definiert durch die Merkmale des Anspruchs 1. Eine erfindungsgemäße Parabolrinnenkollektoreinheit ist definiert durch die Merkmale des Anspruchs 14. Ein erfindungsgemäßes solarthermisches Kraftwerk ist definiert durch die Merkmale des Anspruchs 16.
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Bei einem erfindungsgemäßen Parabolrinnenkollektormodul mit einem Absorberrohr, einem Solarstrahlung auf das Absorberrohr fokussierenden Parabolreflektor mit einer Reflektorfläche und mit mindestens einer Ständervorrichtung, an der der Parabolreflektor verschwenkbar gelagert ist, ist vorgesehen, dass die Ständervorrichtung ein über die Reflektorfläche in vertikaler Richtung überstehenden Ständerkopf aufweist, an dem das Absorberrohr über ein eine Linearführung bildendes Linearlager gehaltert ist. die Erfindung sieht somit vor, dass das Absorberrohr an der Ständervorrichtung gelagert ist und somit die Gewichtskraft des Absorberrohres und des im Betrieb darin enthaltenen Wärmeträgermediums von der Ständervorrichtung aufgenommen wird. Es kann somit ein von dem Parabolreflektor losgelöstes Absorberrohr geschaffen werden, so dass die Anforderungen an den Parabolreflektor im Hinblick auf Stabilität und Tragfestigkeit verringert ist. Dadurch kann der Parabolreflektor kostengünstiger hergestellt werden. Durch das Vorsehen einer eine Linearführung bildenden Linearlagerung kann sich das Absorberrohr bei Erwärmung ungehindert ausdehnen, indem das Absorberrohr entsprechend der Längendehnung durch den Wärmeeinfluss durch die Linearlagerung schiebt. Das Absorberrohr verbleibt somit auch bei Wärmeausdehnung im gleichen Abstand zu der Reflektorfläche des Parabolreflektors und aufwändige Kippkonstruktionen von bisherigen Absorberrohrhaltern werden vermieden. Bei dem erfindungsgemäßen Parabolrinnenkollektormodul kann in vorteilhafter Weise eine sogenannte Fix-Fokuskonstruktion geschaffen werden, bei der das Absorberrohr beim Verschwenken des Parabolreflektors nicht verschwenkt wird. Dadurch werden die kostenintensiven flexiblen Verbindungen zwischen zwei Parabolrinnenkollektormodulen vermieden.
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Die Ständervorrichtung kann aus einem Ständer, beispielsweise einem Pylon, bestehen.
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Das Absorberrohr kann aus einem Innenrohr, durch das im Betrieb das Wärmeträgermedium geleitet wird, und aus einem Hüllrohr bestehen. Das Hüllrohr ist transparent für die solare Strahlung. Der zwischen dem Innen- und den Hüllrohr gebildete Spaltraum kann evakuiert sein. Durch das Hüllrohr und den evakuierten Spaltraum können Wärmeverluste reduziert werden.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Parabolreflektor über eine Radiallagerung verschwenkbar gelagert ist, die um das Absorberrohr, oder um das Absorberrohr und das Linearlager, angeordnet ist. Mittels einer derartigen Radiallagerung lässt sich auf konstruktiv einfache Art und Weise eine Lagerung für den Parabolreflektor schaffen, bei dem die Drehachse auf der Mittelachse des Absorberrohrs verläuft, so dass der Parabolreflektor um das Absorberrohr verschwenkt wird. Das Absorberrohr bzw. das Absorberrohr und das Linearlager werden dabei in vorteilhafter Weise durch die Radiallagerung hindurch geführt. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass sowohl das Innenrohr als auch das Hüllrohr des Absorberrohrs durch die Radiallagerung geführt sind. Dazu kann die Ständervorrichtung beispielsweise einen Rohrabschnitt aufweisen, durch die das Absorberrohr bzw. das Absorberrohr und das Linearlager hindurch geführt werden, wobei auf der Mantelfläche des Rohrabschnitts die Radiallagerung angeordnet ist.
