WO2009135330A1 - Rinnenkollektor für ein solarkraftwerk - Google Patents

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WO2009135330A1
WO2009135330A1 PCT/CH2009/000147 CH2009000147W WO2009135330A1 WO 2009135330 A1 WO2009135330 A1 WO 2009135330A1 CH 2009000147 W CH2009000147 W CH 2009000147W WO 2009135330 A1 WO2009135330 A1 WO 2009135330A1
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WO
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arrangement
trough collector
collector according
pivot axis
concentrator
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PCT/CH2009/000147
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English (en)
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Inventor
Andrea Pedretti
Original Assignee
Airlight Energy Holding Sa
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Publication date
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Priority to IL209177A priority patent/IL209177A0/en
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    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S30/00—Arrangements for moving or orienting solar heat collector modules
    • F24S30/40—Arrangements for moving or orienting solar heat collector modules for rotary movement
    • F24S30/42—Arrangements for moving or orienting solar heat collector modules for rotary movement with only one rotation axis
    • F24S30/425—Horizontal axis
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
    • F24S23/70—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors
    • F24S23/74—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors with trough-shaped or cylindro-parabolic reflective surfaces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S30/00—Arrangements for moving or orienting solar heat collector modules
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    • F24S2030/14—Movement guiding means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S40/00—Safety or protection arrangements of solar heat collectors; Preventing malfunction of solar heat collectors
    • F24S40/80—Accommodating differential expansion of solar collector elements
    • F24S40/85—Arrangements for protecting solar collectors against adverse weather conditions
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • 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

  • the present invention relates to a trough collector for a solar power plant according to the preamble of claim 1.
  • the radiation from the sun is mirrored by collectors with the help of the concentrator and focused specifically on a location in which thereby high temperatures.
  • the concentrated heat can be dissipated and used to operate thermal engines such as turbines, which in turn power the generating generators.
  • Parabolic trough power plants have a large number of collectors, which have long concentrators with small transverse dimensions, and thus do not have a focal point but a focal line, which makes them fundamentally different in construction from Dish Sterling and solar tower power plants.
  • These trough collectors today have a length of 20 m up to .150 m, while the width can reach 3 m, 5 m and more.
  • an absorber line for the concentrated heat passes (up to 400 0 C), WEL che this is transported to the power plant.
  • a transport medium is a fluid such. Thermal oil or superheated steam in question, which circulates in the absorber lines.
  • a trough collector is preferably designed as a parabolic trough collector.
  • det is often trough collectors are used with spherical or only approximately parabolic trained concentrator, since an exactly parabolic concentrator with the above dimensions only with large, so economically hardly reasonable effort to produce.
  • the circulation system for the circulation of the heat-transporting fluid can reach a length of up to 100 km in such power plants, or more, when the concepts for the future large-scale plants are realized.
  • the cost of Andasol 1 is estimated at several hundred million €.
  • the trough collectors of the type mentioned are designed to pivot in north-south orientation to the daily or in west-east orientation of the seasonal position of the sun (but also with daily, but lesser change in the position of the sun) to be traced.
  • An exact alignment to the current position of the sun is crucial for the high efficiency of the power plant.
  • An error in the orientation of 3.5 mrad, i. 0.2 °, is today considered the limit of reasonably tolerable; It is to be expected that as technology advances, requirements will become more stringent.
  • the supporting structure for the parabolic or spherical trough concentrator must, as is known, comprise this from the rear, in the manner of a clamp, in order to keep its front, sun-facing, reflecting surface completely free. This quickly leads to complex structures for the storage and movement of the concentrator, which are then additionally costly in the sometimes indispensable application of lightweight construction.
  • a collector would go to the position of the sun continuously, but often the collector is rectified step by step for the sake of simplicity.
  • the gutter collector according to the invention has the features of claim 1.
  • the mounting of the arrangement is arranged symmetrically to the gravity line.
  • the holding forces for securing the respective pivoting position of the arrangement 2 to the minimum i. reduces the weight of the assembly 2 and are constant.
  • the arrangement 2 is in any position at rest, so that over the entire pivoting range holding forces to secure the respective position are not necessary.
  • Lower demands on the construction of the arrangement itself and on the pivoting drive are the result, which can be correspondingly easily designed for the necessarily precise movement.
  • Fig. 1 shows schematically a gutter collector of known type
  • FIG. 2 shows a cross section through the trough collector of FIG. 1
  • FIG. 3 shows a view of a first embodiment of the trough collector according to the invention
  • FIG. 5 shows the section AA through the support structure of FIG. 3
  • collector 1 shows a view of a trough collector 1 known in the prior art with an arrangement 2 for providing heat originating from solar radiation and a bearing 3 on which the assembly 2 rests.
  • Such collectors 1 may have the above-mentioned dimensions (for example, a length of 150 m) or even exceed them, with such large dimensions the weight of the arrangement 2 is readily between 10 and 20 t.
  • the arrangement 2 comprises a frame 4 for a pressure cell 5, which in turn at least partially consists of a flexible membrane 6, the pillow-like curvature is indicated by the auxiliary lines 7.
  • the frame 4 (including the bearing 3) is made of concrete, which brings advantages in terms of cost-effective production on site, especially in rough terrain, with it.
  • the structure of the pressure cell 5 clamped in the arrangement 2 is explained in more detail by way of example in FIG. 2; the heat gained from the sunlight is dissipated from the collector 1 via a conventional line network (not shown in the figure), and used in the solar power plant to generate electricity.
  • FIG. 1 The arrangement shown in Figure 1 is exemplary of the prior art; the application of the present invention is not limited to a trough collector of the type shown (here: with a pressure cell equipped with a secondary concentrator). Likewise, any suitable truss for receiving the concentrator may be provided, which may also be made of metal.
  • Figure 2 shows a cross section through the trough collector 1 of Figure 1, as shown in more detail in the Swiss patent application CH 2008/0462.
  • the pressure cell 5 is clamped in the frame 4 and consists at least partially se from a flexible membrane, namely here from a transparent to solar radiation 20 membrane 21 and from a covered with a reflective layer 22 membrane 23, which together form the concentrator 24 of the trough collector 1. Via a secondary concentrator 25, the solar radiation 20 is reflected to an absorber line 26, which dissipates the heat of solar radiation 20 in a known manner.
  • the pressure cell 5, in particular with the concentrator 24, the secondary concentrator 25 and the absorber line 26 belong to the arrangement for the provision of heat originating from the solar radiation.
  • the said arrangement 2 for providing heat originating from solar radiation comprises everything which in the specific case serves the stated purpose, be it conventional concentrators made of metal inserted into the frame 4, or different constructions for suspending the solar system Concentrator, various systems for the absorber lines or other such elements, as installed in the respective gutter collector for a specific solar power plant. It is - apart from parts of the storage - that equipment, which the position of the center of gravity or the gravity line of the pivotable part, i. the arrangement 2 of the trough collector 1 determines.
  • the pivoting drive 12 (consisting, for example, of driven rollers 13, which pull the pivoting bracket 11 between them) is suitable for pivoting the concentrator 24 between the positions horizontally / approximately vertically.
  • the center of gravity of the arrangement 2 provided with the means for providing the heat lies in such a conventional construction outside the instantaneous pivoting axis of the arrangement 2 (or, depending on the geometry of the pivoting device 10, only happens to be there in a single pivoting position) , It follows that the pivoting drive 12 is held differently depending on the pivoting position by the common weight of the support structure 2 and the means for providing heat, but constantly under load and accordingly must be designed consuming.
