WO2010102772A2 - Sonnenkollektor mit einer linear konzentrierenden reflektorfläche - Google Patents

Sonnenkollektor mit einer linear konzentrierenden reflektorfläche Download PDF

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WO2010102772A2
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    • Y02E10/52—PV systems with concentrators

Definitions

  • the invention relates to a collector module with a channel-shaped reflector surface, which concentrates the sun's rays at different angles by means of uniaxial tracking on a concentric or coaxial with the focal line arranged receiver element.
  • a collector module can either be used as a solar thermal collector in which the receiver element of a selectively coated absorber tube, which is flowed through by a heat transfer fluid, or as a photovoltaic collector in which the receiver element of photovoltaic cells is formed, or as a hybrid collector, which combines the two collector types together be trained.
  • a parabolic trough power plant is one of the effective ways to convert the electromagnetic energy of solar radiation into electrical energy.
  • Large, usually oriented to the south, parabolic trough-shaped mirror can follow with a uniaxial tracking the changing during the day elevation angle of the sun and concentrate the incident at different angles beams on a selectively coated absorber tube, wherein a heat transfer fluid heated to about 400 0 C. becomes. Heat exchangers convert this energy into steam, which generates electricity in turbines.
  • Parabolic trough power plant is about 12m long and has an approximately 6m wide aperture.
  • a steel structure in the form of a bending-stressed truss girder supports the reflector surface formed by curved and mirrored glass panels and ensures a continuous tracking to the position of the sun via a pivoting mechanism.
  • Solar thermal collectors can not only supply energy on a power plant scale, but also, for example, provide the energy needed for the air conditioning of a building.
  • One way to reduce the cost price of electricity from photovoltaic cells is the use of optical concentrator elements that focus the light on the solar cells. In addition to conventional monocrystalline or polycrystalline silicon solar cells, so-called tandem, triple and quinto solar cells are used, which achieve efficiencies of over 30% by means of complex layer structures.
  • EP 0 025 834 solar collectors are presented in which the reflector surface consists of a prestressed membrane.
  • the reflector surface consists of a prestressed membrane.
  • point and line-shaped concentrator systems From AT 505 075 Al 2008-10-15, an inflatable solar collector emerges as a membrane construction.
  • the mirrored reflector surface is formed here as a uniaxially curved membrane surface.
  • the present invention seeks to provide a new collector.
  • the efficiency of such a collector is increased, and preferably also allows the operation of a solar thermal power plant, for example in the northern hemisphere, also north of the 40th parallel.
  • a solar thermal power plant for example in the northern hemisphere, also north of the 40th parallel.
  • the longer with increasing distance to the equator sunshine duration and a simple tracking of a collector according to the invention with horizontal or vertical Aligned focal line make the economic operation of solar thermal and photovoltaic collector systems appear reasonable even in temperate latitudes.
  • the possibility of aligning linearly concentrating reflector surfaces in uniaxially tracked collector systems with a definable inclination to the sun not only increases the efficiency but also opens up new application possibilities for solar thermal and photovoltaic collectors.
  • the reflector surface is preferably formed as a biaxially curved shell or as a biaxially curved membrane surface and leads to a high dimensional stability.
  • the distance of the baseline to the focal line changes regularly in a collector module.
  • the bundling of the sun's rays on the receiver element is carried out by a single reflection on the reflector surface (single reflection).
  • the focal line of a collector module is arranged either horizontally or vertically.
  • Collector modules with a horizontal focal line preferably follow the elevation angle of the sun either over a horizontal pivot axis and are oriented north-south or east-west, or they are aligned with the azimuth angle of the sun via a vertical axis of rotation and can be arranged floating on a water surface, for example as an artificial island.
  • the tendency of a reflector surface to sunlight is crucial.
  • a collector module with vertically aligned focal line is tracked via an azimuth bearing of the sun.
  • collector modules arranged one above the other form a tower construction in this case.
  • a reflector surface is rotatably mounted on a clamped mast.
  • the mast consists for example of a steel tube construction, which is arranged coaxially or concentrically to the focal line.
  • a secondary mirror assigned to the receiver element can be useful in order to completely focus the light focused by the reflector surface onto the receiver element onto a receiver element.