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Durch eine derartige Ausgestaltung der Radiallagerung wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass ein Anschluss an das Absorberrohr erfolgen kann, wenn das Parabolrinnenkollektormodul ein äußeres einer langen Reihe von Modulen ist, oder dass das Absorberrohr an einem benachbarten Parabolrinnenkollektormodul fortgeführt werden kann.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ständervorrichtung über mindestens ein Haltemittel mit mindestens einer Absorberrohrhalterung verbunden ist, die an einem sich oberhalb der Reflektorfläche befindlichen Abschnitt des Absorberrohrs angeordnet ist und eine in axialer Richtung des Absorberrohrs relativ zu dem Absorberrohr verschiebbare Befestigung des Absorberrohrs bildet. Die Absorberrohrhalterung kann beispielsweise in der Mitte eines einem erfindungsgemäßen Parabolrinnenkollektormodul zugeordneten Absorberrohrs befinden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Absorberrohrhalterung ausschließlich an dem Haltemittel und dem Absorberrohr befestigt ist. Über die Absorberrohrhalterung und das Haltemittel können somit Gewichtskräfte des Absorberrohrs und des im Betrieb darin enthaltenen Wärmeträgermediums auf die Ständervorrichtung übertragen werden, so dass verhindert wird, dass ein Absorberrohr sich aufgrund des Eigengewichts bzw. des Gewichts des Wärmeträgermediums durchbiegt. Mittels der verschiebbaren Anordnung an dem Absorberrohr wird sichergestellt, dass eine Wärmedehnung des Absorberrohrs möglich wird. Auf diese Weise sind auch längere Absorberrohre möglich, ohne dass eine Verbindung zwischen dem Absorberrohr und dem Parabolreflektor notwendig wird. Die Absorberrohrhalterung kann mit dem Innenrohr des Absorberrohres verbunden sein, wobei das Hüllrohr an dieser Stelle unterbrochen ist. Die Hüllrohrteile können an der Unterbrechungsstelle abgedichtet sein, um eine Evakuierung des Spaltraums zu ermöglichen.
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Die Ausgestaltung des Parabolrinnenkollektormoduls mit mindestens einem Haltemittel, das die Ständervorrichtung mit mindestens einer Absorberrohrhalterung verbindet, ist ein unabhängiger erfinderischer Aspekt, der auch ohne das Vorsehen einer Linearlagerung des Absorberrohrs an dem Ständerkopf verwirklicht werden kann.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Haltemittel oberhalb des Linearlagers an dem Ständerkopf befestigt ist. Der Ständerkopf kann somit deutlich über das Absorberrohr vertikal nach oben hinausragen, so dass die Haltemittel in vorteilhafter Weise zu der Absorberrohrhalterung führen können, wobei die Übertragung der Gewichtskraft des Absorberrohrs und des im Betrieb darin enthaltenen Wärmeträgermediums auf den Ständerkopf und somit auf die Ständervorrichtung erfolgen kann.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass das Haltemittel ein Zugmittel ist, beispielsweise ein Seil, eine Stange, eine Kette oder ein Kabel. Das Haltemittel bildet somit eine Abspannung zu der Absorberhalterung. Dabei können die Zugmittel in der vertikalen Absorberrohrebene, d. h. der Ebene, die in vertikaler Richtung durch die Mittelachse des Absorberrohrs verläuft, angeordnet sein. Alternativ besteht die Möglichkeit, dass zwei Zugmittel vorgesehen sind, die jeweils in einem spitzen Winkel zu der Absorberrohrebene verlaufen. Auf diese Weise kann eine seitliche Stabilisierung der Absorberrohrhalterungen erreicht werden, so dass vermieden wird, dass die Absorberrohre bei der Wärmeausdehnung zur Seite hin ausbiegen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Linearlager eine sich in axialer Richtung des Absorberrohres erstreckende Linearlagerschiene aufweist, wobei ein mit dem Absorberrohr verbundenes Laufwerk auf der Linearlagerschiene geführt ist. Insbesondere kann das Laufwerk mit dem Innenrohr des Absorberrohrs verbunden sein. Auf diese Weise ist auf konstruktiv einfache Art und Weise ein Linearlager bereitstellbar. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Laufwerk auf der Linearlagerschiene abrollt oder gleitet. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Laufwerk in die Linearlagerschiene eingehängt wird, so dass das Absorberrohr unterhalb der Linearlagerschiene entlanggeführt und über das Laufwerk an die Linearlagerschiene angehängt ist. Dadurch kann in vorteilhafter Weise die Gewichtskraft des Absorberrohrs und des im Betrieb darin enthaltenen Wärmeträgermediums auf die Ständervorrichtung übertragen werden.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Absorberrohrhalterung eine sich in axialer Richtung des Absorberrohrs erstreckende Absorberrohrhalterungsschiene aufweist, wobei ein mit dem Absorberrohr, beispielsweise mit dem Innenrohr, verbundenes Laufwerk auf der Absorberrohrhalterungsschiene mitgeführt ist. Somit kann die Absorberrohrhalterung in ähnlicher Weise wie die Linearlagerung ausgebildet sein. Das Haltemittel verbindet bei dieser Ausführungsform die Absorberhalterungsschiene mit der Ständervorrichtung. Das Laufwerk der Absorberhalterung rollt auf der Absorberhalterungsschiene ab oder gleitet über diese.
