FR2488378A1

FR2488378A1 - Solar energy concentration equipment - has primary reflectors in groups each working with curved secondary reflector above tower

Info

Publication number: FR2488378A1
Application number: FR8115308A
Authority: FR
Inventors: Josef Weichselgartner; Dietrich Thelemann; Gunther Schmidt
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1980-08-07
Filing date: 1981-08-06
Publication date: 1982-02-12
Also published as: IT1137762B; ES504553A0; GR74630B; IT8123281A0; DE3029864A1; ES8206819A1; FR2488378B3

Abstract

The solar energy concentration equipment comprises a tower (1) with a light vessel (4) and a radiator absorber (5) below it, also a large number of primary reflectors (6,7) mounted round the tower. These concentrate the rays striking them onto a secondary reflector (2) mounted above the vessel. The secondary reflector has a number of separate curved mirrors, while the primary reflectors are divided into groups, each working with one of these mirrors, so that the rays transmitted are projected into the top opening (9) of the vessel. The mirrors can be mounted on a bowl-shaped structure, convex towards the vessel, those nearest the outermost edge working with the outermost primary reflectors.

Description

Installation pour la concentration de
l'énergie du rayonnement solaire
La présente invention-concerne une installation pour la concentration de l'énergie du rayonnement solaire, colpor- tant une tour présentant un puits à lumière et un récepteur pour le rayonnement dispos en dessous, une multitude de ré- flecteurs primaires placés autour de cette tour, qui concen- trent le rayonnement solaire incident ainsi qu'un dispositif réflecteur secondaire appliqué au-dessug du puits k lumière. Installation for the concentration of
energy from solar radiation
The present invention relates to an installation for concentrating the energy of solar radiation, comprising a tower having a light well and a receiver for radiation arranged below, a multitude of primary reflectors placed around this tower. , which concentrate the incident solar radiation as well as a secondary reflecting device applied above the light well.

On connatt ule installation de ce genre pour ltutili- sation de l'énergie solaire d'après la demande de brevet allemande à l'inspection publique n 28 01 674. Dans celle-ci un certain nombre dthéliostats servant de réflecteurs primai- res, au millet desquels se trouve une tour, est placé sur le toit d'un bâtiment. La partie inférieure de la tour est formée par un puits à lumière verticale, cylindrique, sur lequel dans le prolongement de l'axe, est posez une charpente qui porto L son extrémité supérieure un miroir concave vu par dessous.Les divers héliostats sont orientés selon la position du soleil de telle façon qu'ils dévient la lumière solaire incidente dans la direction du miroir concave placé à l'extrémité supérieure de la tour. Les distances focales des héliostats sont en outre déterminées de façon à ce que leurs foyers se confondent par 11 orientation appropriée avec le foyer du miroir concave qui sert de dispositif réflecteur secondaire. L'énergie incidente du rayonnement est réfléchie par ce réflecteur secondaire unique perpendiculairement vers le bas à travers le puits à lumibre, vers le récepteur de rayonnement. Le puits B lumière peut store métallisé à l'intérieur, pour réfléchir plus loin les rayons tombant au moins obliquement. We know of an installation of this kind for the use of solar energy according to the German patent application to the public inspection n 28 01 674. In it a certain number of heliostats serving as primary reflectors, at millet of which there is a tower, is placed on the roof of a building. The lower part of the tower is formed by a vertical, cylindrical light well, on which in the extension of the axis, is put a frame which carries at its upper end a concave mirror seen from below. The various heliostats are oriented according to the position of the sun in such a way that they deflect the incident sunlight in the direction of the concave mirror placed at the upper end of the tower. The focal lengths of the heliostats are also determined so that their focal points merge in an appropriate orientation with the focal point of the concave mirror which serves as a secondary reflecting device. The incident energy of the radiation is reflected by this single secondary reflector perpendicularly downward through the light well, towards the radiation receiver. The skylight B can store metallic inside, to reflect further the rays falling at least obliquely.