  • FIG. 3 shows a cross section through a trough collector 70 designed according to the invention in accordance with a first embodiment. Shown is an arrangement 71 for the provision of heat originating from the solar radiation and means 72 for the pivotable mounting of the arrangement 71.
  • a pressure cell 5 with the concentrator 24, the secondary concentrator 25 and the absorber tube 26.
  • the pressure cell is arranged between longitudinal members 75, 76 and is clamped by this, the side members 75,76 in turn rest on cross struts 77, 78, which merge into a Lagerkra ⁇ z 79 with a circular arc-shaped portion 79 ', which in turn rests on supports 80,81.
  • the bearing ring 79 is thus connected at the end to a respective longitudinal member 75,76, such that the longitudinal members 75,76 and thus the concentrator 24 are pivotable about a movement of the bearing collar 79 to the pivot axis 88 around.
  • the circular arc-shaped portion 79 ' is arranged perpendicular to the pivot axis 84 of the assembly 2 and projecting towards the bottom.
  • the supports 80,81 are suitably formed, here with rollers 82, 83, so that the bearing ring 79 can be rotated in the supports 80,81, whereby the assembly 2 as a whole is operable relative to the stationary supports 80,81 pivoted.
  • a pivoting drive is omitted; this may consist of a motor which acts via a pinion on a toothed ring arranged on section 79 ').
  • the supports 80, 81 in turn are anchored to a foundation 85, ie stationary relative to the ground 86.
  • the height of the foundation 85 is tuned to the desired pivoting range of the collector 70: the minimum height h is determined such that the side members 75, 76 (or the outermost elements of the assembly 2) still remain at the desired distance at maximum pivoting from the ground 86. Due to the illustrated geometry of the arrangement 2, in particular the circular-arc-shaped portion 79 'of the bearing collar 79, results in a fixed pivot axis 88 of the assembly 2, which runs through the Krümmungszent- rum 85 of the circular arc-shaped portion 79'.
  • the heavy line 89 of the elongate arrangement 2 is given by its mass distribution, which in turn depends on the design of the various components of the assembly 2 (pressure cell 5, side members 75,76, cross braces 77,78 etc.) and in particular on the length of the radius of curvature 90 ,
  • the length of the radius of curvature 90 can be determined in conjunction with said elements by those skilled in the art now such that the pivot axis 84 in the region of the heavy line 89 is the.
  • the position of the pivot axis 88 is specifically determined to be in the range where the gravity line 89 is due to the general design needs.
  • the pivot axis 88 follows the gravity line 89.
  • the use of the bearing collar 79 makes it possible to arrange the swiveling axis 88 favorably in the area of the pressure cell 5, which can only be achieved with considerable constructive effort in conventional constructions due to the bearings to be arranged in the swiveling axis or is not possible at all.
  • the result is a construction which, in terms of effort, costs and weight is optimized and at the same time can be aligned with high precision.
  • pivot axis 88 and gravity line 89 coincide so that the advantages according to the invention are optimally realized (for example constant holding forces for the arrangement 2, forces for the alignment movement are reduced to the friction). If pivoting axis 88 and line of gravity 89 do not coincide, this can be done for the reasons described in connection with FIG.
  • the supports 80, 81 are symmetrical with respect to a vertical plane 91, which is indicated by dash-dotted lines and runs through the heavy line 89. They are below the heavy line 89, and symmetrical to this. A possible single support would be arranged vertically below the heavy line 89, several supports below and symmetrical to this. This reduces the holding forces for the assembly 2 on the weight; Moments due to eccentric storage no longer occur.
  • the supporting structure of the arrangement 2 (but not necessarily the pressure cell 5) has a modular construction.
  • the modules have the same basic structure with two opposite longitudinal members of eg 10 m in length and a bearing ring arranged perpendicular to these, which is then assigned at least one support.
  • each module is mounted on its bearing ring, which allows to simplify the supporting structure of the assembly 2, since it can be supported at the desired locations on a bearing ring, so in terms of the weight of the trough collector 70 does not have to have high rigidity , Even though the end-side modules have to be modified in nature compared to the internal modules of the nature, all the modules advantageously have essentially the same features. same basic structure.
  • FIG. 4 shows a view of a further preferred embodiment of a trough collector 100 according to the invention. Shown is an arrangement 30 for providing heat originating from solar radiation with a two-part support frame 31, 31 'in which z. a pressure cell 5 ( Figure 2) can be clamped or a conventional, metallic concentrator can be attached. Such a pressure cell or concentrator and the other respective means for providing heat have been omitted to relieve the figure; they are basically conventional in nature and can be defined by the skilled person for the specific application.
  • the cross struts 32 are in turn supported by Verschwenkteger 33 of supports 34 at this. All Verschwenklager 33 are thus stationary and determine a common, indicated by the dashed line, fixed pivot axis 35. This is due to the design, under the concentrator.
  • Each cross brace 32 together with its associated parts of the support frame 31,31 'has a center of gravity 37. It can be seen that the indicated by the dotted line gravity line 36 thanks to the necessarily concave configuration of the cross braces 32 can not coincide with the pivot axis 35 , but must lie above the swivel bearing 33. This is all the more true if the arrangement 30 for providing the means according to the invention for the provision of heat are arranged.
  • the assembly 30 is fully assembled only when its associated parts of the pivoting device 40 ( Figure 5) are also arranged at her. These then also influence the position of the heavy line by their weight, in the present case mainly by the encapsulation 38 for a chain 44 (FIG 4).
  • the encapsulation 38 serves as a counterweight for balancing the arrangement 30, such that its gravity line 36 lies in the region of the pivot axis 35 and preferably coincides with it.
  • the heavy line 36 is brought into the region of the pivot axis 35; the heavy line 36 follows the pivot axis 35.
  • This principle can also be used for retrofitting existing constructions and realizes advantages according to the invention.
  • Figure 5 shows the pivoting device 40 for the assembly 30 in detail, based on a section through a cross-brace 32 with the associated encapsulation 38.
  • the crossbar 32, the support frame 31,31 'and the encapsulation 38 are box-shaped and their cut shown in the figure Walls 41, 41 '(from the support frame 31,31'), 42 (the cross-brace 32) and 43 (the enclosure 37) shown hatched.
  • Shown is also a preferably formed as a chain 44 pivoting the pivoting device 40, which attacks with its two ends 45,45 'located on the side of the pivot axis 36 attachment points 46,46' on the support structure 30 and is fixed to her and thereby characterized against the Swivel bearing 33 can pivot.
  • the chain 44 rests on an arcuately extending support surface 47 and is tensioned by a tensioning wheel 48.
  • Two drive wheels 49,50 are biased toward each other in the direction of the arrows 51,52 shown, with the result that the Verschwenklage the support structure 2 is defined without play over the entire pivoting range.
  • the wheels 48,49,50 are mounted in the support 34 and therefore do not belong to the arranged on the assembly 30 parts of the pivoting device 40.
  • a sprocket is possible, which is then fixed by a fixed to the support 34 Gear is driven " .
  • the pivoting of the assembly 30 via a synchronous, also in the support 34 provided drive both drive wheels 49,50 clockwise or counterclockwise, preferably maintaining the bias according to the arrows 51,52.
  • a drive motor for the drive wheels 49,50 and a biasing means are omitted to relieve the drawing, and can be determined by the skilled person in the specific case according to the prior art.
  • the encapsulation 38 encloses the chain 44 and protects it from weathering and dirt, as well as partially the other elements of the pivoting device 40, as far as they are not protected by the support 34.
  • the encapsulation 38 has on its concave outer side a slot 53, which allows the pivoting of the encapsulation 38 relative to the drive wheels 49,50.
