EP2844928A1

EP2844928A1 - Rinnenkollektor mit konzentratoranordnung

Info

Publication number: EP2844928A1
Application number: EP13721583.6A
Authority: EP
Inventors: Andrea PEDRETTI-RODI; Gianluca AMBROSETTI; Sergio GRANZELLA
Original assignee: Airlight Energy IP SA
Current assignee: Airlight Energy IP SA
Priority date: 2012-05-01
Filing date: 2013-04-30
Publication date: 2015-03-11
Also published as: US20150354856A1; WO2013163771A1; CN104471326A; CH706465A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ririnenkollektor (1) mit einem Primärkonzentrator (2), der Sonnenstrahlung in einen Brennlinienbereich konzentriert, mit einer Anordnung (56) für Sekundärkonzentration der vom Primärkonzentrator (2) reflektierten Sonnenstrahlen, weiche diese weiter in Brennpunktbereiche (47) konzentriert. Die Anordnung (56) für Sekundärkonzentration besitzt mehrere Reihen (60, 61, 62) von Sekundärkönzentratoren, (40) die in einer Reihe gleiche Ausrichtung; aber von Reihe zu Reihe unterschiedliche Ausrichtung aufweisen. Weiter sind Mittel (58) vorgesehen, um eine der Reihen (60, 61, 62) in Betriebsposition, die anderen Reihen in einer Ruheposition zu halten. Damit kann jeder der Reihen (60, 61, 62) ein Bereich des Skew-Angles zugeordnet werden und bei dessen Änderung eine andere Reihe in Betriebsposition gebracht werden.

Description

RINNENKOLLEKTOR MIT KONZENTRATORANORDNUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sonnenkollektor mit einer Konzentratoranordnung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Rinnenkollektoren finden u.a. in Sonnenkraftwerken Anwendung, wobei Anordnungen für die Sekundärkonzentration für solche Rinnenkollektoren vermehrt vorgeschlagen worden sind. Bis heute ist es wegen der noch nicht überwundenen Nachteile der Fotovoltaik nicht gelungen, Solarstrom in Anwendung dieser Technologie in annähernd kostendeckender Art zu erzeugen. Solarthermische Kraftwerke hingegen produzieren schon seit einiger Zeit Strom im industriellen Massstab zu Preisen, die - gegenüber der Fotovoltaik - nahe an den heute üblichen kommerziellen Preisen für in herkömmlicher Art erzeugten Strom liegen.

In Solarthermischen Kraftwerken wird die Strahlung der Sonne durch Kollektoren mit Hilfe des Konzentrators gespiegelt und gezielt auf einen Ort fokussiert, in welchem dadurch hohe Temperaturen (oder hohe Lichtdichte) entstehen. Die konzentrierte Wärme kann abgeführt und zum Betrieb von thermischen Kraftmaschinen wie Turbinen verwendet werden, die wiederum die Strom erzeugenden Generatoren antreiben.

Heute sind drei Grundformen von solarthermischen Kraftwerken im Einsatz: Dish-Sterling- Systeme, Solarturmkraftwerkssysteme und Parabolrinnensysteme. Die Dish-Sterling-Systeme als kleine Einheiten im Bereich von bis zu 50 kW pro Modul haben sich nicht generell durchgesetzt.

Solarturmkraftwerksysteme besitzen einen zentralen, erhöht (auf dem "Turm") montierten Absorber für das durch hunderte bis tausende von einzelnen Spiegeln mit zu ihm gespiegelte Son- nenlicht, womit die Strahlungsenergie der Sonne über die vielen Spiegel bzw. Konzentratoren im Absorber konzentriert und so Temperaturen bis zu 1300° C erreicht werden sollen, was für den Wirkungsgrad der nachgeschalteten thermischen Maschinen (in der Regel ein Dampf- oder Fluid- turbinenkraftwerk zur Stromerzeugung) günstig ist. Die Anlage "Solar two" in Kalifornien besitzt eine Leistung von mehreren MW. Die Anlage PS20 in Spanien besitzt eine Leistung von 20 MW. Solarturmkraftwerke haben (trotz der vorteilhaft erreichbaren hohen Temperaturen) bis heute ebenfalls keine grössere Verbreitung gefunden.