Cette installation connue destinée à l'utilisation de l'énergie solaire présente certains inconvénients0 Par exemple, le nombre dthéliostatrA utilisables et, par conséquent, la puits sance du rayonnement absorbé, sont relativement faibles. La forme géométrique proposée du réflecteur secondaire unique fait que seul le rayonnement des héliostats placés relativemént proches de la tour peut être réfléchi dans le puits à lumière. This known installation intended for the use of solar energy has certain drawbacks. For example, the number of usable thermostats and, consequently, the sance of the absorbed radiation, are relatively low. The proposed geometric shape of the single secondary reflector means that only the radiation from heliostats placed relatively close to the tower can be reflected in the skylight.

Le rayonnement provenant des héliostats plus éloignés ne peut plus entre capté qu'en partie, car il tombe déåW dans la région du bord du réflecteur secondaire unique.The radiation from more distant heliostats can only partly be picked up because it falls already in the region of the edge of the single secondary reflector.

La présente invention a pour objet, tout en évitant les inconvénients mentionnés, de fournir une installation du type mentionné au début, qui permet d'utiliser un champ aussi étendu que possible de réflecteurs primaires (héliostats) et ainsi une puissance du rayonnement aussi grande que possible peut titre captée. The object of the present invention is, while avoiding the drawbacks mentioned, to provide an installation of the type mentioned at the beginning, which makes it possible to use as wide a field as possible of primary reflectors (heliostats) and thus a power of radiation as great as possible can title captured.

Cet objet est réalisé selon la présente invention par le fait que le dispositif réflecteur secondaire présente un certain nombre de réflecteurs secondaires courbe, séparés, que la multitude de réflecteurs primaires est subdivisée en groupes et que chaque groupe est associé à un des réflecteurs secondaires de façon que les imagea du soleil formées par les divers réflecteurs primaires de chacun des groupes soient projetées par les réflecteurs secondaires respectifs, environ dans le plan de l'orifice supérieur du puits à lumière. This object is achieved according to the present invention by the fact that the secondary reflector device has a number of separate curved secondary reflectors, that the multitude of primary reflectors is subdivided into groups and that each group is associated with one of the secondary reflectors so that the images of the sun formed by the various primary reflectors of each of the groups are projected by the respective secondary reflectors, approximately in the plane of the upper orifice of the light well.

Â la place d'un dispositif réflecteur secondaire unique, formant une surface géométrique fermée, se substitue alors un certain nombre de réflecteurs secondaires courbes, séparés. Chacun de ces réflecteurs secondaires est orienté vers un groupe de réflecteurs primaires qui lui est associé. Chaque réflecteur primaire peut Stre réglé d'une façon optimale sur son réflecteur secondaire associé, où la distance focale en fonction de l'écartement est choisie à chaque fois de façon B ce que le disque solaire soit formé environ dans le plan de l'ouverture supérieure du puits k lumire. Ceci ne peut store atteint exactement à chaque fois que pour le réflecteur primaire disposé sensiblement au centre d'un groupe, où les empla céments des images du soleil renvoyées par les autres réflec- teurs primaires d'un groupe, par interposition du réflecteur secondaire associé, sont situés à chaque fois légbrement au-dessus ou en dessous du plan mentionné À l'aide du dispositif conforme k la présente invention et du dispositif de guidage des rayons, on parvient à concentrer l'énergie totale de rayonnement renvoyée par les miroirs sur une surface aussi petite que possible, et k réaliser la section transversale de préférence circulaire de l'ouverture supérieure du puits k lumière aussi étroite que possible.Il est possible tout simplement d'utiliser un champ très grand de réflecteurs primaires (champ d'héliostats), étant donné quota chacun des groupes de réflecteurs primaires obtenus à partir de la subdivision, peut être associé un réflecteur secondaire orienté d'uno façon optimale. Instead of a single secondary reflector device, forming a closed geometric surface, a number of separate, curved secondary reflectors are substituted. Each of these secondary reflectors is oriented towards a group of primary reflectors which is associated with it. Each primary reflector can be optimally adjusted on its associated secondary reflector, where the focal distance as a function of the spacing is chosen each time so that the solar disk is formed approximately in the plane of the opening. upper of the light well. This can only be achieved exactly each time for the primary reflector placed substantially in the center of a group, where the locations of the images of the sun reflected by the other primary reflectors of a group, by interposition of the associated secondary reflector , are located each time slightly above or below the plane mentioned. Using the device according to the present invention and the ray guide device, it is possible to concentrate the total radiation energy returned by the mirrors on as small an area as possible, and make the preferably circular cross section of the upper opening of the light well as narrow as possible. It is quite simply possible to use a very large field of primary reflectors (heliostats field ), given quota each of the groups of primary reflectors obtained from the subdivision, can be associated a secondary reflector oriented uno optimally e.