  • collector systems according to the invention with masts and towers of other technical equipment e.g. Light masts or power poles are combined.
  • Biaxially curved membrane sails as mirrors bundle the sunlight onto the solar cell-equipped lateral surface of the tower.
  • the aerodynamic shape of a coaxial with the tower arranged, reusenförmigen hose, in which the dimensional stability of the membrane is ensured by a supporting cable net possibly increases the flow velocity of the wind.
  • concave reflector surfaces may be formed in two parts, with flow-through openings being present along the baseline.
  • Collector modules with horizontal focal line and a north-south orientation or an east-west orientation are by means of a rotary joint with horizontal axis of rotation of the day and Seasonally changing elevation angles track the sun, while collector modules with vertical orientation of the focal line via an azimuth bearing follow the azimuth angle of the sun.
  • different support systems are proposed in the invention, which are suitable to reduce the cost of electricity from currently 10-15 € ct / kWh drastically.
  • a biaxially curved surface is much stiffer under wind and dead weight loads than a flat or uniaxially curved surface. With the least expenditure of material, for example, tensile and flexible, two-axis curved membrane surfaces can be produced.
  • Such membrane surfaces consist for example of a high-strength material in the form of multi-layered, plastic-coated fabric or transparent plastic films.
  • Functional layers such as an adhesive layer for the mirror layer of metal and sealing layers, for example of silicon, are vapor-deposited on the film.
  • a cable net comes into question.
  • the cable net can also be used as a substructure for a reflector surface, which is formed by individual, biaxially curved, mirrored discs of low-iron glass.
  • a biaxially curved reflector surface is the formation of a rigid shell construction of sheets, glass fiber reinforced plastic or fiber concrete, which are each made in matrices made of metal.
  • Analogous to the production of rotor blades for Wind turbines reflector modules can be constructed of two halves separated along its longitudinal axis and are produced economically as a thin-walled shell body with stiffening longitudinal and transverse ribs in large numbers.
  • Fig. 2 a plurality of series-arranged collector modules according to Fig. 1 as a continuous channel with a bent base line in a schematic longitudinal section
  • FIG. 3 a plurality of arranged in series collector modules of FIG. 1 as a continuous channel with wave-shaped baseline in the schematic longitudinal section
  • Fig. 4 a plurality of, arranged in series collector modules of FIG. 1 as a continuous channel with arcuate baseline in the schematic longitudinal section
  • Fig. 5 a plurality, arranged in series individual modules of FIG. 1 with a straight base line in a schematic longitudinal section
  • Fig. 6 a plurality, arranged in series individual modules of FIG. 1 with wavy baseline in the schematic longitudinal section
  • FIG. 7 a plurality of series-arranged individual modules of FIG. 1 with arcuate baseline in the schematic longitudinal section
  • Fig. 8 two solar thermal collector modules with absorber tube whose reflector surface consists of individual surfaces, in the isometric overview
  • Fig. 10 is a photovoltaic collector module in the schematic
  • Reflector surfaces form two arc-shaped shell body, in the isometric overview
  • Reflector surfaces form a wave-shaped shell body, in the isometric overview
  • Fig. 13 eight collector modules, each with alternating aperture, which are added in two directions to a contiguous area, in the isometric overview
  • Fig. 15 four vertically stacked collector modules with a circular cross-section as zugbe feedte
  • Fig. 17 a total of 8 collector modules, which are in a reusenförmigen
  • Fig. 18 four vertically stacked collector modules with parabolic cross-section as zugbe feedte
  • a group of arcs 10 of parabola 101 with different blocking 2p defines the reflector surface 1.
  • the parabolic arcs 101 are arranged so that their focal points F lie on a common focal line f and their vertices S lie on a common base line 11. In the context of the invention, this arrangement also applies to a bevy of circular arc, elliptical arc or hyperbolic arc.
  • a The bow blade can be cut vertically, so that a collector module 3 has a constant aperture a, while a horizontal cutting line on a curved blade 10 causes a continuously changing aperture a.
  • FIG. 2 shows the linear sequence of four collector modules 3 according to FIG. 1, which are each joined together at their extreme points M, wherein they have a continuous base line 11 formed from individual line sections 110.
  • the collector modules are tracked to the elevation angle of the sun.
