EP3247956A2 - Parabolrinnenkollektormodul, parabolrinnenkollektormoduleinheit sowie solarthermisches kraftwerk - Google Patents

Parabolrinnenkollektormodul, parabolrinnenkollektormoduleinheit sowie solarthermisches kraftwerk

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Publication number
EP3247956A2
EP3247956A2 EP16700132.0A EP16700132A EP3247956A2 EP 3247956 A2 EP3247956 A2 EP 3247956A2 EP 16700132 A EP16700132 A EP 16700132A EP 3247956 A2 EP3247956 A2 EP 3247956A2
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EP
European Patent Office
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absorber tube
trough collector
parabolic trough
absorber
parabolic
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP16700132.0A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Eickhoff
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Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Original Assignee
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
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Filing date
Publication date
Application filed by Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV filed Critical Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
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    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/47—Mountings or tracking

Definitions

  • Parabolic trough collector module parabolic trough collector module unit as well
  • the present invention relates to a parabolic trough collector module with an absorber tube, a solar radiation focusing on the absorber tube parabolic trough reflector with a reflector surface and at least one stator device to which the parabolic reflector is mounted pivotably.
  • the invention further relates to a parabolic trough collector module unit having a plurality of parabolic trough collector modules and a solar power plant having a plurality of parabolic trough collector module units.
  • Solar thermal power plants use the energy of sunlight to heat a heat transfer medium, the heat is often used to generate electricity.
  • the solar radiation is focused by means of optical concentrators on an absorber, in which circulates the heat transfer medium.
  • the optical concentrators represent the largest investment in solar thermal power plants and significantly influence their efficiency.
  • a parabolic trough collector contains an elongated collector structure with a parabolic cross-section. Typical aperture openings are 5-7 m.
  • Individual parabolic trough collector modules also called “solar collector element” (SCE)
  • SCE solar collector element
  • Several such modules are assembled into parabolic trough collector units that are generally oriented north-south.
  • the modules of a unit are usually pivoted together to track the parabolic reflectors the sun.
  • the axis of gravity of the modules and thus the axis of rotation of the modules is located near the apex of the parabola and thus away from the absorber tube. Therefore, the absorber tube is usually carried during pivoting.
  • the absorber tubes are connected via special absorber tube holder directly to the parabolic reflector or the supporting structure of the parabolic reflector. Between two independently movable
  • Parabolic trough collector modules are therefore flexible absorber pipe connections necessary, which are created by so-called ball joint connecting lines or swivel joint connecting lines. Such connecting lines are structurally complex and relatively expensive.
  • the flexible absorber pipe connections also lead to a pressure drop and heat losses.
  • the support structure of the parabolic reflector must be designed to be firm and stable in order to absorb the high weight forces of the absorber tube. Since the parabolic reflectors represent the largest investment items, the stable construction of these parabolic reflectors increases the investment costs considerably.
  • the absorber tubes expand when heated by the solar radiation heat-related expansion.
  • the absorber holder must therefore compensate for the axial elongation of the absorber tubes. Therefore, it is provided that the absorber tube holder are usually connected via a hinge or a spring plate tiltable with the parabolic reflector. By tilting the absorber tube holder, the distance between the parabolic reflector and the absorber tube changes, so that the absorber tube can move beyond the focus of the parabolic reflector with a strong tilting of the absorber brackets. This limits the maximum length of parabolic trough collector units and rows of parabolic trough collector units. In addition, at each end of a collector unit or a series of collector units for compensation the axial elongation of the absorber tube compensation devices are provided. These lead to increased investment costs and, moreover, these lead to pressure losses and heat losses during operation.
  • Parabolic trough collector units can be dispensed with.
  • the absorber tubes are still connected directly to the parabolic reflector or the parabolic reflector support structure via absorber tube holder, but continue to exist the problems of Absorberrohrhalterung.
  • a parabolic trough collector module according to the invention is defined by the features of claim 1.
  • a parabolic trough collector unit according to the invention is defined by the features of claim 14.
  • a solar thermal power plant according to the invention is defined by the features of claim 16.