Dans le perfectionnement avantageux de la présente invention, il est proposé de monter les réflecteurs secondaires sur une structure porteuse en forme de cuvette, convexe par rapport au puits à lumière, de façon k ce que les groupes de réflecteurs primaires plus éloignés de la tour soient associés aux réflecteurs secondaires plus proche du bord de la structure porteuse en forme de cuvette. In the advantageous improvement of the present invention, it is proposed to mount the secondary reflectors on a support structure in the form of a bowl, convex with respect to the light shaft, so that the groups of primary reflectors further away from the tower are associated with secondary reflectors closer to the edge of the bowl-shaped support structure.

Un dispositif de ce genre est adapté au mieux k un champ de réflecteurs -a"'es environnant la tour de tous côtés. Les réflecteurs secondaires se succèdent ici sur des lignes périphériques circulaires de la structure en cuvette, ce qui fait que les diamètres des réflecteurs augmentent depuis le milieu jusqu'au bord Cela tient au fait que les réflecteurs secon- daires plus proches du bord de la structure en cuvette sont associés aux groupes placés plus éloignés dans le champ des réflecteurs primaire, groupes dont les réflecteurs présentent de plus grandes distances focales et créent ainsi de plus grandes images du soleil
aussi bien les réflecteurs primaires que les réflec- teurs secondaires sont avantageusement sphériques, car cette forme est la plus simple k fabriquer. Théoriquement, les réflecteurs secondaires doivent avoir la forme de segments paraboloSdes de révolution, mais ils peuvent Btre voisins d'un segment sphérique à l'intérieur de limites permises
La présente invention est illustrée par les exemples descriptifs et non limitatifs ci-après en référence aux dessins ci-annexé sur lesquels s
la figure 1 est un schéma de principe de l'installation conforme à la présente invention avec la marche des rayons t
la figure 2 est une représentation schématique atun dispositif de réflecteurs secondaires t
la figure 3 est une représentation sectorielle schématique d'un champ d'héliostats subdivisé en groupes de réflecteurs primaires
La figure 1 comporte une tour i avec une structure porteuse 2 placée sur une eharpente 3 pour des réflecteurs secondaires < non représentés). À l'intérieur de la tour se trouve un puits k lumière 4 métallisé à l'intérieur, de forme conique, ainsi qu'un récepteur 5 de rayonnement, placé en dessous, qui possède une surface intérieure absorbant fortement le rayonnement. La tour 1 est entourée par une multitude de réflecteurs primaires (héliostats) dont deux sont seulement représentés sur la figure 1, k savoir les héliostats 6 et 7.A device of this kind is best suited to a field of reflectors -a "'s surrounding the tower on all sides. The secondary reflectors succeed one another here on circular peripheral lines of the bowl structure, so that the diameters of the reflectors increase from the middle to the edge This is due to the fact that the secondary reflectors closer to the edge of the bowl structure are associated with the groups placed farther away in the field of the primary reflectors, groups whose reflectors have larger focal lengths and thus create larger images of the sun
both the primary reflectors and the secondary reflectors are advantageously spherical, since this shape is the simplest to manufacture. Theoretically, the secondary reflectors must have the shape of parabolic segments of revolution, but they can be close to a spherical segment within permitted limits.
The present invention is illustrated by the following descriptive and nonlimiting examples with reference to the attached drawings in which s
Figure 1 is a block diagram of the installation according to the present invention with the operation of t rays
Figure 2 is a schematic representation of a secondary reflector device t
FIG. 3 is a schematic sectoral representation of a field of heliostats subdivided into groups of primary reflectors
Figure 1 includes a tower i with a supporting structure 2 placed on a frame 3 for secondary reflectors (not shown). Inside the tower is a metallized interior skylight k 4, conical in shape, as well as a radiation receiver 5, placed below, which has an interior surface which strongly absorbs radiation. Tower 1 is surrounded by a multitude of primary reflectors (heliostats), two of which are only shown in FIG. 1, k namely heliostats 6 and 7.

