WO2007022756A2 - Fresnel-solar-kollektor-anordnung - Google Patents

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WO2007022756A2
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receiver
solar collector
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mirror
fresnel solar
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Martin Selig
Johannes Gottlieb
Max Mertins
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Novatec Biosol Ag
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    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/47—Mountings or tracking

Definitions

  • the invention relates to a Fresnel solar collector arrangement.
  • This is understood to mean a line-focusing system in which a plurality of mirror strips arranged parallel to a receiver are tracked to the solar position and the solar radiation is directed onto a fixed absorber tube in which a heat-storing medium flows.
  • a secondary reflector associated with the absorber tube directs the radiation onto the focal line formed substantially by the absorber tube.
  • the absorber tube and the secondary reflector form the receiver, which is raised above the mirror strip.
  • the heat generated can be used as process heat or z. B. be implemented by means of a Stirling engine in electricity.
  • Parabolic trough collectors consist of a reflector, which has the shape of a parabolic cylinder.
  • the light is also focused here on a line, the focal line.
  • the absorber tube of the parabolic trough collector which absorbs the concentrated radiation and releases it to the medium flowing through.
  • the medium is typically heated to values of about 400 0 C.
  • To improve the efficiency of the absorber can be surrounded with a glass tube. In the space between absorber and glass tube there is a vacuum for insulation.
  • the generated "solar steam” can also directly to Process heat applications or used for conventional steam and combined cycle power plants.
  • flat plate collectors and CPC collectors are known as further collector types.
  • the efficiency of the Fresnel solar collector depends essentially on how well the reflected solar radiation is focused on the absorber tube. For this purpose, it makes sense to track the absorber tube associated with the primary mirror of the sun. Only then can acceptable efficiencies of the plant be achieved. This is usually done by means of an electric motor associated with each primary mirror. The electric motors are usually in turn provided with a time control, so that the tracking is more a control than a control.
  • Fresnel solar collectors grade the best algorithms- in areas of high solar radiation, so as in desert areas, achieve, in which extreme temperature fluctuations from minus degrees to plus degrees of more than 40 0 C, at least are not uncommon .
  • the materials and support structures used are exposed to considerable stresses, with thermal deformations of the material are almost inevitable and therefore can lead to angular deviations in the overall arrangement, which can be reflected in the efficiency of the entire system in the double-digit percentage range.
  • An already small angle deviation in the support structure of the mirror arrangement can lead to a large part of the radiation reflected by the primary mirrors not being focused on the absorber tube, but simply being reflected past the absorber tube.
  • the Individualuai actuallyung or regulation and vote of the various electric motors for tracking or controlling the pivoting of the mirror accompanied by a considerable regulatory or control effort that makes the system reasonably prone to failure.
  • the present invention seeks to make the system more robust overall and thereby to improve their efficiency as far as possible.
  • the mirror structure is stationarily mounted in the area of the receivitive structure and / or in connection with the receivitive structure and, incidentally, glides, is thus secured without constraint, it is ensured that the mirror structure is in the case of the thermal expansion unavoidable due to the effects of heat the structure compensates for the corresponding changes.
  • the receiver support structure and the mirror support structure are essentially made of the same material and are essentially stationarily supported in the same place.
  • thermal material expansions or shrinkage it can at least approximately be assumed that the mutual expansions of the structures take place to the same extent.
  • the receiver mast is stretched approximately as well as, for example, the Tragtechnik arranged mounting rails of the primary mirror. Due to the at least substantially mutually orthogonal arrangement of Receivertragwerk and mirror structure to each other and the same expansion coefficient resulting from the same material used is again ensured that the angular relationships do not change or at best low.
  • the receiver of the Fresnel solar collector arrangement can be mounted as an absorber tube on a number of receiver masts, wherein at the same place optionally using the same concrete base and the mirror frame can be stored stationary.
  • Receiver mast and mirror support are advantageously made of steel 37 and thus have largely the same coefficient of expansion.
  • some of the primary mirrors mounted on the mirror support structure are combined to form a primary ' mirror group, which in turn is mechanically coupled by means of a common, mechanical actuator for tracking and is thus tracked to the sun.
  • a common actuator eliminates the cumbersome vote, complicated control and regulation tion of the electromotorics used at least within the affected primary mirror group.
  • the primary mirror group can be adjusted as a whole by means of a common actuator, whereby the relative angle relationship of the primary mirrors with each other is always maintained.
  • This joint pivoting is achieved by connecting the primary mirrors of a primary mirror group by means of a tracking shaft.
  • the movement of the push rod in the orientation of the primary mirrors causes a rotation of the follower shaft, which is transmitted by the compound evenly to the entire primary mirror group.
  • the follower shaft is mounted at regular intervals in roller blocks, which surround the shaft, but they only store with the help of rolling elements.
  • These rolling elements allow an axial rotation of the tracking shaft and are formed like a barrel in shape, so are in the shape of - S - sentlichen cylindrical, with their lateral surfaces bulging are bulging. This shape makes it possible to arrange the tracking shaft not only along flat surfaces, but also to guide over height changes if necessary.
  • the shaft can be anggled on the rolling elements, so that a simultaneous oblique employment of the roller block can be omitted.
  • the mechanical coupling of the grouped into a group primary mirror can be realized by means of a common push rod on the pivotally mounted on the mirror frame primary mirror relative to the absorber tube depending on the state of the sun or the time pivoted or better said the sun track ,
  • the push rod with a linear motor is driven by an electric motor, wherein by means of the linear motor, the orthogonal to the longitudinal extension of the absorber tube arranged push rod depending on the position of the sun is switched on or disengaged.