Parabolrinnenkraftwerke jedoch sind verbreitet und besitzen Kollektoren in hoher Anzahl, die lan- ge Konzentratoren mit geringer Querabmessung aufweisen, und damit nicht einen Brennpunkt, sondern eine Brennlinie besitzen. Diese Linienkonzentratoren besitzen heute eine Länge von 20 m bis zu 150 m. In der Brennlinie verläuft ein Absorberrohr für die konzentrierte Wärme (bis gegen 500°C), das die Wärme zum Kraftwerk transportiert. Als Transportmedium kommt z.Bsp. Thermo- öl, geschmolzene Salze oder überhitzter Wasserdampf in Frage.

Die 9 SEGS-Parabolrinnen-Kraftwerke in Südkalifornien produzieren zusammen eine Leistung von ca. 350 MW. Das 2007 ans Netz gegangene Kraftwerk "Nevada Solar One" besitzt Rinnenkollektoren mit 182'400 gekrümmten Spiegeln, die auf einer Fläche von 140 Hektar angeordnet sind und produziert 65 MW. Andasol 3 in Spanien ist seit September 2009 im Bau, soll in 2011 den Betrieb aufnehmen, so dass die Anlagen Andasol 1 bis 3 eine Höchstleistung von 50 MW aufweisen werden.

Für die Gesamtanlage (Andasol 1 bis 3) wird ein Spitzenwirkungsgrad von ca. 20% sowie ein Wirkungsgrad im Jahresmittel von rund 15% erwartet.

Wie oben angedeutet ist ein wesentlicher Parameter für den Wirkungsgrad eines Solarkraftwerks die Temperatur des durch die Kollektoren erhitzten Transportmediums, über welches die gewonnene Wärme vom Kollektor wegtransportiert und für die Umwandlung in beispielsweise Strom genutzt wird: mit höherer Temperatur lässt sich ein höherer Wirkungsgrad bei der Umwandlung erzielen. Die im des Transportmedium realisierbare Temperatur hängt wiederum von der Konzentration der reflektierten Sonnenstrahlung durch den Konzentrator ab. Eine Konzentration von 50 bedeutet, dass im Brennbereich des Konzentrators eine Energiedichte pro m² erzielt wird, die der 50 fachen der von der Sonne auf einen m² der Erdoberfläche eingestrahlten Energie entspricht.

Die theoretisch maximal mögliche Konzentration hängt von der Geometrie Erde - Sonne, d.h. vom Öffnungswinkel der von der Erde aus beobachteten Sonnenscheibe ab. Aus diesem Öffnungswinkel von 0,27° folgt, dass der theoretisch maximal mögliche Konzentrationsfaktor für Rinnenkollektoren bei 213 liegt. Selbst mit sehr aufwändig hergestellten, und damit für den industriellen Einsatz (zu) teuren Spiegeln die im Querschnitt einer Parabel gut angenähert sind und damit einen Brennlinienbereich mit kleinstem Durchmesser erzeugen, ist es heute nicht möglich, diese maximale Konzentration von 213 auch nur annähernd zu erreichen. Eine zuverlässig erzielbare Konzentration von ca. 50 bis 60 ist jedoch realistisch und erlaubt bereits die oben genannten Temperaturen von gegen 500°C im Absorberrohr eines Parabolrinnenkraftwerks.

Zur Steigerung der erzielbaren Temperatur sind nun Sekundärkonzentratoren vorgeschlagen worden, welche die durch den primären (Rinnen)Konzentrator reflektierte Sonnenstrahlung in Längs- richtung des Primärkonzentrators noch einmal konzentrieren, so dass die Sonnenstrahlung schliesslich in eine Anzahl Brennpunkte konzentriert ist, somit die Konzentration des Sonnenlichts und die damit erzeugte Temperatur höher liegen und über 600°C erreichbar sein sollten.

Analoges gilt, wenn die Strahlung auf photovoltaische Zellen konzentriert werden soll, was aber, wie oben erwähnt, bis heute noch nicht im industriellen Masstab realisiert worden ist.

Die Konstruktion von Sekundärkonzentratoren ist jedoch anspruchsvoll, da sich saisonal und über Tag der so genannte Skew-Angle, d.h. der Winkel, mit dem das Sonnenlicht auf den Primärkon- zentrator eines Rinnenkollektors einfällt, ändert, wobei sich dann beispielsweise die durch die Se- kundärkonzentratoren erzeugten Brennpunktbereiche verschieben können, was insbesondere bei der Anwendung eines Absorberrohrs mit thermischen Öffnungen problematisch ist.