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Auch kann vorgesehen sein, dass die Absorberhalterungsschiene mit mehreren Haltemitteln getragen wird, die mit der Ständervorrichtung verbunden sind. Die Haltemittel sind an voneinander beabstandeten Anlenkpunkten an der Absorberhalterungsschiene befestigt, so dass die Haltemittel in unterschiedlichem Winkel zu der Schiene verlaufen. Dadurch können relativ lange Absorberhalterungsschienen verwirklicht werden. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann vorgesehen sein, dass sich die Absorberhalterungsschiene über die gesamte Absorberrohrlänge eines Parabolrinnenkollektormoduls erstreckt. Dabei kann die Absorberhalterungsschiene mit der Linearlagerschiene verbunden sein. Somit bildet die Linearlagerung auch die Absorberrohrhalterung, wodurch eine sehr stabile Linearlagerung erhalten wird, wobei gleichzeitig bezüglich der Wärmeausdehnung des Absorberrohres keine Grenzen gesetzt sind, da das Absorberrohr quasi uneingeschränkt entlang der Linearlagerschiene bzw. der Absorberhalterungsschiene verschoben werden kann. Die Linearlagerschiene kann dabei in dem Bereich der Ständervorrichtung an der Ständervorrichtung befestigt sein. Bei einer sich über die gesamte Rohrlänge des Absorberrohrs erstreckende Schiene, die sowohl die Linearlagerschiene als auch die Absorberrohrhalterungsschiene bildet, kann auch vorgesehen sein, dass keine direkte Befestigung der Schiene an dem Ständer erfolgt, sondern, dass die gesamte Schiene über mehrere Haltemittel getragen wird.
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Ein Absorberrohr besteht üblicherweise aus einem Innenrohr, das mit einem für die solare Strahlung transparenten Hüllrohr, beispielsweise einem Glashüllrohr, umgeben ist. Das oder die Laufwerke, die das Absorberrohr mit der Linearlagerschiene und/oder mit der Absorberhalterungsschiene verbinden, können beispielsweise direkt mit dem Innenrohr verbunden sein, wobei das Glashüllrohr an diesem Bereich unterbrochen und abgedichtet ist ist.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass die Radiallagerung ein Lagergehäuse aufweist, das mit einer Tragstruktur des Parabolreflektors verbunden ist. Auf diese Weise lässt sich die verschwenkbare Lagerung des Parabolreflektors in vorteilhafter Weise verwirklichen, wobei gleichzeitig das Gewicht des Parabolreflektors auf die Ständervorrichtung übertragen wird.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass die Tragstruktur eine Tragstrebe aufweist, die mit dem Lagergehäuse verbunden ist. Die Tragstrebe kann beispielsweise an der Stirnseite des Parabolreflektors angeordnet sein und die Längsseiten des Parabolreflektors miteinander verbinden. Die Tragstrebe verläuft somit quasi entlang der Sehne der Wölbung des Parabolreflektors.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Ständerkopf eine sich orthogonal zu dem Absorberrohr erstreckende Aussparung aufweist, in der die Radiallagerung angeordnet ist und eine sich in axialer Richtung des Absorberrohrs erstreckendes Durchgangsrohr aufweist, das die Aussparung teilweise durchdringt, wobei ein Radiallager der Radiallagerung auf dem Durchgangsrohr angeordnet ist. Mit anderen Worten: Die Lagerung des Parabolreflektors mittels der Radiallagerung erfolgt auf dem Durchgangsrohr. Durch das Durchgangsrohr werden das Absorberrohr bzw. das Absorberrohr und die Linearlagerung geführt. Auf diese Weise kann eine besonders stabile Radiallagerung geschaffen werden. Oberhalb der Aussparung können die Haltemittel an dem Ständerkopf angreifen. Durch die Aussparung können die von dem Parabolreflektor auf die Ständervorrichtung übertragenen Gewichtskräfte mittig auf die Ständervorrichtung übertragen werden, wobei eine vorteilhafte Lagerung geschaffen wird. Durch das Vorsehen des Durchgangsrohrs, durch das das Absorberrohr geführt ist, und das Vorsehen der Radiallagerung auf dem Durchgangsrohr wird ferner auf konstruktiv einfache Art und Weise erreicht, dass der Parabolreflektor um eine in dem Absorberrohr verlaufende Drehachse verschwenkt werden kann.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass die Tragstrebe die Aussparung durchdringt und insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Tragstrebe auf der in der Aussparung angeordneten Radiallagerung liegt. Dadurch lassen sich die Gewichtskräfte des Parabolreflektors in vorteilhafter Weise über die Radiallagerung auf die Ständervorrichtung übertragen. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Aussparung eine seitliche Führung der Tragstreben bewirkt, wodurch vermieden wird, dass Axialkräfte in einem unzulässigen Maße auf die Radiallagerung übertragen werden.