  • the slot 53 can be readily closed by conventional means leaving a pivotable opening corresponding to the sliding opening for the wheels 49,50.
  • a pivoting is in principle as far as possible until an attachment point 46,46 'abuts on a drive wheel 49,50. If the support structure 30 is to be pivoted on one side substantially to the vertical, the drive wheels 49,50 can be correspondingly offset in the support 34 against the other side.
  • the mass of the enclosure 37 prefferably be sized and arranged so that the gravity line 39 of the fully populated assembly 30 coincides with the pivot axis 35 or in the region of the fixed pivot axis 35.
  • the play-free drive shown above as such can also be found in the embodiment according to FIG. 3.
  • the assembly 30 is fully populated when all the means for providing the heat and also all the elements of the pivot means 40 to be arranged thereon are operably disposed thereon.
  • the mass of the encapsulation 38 is dependent on their material and the distribution of the material.
  • the support structure 30 is made of concrete, as well as the enclosure 38, whose walls are now made with the thickness that causes the gravity line 39 of the fully populated Tragstruk- structure 30 with the pivot axis 35 coincides.
  • the person skilled in the art can not only choose the wall thickness, but also change the geometry of the encapsulation 38 in such a way that the desired mass distribution results while maintaining the function of the pivoting device 40 as intended.
  • the pivoting device 40 in particular its encapsulation 38, with regard to the position of the gravity line 36.
  • the gravity line 39 may now coincide with the pivot axis 35 in the sense of the optimal solution or may also be arranged "only" in the region of the pivot axis 35. This is understood to mean a low dislocation to the extent that the advantages according to the invention are effective, but nevertheless a comparatively small, intended permanent load of the swiveling device 40 remains.
  • the pivot axis 35 will often be somewhat eccentric to the support structure, and on the other hand, the deformability of the support structure consisting of a flexible membrane, etc., can lead to a (possibly instantaneous) flow pattern which is considerable resulting force on the fully populated support structure result.
  • one skilled in the art may define a predetermined wind attack, whether as a maximum real storm strength or as the maximum permitted norm, and deduce therefrom the resulting force (possibly approximately) acting on the support structure.
  • the heavy line 39 of the fully assembled support structure 2,30 can be arranged away from the pivot axis 35, at most so far that the support structure 2,30 is held in equilibrium under the Verschwenk adopted due to the resultant force of the predetermined wind attack. In other words, then, without wind attack, the support structure "hangs" somewhat unilaterally in the bearing, and is balanced under the predetermined wind attack.
  • the person skilled in the art can also choose the distance between the heavy line 39 and the pivot axis 35 in a range from zero to the maximum distance described.
  • the support structure is additionally provided with means that change the forces acting on it by the wind attack forces.
  • means that change the forces acting on it by the wind attack forces can be designed as spoilers or wind deflectors of all kinds arranged on the support structure, or formed on the support structure or molded onto the support structure (for example by fluidically determined shaping of frame parts or other surfaces). Before- kart these are arranged movable, so that they can develop their effect even when winds attack from different directions.
  • the arrangement shown allows a clearance-free pivoting drive for continuous pivoting of the concentrator or for a pivoting in discrete steps, then only the static friction in the Verschwenkla- is overcome, thus a simple and inexpensive, but at the same time high-precision drive is available.

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Abstract

Gezeigt ist ein Rinnenkollektor (1) für ein Solarkraftwerk mit einer eine Tragstruktur (30) tragenden Lagerung (34), mit an der Tragstruktur (30) angeordneten Mitteln zu Bereitstellung von aus der Sonneneinstrahlung stammender Wärme, und mit einer an der Tragstruktur (30) festgelegten Verschwenkeinrichtung (40) zum Verschwenken der Tragstruktur (30) gegenüber der Lagerung (34), wobei die Schwerlinie (36) der mit den Mitteln zur Bereitstellung der Wärme versehenen Tragstruktur (30) ausserhalb der Verschwenkachse der Tragstruktur (30) liegt, und wobei die Verschwenkeinrichtung (40) derart ausgebildet ist, dass die Schwerlinie (39) der vollständig bestückten Tragstruktur (30) im Bereich einer festen Verschwenkachse (35) liegt. Dadurch ergibt sich ein einfacher, kostengünstiger und spielfreier Verschwenkantrieb für den Rinnenkollektor.

Description

Rinnenkollektor für ein Solarkraftwerk
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rinnenkollektor für ein Solarkraftwerk gemäss dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Solarthermische Kraftwerke produzieren schon seit einiger Zeit Strom im industriellen Massstab zu Preisen, die - gegenüber der Fotovoltaik - nahe an den heute üblichen kommerziellen Preisen für in herkömmlicher Art erzeugten Strom liegen.
In solarthermischen Kraftwerken wird die Strahlung der Sonne durch Kollektoren mit Hilfe des Konzentrators gespiegelt und gezielt auf einen Ort fokussiert, in welchem dadurch hohe Temperaturen entstehen. Die konzentrierte- Wärme kann abgeführt und zum Betrieb von thermischen Kraftmaschinen wie Turbinen verwendet werden, die wiederum die Strom erzeugenden Generatoren antreiben.
Heute sind drei Grundformen von solarthermischen Kraftwerken im Einsatz: Dish-Sterling-Systeme, Solarturmkraftwerkssysteme und Parabolrinnensyste- me.
Parabolrinnenkraftwerke besitzen Kollektoren in hoher Anzahl, die lange Kon- zentratoren mit geringer Querabmessung aufweisen, und damit nicht einen Brennpunkt, sondern eine Brennlinie besitzen, was diese in ihrer Konstruktion grundlegend von den Dish-Sterling- und Solarturmkraftwerken unterschiedet. Diese Rinnenkollektoren besitzen heute eine Länge von 20 m bis zu .150 m, während die Breite 3 m, 5 m und mehr erreichen kann. In der Brennlinie verläuft eine Absorberleitung für die konzentrierte Wärme (bis gegen 4000C), wel- che diese zum Kraftwerk transportiert. Als Transportmedium kommt ein Fluid wie z.Bsp. Thermoöl oder überhitzter Wasserdampf in Frage, welches in den Absorberleitungen zirkuliert.
Obschon ein Rinnenkollektor vorzugsweise als Parabolrinnenkollektor ausgebil- det ist, werden häufig Rinnenkollektoren mit sphärischem oder nur annährend parabolisch ausgebildetem Konzentrator verwendet, da ein exakt parabolischer Konzentrator mit den oben genannten Abmessungen nur mit grossem, damit wirtschaftlich kaum sinnvollen Aufwand herzustellen ist.
Die 9 SEGS-Rinnen-Kraftwerke in Südkalifornien produzieren zusammen eine Leistung von ca. 350 MW; ein zusätzliches Kraftwerk in Nevada soll zur Zeit ans Netz gehen und über 60 MW liefern. Ein weiteres Beispiel für ein Rinnenkraftwerk ist das im Bau befindliche Andasol 1 in Andalusien, mit einer Kon- zentratorfläche von 5101OOO m2 und 50 MW Leistung, wobei die Temperatur in den Absorberleitungen ca. 400° C erreichen soll. Das Leitungssystem für die Zirkulation des wärmetransportierenden Fluids kann in solchen Kraftwerken eine Länge von bis zu 100 km erreichen, oder mehr, wenn die Konzepte für die künftigen Grossanlagen realisiert werden. Die Kosten für Andasol 1 werden auf mehrere hundert Millionen € veranschlagt.
