DE202017004050U1

DE202017004050U1 - Spiegel-Solarempfänger-Vorrichtung

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Publication number: DE202017004050U1
Application number: DE202017004050.6U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-08-01
Filing date: 2017-08-01
Publication date: 2017-08-29
Anticipated expiration: 2027-08-02

Abstract

Spiegel-Solarempfänger-Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtkonstruktion auf einem drehbaren Gestell (1) mit Stellmotor (2) und Chassis (3) gelagert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Spiegel-Solarempfänger-Vorrichtung, bestehend aus einer Anzahl von parabolisch geformten Spiegelelementen zum Zwecke einer Hochtemperaturerzeugung mittels optischer Konzentratoren. Der Spiegel-Solarreceiver-Aufbau stellt sich folgendermaßen dar:
Auf einem Drehgestell mit Chassis und Stellmotor befindet sich die komplette Spiegel-Solarempfängerkonstruktion. Die Anlage besteht aus einem Spiegelfeld mit acht festsitzenden, leicht gekrümmten und länglichen Reflektoren. Jeder einzelne Spiegel wirft das einfallende Sonnenlicht gebündelt auf einen festgelegten Punkt des Receivers. Der gebildete Fokalpunkt folgt auf der Absorberoberfläche des Empfängers selbstständig tageszeitlich dem Lauf der Sonne. Um Reflexionsungenauigkeiten der Spiegelfazetten auszugleichen, ist der Receiver innenseitig zylindrisch geformt und verspiegelt. Dies hat zur Folge, dass die eingefangene Strahlung zusätzlich energetisch optimal genutzt wird.
Nachteile bei dieser Bauart entstehen, wenn die Lichtstrahlung linearfokussiert wird. Bei diesem thermophysikalischen Vorgang wird ein Wärmeniveau im mittleren Temperaturbereich erzielt.
Die Aufgabe der Erfindung wird darin gesehen, eine Anordnung der anfangs genanntenten Bauart zu konstruieren, der den dargestellten Nachteil beseitigen soll.
Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, die Spiegelanordnung so auszurichten, dass die einzelnen Brennpunkte der Konzentratoren zu einem Lichtpunkt gebündelt werden. Abweichende Strahlen werden von dem parabol gebildetten Receiver eingefangen und um den Faktor X zusätzlich auf die Oberfläche des Absorberrohrs konzentriert. Die Wirkung ist eine Temperatursteigerung und somit eine Leistungserhöhung. Hocheffiziente Spiegelkollektoren müßen in der Regel zweiachsig dem Sonnenstand nachgeführt werden. Der Vorteil dieser Konstruktion ist, dass sie nur einachsig weitergedreht werden braucht. Die Fläche der Spiegel wird winkelmäßig vom Sonnenlicht frontal beaufschlagt. Die Ausrichtung des Spiegel-Solar-Receiver ist so angeordnet, dass der Reflexionswinkel des einfallendes Lichtes sich zu jeder Tageszeit im Bereich des Absorbers befindet. Erreicht wird dieser Vorgang rein physikalisch. Die Sonnenbahn von morgens bis mittags beträgt ungefähr 90 Grad und mittags bis Sonnenuntergang erfolgt der gleiche Umkehrprozeß. Genau der Bereich wird durch eine 135 Grad-Schräg-Stellung des langen Receiver zum Spiegelfeld optisch gewährleistet.
Aus der nachfolgenden Beschreibung und der perspektivischen und schematischen Darstellungen der Spiegel-Solarempfänger-Vorrichtung soll die Erfindung ausführlich erläutert werden.
1: Perspektivische und schematische Darstellung der Spiegel-Solarempfänger-Vorrichtung.
2: Perspektivische Darstellung des Drehgestell der Spiegel-Solarreceiver-Vorrichtung.
3: Perspektivische Darstellung der Spiegel-Solarreceiver-Vorrichtung und dessen Strahlenverlaufs des Sonnenlichtes morgens und mittags.
4: Schematische Darstellung des Solarempfängers.