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In einem zu dem Ausführungsbeispiel mit der Aussparung in dem Ständerkopf alternativen Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Radiallagerung ein an dem Ständerkopf befestigtes Radiallager aufweist und eine in dem Radiallager geführte Hohlwelle, wobei das Absorberrohr oder das Absorberrohr und die Linearlagerung durch die Hohlwelle hindurch geführt sind. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Linearlagerung über separate Halterungen gestützt wird. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Tragstrebe mit der Hohlwelle verbunden ist.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Parabolrinnenkollektoreinheit mit mehreren in einer Reihe angeordneten erfindungsgemäßen Parabolrinnenkollektormodulen. Dabei ist vorgesehen, dass die Parabolrinnenkollektormodule einen gemeinsamen, durchgehenden Absorberrohrstrang aus Absorberrohren aufweisen. Unter einem gemeinsamen, durchgehenden Absorberrohrstrang werden mehrere fest miteinander verbundene Absorberrohre verstanden, die – mit Ausnahme eventueller Unterbrechungen der Hüllrohre – ununterbrochen sind, wobei die Innenrohre beispielsweise mittels Flanschen oder Verschweißen miteinander verbunden sind. Die Erfindung ermöglicht somit, dass Parabolrinnenkollektoreinheiten geschaffen werden können, die einen vollständig durchgehenden Absorberrohrstrang besitzen. Dadurch werden aufwändige Verbindungen der Absorberrohre, um zwei benachbarte Parabolrinnenkollektormodule miteinander zu verbinden, um beispielsweise Wärmedehnungen des Absorberrohrs aufzunehmen oder um unterschiedliches Verschwenken der Absorberrohre mit den dazugehörigen Parabolreflektoren auszugleichen, vermieden.
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Vorzugsweise ist bei der erfindungsgemäßen Parabolrinnenkollektoreinheit vorgesehen, dass zwei benachbarte Parabolrinnenkollektormodule jeweils eine gemeinsame Ständervorrichtung aufweisen. Die benachbarten Module besitzen somit eine gemeinsame Linearlagerung für die zu einem Absorberrohrstrang verbundenen Absorberrohre. Ferner greifen die Haltemittel der benachbarten Parabolrinnenkollektormodule von beiden Seiten an der gemeinsamen Ständervorrichtung an. Da die aufzunehmenden Gewichtskräfte der Absorberrohre weitestgehend gleich sind, werden die von den Haltemitteln auf die Ständervorrichtung in axialer Richtung des Absorberrohrs übertragene Kräfte weitestgehend gegeneinander aufgehoben. Dadurch ist die für die Aufnahme der Gewichtskräfte notwendige Stabilität der Ständervorrichtung geringer, so dass die Stabilitätsanforderungen an die Ständervorrichtung ebenfalls geringer sind.
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Eine Parabolrinnenkollektoreinheit kann beispielsweise zwischen sechs und achtzehn Parabolrinnenkollektormodule aufweisen. Vorzugsweise weist die Parabolrinnenkollektoreinheit vierzehn Parabolrinnenkollektormodule auf. Die Parabolrinnenkollektoreinheit kann einen gemeinsamen Antrieb für alle in der Einheit zusammengefassten Parabolrinnenkollektormodule aufweisen.