Als Compound Parabolic Concentrator (CPC) ausgebildete Sekundärkonzentratoren erscheinen für eine Konzentration in Längsrichtung besonders geeignet, besitzen jedoch den Nachteil, dass die erreichbare Konzentration vom Akzeptanzwinkel (9_in) des Sekundärkonzentrators abhängig ist (Strahlung, die ausserhalb des Akzeptanzwinkels in den Sekundärkonzentrator einfällt, erreicht den durch ihn erzeugten Brennpunktbereich nicht): je grösser 9_in, desto kleiner ist die durch den CPC - Sekundärkonzentrator erreichbare weitere Konzentration. In der US 2010/037953 wurde vorgeschlagen, die als Fresnellinsen oder parabolische Reflektoren ausgebildeten Sekundärkonzentratoren gegenüber dem Primärkonzentrator verschwenkbar anzuordnen, so dass diese laufend dem aktuellen Skew-Angle nachgeführt werden können.

Die gezeigte Lösung für die Ausbildung der verschwenkbaren Sekundärkonzentratoren besitzt je- doch den Nachteil, dass sich diese nur über einen kleinen Teil des notwendigen Verschwenkbe- reichs verschwenken lassen, ohne an einander anzustossen und damit gegen eine weitere Ver- schwenkbewegung zu blockieren. Denkbar ist, die gezeigte Anordnung mit in Vertikalstellung be- abstandeten Sekundärkonzentratoren auszustatten, was die notwendige Verschwenkbarkeit zwar erlauben würde, aber zur Folge hätte, dass in der im Betrieb notwendigen Vertikalstellung nicht die gesamte vom Primärkonzentrator reflektierte Sonnenstrahlung sekundär konzentriert werden kann, was den Wirkungsgrad des Sonnenkollektors vermindert.

Entsprechend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Rinnenkollektor mit einer verbesserten Anordnung für die Sekundärkonzentration von reflektierten Sonnenstrahlen bereit zu stellen.

Diese Aufgabe wird durch einen Rinnenkollektor mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.

Dadurch, dass die für einfallende Strahlung verschieden ausgerichteten Komponenten wechsel- weise im Pfad der vom Primärkonzentrator reflektierten Strahlung positioniert werden können, wird ermöglicht, je nach aktuellem Skew-Angle entsprechend ausgerichtete Sekundärkonzentratoren einzusetzen, ohne dass diese verschwenkbar ausgebildet sein müssen. Aktuell nicht benötigte Sekundärkonzentratoren anderer Ausrichtung können in einer Ruheposition ausserhalb des Pfads der reflektierten Strahlung geparkt werden.

Entsprechend entfällt der konstruktive Aufwand für eine Anordnung verschwenkbarer Sekundärkonzentratoren sowohl für die lückenlose Erfassung aller reflektierter Strahlen als auch für die mit dem Zeitablauf stets hochpräzis einzuhaltende, sich aber laufend verändernde Ausrichtung. Dies ist insbesondere in einer Hochtemperaturumgebung von Bedeutung, wie sie bei Sekundärkon- zentratoren, die Temperaturen über 600° erzeugen sollen, der Natur der Sache nach nicht vermeidbar ist. Ebenso, oder verschärft beim Einsatz von photovoltaischen Zellen, die der Natur der Sache nach unmittelbar am Ausgang der Sekundärkonzentratoren angeordnet sein und deshalb gekühlt werden müssen, was zusätzliche konstruktive Probleme schafft. Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. la schematisch einen Rinnenkollektor bekannter Bauart mit einer Anordnung von Sekundärkonzentratoren, Fig. lb schematisch die tägliche Bahn der Sonne und den auftretenden Skew-Angle lc schematisch den Skew-Angle im Kollektor, ein Diagramm mit der Veränderung des Skew-Angles während einem Jahr bei einer Nord Süd Ausrichtung eines Rinnenkollektors mit dem angenommenen Standort Dubai

Fig. 2 eine bevorzugte Ausführungsform eines Sekundärkonzentrators,

Fig. 3 schematisch eine erste bevorzugte Ausführungsform des Rinnenkollektors gemäss der vorliegenden Erfindung,

Fig. 4 eine Ansicht von oben auf die Ausführungsform von Figur 3,

Fig. 5 eine Ansicht auf einen Abschnitt der neben einander angeordneten Reihen von Sekundär- konzentratoren gemäss der Ansicht von Figur 4,

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform gemäss der vorliegenden Erfindung, und

Fig 7a bis 7c eine Ansicht von der Seite eine erfindungsgemäss für verschiedene Akzeptanzbereiche modifizierten konzentrierenden Elements.