Überschlagsmässig lässt sich festhalten, dass ein immer grosserer Anteil der Gesamtkosten, heute z.Bsp. 65% oder mehr, bei solch einem Solarkraftwerk auf die Rinnenkollektoren und das Leitungssystem für das Wärme transportie- rende Fluid entfallen.
Die Rinnenkollektoren der genannten Art sind verschwenkbar ausgebildet, um bei Nord-Süd Ausrichtung dem täglichen oder bei West-Ost Ausrichtung dem saisonalen Sonnenstand (aber mit ebenfalls täglicher, jedoch geringerer Ver- änderung des Sonnenstandes) nachgefahren werden zu können. Dabei ist eine exakte Ausrichtung auf den aktuellen Sonnenstand für einen hohen Wirkungsgrad des Kraftwerks entscheidend. Ein Fehler in der Ausrichtung von 3,5 mrad, d.h. 0,2°, gilt heute als Grenze des vernünftigerweise Tolerierbaren; dabei ist zu erwarten, dass angesichts der fortschreitenden Technologie die Anforderun- gen strenger werden.
Angesichts des hohen Gewichts des Kollektors insbesondere bei grossen Abmessungen (s. oben) ist der Verschwenkantrieb oft aufwendig herzustellen. Die Tragstruktur für den parabolisch oder sphärisch ausgebildeten Rinnenkon- zentrator muss diesen bekanntlich von hinten in der Art einer Klammer umfassen, um dessen vordere, der Sonne zugewendete reflektierende Fläche vollständig frei zu halten. Dies führt schnell zu aufwendigen Strukturen für die La- gerung und Bewegung des Konzentrators, die dann bei der manchmal uner- lässlichen Anwendung von Leichtbau zusätzlich kostenintensiv sind.
Dabei ist nicht nur zwischen hohem Gewicht und Präzision der Bewegung zu optimieren, sondern auch zu berücksichtigen, dass sich der Kollektor durch Bewegung oder Ausrichtung oder auch durch Windangriff nicht unzulässig verzieht. Zwar mag bei solchen Strukturen ein Verzug als solcher konstruktiv in der Regel unproblematisch sein, hat aber dann negative Auswirkungen auf den Wirkungsgrad, da sich der Verzug zum Fehler in der Ausrichtung addiert.
Optimalerweise würde ein Kollektor dem Sonnenstand laufend nachgefahren, häufig wird der Kollektor jedoch der Einfachheit halber schrittweise nachgerichtet.
Für die Ausrichtung nach dem täglichen Sonnenstand (entsprechend einer Nord-Süd Ausrichtung des Kollektors) z.Bsp. bedeutet dies, dass der Kollektor nachgerichtet wird, wenn sich der Sonnenstand um 2 mal 3,5 mrad = 0,4° verändert hat (bei einer konkreten Ausrichtung befindet sich die Sonne zuerst um den zulässigen Fehler im Rückstand, steht dann genau über dem Kollektor und läuft dann um den zulässigen Fehler vor). Dies würde bedeuten, dass der KoI- lektor alle 69,12 Sekunden in der erforderlichen Genauigkeit nachzurichten ist. Es versteht sich dabei von selbst, dass die Richtbewegung exakt sein muss, d.h. Korrekturbewegungen nach erfolgter Richtung unerwünscht sind.
Auch bei einer West-Ost Ausrichtung des Kollektors ändert der Sonnenstand tagsüber um mehr als den zulässigen Fehlerbetrag, so dass der Kollektor täglich mehrfach nachzurichten ist.
Entsprechend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen für die Aus- richtbewegung verbesserten Rinnenkollektor zu schaffen.
Zur Lösung dieser Aufgabe besitzt der erfindungsgemässe Rinnenkollektor die Merkmale von Anspruch 1.
Dadurch, dass die Schwerlinie der verschwenkbaren Anordnung 2 trotz der grundsätzlich asymmetrischen Konstruktion (die Struktur umklammert den Konzentrator von hinten) im Bereich der nun ortsfesten Verschwenkachse liegt, sind über den gesamten Verschwenkbereich die Haltekräfte zur Sicherung der jeweiligen Lage der Anordnung 2 konstant, was erlaubt, einen vereinfachten Verschwenkantrieb vorzusehen. Zudem sind die für die Ausrichtbewegung selbst notwendigen Kräfte nun auf die Reibung reduziert, und damit konstant, was den Weg zu einer kontinuierlichen Ausrichtbewegung öffnet. Dies wirkt sich positiv auf den Wirkungsgrad des Kollektors aus, der so dauernd, und nicht mehr intermittierend, optimal auf die Sonne ausgerichtet werden kann.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Lagerung der Anordnung symmetrisch zu deren Schwerlinie angeordnet. Dadurch werden auch die Haltekräfte zur Sicherung der jeweiligen Verschwenklage der Anordnung 2 auf das Mi- nimum, d.h. das Gewicht der Anordnung 2 reduziert und sind konstant. Die Anordnung 2 befindet sich in jeder Lage in Ruhe, so dass über den gesamten Verschwenkbereich Haltekräfte zur Sicherung der jeweiligen Lage nicht notwendig sind. Geringere Anforderungen an die Konstruktion der Anordnung selbst und an den Verschwenkantrieb sind die Folge, welcher entsprechend ein- fach für die notwendigerweise präzise Bewegung ausgelegt werden kann.
Im Ganzen wird nebst der konstruktiven Vereinfachung der Tragstruktur auch ein verbesserter Wirkungsgrad durch die mögliche, kontinuierlich erfolgende Ausrichtung zur Sonne erreicht.
Dadurch, dass bei noch einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäs- sen Rinnenkollektors auf die Anordnung 2 wirkende Gegengewichte eingesetzt werden, um durch die veränderte Masseverteilung die Lage der Schwerlinie in den Bereich der Verschwenkachse zu bringen, können konventionelle Konstruktionen, erfindungsgemäss modifiziert, Verwendung finden. Damit sind auch Nachrüstungen möglich, was bei bestehenden Kraftwerken zu einem beträchtlichen Kostenvorteil führen kann. Totgewichte können bei noch einer mo- difizierten Ausführungsform eingespart werden, wenn die Masse des Ver- schwenkantriebs derart angeordnet wird, dass sie die Funktion eines Gegengewichts erfüllt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1 schematisch einen Rinnenkollektor bekannter Art
Rg. 2 einen Qerschnitt durch den Rinnenkollektor von Fig. 1
Rg. 3 eine Ansicht einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemässen Rinnenkollektors,
Fig. 4 eine Ansicht einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemässen Rinnenkollektors,
Rg. 5 den Schnitt AA durch die Tragstruktur von Rg. 3
Fig. 1 zeigt eine Ansicht eines im Stand der Technik bekannten Rinnenkollektors 1 mit einer Anordnung 2 zur Bereitstellung von aus der Sonneneinstrahlung stammender Wärme und einer Lagerung 3, auf welcher die Anordnung 2 ruht. Solche Kollektoren 1 können die oben genannten Abmessungen aufweisen (z.Bsp. eine Länge von 150m) oder diese sogar noch übertreffen, bei solch grossen Abmessungen liegt das Gewicht der Anordnung 2 ohne Weiteres zwischen 10 und 20 t.
Die Anordnung 2 umfasst einen Rahmen 4 für eine Druckzelle 5, die ihrerseits mindestens teilweise aus einer flexiblen Membran 6 besteht, deren kissenartige Wölbung durch die Hilfslinien 7 angedeutet ist. Bevorzugt wird der Rahmen 4 (einschliesslich der Lagerung 3) aus Beton ausgeführt, was Vorteile im Hinblick auf die kostengünstige Herstellung vor Ort, insbesondere in unwegsamen Ge- bieten, mit sich bringt.