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Die Erfindung betrifft ferner ein solarthermisches Kraftwerk mit mehreren in einer Reihe angeordneten erfindungsgemäßen Parabolrinnenkollektoreinheiten. Dabei ist vorgesehen, dass mindestens zwei benachbarte Parabolrinnenkollektoreinheiten einen gemeinsamen durchgehenden Absorberrohrstrang aufweisen. Die Erfindung vermeidet somit kostenintensive Apparaturen, die zwischen zwei Parabolrinnenkollektoreinheiten herkömmlicher solarthermischer Kraftwerke angeordnet werden müssen, um unterschiedliche Verschwenkbewegungen oder Wärmeausdehnungen der Absorberrohre bzw. Absorberrohrstränge auszugleichen. Dadurch werden Druck- und Wärmeverluste reduziert. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass mehrere Parabolrinnenkollektoreinheiten, beispielsweise sechs Einheiten, einen gemeinsamen durchgehenden Absorberrohrstrang besitzen. Bei üblichen Abmaßen der Parabolrinnenkollektormodule und Parabolrinnenkollektoreinheiten kann der durchgehende Absorberrohrstrang mehrere hundert Meter lang sein, beispielsweise sogar mehr als 1000 m, beispielsweise 1008 m. Der Absorberrohrstrang besteht somit aus einem durchgehenden Rohr, das aus mehreren Absorberrohren zusammengesetzt ist. Aufgrund der an jedem Parabolrinnenkollektormodul des solarthermischen Kraftwerks vorgesehenen Linearlagerung und der speziellen Absorberrohrhalterung können die Wärmedehnungen des durchgehenden Absorberrohrstrangs, die bis zu 6 m bei einem ca. 1000 m langen Absorberrohrstrang betragen können, ohne Weiteres ausgeglichen werden. Bei einer derartigen Ausgestaltung kann beispielsweise vorgesehen sein, dass bei einer Reihe von Parabolrinnenkollektoreinheiten der Absorberrohrstrang ein einziges Festlager vorgesehen ist, beispielsweise an der an dem Ende der Reihe angeordneten Ständervorrichtung, so dass die Wärmedehnung in eine Richtung erfolgt. An dem anderen Ende der Reihe von Parabolrinnenkollektoreinheiten ist dann eine Längenkompensationsvorrichtung für den Absorberrohrstrang notwendig. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass das Festlager in der Mitte einer Reihe von Parabolrinnenkollektoreinheiten angeordnet ist, wobei sich dann der Absorberrohrstrang in von der Mitte ausgehend in beide Richtungen bei einer Wärmedehnung verlängert. In diesem Fall müssten an beiden Enden der in der Reihe angeordneten Parabolrinnenkollektoreinheiten Längenkompensationsvorrichtungen vorgesehen sein. die Längenkompensationsvorrichtung kann beispielsweise aus einer eine Zugkraft auf die Absorberrohre bzw. den Absorberrohrstrang ausübende Vorrichtung sein. Diese kann beispielsweise als aus einer Federvorrichtung oder aus einem Zuggewicht, das über zwei Umlenkrollen mit dem Absorberrohrstrang verbunden ist, bestehen. Durch das Ausüben einer Zugkraft auf das Absorberrohr wird ein seitliches Ausbiegen der Absorberrohre während der Wärmedehnung vermieden. Das Ende des Absorberrohrstrangs ist mit einer flexiblen Anschlussleitung oder mit einer eine Winkelverschiebung ermöglichenden Anschlussleitung verbunden. Dadurch kann die Vorrichtung zur Längenkompensation auf konstruktiv einfache Art und Weise mit geringem vorrichtungstechnischem Aufwand ermöglicht werden.
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Die erfindungsgemäße Ausgestaltung von Parabolrinnenkollektormodulen und Parabolrinnenkollektoreinheiten ermöglicht sogar die Ausbildung von Reihen von Parabolrinnenkollektoreinheiten von mehr als 1000 m Länge, beispielsweise bis zu 2 km Länge. Grenzen sind lediglich durch die am Ende oder an beiden Enden der Reihe aufzunehmende Längenkompensation der Absorberrohre gesetzt.