  • the absorber tube is a steam or a thermal oil, which is heated by the radiation reflected oriented to a temperature of up to about 400 0 C.
  • the thus heated heat medium can then be supplied in a conventional manner further use or used for power generation.
  • the absorber tube is additionally assigned a secondary reflector, which essentially engages over the absorber tube like an umbrella, and so on any scattered radiation of the primary mirror absorbs and deflects such that this scattered radiation is focused on the absorber tube.
  • the secondary reflector is thus also arranged so that the absorber tube is located substantially in the focal line of the secondary reflector.
  • the linear motor is also essentially arranged centrally, ie approximately in the region of the imaginary line formed by the receiver masts arranged in a row.
  • both one or more by one or more push rods driven primary mirror groups left of the absorber tube, as well as one or more driven by one or more push rods primary mirror groups are driven to the right of the absorber tube in that a time-controlled or sun-tracking guided controlled pivoting of the primary mirrors takes place relative to the absorber tube.
  • the necessarily opposite movement of the primary mirror right of the absorber tube compared to the primary mirrors left of the absorber tube is realized by a only one of the two sides associated deflection of the linear movement of the push rod.
  • the linear motors may be connected to a common control and / or regulation, since the relative movements to be performed by the push rods over the entire length of the absorber tube are exactly identical and thus a common scheme for the entire system is possible.
  • Fig. 2 a detail of the Fresnel solar collector arrangement in a schematic diagram
  • FIGS. 1 and 2 show a control image for the Fresnel solar collector arrangements shown in FIGS. 1 and 2.
  • the Fresnel solar reflector arrangement consists of a receiver 1 which is mounted on a receiver mast 2.
  • the receiver mast 2 is mounted for this purpose in a fixed bearing 3, which simultaneously represents the central axis of an angularly symmetrically arranged mirror structure 4.
  • the mirror support 4 essentially consists of support rails 5, which are made of the same material as the receiver mast 2, namely in the present embodiment made of steel 37, and each orthogonal forterumblen of the longitudinal axis of the receiver 1.
  • the receiver 1 essentially consists of an absorber tube, in which a heat medium acting as a heat storage medium flows. This may be simple steam or a Thermo oil act.
  • the absorber tube is usually overlapped by a secondary reflector, which captures any scattered radiation of the mirror assembly and deflects to the absorber tube.
  • the primary mirrors 6, 6 ' are pivotably mounted on both sides, that is to say substantially mirror-symmetrically to the mirrored receiver 1 arranged mirror tracks.
  • the mirror tracks are in this case mounted on the mirror support 4 essentially so that the solar radiation acting on the Fresnel solar collector arrangement is reflected and deflected in such a way that it is focused in the region of the receiver 1 on the absorber tube.
  • the absorber tube ideally forms the focal line of the primary mirror ⁇ , 6 'mounted on the mirror support 4.
  • each receiver 1 is a plurality of primary mirrors 6, 6 'with different spacing, ie in increasing orthogonal distance from the central axis of the mirror structure 4 defined by the absorber tube.
  • the mirror structure 4 itself is in turn elevated relative to the floor with foot elements 7, wherein these are connected to the orthogonal to the longitudinal extent of the receiver 1 fixedly extending support rails 5 only by sliding bearings.
  • the receiver mast 2, as well as the carrier rails 5, which are arranged one behind the other in the longitudinal extension of the receiver 1 are fixed only in the stationary fixed bearing 3 and otherwise slidably mounted without friction.
  • both the receiver mast 2, as well as the support rails 5 are made of steel 37 and thus have a substantially identical coefficient of expansion, also corresponds to a possible thermal expansion of the two structures in
  • the Fresnel solar collector arrangement according to FIG. 1 is therefore essentially temperature-compensated in a self-regulating manner in that any material expansion and shrinkage due to the extreme temperature fluctuations which are quite usual in the field of application of Fresnel solar collector arrangements are mutually compensated.
  • the scattering losses of the reflected radiation which have a very negative effect on the yield factor of the system, at least largely avoided.
  • Elaborate techniques to compensate for the temperature-induced change in length of the materials used can therefore be largely eliminated.
  • the push rod 10, 10 ' is linearly driven by a linear motor 11 driven by an electric motor, wherein the movement of the push rods 10, 10' left and right of the receiver mast 2 and thus of the receiver 1 are in opposite directions by means of a deflection not shown here.
  • the push rods 10 and 10 'left and right of the receiver 1 are thus either both engaged or both disengaged.
  • one of the two push rods 10 or 10 ' acts only indirectly on the primary mirrors 6, 6', namely via a deflection, as leads to the mentioned counter-rotating movement. This in turn has the effect that the mirrors arranged on the right and on the left are turned in or out of the centrally arranged reflector or absorber tube in exactly the same angular relationship.
  • a common controller 12 is assigned to the linear motors 11, 11 ', 11 ", to which one or more push rods 10, 10' or carrier rails 5 are assigned.
  • this controller 12 can be time-controlled in the sense of a control according to a predefined program which assigns the particular position of the sun and thus a specific angular position of the primary mirror 6 to each time.
  • the controller 12 is data-connected to a time recording device 14.
  • the controller 12 with a real actual / setpoint comparison 13 can be interconnected, the actual and setpoint either the ' real sun with the setpoint specification compares or directly the efficiency of the system, for example by evaluating the radiation intensity achieved or the current efficiency is fed back as an actual value to the controlled variable in order to determine a possible control deviation.