Der Aufbau der in die Anordnung 2 eingespannten Druckzelle 5 ist beispielhaft in Figur 2 näher erläutert; die aus dem Sonnenlicht gewonnene Wärme wird über ein zur Entlastung der Figur nicht dargestelltes, konventionelles Leitungs- netz vom Kollektor 1 abgeführt und im Solarkraftwerk zur Stromerzeugung genutzt.
Die Lagerung 3, hier bestehend aus Stützen 8 und Füssen 9, trägt die Anordnung 2, wobei an letzterer eine Verschwenkeinrichtung 10 teilweise festgelegt ist, die hier einen gebogenen Verschwenkbügel 11 aufweist, über den der Rahmen 4, d.h. die Anordnung 2, gegenüber der Lagerung 3 verschwenkt werden kann, bis diese dem Sonnenstand nach ausgerichtet ist.
Solch eine Anordnung ist dem Fachmann bekannt, z. Bsp. aus der WO 2008/0037108, oder aus den oben erwähnten Solarkraftwerken, insbesondere im Hinblick auf die Verschwenkantriebe des Stands der Technik.
Die in Figur 1 dargestellte Anordnung ist beispielhaft für den Stand der Technik; die Anwendung der vorliegenden Erfindung ist nicht auf einen Rinnenkol- lektor der gezeigten Art (hier: mit einer Druckzelle, die mit einem Sekundär- konzentrator ausgerüstet ist) eingeschränkt. Ebenso kann irgendein geeignetes Fachwerk zur Aufnahme des Konzentrators vorgesehen sein, der auch aus Metall bestehen kann.
Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch den Rinnenkollektor 1 von Figur 1, wie er näher in der schweizerischen Patentanmeldung CH 2008/0462 dargestellt ist.
Die Druckzelle 5 ist im Rahmen 4 eingespannt und besteht mindestens teilwei- se aus einer flexiblen Membran, nämlich hier aus einer für Sonnenstrahlung 20 transparenten Membran 21 sowie aus einer mit einer reflektierenden Schicht 22 bedeckten Membran 23, welche zusammen den Konzentrator 24 des Rinnenkollektors 1 bilden. Über einen Sekundärkonzentrator 25 wird die Sonnen- Strahlung 20 zu einer Absorberleitung 26 reflektiert, welche die Wärme der Sonnenstrahlung 20 auf bekannte Weise abführt.
Die Druckzelle 5, insbesondere mit dem Konzentrator 24, der Sekundärkonzentrator 25 und der Absorberleitung 26 gehören zur Anordnung zur Bereitstel- lung von aus der Sonneneinstrahlung stammender Wärme.
Es versteht sich aber von selbst, dass die genannte Anordnung 2 zur Bereitstellung von aus der Sonneneinstrahlung stammender Wärme alles umfasst, was im konkreten Fall dem genannten Zweck dient, seien dies konventionelle, in den Rahmen 4 eingelegte Konzentratoren aus Metall, verschiedene Konstruktionen zur Aufhängung des Konzentrators, verschiedene Systeme für die Absorberleitungen oder weitere solche Elemente, wie sie im jeweiligen .Rinnenkollektor für ein bestimmtes Solarkraftwerk verbaut sind. Es handelt sich - abgesehen von Teilen der Lagerung - um diejenige Ausrüstung, welche die Lage des Schwerpunkts bzw. der Schwerlinie der des verschwenkbaren Teils, d.h. der Anordnung 2 des Rinnenkollektors 1 mitbestimmt.
Aus der Figur ist ersichtlich, dass der Verschwenkantrieb 12 (bestehend z.Bsp. aus angetriebenen Rollen 13, die den Verschwenkbügel 11 zwischen sich hin- durchziehen) geeignet ist, den Konzentrator 24 zwischen den Positionen horizontal / annähernd vertikal zu verschwenken. Der Schwerpunkt der mit den Mitteln zur Bereitstellung der Wärme versehenen Anordnung 2 liegt bei solch einer konventionellen Konstruktion ausserhalb der momentanen Verschwenk- achse der Anordnung 2 (oder liegt, je nach Geometrie der Verschwenkeinrich- tung 10, in einer einzelnen Verschwenklage nur zufällig auf dieser). Es folgt, dass der Verschwenkantrieb 12 je nach Verschwenkposition durch das gemeinsame Gewicht der Tragstruktur 2 und den Mitteln zur Bereitstellung von Wärme unterschiedlich, aber dauernd unter Last gehalten wird und entsprechend aufwendig konstruiert sein muss.
Figur 3 zeigt einen Qerschnitt durch einen erfindungsgemäss ausgebildeten Rinnenkollektor 70 gemäss einer ersten Ausführungsform. Dargestellt ist eine Anordnung 71 zur Bereitstellung von aus der Sonneneinstrahlung stammender Wärme und Mittel 72 zur verschwenkbaren Lagerung der Anordnung 71.
Zur Entlastung der Figur nur schematisch angedeutet ist eine Druckzelle 5 mit dem Konzentrator 24, dem Sekundärkonzentrator 25 und dem Absorberrohr 26. Die Druckzelle ist zwischen Längsträgern 75, 76 angeordnet und wird durch diese aufgespannt, die Längsträger 75,76 wiederum ruhen auf Querverstrebungen 77,78, die in einen Lagerkraπz 79 mit einem kreisbogenförmigen Abschnitt 79' übergehen, welcher seinerseits auf Auflagern 80,81 ruht.
Der Lagerkranz 79 ist somit endseitig mit je einem Längsträger 75,76 verbunden, derart, dass die Längsträger 75,76 und damit der Konzentrator 24 über eine Bewegung des Lagerkranzes 79 um die Verschwenkachse 88 herum verschwenkbar sind.
Der kreisbogenförmige Abschnitt 79' ist senkrecht zur Verschwenkachse 84 der Anordnung 2 und gegen unten abstehend angeordnet. Die Auflager 80,81 sind geeignet ausgebildet, hier mit Rollen 82, 83, so dass der Lagerkranz 79 in den Auflagern 80,81 gedreht werden kann, womit die Anordnung 2 als Ganzes betriebsfähig gegenüber den stationären Auflagern 80,81 verschwenkbar ist. Zur Entlastung der Figur ist ein Verschwenkantrieb weggelassen; dieser kann aus einem Motor bestehen, der über ein Ritzel auf einen am Abschnitt 79' angeordneten Zahnkranz wirkt). Die Auflager 80,81 wiederum sind auf einem Fundament 85 verankert, also gegenüber dem Untergrund 86 stationär. Die Höhe des Fundaments 85 ist auf den gewünschten Verschwenkbereich des Kollektors 70 abgestimmt: die minimale Höhe h wird derart bestimmt, dass die Längsträger 75,76 (bzw. die am weitesten aussen liegenden Elemente der Anordnung 2) bei maximaler Verschwenkung immer noch den gewünschten Abstand vom Untergrund 86 aufweisen. Aufgrund der dargestellten Geometrie der Anordnung 2, insbesondere des kreisbogenförmigen Abschnitts 79' des Lagerkranzes 79, ergibt sich eine ortsfeste Verschwenkachse 88 der Anordnung 2, die durch das Krümmungszent- rum 85 des kreisbogenförmigen Abschnitts 79' verläuft.