  • a parabolic trough collector module having an absorber tube, a solar reflector focusing on the absorber tube parabolic reflector with a reflector surface and at least one stator device on which the parabolic reflector is pivotally mounted, it is provided that the stator device has a stator over the reflector surface in the vertical direction projecting stator the absorber tube is supported via a linear guide forming a linear bearing. the The invention thus provides that the absorber tube is mounted on the upright device and thus the weight of the absorber tube and the heat transfer medium contained therein during operation is absorbed by the upright device.
  • an absorber tube detached from the parabolic reflector can be provided, so that the requirements for the parabolic reflector are reduced in terms of stability and load-bearing capacity.
  • the parabolic reflector can be produced more cheaply.
  • the absorber tube can expand unhindered when heated by the absorber tube pushes through the linear bearing in accordance with the elongation due to the influence of heat.
  • the absorber tube thus remains even with thermal expansion at the same distance from the reflector surface of the parabolic reflector and complex tilting constructions of previous Absorberrohrhaltern be avoided.
  • a so-called fixed focus construction can be created in an advantageous manner, in which the absorber tube is not pivoted during pivoting of the parabolic reflector. This will make the costly flexible connections between two
  • the stand device may consist of a stand, for example a pylon.
  • the absorber tube may consist of an inner tube, through which the heat transfer medium is passed during operation, and of a cladding tube.
  • the cladding tube is transparent to the solar radiation.
  • the gap formed between the inner and the cladding tube may be evacuated. Through the cladding tube and the evacuated gap heat losses can be reduced.
  • the parabolic reflector is mounted pivotably via a radial bearing, which is arranged around the absorber tube, or around the absorber tube and the linear bearing.
  • a radial bearing By means of such a radial bearing leaves Create a storage for the parabolic reflector in a structurally simple manner in which the axis of rotation runs on the center axis of the absorber tube, so that the parabolic reflector is pivoted about the absorber tube.
  • the absorber tube or the absorber tube and the linear bearing are guided in an advantageous manner through the radial bearing.
  • both the inner tube and the jacket tube of the absorber tube are guided by the radial bearing.
  • the stator device may, for example, have a pipe section through which the absorber pipe or the absorber pipe and the linear bearing are guided, wherein the radial bearing is arranged on the lateral surface of the pipe section.
  • the upright device is connected via at least one holding means with at least one absorber tube holder, which is arranged on a located above the reflector surface portion of the absorber tube and a displaceable in the axial direction of the absorber tube relative to the absorber tube attachment of the absorber tube forms.
  • the absorber tube holder can be located, for example, in the middle of an absorber tube assigned to a parabolic trough collector module according to the invention.
  • the absorber tube holder is fastened exclusively to the holding means and the absorber tube.
  • the absorber tube holder may be connected to the inner tube of the absorber tube, wherein the cladding tube is interrupted at this point.
  • the cladding tube parts may be sealed at the point of interruption to allow evacuation of the gap space.
  • the design of the parabolic trough collector module with at least one holding means, which connects the stand device with at least one absorber tube holder, is an independent inventive aspect, which can be realized without the provision of a linear bearing of the absorber tube to the stator head.
  • the holding means is mounted above the linear bearing on the stator head.
  • the stator head can thus protrude clearly above the absorber tube vertically upwards, so that the holding means can advantageously lead to the absorber tube holder, wherein the transmission of the weight of the absorber tube and the heat transfer medium contained therein can be carried on the stator head and thus on the stand device ,
  • the holding means is a traction means, such as a rope, a rod, a chain or a cable.
  • the holding means thus forms a bracing to the absorber holder.
  • the traction means in the vertical Absorberrohrebene ie the plane which extends in the vertical direction through the center axis of the absorber tube may be arranged.
  • two traction means are provided, each extending at an acute angle to the absorber tube plane. In this way, a lateral stabilization of Absorberrohrhalterept achieved so that it is avoided that the absorber tubes bend in the thermal expansion to the side.
  • the linear bearing has a linear bearing rail extending in the axial direction of the absorber tube, wherein a drive connected to the absorber tube is guided on the linear bearing rail.