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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 perspektivische Darstellung einer Reihe von erfindungsgemäßen Parabolrinnenkollektormodulen,
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2a eine Detaildarstellung der Linearlagerung des Absorberrohrs und der Radiallagerung der Parabolreflektoren aus 1,
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2b eine Detaildarstellung der Absorberrohrhalterung der 1,
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3 eine alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Parabolrinnenkollektormoduls,
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4 eine zweite alternative Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Parabolrinnenkollektormoduls,
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5 eine Detaildarstellung einer alternativen Ausgestaltung der Radiallagerung an der Ständervorrichtung und
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6 eine schematische Darstellung einer Längenkompensationsvorrichtung eines erfindungsgemäßen solarthermischen Kraftwerks.
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In 1 ist ein erfindungsgemäßes Parabolrinnenkollektormodul 1 schematisch in einer perspektivischen Darstellung gezeigt. Mehrere der erfindungsgemäßen Parabolrinnenkollektormodule 1 können, wie in 1 angedeutet ist, in einer Reihe angeordnet werden. Mehrere der Parabolrinnenkollektoren 1, beispielsweise vierzehn, bilden eine Parabolrinnenkollektoreinheit 100. Mehrere Parabolrinnenkollektoreinheiten 100 aus erfindungsgemäßen Parabolrinnenkollektormodulen können in einer Reihe angeordnet werden. Beispielsweise sechs in einer Reihe angeordnete erfindungsgemäße Parabolrinnenkollektoreinheiten bilden einen sogenannten Parabolrinnenkollektor eines erfindungsgemäßen solarthermischen Kraftwerks. Ein erfindungsgemäßes solarthermisches Kraftwerk kann aus mehreren derartig zusammengesetzten Parabolrinnenkollektoren bestehen.
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Die Parabolrinnenkollektoren sind üblicherweise in Nord-Süd-Richtung ausgerichtet.
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Jedes erfindungsgemäße Parabolrinnenkollektormodul 1 weist ein Absorberrohr 3 auf. Mittels eines Parabolreflektors 5, der eine Reflektorfläche 7 aufweist, kann solare Strahlung auf das Absorberrohr 3 reflektiert werden. Das Parabolrinnenkollektormodul 1 weist zwei Ständervorrichtungen 9 auf, an dem der Parabolreflektor 5 verschwenkbar gelagert ist. Zwei benachbarte Parabolrinnenkollektormodule 1 teilen sich jeweils eine Ständervorrichtung 9.
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Die Absorberrohre 3 der benachbarten Parabolrinnenkollektormodule 1 sind zu einem Absorberrohrstrang 11 verbunden.
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Die Absorberrohre 3 bzw. der Absorberrohrstrang 11 sind an den Ständervorrichtungen 9 über eine eine Linearführung bildende Linearlagerung 13 gehaltert. Die Linearlagerung 13 ist im Detail in 2a dargestellt.
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Die Ständervorrichtung 9 weist einen Ständerkopf 9a auf, der, wie am besten aus 1 ersichtlich ist, in vertikale Richtung über die Reflektorfläche 7 übersteht. Auf diese Weise kann in vorteilhafter Weise in dem Ständerkopf 9a das oberhalb der Reflektorfläche 7 verlaufende Absorberrohr 3 gelagert werden.
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Die Linearlagerung 13 besteht aus einer Linearlagerschiene 15, die oberhalb des Absorberrohrs 3 und parallel zu dem Absorberrohr 3 angeordnet ist. Auf der Linearlagerschiene 15 ist ein Laufwerk 17 geführt, das auf der Linearlagerschiene 15 mittels Rollen abrollt. Das Absorberrohr 3 ist mit dem Laufwerk 17 verbunden und wird mittels des Laufwerks 17 in die Linearlagerschiene 15 eingehängt, so dass das Absorberrohr 3 unterhalb der Linearlagerschiene 15 hängt.
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Der Ständerkopf 9a weist eine Aussparung 19 auf, die sich in einer Richtung orthogonal zu den Absorberrohren 3 erstreckt. In der Aussparung 19 ist eine Radiallagerung 21 für die verschwenkbare Lagerung des Parabolreflektors 5 angeordnet. Die Radiallagerung 21 ist auf einem Durchgangsrohr 23 des Ständerkopfs 9a gelagert. Das Durchgangsrohr 23 verläuft in axialer Richtung des Absorberrohrs 3 und durchdringt die Aussparung 19. Durch das Durchgangsrohr 23 ist das Absorberrohr 3 geführt. In dem Absorberrohr 3 ist ferner die Linearlagerschiene 15 der Linearlagerung 13 befestigt. Mittels einer derartigen Konstruktion wird auf einfache Art und Weise eine Befestigung der Linearlagerung 13 an dem Ständerkopf 9a bereitgestellt, wobei gleichzeitig eine verschwenkbare Lagerung des Parabolreflektors 5 um eine Drehachse geschaffen werden kann, die mit der Mittelachse des Absorberrohrs 3 zusammenfällt.