Est représentéen outre une marche des rayons qui est ramenée aux rayons marginaux des hdliostats 6 et 7 tombant parallèle ment à partir dtun point de la surface du soleil0 Les rayons parallbles incidents sont concentrés par les surfaces sphériques des héliostats tout d'abord à la surface de leur foyer.Is represented in addition to a ray walk which is reduced to the marginal rays of hdliostats 6 and 7 falling parallel from a point on the surface of the sun 0 The incident parallel rays are concentrated by the spherical surfaces of the heliostats first of all on the surface of their home.

Etant donné que les rayons provenant de points opposés du disque solaire tombent sous des angles nettement différents, à la surface des foyers des réflecteurs primaires se forment des images du soleil à partir desquelles les réflecteurs secondaires (non représenté) appliqués sur la structure porteuse 2 forment à leur tour des images environ dans le plan de l'orifice supérieur 9 de la tour i. La marche des rayons continue ensuite plus loin à l'intérieur du puits à lumière 4, où se produit d'autant plus de réflexions sur sa paroi interne métallisé que les héliostats correspondants sont éloignés davantage de la tour. Le récepteur 5 de rayonnement est muni de dispositifs classiques pour éliminer la chaleur.Il peut s'agir par exemple de tubes traversés par un liquide, reliés de façon à bien conduire la chaleur à des surfaces absorbantes. Le liquide peut Stro vaporisé et la vapeur peut être amenée à une turbine reliée à un générateur. Mais il est également possible de conserver le liquide chauffé dans un réservoir bien isolé pour utiliser la chaleur d'une autre façon.Since the rays coming from opposite points of the solar disk fall at clearly different angles, on the surface of the focal points of the primary reflectors are formed images of the sun from which the secondary reflectors (not shown) applied to the supporting structure 2 form in turn about images in the plane of the upper hole 9 of the tower i. The ray tracing then continues further inside the light well 4, where the more reflections on its internal metallic wall occur the more the corresponding heliostats are further away from the tower. The radiation receiver 5 is equipped with conventional devices for removing heat. These may, for example, be tubes through which a liquid passes, connected so as to conduct heat properly to absorbent surfaces. The liquid can vaporized Stro and the vapor can be brought to a turbine connected to a generator. But it is also possible to keep the heated liquid in a well-insulated tank to use the heat in another way.