Fig. la zeigt einen Rinnenkollektor 1 gemäss dem Stand der Technik mit einem Primärkonzentrator 2, der in einem zur Entlastung der Figur nicht näher dargestellten Rahmen ruht, verschwenkbar ausgebildet ist und so dem täglichen Lauf der Sonne nachgeführt werden kann.

Der Doppelpfeil 3 zeigt die Längsrichtung, der Doppelpfeil 4 die Querrichtung des Rinnenkollektors 1 und der Doppelpfeil 5 die Verschwenkrichtungen des Kollektors 1.

Weiter dargestellt ist eine Anordnung 8 von hier als Fresnellinsen ausgebildeten Sekundärkon- zentratoren 9 sowie ein Sonnenstrahl 10, der auf den Primärkonzentrator 2 einfällt, durch diesen als Strahl 11 gegen einen Brennlinienbereich des Primärkonzentrators 2 reflektiert und nach dem Durchgang durch einen Sekundärkonzentrator 9 in Längsrichtung 3 gebrochen wird, so dass er schliesslich als Strahl 12 auf einen Brennpunktbereiche 13 gelenkt wird. Mit anderen Worten werden die einfallenden Sonnenstrahlen zuerst in Querrichtung 4, dann in Längsrichtung 3 konzentriert, wobei die so entstandenen Brennpunktbereiche 13 auf einem Absorberrohr 14 liegen, das die Wärme aufnimmt und über ein Wärme transportierendes Medium abführt.

Der hier als starrer Spiegel dargestellte Primärkonzentrator 2 kann auch als flexible, in einer Druckzelle aufgespannte Folie ausgebildet sein, wie dies etwa in der WO 2010/037243 dargestellt ist. Anstelle des hier gezeigten Absorberrohrs 14 können auch photovoltaische Zellen zur Produk- tion von Strom am Ort der Brennpunktbereiche 13 vorgesehen werden.

Wie eingangs erwähnt, wird in der US 2010/037953 vorgeschlagen, die Sekundärkonzentratoren 9 mit einer in Querrichtung 4 verlaufenden Verschwenkachse verschwenkbar auszubilden, um diese laufend dem Skew-Angle (s. Figur lb) nachzuführen.

Fig. lb zeigt die tägliche Bahn der Sonne in Bezug auf einen Kollektor 1. Dargestellt ist der in Nord- Süd Richtung ausgerichtete Kollektor 1 mit dem durch die gestrichelte Linie 20 symbolisierten Horizont, wie er vom Kollektor 1 aus sichtbar sein mag. Weiter dargestellt ist die Bahn 21 der Sonne an einem Sommertag, welche im Osten im Punkt 22 beginnt und im Westen im Punkt 23 endet. Ebenso ist ersichtlich die Bahn 25 der Sonne an einem Wintertag, beginnend im Osten im Punkt 26 und endend im Westen im Punkt 27.

Durch Verschwenken entsprechend dem Doppelpfeil 5 wird der Kollektor 1 tagsüber laufend auf die Sonne ausgerichtet, d.h. am Morgen ist er mit Bezug auf die Figur lb nach links gekippt, mit- tags horizontal ausgerichtet und am Abend nach rechts gekippt.

Trotz dieser Ausrichtung ist es so, dass im Sommer die Sonne (hier in Bezug auf die Zeichnungsebene gesehen) vor dem Kollektor 1 (also nördlich von ihm) aufgeht, mittags hinter ihm (also südlich) steht und abends vor ihm (also wiederum nördlich) untergeht. Im Winter steht die Sonne stets hinter dem Kollektor 1, also südlich von ihm.

Dies wird veranschaulicht durch die Normale 28 des Kollektors 1, die senkrecht auf der gestrichelt angedeuteten, in Längsrichtung 3 verlaufenden Mantellinie 29 des Konzentrators 2 steht: beispielsweise schliesst sie mit dem Sonnenstrahl 30 (Sonne im Winterhalbjahr) einen ersten Winkel S, und mit dem Sonnenstrahl 31 (Sonne im Sommerhalbjahr) einen zweiten Winkel S ein. Der Winkel S ist dem Fachmann als Skew-Angle bekannt und bezeichnet den Einfall der Sonnenstrahlen in Längsrichtung 3 schräg auf den Konzentrator des Kollektors, wenn dieser auf die Sonne ausgerichtet ist. Fällt ein Sonnenstrahl 31 von schräg vorne auf den Kollektor 1, ist der Skew-Angle negativ, fällt ein Sonnenstrahl 30 von schräg hinten auf den Kollektor 1, ist der Skew-Angle positiv. Fällt ein Sonnenstrahl über Mittag mit der Normalen 29 zusammen, ist der Skew-Angle 0. Dies ist zusammenfassend in den Figuren 1 c und ld gezeigt: Ist der Kollektor 1 auf die Sonne ausgerichtet, fallen die Sonnenstrahlen unter dem Skew-Angle S auf den Konzentrator 2 derart, dass sie mit der Norma- len 29 in einer Ebene E liegen, wobei die zur Entlastung der Figur nicht dargestellten reflektierten Strahlen in den Brennlinienbereich des Konzentrators 2 konzentriert werden.