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Die Radiallagerung 21 weist ein Lagergehäuse 25 auf, das mit den Tragstrukturen 27 der Parabolreflektoren 5 der benachbarten Parabolrinnenkollektormodule 1 verbunden ist. Dazu weisen die Tragstrukturen 27 jeweils eine Tragstrebe 29 auf, die an der Stirnseite des Parabolreflektors 5 angeordnet ist. Die Tragstreben 29 verbinden dabei die Längsseiten des Parabolreflektors 5. Die Tragstreben 29 sind durch die Aussparung 19 in den Ständerkopf 9a geführt und verlaufen oberhalb der Radiallagerung 21.
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Die Tragstruktur 27 kann, wie am besten aus 1 ersichtlich ist, zusätzliche Verstrebungen 31 zur Erhöhung der Stabilität der Tragstruktur aufweisen. Die Verstrebungen 31 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit in der 2a nicht dargestellt.
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Die Aussparung 19 in dem Ständerkopf 9a ist derart groß ausgestaltet, dass ausreichend Platz für die zusätzlichen Verstrebungen 31 sowie die Tragstreben 29 während des Verschwenkens des Parabolreflektors 5 vorhanden ist.
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Um das Gewicht des Absorberrohrs 3 zu tragen, weist das Parabolrinnenkollektormodul 1 eine Absorberrohrhalterung 33 auf, die in der Mitte des Absorberrohrs 3 angeordnet ist. Die Absorberrohrhalterung 33 ist über Haltemittel 35 mit den Ständerköpfen 9a der Ständervorrichtungen 9 verbunden. Die Haltevorrichtungen 35 können beispielsweise Seile sein, so dass die Absorberrohrhalterung 33 an den Ständerköpfen 9a abgespannt ist. Die Absorberrohrhalterung 33 ist in 2b im Detail dargestellt. Die Absorberrohrhalterung weist eine sich in axialer Richtung des Absorberrohrs 3 erstreckende Absorberrohrhalterungsschiene 37 auf, die an ihren Enden jeweils Angriffspunkte für die Haltemittel 35 aufweisen. Mittels der Absorberrohrhalterungsschiene 37 ist ein Laufwerk 17 linear geführt, das mit dem Absorberrohr 3 verbunden ist. Die Führung des Laufwerks 17 an der Absorberrohrhalterungsschiene 37 erfolgt in gleicher Weise wie bei der Linearlagerung 13.
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Über die Absorberrohrhalterung 33 kann eine von dem Parabolreflektor 5 unabhängige Lagerung des Absorberrohrs 3 erfolgen.
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Wie am besten aus den 2a und 2b hervorgeht, bestehen die Absorberrohre 3 aus einem Innenrohr 3a und einem Hüllrohr 3b, das transparent für solare Strahlung ist. Durch das Innenrohr 3a wird im Betrieb ein Wärmeträgermedium geleitet.
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Die Laufwerke 17 der Linearlagerung 13 und der Absorberrohrhalterung 33 sind mit dem Innenrohr 3a verbunden. Das Hüllrohr 3b ist dabei an dieser Stelle unterbrochen. Um den zwischen Hüllrohr 3b und dem Innenrohr 3a gebildeten Spaltraum evakuieren zu können, sind die Teile des Hüllrohrs 3b an der Unterbrechungsstelle abgedichtet.
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Die Linearlagerung 13 und die Absorberrohrhalterung 33 ermöglichen eine lineare Bewegung des Absorberrohrs 3 in axiale Richtung. Dadurch können Wärmedehnungen des Absorberrohrs 3 erfolgen, ohne dass es zu Verspannungen oder Ausbiegungen des Absorberrohrs 3 kommen kann.