  • the angle position of the primary mirrors 6, 6 ' can then be readjusted via the actuator.
  • the push rod 10, 10 'thus represents more or less the actuator with proper understanding for the regulation or tracking of the primary mirror assembly there, to this actuator nor the electric motor 11, 11', H '' is duly.
  • the control or regulation of the linear motors 11, 11 ', H'' is realized via a common regulator 12.
  • FIGs 4 and 5 show a roller block 15 in which a tracking shaft 17 is guided.
  • the tracking shaft 17 connects the primary mirrors 6, 6 'of a primary mirror group and ensures a parallel rotation of all the mirrors of this group as a result of a tracking initiated by the movement of a push rod 10, 10'.
  • the roller block 15 engages around the tracking shaft 17, wherein the shaft is mounted in the roller block 15 on rolling elements 16, 16 ', 16''.
  • These rolling elements 16, 16 ', 16'' are substantially cylindrical, but have concave lateral surfaces on which the NachGermanwelle 17 is supported.
  • the NachInstitutwelle 17 By the barrel-shaped shaping it is possible, as shown in Figure 5, the NachInstitutwelle 17 to make obliquely, the roller block 15 remains in its vertical position. This allows the tracking shaft 17 to be laid along sloping surfaces, for example on hills or on uneven terrain. Naturally, makes it possible that a concealment of the receiver 1 with respect to the affected primary mirrors 6, 6 'is avoided.
  • Support rail 6 primary mirror

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fresnel-Solar-Kollektor-Anordnung, die im Wesentlichen aus einem Receiver (1) und einer dem Receiver (1) zugeordneten Spiegelanordnung besteht. Dadurch, dass die Anordnung durch die Verwendung von Materialien mit gleichem Temperaturausdehnungskoeffizienten für den Receivermast (2) und das Spiegel tragwerk (4) temp er atur kompensiert ist und überdies die Nachführung der Primärspiegel (6, 6') nach der Sonne durch eine mechanische Kopplung der Spiegel mittels einer elektromotorisch angetriebenen Schubstange vereinfacht ist.

Description

FRESNEL-SOLAR-KOLLEKTOR-ANORDNUNG
Die Erfindung betrifft eine Fresnel-Solar-Kollektor- Anordnung.
Hierunter versteht man ein linienfokussierendes System, bei dem mehrere, parallel zu einem Receiver angeordnete Spiegelstreifen der Sonnenposition nachgeführt werden und die Solar- Strahlung auf ein feststehendes Absorberrohr gelenkt wird, in dem ein wärmespeicherndes Medium strömt. Zusätzlich lenkt ein Sekundarreflektor, der dem Absorberrohr zugeordnet ist, die Strahlung auf die im Wesentlichen von dem Absorberrohr gebildete Brennlinie. Das Absorberrohr und der Sekundärreflektor bilden den erhöht über den Spiegelstreifen angeordneten Receiver. Ein derartiger Fresnel-Solar-Kollektor ist derzeit beispielsweise in Australien im Feldversuch im Betrieb. Die erzeugte Wärme kann als Prozesswärme genutzt werden oder z. B. mittels eines Stirlingmotors in Strom umgesetzt werden.
Der Vorteil der Fresnel-Solar-Kollektoren gegenüber den üblichen Parabolrinnen-Kollektoren liegt in ihrem deutlich vereinfachten Aufbau. Parabolrinnen-Kollektoren bestehen aus einem Reflektor, welcher die Form eines parabolischen Zylin- ders hat. Das Licht wird auch hier auf eine Linie fokussiert, die Fokallinie. In dieser Linie befindet sich das Absorberrohr des Parabolrinnen-Kollektors, welches die konzentrierte Strahlung absorbiert und an das durchströmende Medium abgibt. Das Medium wird dabei typischerweise auf Werte von ca. 4000C erwärmt. Zur Verbesserung des Wirkungsgrades kann der Absorber mit einem Glasrohr umgegeben sein. Im Zwischenraum zwischen Absorber- und Glasröhr herrscht dabei ein Vakuum zur Isolation. Der so erzeugte „Solardampf" kann auch direkt zu Prozesswärmeanwendungen oder für konventionelle Dampf- und Kombikraftwerke benutzt werden.
Alternativ sind Flachkollektoren und CPC-Kollektoren als wei- tere Kollektortypen bekannt.
Der Wirkungsgrad des Fresnel-Solar-Kollektors hängt dabei im Wesentlichen davon ab, wie gut die reflektierte Sonnenstrahlung auf das Absorberrohr fokussiert wird. Hierzu ist es sinnvoll, die dem Absorberrohr zugeordneten Primärspiegel der Sonne nachzuführen. Nur so können akzeptable Wirkungsgrade der Anlage erreicht werden. Dies geschieht üblicherweise mittels eines einem jedem Primärspiegel zugeordneten Elektromotors. Die Elektromotoren sind üblicherweise wiederum mit ei- ner Zeitsteuerung versehen, so dass die Nachführung also eher eine Steuerung als eine Regelung darstellt.