  • Fig. 3 shows an alternative possibility of ranking a group of arcs 10 of FIG. 1 along a common focal line f.
  • the respective modules 3 connected at their extreme points M to form a continuous channel here show a baseline 11 as a shaft 112 whose inclination changes periodically with respect to the focal line f.
  • Fig. 5, Fig. 6 and Fig. 7 show each linear arrayed on a common focal line f collector modules 3, whose Reflector surface 1 corresponds to the education law described in Fig.l.
  • the reflector surfaces 1 are here separated from each other and have at the base line 10 each have an inclination relative to the focal line f.
  • the horizontal pivot axis x ensures in each case the uniaxial trackability of the collector modules 3 to the elevation angle of the sun.
  • the reflector surfaces 1 In a north-south orientation NS of the focal line f, the reflector surfaces 1 each have an inclination to the sun, so that the efficiency of a north-south oriented parabolic trough can be significantly increased.
  • FIG. 5 The exemplary embodiment in FIG.
  • FIG. 5 shows a baseline 11 as distance 110, while the baseline 11 in FIG. 6 is designed as a shaft 112 and the baseline 11 in FIG. 7 as an arc 111.
  • a group of arcs 10 according to FIG. 1 can be bounded horizontally upwards so that a collector module 3 has a changing aperture a.
  • Limiting a group of arcs 10 of FIG. 1 vertically one obtains a constant aperture a for a collector module 3 and a curved upper edge of the reflector surfaces 1 as shown in Figs. 3, 4, 6 and 7.
  • This arrangement of the reflector surfaces 1 is also suitable for a tower construction with vertically aligned focal line f, as shown in Figs. 15-18.
  • Fig. 8 shows the arrangement of two collector modules 3 with a common focal line f corresponding to the longitudinal section in Fig. 5.
  • the support system 32 of the reflector surface 1 is a biaxially curved shell 320, which can be made of metal, glass or glass fiber reinforced plastic.
  • the solar thermal collector 30 has a receiver element 2 with an absorber tube 20, which carries a selective coating 200, flows through a heat transfer fluid 201 and is surrounded by a transparent cladding tube 202. According to the prior art, a vacuum is provided between the cladding tube 202 and the absorber tube 20.
  • Fig. 9 shows the arrangement of two collector modules 3 with a common focal line f corresponding to the longitudinal section in Fig. 2.
  • the structure of the reflector surfaces 1 and the receiver element 2 corresponds to the embodiment described in Fig. 8.
  • a parallel to the focal line f pivot axis x ensures the uniaxial tracking of the described in Fig. 8 and 9 solar thermal collectors 30.
  • Formed as a coherent reflector surface 1 shell 320 is provided with its regularly changing inclination for an east-west orientation of the solar thermal collector 30.
  • FIGS. 8 and 9 show the schematic cross section of a photovoltaic collector 31.
  • the structure of the reflector surface 1 corresponds to one of the arrangements shown in FIGS. 8 and 9.
  • PV cells 21 on a polygonal carrier tube 210 through which a cooling fluid 211 flows are aligned with the bottom of the reflector surface 1 and, as tandem, triple and quinto solar cells 21, absorb the 500 to 1000 times focused sunlight. The resulting heat is dissipated by the cooling liquid 211.
  • one or more coaxial with the focal line f arranged, flowed through by a cooling medium carrier tubes 210 also serve an increased efficiency of the PV cells 21.
  • a secondary mirror (213) focuses the reflector of the surface (1) focused light on the receiver element (2) so that the PV cells (21) are exposed on all sides.
  • FIG. 11 and FIG. 12 each show four collector modules 3 arranged in series at their extreme points M at a common focal line f for producing a solar thermal collector 30, or a photovoltaic collector 31 corresponding to the exemplary embodiments illustrated in FIGS. 8-10.
  • a reflector surface 1 is constructed in each case from two shells 320 joined at their extreme points M.
  • the biaxial curvature of a reflector surface 1 has a much higher rigidity and can therefore be material-saving as a thin-walled shell 320, for example made of glass fiber reinforced plastic produced.
  • a shell 320 may have an elementation not shown in detail in two longitudinal halves and stiffening longitudinal and transverse ribs for connection to the pivot axis x.