Fig. ld zeigt beispielhaft ein Diagramm mit dem Bereich des Skew-Angles anhand des Standorts Dubai in Abhängigkeit von der Jahreszeit: Auf der horizontalen Achse ist die Jahreszeit t aufgetra- gen, auf der vertikalen Achse der Wert des Skew-Angles in Grad.

Dem Diagramm von Figur ld liegt eine Nord - Süd Ausrichtung des Kollektors 1 zu Grunde, wobei dessen Verschwenkbereich von - 70° bis +70° reicht (0° entspricht der horizontalen Ausrichtung über Mittag).

Für die in Figur lb dargestellten Verhältnisse ist abzulesen, dass der Skew-Angle S im Sommer, etwa am 25. Juni, am Morgen (Punkt 22 in Figur lb) bei ca. - 17° liegt, mittags bei ca. +4° und abends wieder bei ca. - 17°. Über Tag ändert der Skew-Angle S um ca. 21°. Im Winterhalbjahr, etwa am 5. Januar, ändert der Skew-Angle S zwischen ca. + 32° und ca. +48°, ändert also um ca. 26°.

Figur 2 zeigt einen Sekundärkonzentrator 40, wie er in einem Kollektor 1 (Figur la) an Stelle der dort schematisch gezeigten, als Fresnellinsen ausgebildeten Sekundärkonzentratoren 9 eingesetzt werden kann. Der Sekundärkonzentrator 40 besitzt eine vordere Wand 41 und eine hintere Wand 42, die als Compound Parabolic Concentrator (CPC) ausgebildet sind. CPC's sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt. Der CPC dient der Sekundärkonzentration der vom Primärkonzentrator 2 (Figur la) reflektierten Sonnenstrahlen 11, 11', d.h. er konzentriert diese in Längsrichtung 3. Weiter dargestellt sind eine rechte Seitenwand 43 und eine linke Seitenwand 44, die als Trumpet Concentrator ausgebildet sind und erlauben, die durch den Primärkonzentrator in Querrichtung 4 konzentrierten Sonnenstrahlen 11 zusätzlich noch einmal in Querrichtung 4 zu konzentrieren. Dem Fachmann ist ein Trumpet Concentrator grundsätzlich bekannt.

Im Ergebnis treten Hochkonzentrierte Strahlen 45 aus der oberen Öffnung 46 des Sekundärkon- zentrators 40 aus und treffen in einem Brennpunktbereich 47 erfindungsgemäss ein Absorberrohr 14 (Figur la) oder photovoltaische Zellen, die zur Entlastung der Figur weggelassen sind. Die untere Öffnung 48 des Sekundärkonzentrators 40 besitzt einen Akzeptanzbereich, der durch die Eigenschaften des CPC's sowie dies Trumpet Concentrators bestimmt ist, mit der Folge, dass nur unter dem Akzeptanzwinkel einfallende Strahlen 11 in den Brennpunktbereich 47 konzentriert werden, was für den hier beispielhaft eingezeichneten, ausserhalb des Akzeptanzwinkels liegenden Strahl 11' nicht der Fall ist.

Figur 3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dargestellt ist ein Kollektor 50, mit einem flexiblen, in einer Druckzelle 51 angeordneten Konzentrator-Membran 52, die einfallende Sonnenstrahlen 53, 53' primär konzentriert und damit als Strahlen 54,54' auf eine Anordnung für Sekundärkonzentration 55 reflektiert. Die Druckzelle 51 ist in einem Rahmen 59 des Kollektors 50 eingespannt.