Ein wesentlichen Problem der Fresnel-Solar-Kollektoren besteht darin, dass derartige Anordnungen die besten Wirkungs- grade in Bereichen höchster Sonneneinstrahlung, also etwa in Wüstenbereichen, erzielen, in denen extreme TemperaturSchwankungen von Minusgraden bis Plusgraden von weit über 400C zumindest nicht ungewöhnlich sind. Die eingesetzten Materialien und Trägerstrukturen sind dabei erheblichen Beanspruchungen ausgesetzt, wobei thermische Verformungen des Materials nahezu unvermeidlich sind und daher zu Winkelabweichungen in der Gesamtanordnung führen können, die sich beim Wirkungsgrad der Gesamtanlage im zweistelligen Prozentbereich niederschlagen können. Eine bereits geringe Winkelabweichung bei der Träger- struktur der Spiegelanordnung kann dazu führen, dass ein Großteil der von den Primärspiegeln reflektierten Strahlung nicht auf das Absorberrohr fokussiert wird, sondern schlicht an dem Absorberrohr vorbeireflektiert wird. Darüber hinaus ist die Individuaisteuerung bzw. auch -regelung und abstimmung der diversen Elektromotoren zur Nachführung bzw. Steuerung der Verschwenkung der Spiegel von einem erheblichen Regelungs- bzw. Steuerungsaufwand begleitet, der die Anlage einigermaßen störanfällig werden lässt.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Anlage insgesamt robuster zu gestalten und dabei ihren Wirkungsgrad nach Möglichkeit zu verbessern.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt durch eine Fresnel-Solar- KoIlektor-Anordnung gemäß Hauptanspruch. Vorteilhafte Ausgestaltungen können den abhängigen Ansprüchen 2 bis 11 entnommen werden.
Dadurch, dass gemäß Hauptanspruch das Spiegeltragwerk im Bereich des Receivertragwerks und/oder in Verbindung mit dem Receivertragwerk ortsfest gelagert ist und im Übrigen glei- tend, mithin zwängungsfrei gelagert ist, ist sichergestellt, dass das Spiegeltragwerk im Falle von der aufgrund der Hitzeeinwirkungen unvermeidlichen thermischen Ausdehnung des Tragwerks die entsprechenden Veränderungen ausgleicht .
Dies gelingt noch besser, wenn das Receivertragwerk und das Spiegeltragwerk im Wesentlichen aus dem gleichen Material gefertigt sind und im Wesentlichen an der gleichen Stelle ortsfest aufgelagert sind. Im Falle von thermischen Materialdehnungen oder Schwindungen kann zumindest annäherungsweise davon ausgegangen werden, dass die wechselseitigen Ausdehnungen der Tragwerke im gleichen Ausmaß erfolgen. Beispielsweise wird dann infolge der Hitzeeinwirkung der Recei- vermast annähernd genauso gedehnt, wie etwa die als Spiegel- tragwerk angeordneten Tragschienen der Primärspiegel. Aufgrund der zumindest im Wesentlichen einander orthogonalen Anordnung von Receivertragwerk und Spiegeltragwerk zueinander und dem aus dem gleichen eingesetzten Material resultierenden gleichen Ausdehnungskoeffizienten ist wiederum sichergestellt, dass sich die Winkelverhältnisse untereinander nicht oder allenfalls gering ändern. Dies ist jedoch nur möglich, wenn sowohl das Receivertragwerk, wie auch das Spiegeltragwerk zwängungsfrei gelagert ist, also nur eines von mindes- tens zwei notwendigen Auflagern ortsfest ist. Diese verblüffend einfache Lösung erspart es Materialdehnungen oder schwindungen kompliziert nachzuregeln oder aber den weitgehend aussichtslosen Versuch zu unternehmen, Materialen einzusetzen, die mehr oder weniger temperaturunabhängig sind. Der Einsatz derartiger Materialien scheidet zumeist aus schon aus Kostengründen aus.
In konkreter Ausgestaltung kann der Receiver der Fresnel- Solar-Kollektor-Anordnung als Absorberrohr auf eine Reihe von Receivermasten aufgelagert sein, wobei an selber Stelle gegebenenfalls unter Verwendung des selben Betonsockels auch das Spiegeltragwerk ortsfest gelagert sein kann. Receivermast und Spiegeltragwerk sind dabei mit Vorteil jeweils aus Stahl 37 gefertigt und weisen somit weitgehend den gleichen Ausdeh- nungskoeffizienten auf.
In vorteilhafter Weiterbildung sind einige der auf dem Spiegeltragwerk aufgelagerten Primärspiegel zu eine Primär-' Spiegelgruppe zusammengefasst , die wiederum mittels eines gemeinsamen, mechanischen Stellgliedes zur Nachführung mechanisch gekoppelt sind und so der Sonne nachgeführt sind. Aufgrund der Verwendung eines gemeinsamen Stellgliedes entfällt die umständliche Abstimmung, komplizierte Steuerung und Rege- lung der eingesetzten Elektromotorik untereinander zumindest innerhalb der betroffenen PrimärSpiegelgruppe. Vielmehr kann mittels eines gemeinsamen Stellgliedes die Primärspiegelgruppe insgesamt verstellt werden, wobei die Relativwinkelbezie- hung der Primärspiegel untereinander stets gewahrt ist. Dem liegt wiederum die an sich triviale Erkenntnis des Strahlensatzes zugrunde, dass die im Zuge der Nachführung nach der Sonne erforderliche relative Winkelversteilung der Primärspiegel, die gegenüber dem beabstandet und erhöht angeordne- ten Absorberrohr in einer gedachten orthogonalen Linie zum Absorberrohr hintereinander angeordnet sind, relativ zueinander gleich ist. Dies würde übrigens auch für die auf einer gedachten parallelen Linie zu dem Absorberrohr angeordneten Primärspiegel gelten.
Die vorstehende erläuterten Ausführung der Kollektoranordnung mit einer mechanischen Kopplung zur gemeinsamen Verschwenkung der Primärspiegel mittels eines gemeinsamen Stellgliedes ist dabei auch unabhängig von der zwängungsfreien Lagerung des Spiegeltragwerks vorteilhaft.