  • the drive can be connected to the inner tube of the absorber tube.
  • a linear bearing can be provided in a structurally simple manner. It can be provided that the drive rolls on the linear bearing rail or slides.
  • the drive is suspended in the linear bearing rail, so that the absorber tube is guided along below the linear bearing rail and attached via the drive to the linear bearing rail.
  • the absorber tube holder has an absorber tube holding rail extending in the axial direction of the absorber tube, wherein a drive connected to the absorber tube, for example to the inner tube, is carried along on the absorber tube holder rail.
  • the Absorberrohrhalterung may be formed in a similar manner as the linear bearing.
  • the holding means connects the Absorberhalterungsschlene with the stand device in this embodiment. The drive of the absorber holder rolls on the absorber holder Schlene or slides over it.
  • the Absorberhalterungsschlene is supported with a plurality of holding means, which are connected to the stand device.
  • the holding means are attached to spaced apart articulation points on the Absorberhalterungsschlene, so that the holding means extend at different angles to the rail.
  • This can be relative long Absorberhalterungs rails be realized.
  • the absorber mounting rail extends over the entire absorber pipe length of a parabolic trough collector module. It can the
  • the linear bearing also forms the Absorberrohrhalterung, whereby a very stable linear bearing is obtained, at the same time with respect to the thermal expansion of the absorber tube are no limits, since the absorber tube can be moved virtually unrestricted along the linear bearing rail and the Absorberhalterungsschiene.
  • the linear bearing rail can be attached to the stand device in the region of the stand device. In the case of a rail extending over the entire pipe length of the absorber pipe, which forms both the linear bearing rail and the absorber pipe mounting rail, it can also be provided that no direct fastening of the rail to the stator takes place, but rather that the entire rail is supported by a plurality of retaining means.
  • An absorber tube usually consists of an inner tube, which is surrounded by a transparent to the solar radiation cladding tube, such as a glass tube.
  • the one or more drives that connect the absorber tube with the linear bearing rail and / or with the absorber mounting rail, for example, can be directly connected to the inner tube, wherein the glass tube is interrupted and sealed at this area.
  • the radial bearing has a bearing housing which is connected to a supporting structure of the parabolic reflector.
  • the pivotable mounting of the parabolic reflector can be realized in an advantageous manner, wherein at the same time the weight of the parabolic reflector is transmitted to the stator device.
  • the support structure has a support strut, which is connected to the bearing housing.
  • the support strut can be arranged for example on the front side of the parabolic reflector and connect the longitudinal sides of the parabolic reflector with each other. The support strut thus runs virtually along the chord of the curvature of the parabolic reflector.
  • the stator head has a recess extending orthogonally to the absorber tube, in which the radial bearing is arranged and has a passage tube extending in the axial direction of the absorber tube, which partially penetrates the recess, a radial bearing of the radial bearing on the passage tube is arranged.
  • the storage of the parabolic reflector by means of the radial bearing takes place on the passage tube.
  • the absorber tube or the absorber tube and the linear bearing are guided through the passage tube. In this way, a particularly stable radial bearing can be created.
  • the holding means can engage the stator head.
  • the weight forces transmitted by the parabolic reflector to the stand device can be transmitted centrally to the stand device, wherein an advantageous storage is provided.
  • the support strut penetrates the recess and in particular can be provided that the support strut is located on the radial bearing arranged in the recess.
  • the weight forces of the parabolic reflector can be transmitted in an advantageous manner via the radial bearing on the stator device.
  • the recess causes a lateral guidance of the support struts, thereby avoiding that axial forces are transmitted to the radial bearing to an impermissible extent.
  • the radial bearing has a mounted on the stator head radial bearing and guided in the radial bearing hollow shaft, wherein the absorber tube and the absorber tube and the linear bearing through the hollow shaft therethrough are guided.
  • the linear bearing is supported by separate brackets.
  • the support strut is connected to the hollow shaft.
  • the invention further relates to a parabolic trough collector unit having a plurality of parabolic trough collector modules according to the invention arranged in a row. It is provided that the parabolic trough collector modules have a common, continuous absorber tubing from absorber tubes. Under a common, continuous absorber tubing several firmly interconnected absorber tubes are understood that - with the exception of any interruptions of the ducts - are uninterrupted, the inner tubes are connected to each other, for example by means of flanges or welding.