In einem Gestell 56 unterhalb dem Absorberrohr 57 ist ein Wagen 58 angeordnet, der in Querrichtung 4 unter dem Absorberrohr 57 hin- und her verschieblich angeordnet ist und Sekundär- konzentratoren 40 (Figur 2) trägt, hier in mehreren neben einander liegenden Reihen 60, 61 und 62, so dass die Sekundärkonzentratoren 40 in den Reihen 60 bis 62 gruppiert sind. In jeder Reihe oder Gruppe 60 bis 62 liegen dann die dazu gehörenden Sekundärkonzentratoren 40 hinter einander und sind damit der Länge des Primärkonzentrators entlang angeordnet.

Zur Entlastung der Figur ist ein konventioneller Antrieb des Wagens 58 weggelassen, der vom Fachmann ohne weiteres nach den Bedürfnissen vor Ort konzipiert werden kann.

Durch geeignetes Verfahren des Wagens 58 befindet sich jeweils eine der Reihen 60 bis 62 unter dem Absorberrohr 57, d.h. in Betriebsposition im Pfad der reflektierten Strahlung und die beiden anderen Reihen in Ruheposition, d.h. ausserhalb des Pfads der reflektierten Strahlung. Die Sekundärkonzentratoren jeder Reihe (oder Gruppe) 60 bis 62 sind gegenüber denjenigen einer anderen Gruppe unterschiedlich ausgerichtet, besitzen also einen unterschiedlich ausgerichteten Akzeptanzbereich und sind damit geeignet, Strahlung sekundär zu konzentrieren, die einem zugeordneten, vorbestimmten Bereich des Skew-Angels S, d.h. in einem vorbestimmten Skew- Bereich entspricht:

Ausgehend vom Bereich der Skew-Angles am konkreten Ort und entsprechend dem Diagramm von Figur ld kann damit der Fachmann den vollständigen Skew-Bereich bestimmen (der im Beispiel von Figur ld von - 18° bis +49° reicht) diesen in eine geeignete Anzahl vorbestimmter Skew- Bereiche unterteilen (im Beispiel gemäss der Anordnung von Figur 3 deren drei) und jedem dieser damit vorbestimmten Skew-Bereiche eine Reihe (bzw. Gruppe) 60 bis 62 von Sekundärkonzentratoren 40 zuordnen, die auf ihren Skew-Bereich ausgerichtet sind und die dann in der entsprechenden Jahreszeit durch die Verschiebung des Wagens 48 in Betriebsposition gebracht werden. Figur 4 zeigt eine Ansicht von oben auf den Kollektor 50 gemäss Figur 3, wobei zur Entlastung der Figur das Absorberrohr 57 weggelassen ist. Dessen Position wird durch die Linie 70 dargestellt.

Im Wagen 58 sind gemäss der dargestellten Ausführungsform drei Reihen bzw. Gruppen 60 bis 62 von Sekundärkonzentratoren 40 angeordnet. Wie oben erwähnt, sind die Sekundärkonzentrato- ren 40 in einer jeweiligen Reihe auf einen zugeordneten Skew-Bereich ausgerichtet.

Durch die gestrichelte Linie 71 ist ein Abschnitt der Reihen 60 bis 62 von Sekundärkonzentratoren bezeichnet, welcher in Figur 5 näher dargestellt ist. Im Ergebnis besitzt der erfindungsgemässe Rinnenkollektor eine Anordnung 65 für Sekundärkonzentration der vom Primärkonzentrator 42 reflektierten Sonnenstrahlen 54,54', welche diese weiter in Brennpunktbereiche 46 (Figur 2) konzentriert, wobei die Anordnung 65 für Sekundärkonzentration der reflektierten Strahlung eine Anzahl verschieden ausgerichtete, hier als Sekundärkonzentratoren 40 ausgebildete konzentrierende Komponenten besitzt und weiter Mittel auf- weist, um die konzentrierenden Komponenten wechselweise in eine Betriebsposition im Pfad der reflektierten Strahlung oder in eine Ruheposition ausserhalb dem Pfad der reflektierten Strahlung zu bringen. Diese Mittel sind in der Ausführungsform gemäss der Figur 3 als Gestell 56, Wagen 58 und Antrieb für den Wagen 58 ausgebildet. Figur 5 zeigt die Ansicht auf den Abschnitt gemäss der gestrichelten Linie 71 aus den Reihen 60 bis 62 von Sekundärkonzentratoren 40. Zur Entlastung der Figur ist der Wagen 58 und alle weiteren Elemente des Kollektors 50 weggelassen, einzig die Position des Absorberrohrs 57 ist durch die Linie 71 markiert. In der Figur ist die unterschiedliche Ausrichtung der Sekundärkonzentratoren jeder der Reihen 60 bis 62 klar ersichtlich.