Diese gemeinsame Verschwenkung wird durch eine Verbindung der PrimärSpiegel einer PrimärSpiegelgruppe mittels einer Nachführwelle erreicht . Durch die Bewegung der Schubstange bei der Ausrichtung der PrimärSpiegel wird eine Drehung der Nachführwelle bewirkt, welche durch die Verbindung gleichmäßig auf die gesamte Primärspiegelgruppe übertragen wird.
Mit Vorteil ist die Nachführwelle in regelmäßigen Abständen in Rollenböcken gelagert, welche die Welle umgreifen, sie dabei aber lediglich mithilfe von Rollelementen lagern. Diese Rollelemente gestatten eine axiale Drehung der Nachführwelle und sind in ihrer Form fassartig gebildet, sind also im We- - S - sentlichen zylindrig, wobei ihre Mantelflächen bauchig ausladend sind. Diese Form ermöglicht es, die Nachführwelle nicht nur entlang ebener Flächen anzuordnen, sondern auch gegebenenfalls über Höhenänderungen hinweg zu führen. Die Welle kann auf den Rollelementen schräg angstellt werden, so dass eine gleichzeitige schräge Anstellung des Rollenbocks entfallen kann.
In konkreter Ausgestaltung kann die mechanische Kopplung der zu einer Gruppe zusammengefassten Primärspiegel mittels einer gemeinsamen Schubstange realisiert sein, über die die verschwenkbar auf der Spiegeltragwerk gelagerten PrimärSpiegel relativ zum Absorberrohr in Abhängigkeit von Stand der Sonne bzw. der Uhrzeit verschwenkt oder besser gesagt der Sonne nachgeführt werden.
In vorteilhafter Ausgestaltung ist die Schubstange mit einem Linearmotor elektromotorisch angetrieben, wobei mittels des Linearmotors die orthogonal zur Längserstreckung des Absor- berrohrs angeordnete Schubstange in Abhängigkeit vom Sonnenstand ein- oder ausgerückt wird.
In vorteilhafter Ausgestaltung strömt dabei in dem Absorberrohr ein Wasserdampf oder ein Thermoöl, das durch die reflek- tierte Strahlung auf eine Temperatur von bis zu ca. 4000C erhitzt wird. Das solcherart erhitzte Wärmemedium kann dann in an sich bekannter Weise weiterer Nutzung zugeführt werden oder zur Stromerzeugung eingesetzt werden.
Um trotz der verbesserten Winkeltreue der Anordnung auch den
Wirkungsgrad der Anordnung weiterzuverbessern, ist dem Absorberrohr zusätzlich ein Sekundärreflektor zugeordnet, der das Absorberrohr im Wesentlichen schirmartig übergreift und so etwaige Streustrahlung der Primärspiegel auffängt und derart umlenkt, dass auch diese Streustrahlung auf das Absorberrohr fokussiert wird.
Der Sekundärreflektor ist also ebenfalls so angeordnet, dass das Absorberrohr im Wesentlichen in der Fokallinie des Sekundärreflektors liegt.
In einer weiteren Ausgestaltung des elektromotorischen An- triebs ist der Linearmotor im Wesentlichen auch zentral, also etwa im Bereich der gedachten Linie, die von den in einer Reihe angeordneten Receivermasten gebildet ist, angeordnet. Dabei kann bei Verwendung einer entsprechenden Umlenkung mit ein und dem selben Linearmotor sowohl eine oder mehrere mit- tels einer oder mehrerer Schubstangen angetriebene Primär- spiegelgruppen links des Absorberrohrs, wie auch eine oder mehrere mittels einer oder mehrer Schubstangen angetriebene Primärspiegelgruppen rechts des Absorberrohrs derart angetrieben werden, dass eine zeitgesteuerte oder dem Sonnenstand nachgeführte geregelte Verschwenkung der PrimärSpiegel relativ zum Absorberrohr erfolgt .
Die notwendig gegenläufige Bewegung der Primärspiegel rechts des Absorberrohrs im Vergleich zu den Primärspiegeln links des Absorberrohrs wird durch eine nur einer der beiden Seiten zugeordnete Umlenkung der Linearbewegung der Schubstange realisiert .
In vorteilhafter Ausgestaltung können die Linearmotoren mit einer gemeinsamen Steuerung und/oder Regelung verbunden sein, da die von den Schubstangen auszuführenden Relativbewegungen über die gesamte Länge des Absorberrohrs exakt identisch sind und somit eine gemeinsame Regelung für die gesamte Anlage möglich ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung nur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1: eine Fresnel-Solar-Kollektor-Anordnung im Querschnitt,
Fig. 2: ein Detail der Fresnel-Solar-Kollektor- Anordnung in einer Prinzipskizze und
Fig. 3: ein Regelungsbild zu der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Fresnel-Solar-Kollektor- Anordnungen.