Der Schwerlinie 89 der langgestreckten Anordnung 2 ist gegeben durch deren Masseverteilung, die wiederum von der Auslegung der verschiedenen Bestandteile der Anordnung 2 (Druckzelle 5, Längsträger 75,76, Querverstrebungen 77,78 etc.) und insbesondere auch von der Länge des Krümmungsradius 90 abhängt. Die Länge des Krümmungsradius 90 kann in Verbindung mit den genannten Elementen vom Fachmann nun derart bestimmt werden, dass die Verschwenkachse 84 im Bereich der Schwerlinie 89 der liegt.
Obschon die genannten Parameter sich alle gegenseitig beeinflussen ist es dem Grundsatz nach so, dass die Lage der Verschwenkachse 88 gezielt so bestimmt wird, dass sie in dem Bereich liegt, in dem die Schwerlinie 89 auf Grund der allgemeinen konstruktiven Bedürfnisse liegt. Die Verschwenkachse 88 folgt der Schwerlinie 89 nach.
Mit anderen Worten ist es bei dieser Ausführungsform erfindungsgemäss möglich, die Anordnung 2 im konkreten Fall ihrer Funktion gemäss optimal auszulegen, ohne dass auf den Ort der Schwerlinie 89 Rücksicht genommen- werden muss. Dann kann einfach durch geeignete Dimensionierung des Lagerkranzes 79 die Verschwenkachse 88 in den Bereich der Schwerlinie 89 gelegt werden.
Die Verwendung des Lagerkranzes 79 ermöglicht, die Verschwenkachse 88 günstig im Bereich der Druckzelle 5 anzuordnen, was bei konventionellen Konstruktionen aufgrund der in der Verschwenkachse anzuordnenden Lager nur unter erheblichem konstruktivem Aufwand realisiert werden kann oder gar nicht möglich ist.
Es resultiert eine Konstruktion, die im Hinblick auf Aufwand, Kosten und Ge- wicht optimiert ist und gleichzeitig hochpräzis ausgerichtet werden kann.
Bevorzugt fallen Verschwenkachse 88 und Schwerlinie 89 zusammen, so dass sich die erfindungsgemässen Vorteile optimal realisieren (z.B. konstante Halte- kräfte für die Anordnung 2, Kräfte für die Ausrichtbewegung auf die Reibung reduziert). Fallen Verschwenkachse 88 und Schwerlinie 89 nicht zusammen, kann dies aus den im Zusammenhang mit Figur 5 geschilderten Gründen
(Windangriff, sonstige Randbedingungen) geschehen. Der Fachmann bestimmt dann, wie in Zusammenhang mit Figur 5 dargelegt, den Distanzbereich von Verschwenkachse 88 und Schwerlinie 89 z.B. aufgrund von Windbelastung oder anderen lokal auftretenden Faktoren.
Die Auflager 80,81 sind, wie aus der Figur ersichtlich, gegenüber einer strichpunktiert angedeuteten, vertikalen Ebene 91, die durch die Schwerlinie 89 ver- läuft, symmetrisch ausgebildet. Sie liegen unter der Schwerlinie 89, und symmetrisch zu dieser. Ein allfälliges einziges Auflager würde vertikal unter der Schwerlinie 89 angeordnet, mehrere Auflager unter dieser und symmetrisch zu dieser. Damit reduzieren sich die Haltekräfte für die Anordnung 2 auf deren Gewicht; Momente durch exzentrische Lagerung treten nicht mehr auf.
Wie oben erwähnt, können Rinnenkollektoren eine erhebliche Länge aufweisen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung besitzt deshalb die tragende Struktur der Anordnung 2 (jedoch nicht notwendigerweise die Druckzelle 5) einen mo- dularen Aufbau. Bevorzugt besitzen die Module dieselbe Grundstruktur mit je zwei gegenüberliegenden Längsträgern von z.B. 10 m Länge und einen zu diesen senkrecht angeordneten Lagerkranz, dem dann mindestens ein Auflager zugeordnet ist. Entsprechend wird das Gewicht jedes Moduls über seinen Lagerkranz gelagert, was erlaubt, die tragende Struktur der Anordnung 2 zu vereinfachen, da sie an den gewünschten Orten über einen Lagerkranz abgestützt werden kann, also im Hinblick auf das Gewicht des Rinnenkollektors 70 keine grosse Steifigkeit besitzen muss. Auch wenn die endseitigen Module gegenüber den innen liegenden Modulen der Natur der Sache nach modifiziert ausfallen müssen, besitzen doch alle Module vorteilhafterweise im Wesentlichen die- selbe Grundstruktur.
Figur 4 zeigt eine Ansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemässen Rinnnenkollektors 100. Dargestellt ist eine Anordnung 30 zur Bereitstellung von aus der Sonneneinstrahlung stammender Wärme mit einem zweiteiligen Trägerrahmen 31,31' in welchen z.Bsp. eine Druckzelle 5 (Figur 2) eingespannt oder ein konventioneller, metallischer Konzentrator angebracht werden kann. Solch eine Druckzelle bzw. solch ein Konzentrator und die weiteren jeweiligen Mittel zur Bereitstellung von Wärme sind zur Entlastung der Figur weggelassen; sie sind grundsätzlich konventioneller Natur und können vom Fachmann für die konkrete Anwendung definiert werden.
Der Trägerrahmen 31,31' ruht auf einer Anzahl Querverstrebungen 32, die der Tragstruktur 30 angehören, und deren konkave Form vom Zweck bestimmt ist, einen parabolischen bzw. sphärischen Konzentrator oder eine Druckzelle 5 aufzunehmen. Die Querverstrebungen 32 sind ihrerseits über Verschwenkteger 33 von Stützen 34 an diesen gelagert. Alle Verschwenklager 33 sind somit stationär und bestimmen eine gemeinsame, durch die strichpunktierte Linie angedeutete, feste Verschwenkachse 35. Diese liegt, konstruktiv bedingt, unter dem Konzentrator.
Jede Querverstrebung 32 besitzt zusammen mit den ihr zugeordneten Teilen des Trägerrahmens 31,31' einen Schwerpunkt 37. Es ist ersichtlich, dass die durch die punktierte Linie angedeutete Schwerlinie 36 dank der notwendiger- weise konkaven Ausbildung der Querverstrebungen 32 nicht mit der Verschwenkachse 35 zusammenfallen kann, sondern oberhalb der Verschwenklager 33 liegen muss. Dies gilt um so mehr, wenn auf der Anordnung 30 die be- stimmungsgemässen Mittel zur Bereitstellung von Wärme angeordnet sind.
Die Anordnung 30 ist erst dann vollständig bestückt, wenn die ihr zugeordneten Teile der Verschwenkeinrichtung 40 (Figur 5) ebenfalls an ihr angeordnet sind. Diese beeinflussen dann durch ihr Gewicht die Lage der Schwerlinie ebenfalls, vorliegend hauptsächlich durch die Kapselung 38 für eine Kette 44 (Figur 4).
Es ist mit anderen Worten so, dass hier die Kapselung 38 als Gegengewicht zur Ausbalancierung der Anordnung 30 dient, derart, dass deren Schwerlinie 36 im Bereich der Verschwenkachse 35 liegt und vorzugsweise mir dieser zusammenfällt.
Deshalb wird im Gegensatz zur ersten bevorzugten Ausführungsform gemäss Figur 3 die Schwerlinie 36 in den Bereich der Verschwenkachse 35 gebracht; die Schwerlinie 36 folgt der Verschwenkachse 35 nach. Dieses Prinzip kann auch zur Nachrüstung bestehender Konstruktionen Verwendung finden und realisiert erfindungsgemässe Vorteile.