Wie oben erwähnt, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die in Figur 2 dargestellte Ausführungsform eines Sekundärkonzentrators beschränkt, erfindungsgemäss ist jedes Element, durch welches die vom Primärkonzentrator reflektierte Strahlung längs in einen Brennpunktbereich kon- zentriert wird. Weiter können die Mittel für die Verschiebung der sekundär konzentrierenden Elemente verschieden ausgebildet sein, so ist beispielsweise an Stelle eines über das Gestell 56 fahrenden Wagens 58 denkbar, die sekundär konzentrierenden Elemente an rotierenden, um das Absorberrohr gelegten Ringen anzuordnen. Ebenso können in den durch die sekundär konzentrierenden Elemente gebildeten Brennpunktbereichen photovoltaische Zellen angeordnet sein.

Aufgrund der Parabolrinnenform des Primärkonzentrators ergibt sich, dass die reflektierten Strahlen in Längsrichtung gesehen nicht parallel in das sekundär konzentrierende Element einfallen, sondern in einem Winkel von einigen Grad, dessen Betrag mit der Grösse des Skew-Angels ändert. Entsprechend werden bei einer bevorzugten Ausführungsform die Akzeptanzbereiche der sekun- därkonzentrierenden Elemente der verschiedenen Reihen bzw. Gruppen überschneidend ausgebildet, so dass bei einem Wechsel von einer Reihe zur anderen Reihe die momentan herrschende Sonnenstrahlung durch beide Reihen vollständig in die Brennpunktbereiche konzentriert werden kann. Figur 6 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Kollektors 80 gemäss der vorliegenden Erfindung, bei welcher die Anordnung 65 für Sekundärkonzentration modifiziert ist. Zwischen dem Absorberrohr 57 und dem Wagen 58 ist eine einzige Reihe 83 von sekundär konzentrierenden Elementen, hier von Sekundärkonzentratoren 40, im Gestell 56 über Haltearme 84 fest angeordnet. Im Wagen 58 sind Reihen 85 und 86 von Vorsatzelemente 87 und 89 angeordnet, die je nach der Stellung des Wagens 85 in einer Betriebsposition (d.h. im Pfad der Strahlung 44,44') liegen und zusammen mit den Sekundärkonzentratoren 40 ein modifiziertes Element für Sekundärkonzentration bilden. Die Wirkung der Vorsatzelemente ist derart, dass der Akzeptanzbereich der Sekundärkonzentratoren 40 ändert, so dass wiederum drei verschiedene Reihen von sekundär konzentrierenden Elementen gegeben sind, die jeweils einem Skew-Bereich zugeordnet sind und den ent- sprechenden Akzeptanzbereich besitzen. In den Figuren 7a bis 7c sind schematisch Sekundärkonzentratoren 40 dargestellt, wobei Figur 7a einen Sekundärkonzentrator 40 ohne Vorsatzelement zeigt, dessen Akzeptanzbereich der strichpunktierten Linie 86 entspricht. In Figur 7b ist ein Vorsatzelement 87 dargestellt, das gegenüber der hinteren Wand 42 des Sekundärkonzentrators 40 eine asymmetrische Fortsetzung der vorderen Wand darstellt und so die Richtung seines Akzeptanzbereiches gemäss der strichpunktierten Linie 88 ändert. Ebenso in Figur 7c, wo durch das grössere Vorsatzelement 89 die Richtung des Akzeptanzbereichs des dort dargestellten Sekundärkonzentrators 40 noch stärker geändert ist, wie dies durch die strichpunktierte Linie 90 dargestellt ist. Beispielsweise, und dem Diagramm gemäss Figur lc folgend, kann die Reihe von Sekundärkonzentratoren 40 gemäss Figur 7a für einen Skew-Bereich von - 18° bis +10° , die Reihe von Sekundärkonzentratoren mit Vorsatzelementen 87 gemäss Figur 7b für einen Skew-Bereich von 5° bis +33° , und die Reihe von Sekundärkonzentratoren mit Vorsatzelementen 89 gemäss Figur 7c für einen Skew-Bereich von + 30° bis + 48° ausgelegt sein.

Der Fachmann kann die Skew-Bereiche je nach den vor Ort herrschenden konkreten Verhältnissen festlegen. Ebenso kann der Fachmann die Anzahl der Reihen von sekundär konzentrierenden Elementen bestimmen, die in den vorliegenden Ausführungsbeispielen gezeigte Anzahl von drei Reihen wird zwar als vorteilhaft angesehen, jedoch sind nur zwei oder mehr als drei, beispielsweise vier bis sechs Reihen denkbar.