Gemäß der Darstellung in Figur 1 besteht die Fresnel-Solar- KoIlektor-Anordnung aus einem Receiver 1, der auf einem Re- ceivermast 2 aufgeständert ist. Der Receivermast 2 ist hierzu in einem Fixlager 3 gelagert, das gleichzeitig die Zentralachse eines winkelsymmetrisch angeordneten Spiegeltragwerks 4 darstellt. Dabei besteht das Spiegeltragwerk 4 im Wesentlichen aus Trägerschienen 5, die aus dem selben Material wie der Receivermast 2, nämlich im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus Stahl 37, gefertigt sind und sich jeweils orthogonal von der Längsachse des Receivers 1 forterstrecken. Dabei besteht der Receiver 1 im Wesentlichen aus einem Absorberrohr, in dem ein als Wärmespeicher wirkendes Wärmemedium strömt. Dabei kann es sich um einfachen Wasserdampf oder ein Thermoöl handeln. Das Absorberrohr wird in der Regel von einem Sekundärreflektor übergriffen, der etwaige Streustrahlung der Spiegelanordnung einfängt und auf das Absorberrohr umlenkt. Auf der Trägerstruktur sind beidseits, also im Wesent- liehen spiegelsymmetrisch zu dem erhöht aufgestellten Recei- ver 1 angeordnete Spiegelbahnen, die Primärspiegel 6, 6' verschwenkbar gelagert. Die Spiegelbahnen sind dabei auf dem Spiegeltragwerk 4 im Wesentlichen so gelagert, dass die auf die Fresnel-Solar-Kollektor-Anordnung einwirkende Sonnen- Strahlung reflektiert und derart umgelenkt wird, dass sie im Bereich des Receivers 1, auf das Absorberrohr fokussiert ist. Das Absorberrohr bildet dabei idealerweise die Fokallinie der auf dem Spiegeltragwerk 4 aufgelagerten Primärspiegel β, 6'. Dabei sind einem jeden Receiver 1 mehrere Primärspiegel 6, 6' mit unterschiedlicher Beabstandung, also in zunehmenden orthogonalen Abstand von der durch das Absorberrohr definierten Zentralachse des Spiegeltragwerks 4.
Das Spiegeltragwerk 4 selbst ist wiederum gegenüber dem Auf- stellboden mit Fußelementen 7 aufgeständert, wobei diese mit den sich orthogonal zur Längserstreckung des Receivers 1 fest erstreckenden Trägerschienen 5 nur durch Gleitlager verbunden sind. Konkret sind also der Receivermast 2, wie auch die Trägerschienen 5, die in Längserstreckung des Receivers 1 hin- tereinander angeordnet sind, nur in dem ortsfesten Fixlager 3 fixiert und ansonsten zwängungsfrei gleitgelagert. Nachdem sowohl der Receivermast 2, wie auch die Trägerschienen 5 aus Stahl 37 gefertigt sind und somit einen im Wesentlichen identischen Ausdehnungskoeffizienten besitzen, entspricht auch eine etwaige thermische Ausdehnung der beiden Tragwerke im
Wesentlichen einander. Die Längenausdehnung des Receivermas- tes 2 wird also im Wesentlichen dadurch kompensiert, dass durch eine gleichartige Ausdehnung der Trägerschiene 5 ein etwaiger Winkelfehler der Anordnung mit der möglichen Folge, dass das Absorberrohr aus der Fokallinie der Spiegelanordnung rückt, kompensiert wird.
Die Fresnel-Solar-Kollektor-Anordnung gemäß Figur 1 ist somit im Wesentlichen selbstregelnd temperaturkompensiert, indem etwaige Materialdehnungen und -schwindungen aufgrund der im Bereich der Einsatzgebiete von Fresnel-Solar-Kollektor- Anordnungen durchaus üblichen extremen TemperaturSchwankungen sich wechselseitig ausgleichen. Hierdurch werden die Streuverluste der reflektierten Strahlung, die sich sehr negativ auf den Ertragsfaktor der Anlage auswirken, zumindest weitgehend vermieden. Aufwändige Techniken zur Kompensation der temperaturbedingten Längenänderung der eingesetzten Materialien können daher weitgehend entfallen.
Gemäß Figur 2 ist die Anordnung mit Vorteil derart ergänzt, dass die den einzelnen Trägerschienen 5 zugeordneten Primär- Spiegel 6, 6' jeweils mittels eines Spiegelträgers 8, 8' verschwenkbar mit der jeweiligen Trägerschiene 5 verbunden sind. Dabei ist es aus dem Stand der Technik bekannt, einem jeden Primärspiegel 6, 6' einen separaten Elektromotor zuzuordnen und mit Hilfe dieses elektromotorischen Antriebs eine Nachführung der Primärspiegel 6, 6' je nach Stand der Sonne relativ zum Receiver 1 zu erreichen. Gemäß Figur 2 sind mehrere Primärspiegel 6, 6' zu einer Primärspiegelgruppe zusam- mengefasst, die sich dadurch auszeichnet, durch ein gemeinsames Stellglied, nämlich eine Schubstange 10, 10' miteinander mechanisch gekoppelt zu sein. Die Schubstange 10, 10' ist mit einem Linearantriebs 11 linear verschieblich elektromotorisch angetrieben, wobei die Bewegung der Schubstangen 10, 10' links und rechts des Receivermastes 2 und damit des Receivers 1 mittels einer hier nicht weiter dargestellten Umlenkung gegenläufig sind. Die Schubstangen 10 bzw. 10' links und rechts des Receivers 1 werden also entweder beide eingerückt oder beide ausgerückt. Hierunter ist zu verstehen, dass eine der beiden Schubstangen 10 oder 10' nur indirekt an den Primärspiegeln 6, 6', nämlich über eine Umlenkung angreift, wie zu der erwähnte gegenläufigen Bewegung führt. Dies wiederum bewirkt, dass die rechts und links angeordneten Spiegel im exakt gleichen Winkelverhältnis dem zentral angeordneten Re- flektor bzw. Absorberrohr zu- oder abgewandt werden. Die gemäß Figur 2 gezeigte Lösung ermöglicht es also mittels eines einzigen Elektromotors, vorstehend mittels eines Linearantriebs, eine mechanische Kopplung über eine einfache Schubstange 10, 10' zu schaffen und somit eine komplizierte Abstimmung mehrerer einzelner Elektromotoren untereinander zumindest entlang einer Trägerschiene 5, also innerhalb einer Primärspiegelgruppe, einzusparen und statt dessen durch die mechanische starre Ankopplung und aufgrund der Winkeltreue der Anordnung eine exakte Nachführung nach dem Stand der Son- ne mit einem einzigen gemeinsamen Linearantrieb zu ermöglichen.