  • the invention thus makes it possible to create parabolic trough collector units which have a completely continuous absorber tubing. As a result, complex connections of the absorber tubes to connect two adjacent parabolic trough collector modules together, for example, to absorb thermal expansion of the absorber tube or to compensate for different pivoting of the absorber tubes with the associated parabolic reflectors, avoided.
  • two adjacent parabolic trough collector modules each have a common stator device.
  • the adjacent modules thus have a common linear bearing for the connected to an absorber tubing absorber tubes.
  • the holding means of the adjacent grip Parabolic trough collector modules from both sides on the common stand device. Since the male weight forces of the absorber tubes are largely the same, the transmitted from the holding means on the stator device in the axial direction of the absorber tube forces are largely offset from each other. As a result, the stability of the stand device necessary for absorbing the weight forces is lower, so that the stability requirements for the stand device are also lower.
  • a parabolic trough collector unit may have between six and eighteen parabolic trough collector modules.
  • the parabolic trough collector unit has fourteen parabolic trough collector modules.
  • the parabolic trough collector unit can have a common drive for all parabolic trough collector modules combined in the unit.
  • the invention further relates to a solar thermal power plant having a plurality of parabolic trough collector units according to the invention arranged in a row. It is provided that at least two adjacent parabolic trough collector units have a common continuous absorber tubing.
  • the invention thus avoids costly equipment that must be arranged between two parabolic trough collector units conventional solar thermal power plants to compensate for different pivoting movements or thermal expansion of the absorber tubes or absorber strands. This reduces pressure and heat losses. It can be provided, for example, that a plurality of parabolic trough collector units, for example six units, have a common continuous absorber tubing.
  • the continuous absorber tubular string can be several hundred meters long, for example even more than 1000 m, for example 1008 m.
  • the absorber tubing thus consists of a continuous tube, which is composed of several absorber tubes. Due to the provided on each parabolic trough collector module of the solar thermal power plant Linear bearings and the special absorber tube holder, the thermal expansion of the continuous absorber tubing, which can be up to 6 m in an approximately 1000 m long absorber tubing, can be compensated easily.
  • a single fixed bearing is provided, for example, at the arranged at the end of the series stand device, so that the thermal expansion takes place in one direction.
  • a length compensation device for the absorber tubing is then necessary.
  • the fixed bearing is arranged in the middle of a series of parabolic trough collector units, wherein then extends the absorber tubing starting in the middle in both directions with a thermal expansion.
  • the length compensating device may be, for example, a device applying a tensile force to the absorber tubes or the absorber tubing.
  • This can for example consist of a spring device or of a train weight, which is connected via two pulleys with the absorber tubing exist.
  • the end of the absorber tubing is connected to a flexible connection line or to an angular displacement enabling connection line.
  • parabolic trough collector modules and parabolic trough collector units even allows the formation of rows of parabolic trough collector units of more than 1000 m in length, for example up to 2 km in length. Limits are set only by the length compensation of the absorber tubes to be accommodated at the end or at both ends of the row. In the following, the invention will be explained in more detail with reference to the following figures.
  • FIG. 1 shows a schematic perspective illustration of a series of parabolic trough collector modules according to the invention
  • Figure 2a shows a detailed view of the linear bearing of the absorber tube
  • FIG. 2 b shows a detailed illustration of the absorber tube holder of FIG. 1,
  • FIG. 3 shows an alternative embodiment of a device according to the invention
  • FIG. 4 shows a second alternative embodiment of a parabolic trough collector module according to the invention
  • FIG. 5 is a detail of an alternative embodiment of
  • Figure 6 is a schematic representation of a
  • Length compensation device of a solar thermal power plant according to the invention.
  • a parabolic trough collector module 1 according to the invention is shown schematically in a perspective view.
  • Several of the parabolic trough collector modules 1 according to the invention can, as shown in FIG. 1 is indicated, are arranged in a row.