Figur 5 zeigt die Verschwenkeinrichtung 40 für die Anordnung 30 im Detail, anhand eines Schnittes durch eine Querverstrebung 32 mit der zugehörigen Kapselung 38. Die Querverstrebung 32, der Trägerrahmen 31,31' und die Kapselung 38 sind kastenförmig aufgebaut und deren in der Figur geschnitten dargestellten Wände 41, 41' (vom Trägerrahmen 31,31'), 42 (der Querverstrebung 32) und 43 (der Kapselung 37) schraffiert dargestellt. Dargestellt ist weiter ein vorzugsweise als Kette 44 ausgebildetes Verschwenkglied der Verschwenkeinrichtung 40, die mit ihren beiden Enden 45,45' über seitlich der Verschwenkachse 36 gelegene Befestigungsstellen 46,46' an der Tragstruktur 30 angreift bzw. an ihr festgelegt ist und diese dadurch gegenüber der Ver- schwenklagerung 33 verschwenken kann. Die Kette 44 liegt auf einer bogen- förmig verlaufenden Stützfläche 47 auf und wird durch ein Spannrad 48 gespannt. Zwei Antriebsräder 49,50 sind zu einander in Richtung der eingezeichneten Pfeile 51,52 vorgespannt, mit der Folge, dass die Verschwenklage der Tragstruktur 2 über den ganzen Verschwenkbereich spielfrei definiert ist. Die Räder 48,49,50 sind in der Stütze 34 gelagert und gehören deshalb nicht zu den an der Anordnung 30 angeordneten Teilen der Verschwenkeinrichtung 40. Alternativ zur Verwendung einer Kette 44 ist z.B. ein Zahnkranz möglich, der dann durch ein an der Stütze 34 festgelegtes Zahnrad angetrieben wird". Die Verschwenkung der Anordnung 30 erfolgt über einen synchronen, ebenfalls in der Stütze 34 (d.h. generell an der Lagerung der Tragstruktur 30) vorgesehenen Antrieb beider Antriebsräder 49,50 im Uhr- oder Gegenuhrzeigersinn, wobei vorzugsweise die Vorspannung entsprechend der Pfeile 51,52 beibehal- ten wird. Ein Antriebsmotor für die Antriebsräder 49,50 sowie eine Vorspanneinrichtung (Pfeile 51,52) sind zur Entlastung der Zeichnung weggelassen, und können durch den Fachmann im konkreten Fall dem Stand der Technik entsprechend bestimmt werden.
Die Kapselung 38 schliesst die Kette 44 ein und schützt diese vor Witterung und Verschmutzung, ebenso teilweise die weiteren Elemente der Verschwenk- einrichtung 40, soweit diese nicht durch die Stütze 34 geschützt sind. Grundsätzlich besitzt die Kapselung 38 an ihrer konkaven Aussenseite einen Schlitz 53, der die Verschwenkung der Kapselung 38 gegenüber den Antriebsrädern 49,50 erlaubt. Der Schlitz 53 kann ohne weiteres durch konventionelle Mittel verschlossen werden, die eine der Verschwenklage entsprechend verschiebbare Öffnung für die Räder 49,50 frei lassen.
Eine Verschwenkung ist im Prinzip soweit möglich, bis eine Befestigungsstelle 46,46' an ein Antriebsrad 49,50 anstösst. Soll die Tragstruktur 30 auf einer Seite im Wesentlichen bis zur Vertikalen verschwenkt werden, können die Antriebsräder 49,50 entsprechend in der Stütze 34 gegen die andere Seite hin versetzt werden.
Es ist nun mit geringem Aufwand und geringsten Kosten möglich, die Masse der Kapselung 37 derart zu bemessen und anzuordnen, dass die Schwerlinie 39 der vollständig bestückten Anordnung 30 mit der Verschwenkachse 35 zusammenfällt oder im Bereich der festen Verschwenkachse 35 liegt.
Natürlich kann der oben gezeigte, spielfreie Antrieb als solcher (d.h. abgesehen von der Masseverteilung über die Kapselung) auch in der Ausführungsform gemäss Fig. 3 Verwendung finden. Wie oben erwähnt, ist die Anordnung 30 dann vollständig bestückt, wenn alle Mittel zur Bereitstellung der Wärme und zudem alle an ihr anzuordnenden Elemente der Verschwenkeinrichtung 40 betriebsfähig auf ihr angeordnet sind.
Die Masse der Kapselung 38 ist abhängig von deren Material und der Verteilung des Materials. Wie oben ebenfalls erwähnt, ist im dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiel die Tragstruktur 30 aus Beton hergestellt, ebenso auch die Kapselung 38, deren Wände nun mit derjenigen Dicke hergestellt sind, die bewirkt, dass die Schwerlinie 39 der vollständig bestückten Tragstruk- tur 30 mit der Verschwenkachse 35 zusammenfällt. Der Fachmann kann aber nicht nur die Wanddicke entsprechend wählen, sondern die Geometrie der Kapselung 38 überhaupt so verändern, dass bei Wahrung der bestimmungsgemäs- sen Funktion der Verschwenkeinrichtung 40 die gewünschte Massenverteilung resultiert. Weiter ist es auch möglich, Materialien mit verschiedenem Gewicht einzusetzen. Es ist mit anderen Worten so, dass der Fachmann im Hinblick auf die konkrete Ausbildung des Rinnenkollektors die Verschwenkeinrichtung 40, insbesondere deren Kapselung 38, im Hinblick auf die Lage der Schwerlinie 36 konstruiert.
Die Schwerlinie 39 kann nun im Sinn der optimalen Lösung mit der Verschwenkachse 35 zusammenfallen oder auch "nur" im Bereich der Verschwenkachse 35 angeordnet sein. Darunter wird eine geringe Versetzung in dem Mass verstanden, dass die erfindungsgemässen Vorteile zwar wirksam sind, aber dennoch eine vergleichsweise geringe, gewollte Dauerbeanspru- chung der Verschwenkeinrichtung 40 verbleibt. So z.B. um die Verschwenkeinrichtung 40 über einseitige Belastung spielfrei zu halten (im Fall der Verwendung einer Zahnstange als Verschwenkglied), oder um die eine Verschwenk- richtung der Tragstruktur 2,30 im Wesentlichen über den Antrieb und deren andere Verschwenkrichtung im Wesentlichen über ihr Gewicht auszulösen. Oder generell dann, wenn der Fachmann im Hinblick auf eine andere konstruktive Optimierung zwar die erfindungsgemässen Vorteile realisiert, aber dennoch die geometrisch genaue Überdeckung von der Schwerlinie 39 der vollständig bestückten Tragstruktur 2,30 und der Verschwenkachse 35 vermeidet. Ein weiterer Grund, die Schwerlinie 39 im Bereich der Verschwenkachse 35 anzuordnen, aber nicht mit dieser zusammenfallen zu lassen, ist durch die im Fall eines Windangriffs auf die Tragstruktur entstehenden Kräften zu sehen. Zwar ist im Grundsatz davon auszugehen, dass aufgrund der symmetrischen Form der vollständig bestückten Tragstruktur solche Kräfte kaum auftreten. Einerseits aber wird die Verschwenkachse 35 häufig etwas exzentrisch zur Tragstruktur liegen, und andererseits kann die konkrete Ausbildung der Tragstruktur, die Verformbarkeit der aus einer flexiblen Membran bestehenden Druck- kamer 5 etc. zu einem (eventuell momentanen) Strömungsbild führen, das ei- ne erhebliche resultierende Kraft auf die vollständig bestückte Tragstruktur zur Folge hat. Diesbezüglich kann der Fachmann einen vorbestimmten Windangriff definieren, sei dies als maximale reale Sturmstärke oder als maximal zugelassener Normwert, und daraus die resultierende Kraft (eventuell näherungsweise), die auf die Tragstruktur wirkt, ableiten. Dann kann die Schwerlinie 39 der vollständig bestückten Tragstruktur 2,30 von der Verschwenkachse 35 entfernt angeordnet werden, maximal soweit, dass die Tragstruktur 2,30 unter den aufgrund der resultierenden Kraft des vorbestimmten Windangriffs erzeugten Verschwenkkräften im Gleichgewicht gehalten ist. Mit anderen Worten ist es dann so, dass ohne Windangriff die Tragstruktur etwas einseitig in der Lage- rung "hängt", und unter dem vorbestimmten Windangriff ausbalanciert ist. Je nach Auslegung im konkreten Fall kann der Fachmann den Abstand zwischen der Schwerlinie 39 und der Verschwenkachse 35 auch in einem Bereich von Null bis zu der beschriebenen maximalen Entfernung wählen.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Tragstruktur zusätzlich mit Mitteln versehen, die die auf sie durch den Windangriff einwirkenden Kräfte verändert. Dadurch können die durch den Windangriff erzeugten Kräfte reduziert oder auch in ihrer Richtung beeinflusst werden, was allein oder in Verbindung mit den oben beschriebenen Massnahmen zur verbesserten Auslegung der Trag- Struktur führt. Solche Mittel können als an der Tragstruktur angeordnete Spoiler bzw. Windabweiser aller Art ausgebildet bzw. an der Tragstruktur eingeformt oder an dieser angeformt sein (so z.Bsp. durch strömungstechnisch bestimmte Formgebung von Rahmenteilen oder sonstigen Oberflächen). Bevor- zugt sind diese beweglich angeordnet, so dass sie ihre Wirkung auch dann entfalten können, wenn Winde aus verschiedener Richtung angreifen.