Dabei kann es sich gemäß der Prinzipdarstellung in Figur 3 um eine Steuerung und/oder Regelung handeln. Gemäß der Darstel- lung in Figur 3 ist den Linearmotoren 11,11', 11'', denen jeweils eine oder mehrere Schubstangen 10, 10' bzw. Trägerschienen 5 zugeordnet sind, ein gemeinsamer Regler 12 zugeordnet. Dieser Regler 12 kann im einfachsten Fall im Sinne einer Steuerung zeitgesteuert gemäß einem vordefinierten Pro- gramms , das jeder Zeit den bestimmten Sonnenstand und damit eine bestimmte Winkelstellung der Primärspiegel 6 zuordnet, gesteuert werden. Hierzu ist der Regler 12 mit einer Zeiterfassungsvorrichtung 14 datenverbunden. Alternativ kann jedoch der Regler 12 auch mit einem echten Ist- /Sollwert-Vergleich 13 verschaltet sein, wobei der Ist- und Sollwert entweder den ' realen Sonnenstand mit der Sollwertvorgabe vergleicht oder aber direkt der Wirkungsgrad der Anlage, beispielsweise durch Auswertung der erreichten Strahlungsintensität oder die aktuelle Stromausbeute als Istwert zur Regelgröße zurückgeführt ist, um eine etwaige Regelabweichung zu ermitteln. Über das Stellglied kann dann die WinkelStellung der Primärspiegel 6, 6' nachjustiert werden. Die Schubstange 10, 10' stellt also mehr oder minder das Stellglied bei richtigem Verständnis auch für die Regelung bzw. Nachführung der Primärspiegelanordnung da, wobei zu diesem Stellglied noch der Elektromotor 11, 11', H'' gehörig ist. Die Ansteuerung bzw. Regelung der Linearmotoren 11, 11', H'' wird über einen gemeinsamen Reg- ler 12 realisiert.
Die Figuren 4 und 5 zeigen einen Rollenbock 15, in dem eine Nachführwelle 17 geführt ist. Die Nachführwelle 17 verbindet die Primärspiegel 6, 6' einer Primärspiegelgruppe und gewähr- leistet eine parallele Drehung aller Spiegel dieser Gruppe infolge einer durch die Bewegung einer Schubstange 10, 10 ' initiierten Nachführung. Der Rollenbock 15 umgreift die Nachführwelle 17, wobei die Welle in dem Rollenbock 15 auf Rollelementen 16, 16', 16'' gelagert ist. Diese Rollelemente 16, 16', 16'' sind im Wesentlichen zylindrisch, weisen jedoch konkave Mantelflächen auf, auf welchen sich die Nachführwelle 17 abstützt. Durch die fassförmige Formgebung ist es ermöglicht, wie in Figur 5 gezeigt, die Nachführwelle 17 schräg anzustellen, wobei der Rollenbock 15 in seiner senkrechten Position verbleibt. Dies ermöglicht eine Verlegung der Nachführwelle 17 entlang schrägen Flächen, etwa an Hügeln oder auf unebenem Terrain. Dabei muss selbstverständlich gewähr- leistet sein, dass eine Verdeckung des Receivers 1 gegenüber den betroffenen Primärspiegeln 6, 6' vermieden ist.
Vorstehend ist somit eine Fresnel-Solar-Kollektor-Anordnung beschrieben, die weitgehend dadurch temperaturkompensiert ist, dass für die Trägerschienen 5 des Spiegeltragwerks 4 und die Receivermasten 2 Materialien mit den gleichen Temperaturausdehnungskoeffizienten verwendet werden und überdies der Receivermast 2, als auch das Spiegeltragwerk 4 zwängungsfrei gelagert ist. Darüber hinaus ist die Nachführung der Primärspiegel 6, 6' nach dem Sonnenstand durch eine mechanische Kopplung der Primärspiegel 6, 6' wesentlich vereinfacht.
B E Z U G S Z E I C H E N L I S T E
Receiver
Receivermast
Fixlager
Spiegeltragwerk
Trägerschiene 6' Primärspiegel
Fußelemente , 10' Schubstange Linearmotor Regler Ist-/Sollwert-Vergleich Zeiterfassungsvorrichtung Rollenbock , 16', 16'' Rollelemente Nachführwelle

Claims

P A T E N T AN S P R Ü C H E
1. Fresnel-Solar-Kollektor-Anordnung mit wenigstens einem Receiver (1) , der auf einem Receivertragwerk erhöht gegenüber mehreren Primärspiegeln (6, 6') gelagert ist, die beidseits des Receivers (1) auf einem Spiegeltragwerk (4) verschwenkbar derart angeordnet sind, dass die von den Primärspiegeln (6) reflektierte Sonnenstrahlung zumindest im Wesentlichen auf den Receiver (1) fokussiert ist und die Primärspiegel (6) jeweils der Sonne nachgeführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass das sich von dem Receiver- tragwerk beidseits forterstreckende Spiegeltragwerk (4) im Bereich des ReceiVertragwerks und/oder in Verbindung mit dem Receivertragwerk ortsfest und im Übrigen gleitend, mithin zumindest weitgehend zwängungsfrei , gelagert ist.