  • Parabolic trough collector modules can be arranged in a row.
  • six arranged in a row parabolic trough collector units according to the invention form a so-called Paraboirinnenkoiiektor a solar thermal power plant according to the invention.
  • An inventive solar thermal power plant may consist of several such parabolic trough collectors.
  • the parabolic trough collectors are usually oriented in a north-south direction.
  • Each parabolic trough collector module 1 has an absorber tube 3. By means of a parabolic reflector 5, which has a reflector surface 7, solar radiation can be reflected onto the absorber tube 3.
  • the parabolic trough collector module 1 has two stator devices 9, on which the parabolic reflector 5 is mounted pivotably. Two adjacent parabolic trough collector modules 1 each share a stand device 9.
  • the absorber tubes 3 of the adjacent parabolic trough collector modules 1 are connected to an absorber tubing 11.
  • the absorber tubes 3 and the absorber tubing 11 are mounted on the stator devices 9 via a linear bearing 13 forming a linear guide.
  • the linear bearing 13 is shown in detail in Fig. 2a.
  • the stand device 9 has a stator head 9a, which, as best seen in FIG. 1, projects beyond the reflector surface 7 in the vertical direction. In this way, in the stator head 9a, the extending above the reflector surface 7 absorber tube 3 can be stored in an advantageous manner.
  • the linear bearing 13 consists of a linear bearing rail 15, which is arranged above the absorber tube 3 and parallel to the absorber tube 3.
  • a drive 17 out On the Linear bearing rail 15 is a drive 17 out, which rolls on the linear bearing rail 15 by means of rollers.
  • the absorber tube 3 is connected to the drive 17 and is suspended by means of the drive 17 in the linear bearing rail 15, so that the absorber tube 3 depends below the linear bearing rail 15.
  • the stator head 9a has a recess 19 which extends in a direction orthogonal to the absorber tubes 3.
  • a radial bearing 21 is arranged for the pivotable mounting of the parabolic reflector 5.
  • the radial bearing 21 is mounted on a passage tube 23 of the stator head 9a.
  • the passage tube 23 extends in the axial direction of the absorber tube 3 and penetrates the recess 19. Through the passage tube 23, the absorber tube 3 is guided. In the absorber tube 3, the linear bearing rail 15 of the linear bearing 13 is further attached.
  • a mounting of the linear bearing 13 is provided on the stator head 9a in a simple manner, wherein at the same time a pivotable mounting of the parabolic reflector 5 can be provided about an axis of rotation which coincides with the central axis of the absorber tube 3.
  • the radial bearing 21 has a bearing housing 25, which is connected to the support structures 27 of the parabolic reflectors 5 of the adjacent parabolic trough collector modules 1.
  • the support structures 27 each have a support strut 29, which is arranged on the end face of the parabolic reflector 5.
  • the support struts 29 connect the longitudinal sides of the parabolic reflector 5.
  • the support struts 29 are guided through the recess 19 in the stator head 9a and extend above the radial bearing 21st
  • the support structure 27 can, as best seen in FIG. 1 can be seen, additional struts 31 to increase the stability of the support structure.
  • the struts 31 are for reasons of clarity in FIG. 2a not shown.
  • the recess 19 in the stator head 9a is configured so large that sufficient space for the additional struts 31 and the support struts 29 during pivoting of the parabolic reflector 5 is present.
  • the parabolic trough collector module 1 has an absorber tube holder 33, which is arranged in the middle of the absorber tube 3.
  • the absorber tube holder 33 is connected via holding means 35 to the stator heads 9a of the stator devices 9.
  • the holding devices 35 may be, for example, cables, so that the absorber tube holder 33 is braced on the stator heads 9a.
  • the absorber tube holder 33 is shown in FIG. 2b shown in detail.
  • the absorber tube holder has an absorber tube holding rail 37 which extends in the axial direction of the absorber tube 3 and which has respective points of engagement for the holding means 35 at its ends.
  • the absorber tube holder 33 can be made independent of the parabolic reflector 5 storage of the absorber tube 3.