  • Parabolic trough power plant with metal molds can be produced economically in large numbers.
  • Fig. 13 shows a number of collector modules 3, which are added along and across a surface 12.
  • a receiver element 2 which is formed by an absorber tube 20 with selective coating 202
  • the isometry shows a section of a solar thermal collector 30.
  • the absorber tube 20 is enclosed by a transparent cladding tube 202.
  • a vacuum is provided, so that the absorbed heat is transferred as completely as possible to a heat transfer fluid 201.
  • About a vertical axis of rotation y of the solar thermal collector 30 is uniaxially tracked the azimuth angle of the sun.
  • the reflector surfaces 1 have a periodically changing aperture a and are formed as self-supporting shells 320 made of plastic, glass or sheet metal and can be arranged floating in a particularly advantageous embodiment of the invention as an artificial island floating on the water.
  • FIG. 14 shows a number of collector modules 3, which are joined to three channels arranged in parallel and which show the section of a solar thermal 30 or a photovoltaic collector 31. With a constant aperture a, the surface of the collector modules 3 shows a corrugated structure.
  • the pivot axis x serves for the uniaxial tracking of a preferably east-west-oriented collector.
  • Fig. 15 shows the lower portion of a tower 14, in which the focal line f of a plurality of stacked collector modules 3 is arranged vertically.
  • the reflector surface 1 is vapor-deposited on a prestressed, concave tube 322 of transparent film and focuses the sun's rays on a coaxial and concentric to the focal line f arranged receiver element 2, which in the case of a solar thermal collector 30 of an absorber tube 20 and in the case of a photovoltaic collector 31 of PV cells 21 is formed.
  • the concave tube 322 is biased by means of a surrounding, pressurized support system 32 and is rotatably mounted about an azimuth bearing 34 at the base of the tower about a rotation axis y, so that he can follow the respective state of the sun from sunrise to sunset.
  • the reflector surface 1 is formed by a group of arcs 10 of circular arc 100, each with different diameters.
  • the common focal points F of the circular arc 100 lie on the focal line f, which is defined by half the radius of each circle.
  • FIG. 16 shows the plan view of the tower 14 shown in FIG. 15.
  • the foci F of the circular arc 100 lie on a common focal line f.
  • a circular cross-section, concave tube 322 is biased.
  • the concave tube 322 is carried by a rope net 324.
  • FIG. 17 shows a tower 14 in which a total of 8 collector modules 3 arranged vertically one above the other form a tower 14 in which the receiver element 2 is formed by a carrier tube 210 arranged concentrically and coaxially to the focal line f.
  • photovoltaic cells are arranged, which are cooled by a flow-through by a cooling liquid 211 register.
  • the reflector surface 1 consists of a mirrored membrane 321 as teilveraptte, biaxial curved surface of a reusenförmigen hose 322 made of transparent plastic film.
  • the concave tube 322 corresponds in its cross section to the embodiment described in Fig. 16 and is clamped by a minimum support system 32 from a cable net 324 and asymmetric spoke wheels.
  • the cable net 324 also serves to brace the tower 14, which is tracked at its base by means of an azimuth bearing 34 the state of the sun.
  • the coaxial and concentric with the focal line f arranged carrier tube 210 is clamped at the base in a multi-storey drum. This drum is floating in a cylindrical base body.
  • a clamped steel tube is proposed, in which the tubular membrane construction 322 is mounted with the reflector surface 1 by means of the spoked wheels 32 rotatably mounted on the tower of a wind turbine and follows in this way the azimuth angle of the sun.
  • the proposed construction can also be combined with power and light poles.
  • Fig. 18 shows a tower 14 as a solar thermal 30 or as a photovoltaic collector 31 with a receiver element 2, which is arranged concentrically and coaxially to a vertical focal line f.
  • the reflector surface 1 is formed by a group of arcs 10 in the form of parabolic arch 101 and takes the rear part of a concave tube 322 of a membrane 321 is formed.
  • Tensioning cables 323 support the cut-lens-shaped concave tube 322 in the corner points and separate the rear, mirrored half from the sun-facing, transparent half, which serves as a transparent cover 15 of the reflector surface 1.
  • a parabolic-shaped grid shell forms the surrounding support system 32 for biasing the concave tube 322.