Wie aus den 4 Darstellungen (1–4) zu ersehen ist, besteht die Spiegel-Solarreceiver-Vorrichtung aus 8 leicht parabolisch geformten langen Spiegeln 4a–h und einem Solarempfänger 5a–c zum Zwecke einer Hochtemperaturgenerierung eines Fluids. Darunter versteht man ein punktfokussierendes Spiegelsystem, bei dem die einzelnen Reflektoren 4a–h auf einen länglichen und schräg angeordneten Empfänger 5a–c gerichtet sind. Die Besonderheit ist, dass das Drehgestell 1 einachsig dem Sonnenstand nachgeführt wird. Eine mechanische Nachführung der Konzentratoren 4a–h entfällt. Denn beim Drehen des Spiegelfeldes 4a–h erfolgt lichtphysikalisch eine frontale Erfassung der Solarstrahlung (tageszeitlich bedingt) in unterschiedlichen Einfallswinkeln So wird während der gesamten Sonnenscheindauer das Sonnenlicht vom Absorber 5b erfasst und in thermische Energie umgewandelt.
Der Solarempfänger 5a–c besteht in seinen Einzelteilen aus dem Leitungsrohr 5c (in U-Form) für die Wärmeträgerflüssigkeit. Der Absorber ist ein metallenes Hohlrohr 5b, in dem die Wärmeträgerleitung 5c verläuft. Der Absorber 5b hat eine Schwarzpigmentierung auf der Oberfläche, um das konzentrierte Licht in hochwirksame Temperaturen umzusetzen. Begünstigt wird dieser thermodynamische Effekt durch eine Hochkuumwärmedämmung zwischen dem Absorberrohr 5b und dem Schutzglas 5a des Receivers 5a–c. Die Wärmeverluste durch Abstrahlung, Konvektion und Weiterleittung werden aufgrund optimaler Wärmedämmeigenschaften, bedingt durch den Vakuumzustand im isothermischen Bereich drastisch gesenkt. Der thermische Umsetzungsprozeß bedeutet eine weitere Steigerung von erzielbaren Energiewirkungsgraden.
Die Spiegel 4a–h sind alle im 45 Grad-Winkel zur Horizontalebene fest installiert. Morgens, wenn die Sonne tief steht, ist der Einfallswinkel gegenüber dem Ausfallswinkel am größten. Mit steigendem Sonnenstand verringert sich das Reflexionsverhältnis Spiegel 4a–h – Receiver 5a–c entsprechend. Hat die Sonne den Zenith überschritten, so findet eine Umkehrung des physikalischen Prozesses statt. Die 45 Grad Schräganordnung des Receivers 5a–c und der Konzentratoren 4a–h zur waagerechten Ebene garantiert die tageszeitliche Erfassung des einfallenden Lichtes im gesamten Absorberbereich 5b des Empfängers 5a–c.
Das Spiegelfeld ist im Verhältnis zur Horizontalebene in einer Schräglage um 10% gewinkelt. Gegenseitige Verschattungen der hintereinander angeordneten Spiegelelemente werden vermieden. Schon morgens, bei tiefstehender Sonne, kann die komplette Kraft der Solarstrahlung eingefangen und thermisch voll genutzt werden.
Die dargestellte Spiegel-Receiverkonstruktion ermöglicht eine hohe Bündelung des Lichtes mit der Folge eines hohen Konzentrationsfaktor. Das Ergebnis bedeutet das Erreichen von Höchsttemperaturen. Diese hochgradige Prozesswärme kann zum Betrieb einer Dampfturbine oder zum Entsalzen von Meerwasser genutzt werden.

Claims

Spiegel-Solarempfänger-Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtkonstruktion auf einem drehbaren Gestell (1) mit Stellmotor (2) und Chassis (3) gelagert ist.
Spiegel-Solarempfänger-Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass acht parabolisch geformte Langspiegel (4a–h) mittels eines Drehgestell (1) und Stellmotor (2) einachsig und zweidimensional beweglich sind.
Spiegel-Solarempfänger-Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die acht Spiege (4a–h) in ihrer Konzentration punktfixiert auf den Solarreceiver (5a–c) ausgerichtet sind.
Spiegel-Solarempfänger-Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Receiver (5a–c) eine zylindrische Spiegelform (5) hat, um Reflexionsgenauigkeiten auszugleichen.
Spiegel-Solarempfänger-Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Receiverkonstruktion (5a–c) aus dem Schutzglas (5a), dem Absorberrohr (5b) und der u-förmigen Rohrleitung (5c) für das Wärmeträgermedium, besteht.
Spiegel-Solarempfänger-Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Solarempfänger (5a–c) so positioniert ist, das die gebündelte Lichtstrahlung der acht Konzentratoren (4a–h) während des gesamten Sonnenscheinverlaufs als Brennfläche auf den Absorber (5b) punktfokussiert ist.