  • the absorber tubes 3 consist of an inner tube 3a and a cladding tube 3b, which is transparent to solar radiation. Through the inner tube 3a a heat transfer medium is passed during operation.
  • the drives 17 of the linear bearing 13 and the absorber tube holder 33 are connected to the inner tube 3a.
  • the cladding tube 3b is interrupted at this point.
  • the parts of the cladding tube 3b are sealed at the point of interruption.
  • the linear bearing 13 and the absorber tube holder 33 allow a linear movement of the absorber tube 3 in the axial direction. As a result, thermal expansion of the absorber tube 3 can take place without it being possible for tension or bending of the absorber tube 3 to occur.
  • a holder 9b extending orthogonally to the absorber tube 3 is provided at the upper end of the stator head 9a, to which a plurality of holding means 35 are attached.
  • the holding means 35 thus extend at an angle to a through the central axis of the absorber tube 3 extending vertical plane.
  • the holding means 35 thus engage from above and laterally on the absorber tube holder 33, so that transverse forces, which act on the absorber tube 3, can be accommodated by the holding means 35 in an advantageous manner. This can be prevented in a thermal expansion of the absorber tube 3, that this bends laterally.
  • a second alternative embodiment of parabolic trough collector modules 1 according to the invention is shown.
  • the linear bearing rail 15 extends over the entire length of the absorber tube 3 and thus forms the Absorberrohrhalterungsschiene 37 of Absorberrohrhalterung 33.
  • a plurality of holding means 35 connect this rail with the stator heads 9a of the stator devices 9.
  • Such a configuration has the advantage that a large number parabolic trough collector modules 1 can be arranged in a row, which have a common absorber tubing 11 formed from the absorber tubes 3.
  • the drives 17 which are connected to the absorber tube 3 can be moved freely, so that a thermal expansion of the absorber tube 3 can be made in any length.
  • an absorber tubing string 11 having a length of several 100 m can be realized, in which a thermal expansion of several meters can occur.
  • Fig. 5 an alternative embodiment of the radial bearing of the parabolic reflector 5 is shown.
  • the support struts 29 are guided laterally past the stator head 9a.
  • a radial bearing 39 is arranged at the stator head 9a.
  • the radial bearing 39 rotatably supports a hollow shaft 41 on the stator head 9a.
  • the support struts 29 of the support structures 27 are attached.
  • the absorber tube 3 and the linear bearing rail 17 are guided through the hollow shaft 41.
  • the linear bearing rail 17 must be designed so long that it can be held by holding means 35, or it must be provided a separate, not shown in FIG. 5 holder.
  • FIG. 6 schematically shows the end of a collector formed by a plurality of parabolic trough collector units 100.
  • the absorber tubing 11 protrudes over a distance X out.
  • a connecting pipe 43 is connected to the absorber pipe string 11, which allows a change in length of the absorber strand 11. This can be done for example via an angular adjustment of the connecting pipe 43.
  • a length compensation device 45 which exerts a pulling force on the absorber pipe string 11 by means of a cable pull 47 and a weight 49. It is thereby achieved that, when the absorber strand 11 is elongated, this takes place in a linear direction and bending of the absorber tubing 11 can not occur.
  • parabolic trough collector modules 1 By means of the parabolic trough collector modules 1 according to the invention, it is possible to form collectors of several hundred meters in length, which can be provided in a stable and cost-effective manner, since elaborate connections, such as ball joints, can be dispensed with. As a continuous absorber tubing 11th can be created, in addition, pressure and heat losses can be reduced.

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Abstract

Bei einem Parabolrinnenkollektormodul (1) mit einem Absorberrohr (3), einem Solarstrahlung auf das Absorberrohr (3) fokussierenden Parabolreflektor (5) mit einer Reflektorfläche (7) und mit mindestens einer Ständervorrichtung (9), an dem der Parabolreflektor (5) verschwenkbar gelagert ist, ist vorgesehen, dass die Ständervorrichtung (9) einen über die Reflektorfläche (7) in vertikaler Richtung überstehenden Ständerkopf (9a) aufweist, an dem das Absorberrohr (3) über eine eine Linearführung bildende Linearlagerung (13) gehaltert ist.