Diese Überlegungen gelten sämtlich auch für die in Figur 3 gezeigte Ausfüh- rungsform.
Die gezeigte Anordnung ermöglicht einen spielfreien Verschwenkantrieb für kontinuierliche Verschwenkung des Konzentrators oder für eine Verschwenkung in diskreten Schritten, wobei dann nur die Haftreibung in den Verschwenkla- gern zu überwinden ist, somit ein einfacher und kostengünstiger, zugleich aber hochpräziser Antrieb zur Verfügung steht.

Claims

Patentansprüche
1. Rinnenkollektor für ein Solarkraftwerk mit einer zur Ausrichtung gegenüber dem Sonnenstand verschwenkbaren Anordnung (2;30,71) zur Bereitstellung von aus der Sonneneinstrahlung stammender Wärme, und mit Mitteln (40;79',81,82) zur verschwenkbaren Lagerung der Anordnung (2,30,71), dadurch gekennzeichnet, dass die Verschwenkachse (36,88) der Anordnung (2,30,71) im wesentlichen ortsfest angeordnet ist und dass sie im Bereich der Schwerlinie (39,89) der verschwenkbaren Anordnung (2,30,71) liegt.
2. Rinnenkollektor nach Anspruch 1, wobei die Mittel mindestens eine gegenüber dem Untergrund stationäre Auflager (80,81) aufweisen, auf der die Anordnung (71) verschwenkbar ruht, und wobei ein einziges Auflager vertikal un- ter der Schwerlinie (91), mehrere Auflager unter dieser, und symmetrisch zu dieser angeordnet sind.
3. Rinnenkollektor nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Mittel mindestens einen an der Anordnung senkrecht zur Verschwenkachse (88) angeordneten, gegen unten abstehenden Lagerkranz (79) mit einem kreisbogenförmigen Abschnitt (79')aufweisen, über den die Anordnung (71) betriebsfähig verschwenkbar auf gegenüber dem Untergrund stationären Auflagern (80,81) ruht, und wobei das Krümmungszentrum (85) des kreisbogenförmigen Abschnitts im Bereich der Schwerlinie liegt.
4. Rinnenkollektor nach Anspruch 3, wobei die Anordnung (71) Längsträger (75,76) aufweist, zwischen denen ein Konzentrator (24) angeordnet ist, und wobei der mindestens eine Lagerkranz (79*) endseitig mit je einem Längsträger (75,76) verbunden ist, derart, dass die Längsträger (75,76) und damit der Konzentrator (24) über eine Bewegung des Lagerkranzes (79) um die Verschwenkachse (88) herum verschwenkbar sind.
5. Rinnenkollektor nach Anspruch 3 und 4, wobei die tragende Struktur der Anordnung (71) zur Bereitstellung von Wärme, in der der Konzentrator (24) angeordnet ist, modular aufgebaut ist, und wobei die Module im Wesentlichen dieselbe Grundstruktur aufweisen, mit je zwei gegenüberliegenden Längsträgern (75,76) zur Aufnahme des Konzentrators (24) sowie einem Lagerkranz (79), der senkrecht zu diesen angeordnet ist, und wobei jedem Lagerkranz (79) mindestens ein Auflager zugeordnet ist.
6. Rinnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Schwerlinie (89) und die Verschwenkachse (88) zusammenfallen.
7. Rinnenkollektor nach Anspruch 1, wobei die Mittel zur Lagerung der verschwenkbaren Anordnung zur Bereitstellung von Wärme auf letztere wirkende Gegengewichte derart aufweisen, dass deren Schwerlinie (36) im Bereich der Verschwenkachse (35) liegt.
8. Rinnenkollektor nach Anspruch 7, wobei die Verschwenkachse (35) unterhalb des betriebsfähig aufgespannten Konzentrators liegt.
9. Rinnenkollektor nach Anspruch 7, wobei die Gegengewichte als Kapselung für ein Verschwenkglied ausgebildet sind, über welches die Anordnung ver- schwenkt werden kann.
10. Rinnenkollektor nach Anspruch 9, wobei das Verschwenkglied flexibel, vorzugsweise als Zahnkranz und besonders bevorzugt als Kette ausgebildet ist.
11. Rinnenkollektor nach Anspruch 1, wobei die Mittel zur Bereitstellung der Wärme eine Druckzelle (5) aufweisen, die den Konzentrator enthält, und wobei die Druckzelle zwischen Längsträgern eingespannt ist, welche Bestandteile der Anordnung zur Bereitstellung von Wärme sind.
12. Rinnenkollektor nach Anspruch 1, wobei die Schwerlinie (39,89) der vollständig bestückten Anordnung (2,30,71) von der Verschwenkachse (35,88) entfernt verläuft, maximal soweit, dass die auf die Tragstruktur wirkenden Ver- schwenkkräfte eines vorbestimmten Windangriffs die Anordnung (2,30,71) gegenüber der Verschwenkachse (35,88) im Gleichgewicht halten.
13. Rinnenkollektor nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die An- Ordnung (2,30,71) Mittel aufweist, um die auf sie aufgrund eines Windangriffs einwirkenden Kräfte zu verändern.
14. Rinnenkollektor nach Anspruch 12, wobei die Mittel zur Veränderung der aufgrund eines Windangriffs einwirkenden Kräfte als vorzugsweise beweglich an der Anordnung (2,30,71) angeordnete Strömungskörper wie Spoiler und / oder Windabweiser aufweisen.
15. Rinnenkollektor nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Mittel in die Anordnung (2,30,71) eingeformt oder an diese angeformt sind.
PCT/CH2009/000147 2008-05-07 2009-05-06 Rinnenkollektor für ein solarkraftwerk WO2009135330A1 (de)

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