2. Fresnel-Solar-Kollektor-Anordnung nach Anspruch 1, da- durch gekennzeichnet, dass das Receivertragwerk und das
Spiegeltragwerk (4) aus einem Material mit zumindest weitgehend identischen Materialausdehnungskoeffizienten, vorzugsweise jeweils aus Stahl 37, hergestellt ist.
3. Fresnel-Solar-Kollektor-Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Receiver (1) ein Absorberrohr umfasst, das mittels einer, vorzugsweise in einer gedachten Gerade, angeordneten Reihe von Receivermasten (2) , die im Wesentlichen das Receivertragwerk ausbilden, erhöht gelagert ist und das Spiegeltragwerk (4) voneinander beabstandete Trägerschienen (5) umfasst, die gegebenenfalls mittels entsprechender Verstrebungen fachwerkar- tig verbunden sind, wobei sich diese Trägerschienen (5) zumindest im Wesentlichen orthogonal von einer gedachten Geraden der in Reihe angeordneten Receivermasten (2) forsterstreckt und diese Trägerschienen (5) in Verbindung mit den Receivermasten (2) oder im Fundamentbereich der Receivermasten (2) ortsfest fixiert und ansonsten gleitend gelagert sind.
4. Fresnel-Solar-Kollektor-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pri- märspiegel (6, 6'), die in einer gedachten Linie parallel oder senkrecht zur Längserstreckung des Absorberrohrs des Receivers (1) auf einer gemeinsamen Trägerschiene (5) angeordnet sind, zu einer Primärspiegelgruppe zusammenge- fasst sind, wobei die Primärspiegel (6, 6') der Primär- spiegelgruppe mittels eines gemeinsamen Stellglieds mechanisch gekoppelt und hierdurch gemeinsam der Sonne nachgeführt sind.
5. Fresnel-Solar-Kollektor-Anordnung nach Anspruch 4, da- durch gekennzeichnet, dass die einer oder mehreren in gedachter Verlängerung zueinander angeordneten Trägerschienen (5) zugeordneten Primärspiegel (6) zu einer Primär- spiegelgruppe zusammengefasst sind.
6. Fresnel-Solar-Kollektor-Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärspiegel (6, 6') der Primärspiegelgruppe jeweils auf der oder den Trägerschienen (5) verschwenkbar gelagert sind, wobei diese Primärspiegel (6) mittels einer, vorzugsweise elektro- motorisch angetriebenen, Schubstange (10, 10') starr miteinander verbunden sind und mittels einer Linearbewegung der Schubstange (10, 10') in Richtung der Längserstreckung der Schubstange (10, 10') in ihrem jeweiligen An- Stellwinkel relativ zu dem Absorberrohr des Receivers (1) gemeinsam verschwenkbar sind.
7. Fresnel-Solar-Kollektor-Anordnung nach Anspruch 6, da- durch gekennzeichnet, dass die PrimärSpiegel (6, 6') einer Primärspiegelgruppe zur gemeinsamen Verschwenkung mittels einer Nachführwelle (17) untereinander fest verbunden sind, welche im Wesentlichen parallel zur Längserstreckung des Absorberrohrs gegenüber den Trägerschie- nen (5) drehbar angeordnet ist.
8. Fresnel-Solar-Kollektor-Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachführwelle (17) in einem Rollenbock (15) gelagert ist, welcher die Welle um- greift, wobei die Welle in dem Rollenbock (15) mittels einer Mehrzahl, vorzugsweise drei, fassförmigen Rollelementen (16, 16', 16' ') derart gehalten ist, dass eine a- xiale Drehung der Nachführwelle (17) ermöglicht ist.
9. Fresnel-Solar-Kollektor-Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schubstange (10, 10') mittels eines Linearmotors (11) in Richtung ihrer Längserstreckung motorisch verschiebbar ist.
10. Fresnel-Solar-Kollektor-Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearmotor (11) vorzugsweise im Bereich des Receivermastes (2) angeordnet ist und eine oder mehrere Schubstangen (10, 10') von dem Linearmotor (11) angetrieben werden, wobei die rechts des Receivers (1) angeordneten Primärspiegel (6) zum Zwecke der Nachführung gegenläufig zu den Primärspiegeln (6') links des Receivers (1) bewegt werden, wobei die gegenläufige Bewegung durch eine entsprechende Umlen- kung, die auf nur einer Seite des Receivers (1) vorgesehen ist, umgesetzt ist.
11. Fresnel-Solar-Kollektor-Anordαung nach einem der vorher- gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Absorberrohrs ein Wärmespeichermedium, vorzugsweise Wasserdampf oder Thermoöl, strömt.
12. Fresnel-Solar-Kollektor-Anordnung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Receiver (1) zusätzlich ein dem Absorberrohr zugeordneten Sekundärreflektor umfasst, der im Wesentlichen die von den Primärspiegeln
(6, 6') reflektierte Streustrahlung aufnimmt und auf das Absorberrohr umlenkt.
13. Fresnel-Solar-Kollektor-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessungen und Beabstandungen der Primärspiegel (6, 6') derart bemessen sind, dass eine wechselseitige Verschat- tung der Primärspiegel (6, 6') zumindest weitgehend ausgeschlossen ist.
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