Description

Parabolrinnenkollektormodul, Parabolrinnenkollektormoduleinheit sowie
solarthermisches Kraftwerk
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.
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.
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.
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.
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.
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 .
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.
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.
Die Ständervorrichtung kann aus einem Ständer, beispielsweise einem Pylon, bestehen.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 Absorberhalterungsschlene mit der Ständervorrichtung. Das Laufwerk der Absorberhalterung rollt auf der Absorberhalterungsschlene ab oder gleitet über diese.
Auch kann vorgesehen sein, dass die Absorberhalterungsschlene mit mehreren Haltemitteln getragen wird, die mit der Ständervorrichtung verbunden sind. Die Haltemittel sind an voneinander beabstandeten Anlenkpunkten an der Absorberhalterungsschlene 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.
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.
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. 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.
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.
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. 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.
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.
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 .
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.
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.
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. Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Figuren die Erfindung näher erläutert.
Es zeigen :
Figur 1 eine schematische perspektivische Darstellung einer Reihe von erfindungsgemäßen Parabolrinnenkollektormodulen,
Figur 2a eine Detaildarstellung der Linearlagerung des Absorberrohrs und der
Radiallagerung der Parabolreflektoren aus Fig . 1,
Figur 2b eine Detaildarstellung der Absorberrohrhalterung der Fig . 1,
Figur 3 eine alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Parabolrinnenkollektormoduls,
Figur 4 eine zweite alternative Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Parabolrinnenkollektormoduls,
Figur 5 eine Detaildarstellung einer alternativen Ausgestaltung der
Radiallagerung an der Ständervorrichtung und
Figur 6 eine schematische Darstellung einer
Längenkompensationsvorrichtung eines erfindungsgemäßen solarthermischen Kraftwerks.
In Fig . 1 ist ein erfindungsgemäßes Parabolrinnenkollektormodul 1 schematisch in einer perspektivischen Darstellung gezeigt. Mehrere der erfindungsgemäßen Parabolrinnenkollektormodule 1 können, wie in Fig . 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 Paraboirinnenkoiiektor eines erfindungsgemäßen solarthermischen Kraftwerks. Ein erfindungsgemäßes solarthermisches Kraftwerk kann aus mehreren derartig zusammengesetzten Parabolrinnenkollektoren bestehen.
Die Parabolrinnenkollektoren sind üblicherweise in Nord-Süd-Richtung ausgerichtet.
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.
Die Absorberrohre 3 der benachbarten Parabolrinnenkollektormodule 1 sind zu einem Absorberrohrstrang 11 verbunden.
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 Fig. 2a dargestellt.
Die Ständervorrichtung 9 weist einen Ständerkopf 9a auf, der, wie am besten aus Fig. 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.
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.
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.
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.
Die Tragstruktur 27 kann, wie am besten aus Fig. 1 ersichtlich ist, zusätzliche Verstrebungen 31 zur Erhöhung der Stabilität der Tragstruktur aufweisen. Die Verstrebungen 31 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit in der Fig . 2a nicht dargestellt. 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.
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 Fig . 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.
Über die Absorberrohrhalterung 33 kann eine von dem Parabolreflektor 5 unabhängige Lagerung des Absorberrohrs 3 erfolgen.
Wie am besten aus den Figuren 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.
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. 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.
In Fig . 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.
In Fig . 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.
In Fig . 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.
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 Fig. 5 nicht dargestellte Halterung vorgesehen sein.
In Fig. 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.
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.
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.

Claims

Patentansprüche
1. Parabolrinnenkollektormodul (1) mit einem Absorberrohr (3), einem Solarstrahlung auf das Absorberrohr (3) fokussierenden Parabolreflektor (5) mit einer Reflektorfläche (7) und mit mindestens einer Ständervorrichtung (9), an dem der Parabolreflektor (5) verschwenkbar gelagert ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Ständervorrichtung (9) einen über die Reflektorfläche (7) in vertikaler Richtung überstehenden Ständerkopf (9a) aufweist, an dem das Absorberrohr (3) über eine eine Linearführung bildende Linearlagerung (13) gehaltert ist.
2. Parabolrinnenkollektormodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Parabolreflektor (5) über ein Radiallagerung (21) verschwenkbar an der Ständervorrichtung (9) gelagert ist, wobei die Radiallagerung (21) um das Absorberrohr (3) oder um das Absorberrohr (3) und das Linearlager (13) angeordnet ist.
3. Parabolrinnenkollektormodul nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 oder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ständervorrichtung (9) über mindestens ein Haltemittel (35) mit mindestens einer Absorberrohrhalterung (33) verbunden ist, die an einem sich oberhalb der Reflektorfläche (7) befindlichen Abschnitt des Absorberrohrs (3) angeordnet ist und eine in axialer Richtung des Absorberrohrs (3) relativ zu dem Absorberrohr (3) verschiebbare Befestigung des Absorberrohrs (3) bildet.
4. Parabolrinnenkollektormodul nach Ansprüche 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Haltemittel (35) oberhalb der Linearlagerung (13) an dem Ständerkopf (9a) befestigt ist.
5. Parabolrinnenkollektormodul nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Haltemittel (35) ein Zugmittel ist.
6. Parabolrinnenkollektormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearlagerung (13) eine sich in axialer Richtung des Absorberrohr erstreckende Linearlagerschiene (15) aufweist, wobei ein mit dem Absorberrohr (3) verbundenes Laufwerk (17) auf der Linearlagerschiene (15) geführt ist.
7. Parabolrinnenkollektormodul nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorberrohrhaiterung (33) eine sich in axialer Richtung des Absorberrohrs (3) erstreckende Absorberrohrhalterungsschiene (37) aufweist, wobei ein mit dem Absorberrohr (3) verbundenes Laufwerk (17) auf der Absorberrohrhalterungsschiene (37) geführt ist.
8. Parabolrinnenkollektormodul nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Radiallagerung (21) ein Lagergehäuse (25) aufweist, das mit einer Tragstruktur (27) des Parabolreflektors (5) verbunden ist.
9. Parabolrinnenkollektormodul nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (27) eine Tragstrebe (29) aufweist, die mit dem Lagergehäuse (25) verbunden ist.
10. Parabolrinnenkollektormodul nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ständerkopf (9a) eine sich orthogonal zu dem Absorberrohr erstreckende Aussparung (19), in der die Radiallagerung (21) angeordnet ist, und ein sich in axialer Richtung des Absorberrohrs erstreckendes Durchgangsrohr (23) aufweist, das die Aussparung (19) durchdringt, wobei ein Radiallager (39) der Radiallagerung (25) auf dem Durchgangsrohr (23) angeordnet ist.
11. Parabolrinnenkollektormodul nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstrebe (29) die Aussparung (19) durchdringt.
12. Parabolrinnenkollektormodul nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das die Radiallagerung (21) ein an dem Ständerkopf (9a) befestigtes Radiallager (39) aufweist und eine in dem Radiallager (39) geführte Hohlwelle (41), wobei das Absorberrohr (3) oder das Absorberrohr (3) und die Linearlagerung (13) durch die Hohlwelle (41) hindurch geführt ist.
13. Parabolrinnenkollektormodul nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstrebe (29) mit der Hohlwelle (41) verbunden ist.
14. Parbolrinnenkollektoreinheit (100) mit mehreren, in einer Reihe angeordneten Parabolrinnenkollektormodulen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Parabolrinnenkollektormodule (1) einen gemeinsamen, durchgehenden Absorberrohrstrang (11) aus Absorberrohren (3) aufweisen.
15. Parbolrinnenkollektoreinheit nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei benachbarten Parabolrinnenkollektormodulen (1) jeweils eine gemeinsame Ständervorrichtung (9) angeordnet ist.
16. Solarthermisches Kraftwerk mit mehreren, in einer Reihe angeordneten Parbolrinnenkollektoreinheiten (100) nach Anspruch 15, wobei mindestens zwei benachbarte Parbolrinnenkollektoreinheiten (100) einen gemeinsamen, durchgehenden Absorberrohrstrang (11) aufweisen.
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