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Sonnenkollektoranlage
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Sonnenkollektoranlage, bestehend
aus mindestens einem annähernd halbzylindrischen konkaven Reflektor mit parabolförmigen
Querschnitt und einem in der Brennlinie des Reflektors angeordneten, einen Wärmeträger
führenden Absorber.
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Die sogenannten Parabol-Kollektoren werden zur Umwandlung von Sonnenenergie
in Wärme hoher Temperaturen eingesetzt.
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Der Parabol-Reflektor erfaßt ein breites Strahlenbündel und reflektiert
es konzentriert auf einen als Rohr ausgebildeten Absorber, der die Energie umwandelt
und auf einen mit dem Absorber in wärmeleitendem Kontakt stehenden Wärmeträger weiterleitet.
Hierbei können Temperaturen oberhalb 2000C im Wärmeträger erreicht werden.
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Die Leistung derartiger Kollektoren hängt aber von der Größe der sonnenbestrahlten
Reflektorfläche ab. Da deren erreichbare Dimensionen aus fertigungstechnischen Gründen
begrenzt sind, schaltet man für bestimmte Anwendungszwecke, wie z.B.
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Kraftwerken, mehrere Kollektoren zu einer Anlage zusammen, was zum
Teil komplizierte oder aufwendige Montagearbeit erfordert, die mit der Stückzahl
der zusammenzusetzenden Kollektoren steigt. Es sei hierzu allein schon die Zahl
der Absorber-Rohran schlüsse genannt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sonnenkollektoranlage
der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine vereinfachte Montage der Einzelbauteile
erlaubt.
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Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Kollektorplattform
vorgesehen ist, in der die Reflektoren aneinander gereiht und gegebenenfalls mehrere
solcher Reihen nebeneinander angeordnet sind, wobei die Brennlinie von den Reflektoren
einer Reihe auf eine gemeinsame Gerade zu liegen kommen, in deren Bereich ein für
die Reihe vorgesehener gemeinsamer Absorber angeordnet ist.
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Die aneinandergereihten Reflektoren bilden somit einen langen Parabol-Reflektor
mit einer vielfachen Länge eines Einzelspiegels, so daß hier anstelle von getrennten
Absorberrohren ein einziges, über die Länge des Reflektors sich erstreckendes
Absorberrohr
verwendet werden kann. Die Rohranschlüsse reduzieren sich dabei auf nur wenige Verbindungen,
nämlich die die zwischen den Absorberrohren der einzelnen Reihen noch hergestellt
werden müssen.
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Die Plattform kann in einer einfachen Art aus als Fachwerk zusammengesetzten
Verstrebungen ausgebildet sein, wobei die Verstrebungen für die Auflage fläche für
die Kollektoren bzw.
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Reflektoren längs- und quergerichtet in Abständen angeordnet sind,
die der Dimension eines Reflektors entsprechen oder ein Vielfaches davon sind.
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Somit ist eine Vorlage geschaffen, auf der die Reflektoren annährend
Stoß an Stoß angeordnet werden können, um somit die Oberfläche der Gesamtanlage
als Nutzfläche für die Sonnenstrahlenaufnahme optimal zu nutzen.
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Die einzelnen Reflektoren können vorteilhaft auf Rahmen angeordnet
eingespannt sein, die dann mit den Verstrebungen der Auflagefläche der Plattform
verbunden werden. Um Ungenauigkeiten in den Toleranzen der Plattform auszugleichen,
sind mindestens zwei-dimensional verstellbare Befestigungsmittel zur Befestigung
der Rahmen an die Verstrebungen vorgesehen.
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Auch ist es möglich, die Verbindung zwischen Reflektor und Rahmen
mit verstellbaren sowie'elastischen Spannelementen herzustellen.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung besteht ein Spannelement aus
einer Schraube, einer darauf aufgeschraubten Auflage scheibe und einer Spannmutter,
zwischen denen die Kante des Reflektors eingespannt ist. Mit Zurhilfenahme von Federelementen
als Zwischenlage zu beiden Seiten des Reflektors wird erreicht, daß die Verbindung
zwischen Reflektor und Rahmen elastisch ist, um geringe Dehnbewegungen insbesondere
durch Wärmedehnungen des Reflektors in der Tangentialebene zuzulassen.
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Die erfindungsgemäße Anlage ist gegenüber den bisherigen Anordnungen
nicht nur rascher und leichter herstell- und montierbar, sondern auch kompakt und
aufgrund seines vertretbaren Gewichtes geeignet, als eine der Sonnenlage nachstellbare
Anlage schwenkbar zu montieren.
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Ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch
dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 eine Draufsicht und Fig. 2 eine Seitenansicht des
Ausführungsbeispieles und Fig. 3 bis 5 je Einzelheiten des Ausführungsbeispieles.
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Fig. 1 zeigt eine auf einem Sockel 10 beweglich montierte Kollektoranlage
11 mit parabolförmigem Querschnitt aufweisende Reflektoren 12, die in Reflektorenzeilen
13 zusammengefaßt sind In der Brennlinie der einzelnen Reflektorzeilen 13 ist je
ein Absorberrohr 14 angeordnet, in dem ein Wärmeträger zur Speicherung der vom Absorber
14 aufgenommenen Wärmeenergie fließt. Über Anschlußstücke 15 sind die Absorberrohre
miteinander bzw. mit einem zentralen Sammelleitungssystem (Fig. 2) verbunden.