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In 3 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel von erfindungsgemäßen Parabolrinnenkollektormodulen 1 gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist an dem oberen Ende des Ständerkopfs 9a eine sich orthogonal zu dem Absorberrohr 3 erstreckende Halterung 9b vorgesehen, an dem mehrere Haltemittel 35 befestigt sind. Die Haltemittel 35 verlaufen somit in einem Winkel zu einer durch die Mittelachse des Absorberrohrs 3 verlaufenden Vertikalebene. Die Haltemittel 35 greifen somit von oben und seitlich an der Absorberrohrhalterung 33 an, so dass auch Querkräfte, die auf das Absorberrohr 3 wirken, von den Haltemitteln 35 in vorteilhafter Weise aufgenommen werden können. Dadurch kann bei einer Wärmeausdehnung des Absorberrohrs 3 verhindert werden, dass sich dieses seitlich ausbiegt.
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In 4 ist ein zweites alternatives Ausführungsbeispiel von erfindungsgemäßen Parabolrinnenkollektormodulen 1 gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Linearlagerschiene 15 über die gesamte Länge des Absorberrohrs 3 und bildet somit die Absorberrohrhalterungsschiene 37 der Absorberrohrhalterung 33. Mehrere Haltemittel 35 verbinden diese Schiene mit den Ständerköpfen 9a der Ständervorrichtungen 9. Eine derartige Ausgestaltung hat den Vorteil, dass eine große Anzahl von Parabolrinnenkollektormodulen 1 in einer Reihe angeordnet werden können, die einen gemeinsamen aus den Absorberrohren 3 gebildeten Absorberrohrstrang 11 aufweisen. Aufgrund der sich über die gesamte Strecke erstreckenden Linearlagerschiene 15, die die Absorberrohrhalterungsschiene 37 bildet, können die Laufwerke 17, die mit dem Absorberrohr 3 verbunden sind, beliebig verschoben werden, so dass eine Wärmeausdehnung des Absorberrohrs 3 in beliebiger Länge erfolgen kann. Somit kann beispielsweise ein Absorberrohrstrang 11 mit einer Länge von mehreren 100 m verwirklicht werden, bei dem eine Wärmedehnung von mehreren Metern auftreten kann.
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In 5 ist eine alternative Ausgestaltung der Radiallagerung des Parabolreflektors 5 gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Tragstreben 29 seitlich an dem Ständerkopf 9a vorbeigeführt. An dem Ständerkopf 9a ist ein Radiallager 39 angeordnet. Das Radiallager 39 lagert eine Hohlwelle 41 drehbar an dem Ständerkopf 9a. An der Hohlwelle 41 sind die Tragstreben 29 der Tragstrukturen 27 befestigt.
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Das Absorberrohr 3 und die Linearlagerschiene 17 sind durch die Hohlwelle 41 hindurch geführt. Bei einem derartigen Ausführungsbeispiel muss die Linearlagerschiene 17 so lang ausgestaltet sein, dass sie über Haltemittel 35 gehalten werden kann, oder es muss eine separate, in 5 nicht dargestellte Halterung vorgesehen sein.
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In 6 ist schematisch das Ende eines aus mehreren Parabolrinnenkollektoreinheiten 100 gebildeten Kollektors gezeigt. Über das letzte Parabolrinnenkollektormodul 1 ragt der Absorberrohrstrang 11 über eine Distanz X heraus. Ein Anschlussrohr 43 ist an dem Absorberrohrstrang 11 angeschlossen, das eine Längenveränderung des Absorberstrangs 11 erlaubt. Dies kann beispielsweise über eine Winkelverstellung des Anschlussrohrs 43 erfolgen.
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An dem Anschlussrohr 43 ist eine Längenkompensationsvorrichtung 45 angeschlossen, die mittels eines Seilzugs 47 und eines Gewichts 49 eine Zugkraft auf den Absorberrohrstrang 11 ausübt. Dadurch wird erreicht, dass bei einer Längendehnung des Absorberstrangs 11 diese in linearer Richtung erfolgt und es nicht zu Ausbiegungen des Absorberrohrstrangs 11 kommen kann.
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Mittels der erfindungsgemäßen Parabolrinnenkollektormodule 1 lassen sich Kollektoren von mehreren hundert Metern Länge bilden, die stabil und kostengünstig bereitstellbar sind, da auf aufwändige Verbindungen, wie Ball-Joints, verzichtet werden kann. Da ein durchgehender Absorberrohrstrang 11 geschaffen werden kann, können darüber hinaus Druck- und Wärmeverluste reduziert werden.