Sur la figure 2 est représentée schématiquement une structure porteuse 2 en forme de cuvette. Sur cette structure porteuse sont appliqués des réflecteurs secondaires 8 sphériques sur des lignes périphériques circulaires 10. Ces réflecteurs apparaissent par suite du raccourcissement Qtt k la perspective, sous forme d'une ellipse* mais ils ont la forme de segments shpériques circulaires avec des diambtres croissants depuis le milieu de la structure porteuse jusqu'8 son bord. Parmi les réflecteurs secondaires placés uniformément sur le pourtour de la structure porteuse, seuls quelquesuns sont représentés pour plus de clarté.Les réflecteurs secondaires peuvent titre ajustes séparément k chaque fois sur un groupe associé des héliostats. Leur orientation dépend par conséquent de la disposition des réflecteurs primaires (héliostats) et du type de subdivision en groupes du champ dthéliostats. Dans une disposition du champ une fois choisi, le réglage des réflecteurs secondaires reste en principe constant.Par contre, pour les réflecteurs priiaires, un système de post-guidage est nécessaire pour tenir compte de la position du soleil variable pendant le jour et pendant l'année
La figure 3 représente schématiquement un secteur d'un champ d'hiliostats.Les héliostats individuels -6 sont rassemblés en groupes 11, 12, 13 et 14, qui sont disposés autour d'une tour. Cette tour est représentée par une ligne périphé rique circulaire 10 de sa structure porteuse 2.Sont représentés quatre réflecteurs secondaires 8, 8t, 8" et 8"' appliqués sur cette ligne périphérique 10, réflecteurs qui sont associés à chaque fois respectivement aux groupes d'héliostats 12, 12t, 12" et 12"', Les réflecteurs secondaires et les groupes d'héliostats qui leur sont associés sont situés à chaque fois dans la mime direction radiale. ainsi, on obtient un angle d'incidence du rayonnement, aussi favorable que possible, sur les réflecteurs secondaires dont la surface réfléchis- sante est ainsi exploité d'une façon optimale. ainsi, le plus grand nombre possible de réflecteurs secondaires peut Autre disposé sur le pourtour de la structure porteuse.En dehors de la ligne périphérique 10 représentée, sur laquelle se sueebdent bien entendu plus des quatre réflecteurs secondaires 8 k 8"' représentés, avec une représentation tridimensionnelle on obtient d'autres lignes périphériques concentriques en dessous et au-dessus du plan du dessin. ainsi, en dessous du plan du dessin se trouve une ligne périphérique circulaire ayant un diamètre plus faible comportant des réflecteurs secondaires qui sont associés aux groupes dthéliostats 11. Àu-dessus de la ligne périphérique 10 se trouvent deux autres lignes périphé- riques circulaires de plus grand diamètre comportant des réflecteurs secondaires qui sont associe aux groupes d'hélios tats 13 et 14. Avec des diamètres croissants des lignes périphériques, le nombre de réflecteurs secondaires montés en série sur ces lignes, augmente pour un écart angulaire simultanéient croissante Les groupes d'héliostats portant les repères 11, 12, 13 et 14 sont orientés dans la direction Nord-Sud. In Figure 2 is shown schematically a support structure 2 in the form of a bowl. On this supporting structure are applied secondary spherical reflectors 8 on circular peripheral lines 10. These reflectors appear as a result of the shortening Qtt in perspective, in the form of an ellipse * but they have the shape of circular spherical segments with increasing diambtres from the middle of the supporting structure to its edge. Among the secondary reflectors placed uniformly around the perimeter of the supporting structure, only a few are shown for clarity. The secondary reflectors can be adjusted separately k each time on an associated group of heliostats. Their orientation therefore depends on the arrangement of the primary reflectors (heliostats) and on the type of subdivision into groups of the field of thiostats. In a field arrangement once chosen, the adjustment of the secondary reflectors remains in principle constant; on the other hand, for the primary reflectors, a post-guidance system is necessary to take into account the position of the variable sun during the day and during the 'year
FIG. 3 schematically represents a sector of a field of hiliostats. The individual heliostats -6 are gathered in groups 11, 12, 13 and 14, which are arranged around a tower. This tower is represented by a circular peripheral line 10 of its supporting structure 2. Are represented four secondary reflectors 8, 8t, 8 "and 8"'applied on this peripheral line 10, reflectors which are associated each time respectively with the groups of 'heliostats 12, 12t, 12 "and 12"', The secondary reflectors and the groups of heliostats which are associated with them are located each time in the same radial direction. thus, an angle of incidence of the radiation is obtained, as favorable as possible, on the secondary reflectors, the reflecting surface of which is thus optimally exploited. thus, the greatest possible number of secondary reflectors can be arranged on the periphery of the support structure. Outside the peripheral line 10 shown, on which are of course more than four secondary reflectors 8 k 8 "'shown, with a three-dimensional representation other concentric peripheral lines are obtained below and above the plane of the drawing. thus, below the plane of the drawing is a circular peripheral line having a smaller diameter comprising secondary reflectors which are associated with the groups of theliostats 11. Above the peripheral line 10 there are two other circular larger peripheral lines of larger diameter comprising secondary reflectors which are associated with the helio groups 13 and 14. With increasing diameters of the peripheral lines, the number secondary reflectors mounted in series on these lines, increases for a simultaneous angular deviation believe health The groups of heliostats marked 11, 12, 13 and 14 are oriented in the North-South direction.

Claims

1. Installation for concentrating the energy of solar radiation comprising a tower having a light well and a radiation receiver arranged below, a multitude of primary reflectors placed around this tower, concentrating the incident solar radiation as well as a secondary reflector device applied above the light shaft, characterized in that the secondary reflector device has a number of separate, curved secondary reflectors, that the multitude of primary reflectors is subdivided into groups and that each group is associated each time with one of the secondary reflectors so that the images of the sun formed by the various primary reflectors of each of. groups are projected by the respective secondary reflectors approximately in the plane of the upper orifice of the light well.

2. Installation according to claim 1, characterized in that the secondary reflectors are mounted on a support structure in the form of a bowl, convex in relation to the light well so that the groups of primary reflectors further away from the tower are associated with secondary reflectors closer to the edge of the bowl-shaped supporting structure0