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Die einzelnen Spiegel 12 sind in einer Zeile 13 untereinander so angeordnet,
daß die jeweiligen linienförmigen Brennflecke auf einer Geraden 17 zu liegen kommen.
Auf dieser Geraden wird das Absorberrohr mittels Blechteilen 18 gehalten. Je nach
Bedarf kann so eine Reflektorzeile mit mehr oder weniger Spiegeln 12 bestückt und
in entsprechender Vielzahl nebeneinander zu einer Anlage zusammengefaßt werden.
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Die auf diese Weise hergestellten Kollektoren werden auf eine aus
Verstrebungen 20 hergestellte Plattform 21 montiert. Um eine zuverlässige und rasche
Montage zu gewährleisten, bei der eine optimale Orientierung der Bauelemente erreicht
werden kann, sind Rahmen 25 vorgesehen, die jeweils ein oder mehrere Reflektoren
halten, Fig. 3. Die Rahmen 25
bestehen aus Längsleisten 26 und
parobolförmig gebogene Querleisten 27, die so miteinander verbunden sind, daß der
Gesamtrahmen entweder einen Parabol-Reflektor oder auch mehrere oder aber die einzelnen
Spiegel segmente 29, die zum Aufbau eines gesamten Reflektors dienen, aufnehmen
kann.
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Zur Befestigung der Spiegelsegmente 29 bzw. der Reflektoren 12 dienen
Spannelemente 30, die im einzelnen in Fig. 5 näher dargestellt sind. Ein derartiges
Spannelement besteht aus einer mit den Längs- bzw. Querleisten 26 bzw. 27 verbundenen
Schraube 32, auf der eine Auflagescheibe 33 aufgeschraubt und der eine Spannmutter
34 zugeordnet ist. Zwischen der Auflagescheibe 33, der Mutter 34 und zwei Federelementen
35 und 36 wird die Kante eines Spiegels, oder von zwei Spiegeln, wenn es sich um
eine Mittelleiste handelt, federnd eingespannt.
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Für die Montage einer erfindungsgemäßen Kollektoranlage wird zunächst
die fachwerkartige Plattform 21 zusammengebaut. Auf der Auflagefläche der Plattform
bilden die Verstrebungen Halterahmen, die zur Aufnahme eines oder mehrerer Spiegelrahmen
25 ausgelegt sind. Das Einspannen der Reflektoren bzw. der Spiegel segmente 29 im
Rahmen 25 erfolgt in der Weise, daß die Auflagescheiben 33 eines Rahmens 25 zunächst
durch Verschrauben so eingestellt werden, daß
deren Auflage fläche
die Fläche einer theoretischen Zylinder-Parabolfläche angleichen. Durch einen Lackpunkt
werden diese Scheiben in der eingestellten Lage fixiert. Erst dann werden die Spiegel
aufgelegt und mit der Mutter 34, die mit einem vorbestimmten Anzugsmoment angezogen
wird, befestigt. Die auf diese Weise erhaltene Reflektoreinheit wird dann in den
entsprechenden Plattformrahmen eingelegt und mit den Seitenleisten an die entsprechenden
Plattform verstrebungen befestigt. Durch Langlöcher oder Einstellschrauben können
hierbei Ungenauigkeiten in der Fertigung der Plattform ausgeglichen werden. Bei
dieser Anordnung hängt die gebogene Reflektorfläche nach unten durch.
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Nach dem Einlegen und Befestigen der einzelnen Reflektoren 12 innerhalb
einer Zeile, wird das Absorberrohr, das im allgemeinen von einer lichtdurchlässigen
Schutzhülle 40 umgeben ist, in die Blechhalterungen 18 eingelegt. Auf diese Weise
wird eine Zeile nach der anderen auf die Plattform anmontiert und anschließend werden
die Endverschlüsse 15 der Absorberrohre 14 entsprechend verschaltet. Die Zahl der
Leitungsanschlüsse richtet sich also nur nach der Zahl der Reflektorzeilen, die
in einer Anlage vorgesehen werden. Die Anschlüsse sind aber nicht von der Anzahl
von Reflektoren bzw.
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Kollektoren innerhalb einer Reflektorzeile abhängig. Dieser Vorteil
gegenüber den bisherigen Kollektoranlagen macht sich insbesondere bei den Hochleistungsanlagen
bemerkbar, bei denen
der Wärmeträger innerhalb der Absorberrohre
14 unter höherem Druck steht.
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Gemäß Fig. 2 ist die Kollektorplattform 21 um eine vertikale Drehachse
41 drehbar bzw. schwenkbar gelagert und mit einer entsprechenden Winkellage zu der
Achse 41 orientiert, so daß die Sonnenstrahlen senkrecht auf Reflektoren einfällt
und die gesamte Anlage der Sonne kontinuierlich nachgestellt werden kann. Am Standort
wird die Kollektoranlage so gerichtet, daß die Absorberrohre 14 eine Nord-Südrichtung
einnehmen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht also eine optimale Einstellung
sowohl der Leistung als auch des Wirkungsgrades, indem die Richtung der Plattform
und die Lage der Reflektoren in den Rahmen und in der Plattform sowie die des Absorberrohres
entsprechend eingestellt werden können.
L e e r s e i t e