Claims

Patentansprüche

Rinnenkollektor mit einem Primärkonzentrator (2), der Sonnenstrahlung (10,11,53,53') in einen Brennlinienbereich konzentriert, mit einer Anordnung (56) für Sekundärkonzentration der vom Primärkonzentrator (2) reflektierten Sonnenstrahlen (10,11,53,53'), welche diese weiter in Brennpunktbereiche (47) konzentriert, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung (56) für Sekundärkonzentration der reflektierten Strahlung eine Anzahl für einfallende Strahlung verschieden ausgerichtete Komponenten (40,87,89) und Mittel aufweist, um die verschieden ausgerichteten Komponenten (40,87,89) wechselweise in eine Betriebsposition im Pfad der reflektierten Strahlung oder in eine ausserhalb dem Pfad der reflektierten Strahlung gelegenen Ruheposition zu bringen.

Rinnenkollektor nach Anspruch 1, wobei die verschieden ausgerichteten Komponenten (40,87,89) gruppenweise denselben auf einen vorbestimmten Skew-Bereich fest ausgerichteten Akzeptanzbereich aufweisen, mehrere Gruppen (60 bis 62) für jeweils verschiedene Skew-Bereiche vorgesehen und die Mittel ausgebildet sind, jeweils eine der Gruppen betriebsfähig im Pfad der reflektierten Strahlung zu positionieren.

Rinnenkollektor nach Anspruch 1, wobei der Akzeptanzbereich wenigstens einer Gruppe (60 bis 62) in Querrichtung unterschiedlich zu demjenigen einer anderen Gruppe (60 bis 62) ausgebildet ist.

Rinnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die konzentrierenden Komponenten (40,87,89) als Sekundärkonzentratoren (40) mit gruppenweise jeweils gleicher, aber von Gruppe zu Gruppe verschiedener Ausrichtung ausgebildet sind, wobei die Ausrichtung einer Gruppe einem vorbestimmten Skew-Bereich entspricht und die Sekundärkonzentratoren (40) einer Gruppe hinter einander, der Länge des Primärkonzentrators (2) entlang, angeordnet sind.

Rinnenkoliektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die konzentrierenden Komponenten (40,87,89) eine einzige Gruppe von fest ausgerichteten Sekundärkonzentratoren (40) und verschiedene Gruppen von Vorsatz-Elementen (87,89) für die Sekundärkonzentratoren (40) aufweisen, die in Verbindung mit den Sekundärkonzentratoren (40) jeweils die Ausrichtung ihres Akzeptanzbereichs für verschiedene Skew-Bereiche bewirken, und wobei die Mit- tel ausgebildet sind, jeweils eine Gruppe von Vorsatz-Elementen betriebsfähig im Pfad der Strahlung vor den Sekundärkonzentratoren (40) zu positionieren.

6. Rinnen kollektor nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Sekundärkonzentratoren (40) als Com- pound Parabolic Konzentratoren ausgebildet sind.

7. Rinnenkollektor nach Anspruch 1, wobei die Anordnung (56) für Sekundärkonzentration für die Konzentration der reflektierten Strahlung in auch Querrichtung ausgebildet ist, und vorzugsweise für jeden Brennpunktbereich einen Trumpet Concentrator aufweist.

8. Rinnenkollektor nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Anordnung für Sekundärkonzentration (56) ausgebildet ist, unter einem Skew-Winkel von - 20° bis + 50° auf den Primärkonzentrator (2) einfallendes Sonnenlicht in Brennpunktbereiche (47) zu konzentrieren.

9. Rinnenkollektor nach Anspruch 2, wobei sich die Akzeptanzbereiche für die verschiedenen, vorbestimmten Skew-Bereiche überschneiden.

10. Rinnenkollektor nach Anspruch 1, wobei ein Absorberrohr (57) mit thermischen Öffnungen vorgesehen ist, und die Brennpunktbereiche (47) am Ort der thermischen Öffnungen liegen.

11. Rinnenkollektor nach Anspruch 1, wobei am Ort der Brennpunktbereiche (47) photovoltai- sche Zellen angeordnet sind.

12. Rinnenkollektor nach Anspruch 1, dass der Primärkonzentrator (2) in mehrere Längsbereiche unterteilt ist und jedem Längsbereich eine Anordnung für die Sekundärkonzentration des durch den Längsbereich reflektierten Sonnenlichts zugeordnet ist.