  • About an azimuth bearing 34 with axis of rotation y of the tower 14 follows the state of the sun.
  • Such a solar thermal or photovoltaic collector 30, 31 can preferably also be arranged on flat roofs or high-rise buildings.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kollektormodul (3) mit einer rinnenförmigen Reflektorfläche (1), welche im Querschnitt aus Kreisbogen (100), Parabelbogen (101), elliptischen oder hyperbolischen Bogen besteht, deren Scheitelpunkte (S) jeweils auf einer gemeinsamen Grundlinie (11) liegen, welche Reflektorfläche dazu ausgebildet ist, mittels einachsiger Nachführung die in unterschiedlichen Winkeln einfallenden Strahlenbündel der Sonne auf ein koaxial oder konzentrisch zu einer Brennlinie (f) angeordnetes Empfängerelement (2) zu bündeln, und welche Reflektorfläche eine zweiachsige Krümmung aufweist und jeweils von einer Bogenschar (10) gleichartiger Bogen mit wechselnder Sperrung (2p) gebildet ist, deren Brennpunkte (F) auf einer gemeinsamen Brennlinie (f) liegen, wobei der Abstand der Grundlinie (11) zur Brennlinie (f) in einem Kollektormodul (3) wechselt

Description

Sonnenkollektor mit: einer linear konzentrierenden Reflektorfläche
Die Erfindung betrifft ein Kollektormodul mit einer rinnenförmigen Reflektorfläche, das die in unterschiedlichen Winkeln einfallenden Strahlenbündel der Sonne mittels einachsiger Nachführung auf ein konzentrisch oder koaxial zur Brennlinie angeordnetes Empfängerelement konzentriert. Ein Kollektormodul kann dabei entweder als solarthermischer Kollektor, bei dem das Empfängerelement von einem selektiv beschichteten Absorberrohr, das von einer Wärmeträgerflüssigkeit durchströmt wird, oder als photovoltaischer Kollektor, bei dem das Empfängerelement von Photovoltaikzellen gebildet wird, oder als Hybridkollektor, der die beiden Kollektorarten miteinander kombiniert, ausgebildet sein.
Stand der Technik
Ein Parabolrinnenkraftwerk stellt eine der effektiven Möglichkeiten dar, die elektromagnetische Energie der Sonnenstrahlung in elektrische Energie umzuwandeln. Große, in der Regel nach Süden ausgerichtete, parabolrinnenförmige Spiegel können dabei mit einer einachsigen Nachführung dem im Laufe des Tages wechselnden Höhenwinkel der Sonne folgen und konzentrieren die in unterschiedlichen Winkeln einfallenden Strahlenbündel auf ein selektiv beschichtetes Absorberrohr, wobei eine Wärmeträgerflüssigkeit auf etwa 4000C erhitzt wird. Wärmetauscher wandeln diese Energie in Dampf um, der in Turbinen Strom erzeugt.
Bereits seit Mitte der 80er Jahre produzieren beispielsweise neun solarthermische Parabolrinnenkraftwerke in der Wüste Kaliforniens Solarstrom mit einer Gesamtleistung von 354 MW. Diese Art der Energiegewinnung wird zukünftig zunehmend an Bedeutung gewinnen und kann einen erheblichen Beitrag zur Reduktion unerwünschter CO2-, SO2-, NOx-Emissionen und die Freisetzung von Staubpartikeln, die bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe anfallen, leisten. Naturgemäß ist die Energieausbeute eines Sonnenkollektors von der Ekliptik der Sonne abhängig und liefert in den Morgenstunden erst allmählich Energie, um in den Mittagsstunden ein Maximum zu erreichen und gegen Abend wieder an Leistung zu verlieren. Die weitgehend horizontal angeordnete Brennlinie einer Parabolrinne kann sowohl in ostwestlicher als auch in nordsüdlicher Richtung orientiert werden. Die liegende Anordnung der Parabolrinnen bedingt dabei für eine optimale Wirksamkeit Standorte südlich des 40sten Breitengrads. Ein Modul eines herkömmlichen
Parabolrinnenkraftwerks ist etwa 12m lang und weist eine etwa 6m breite Apertur auf. Eine Stahlkonstruktion in Form eines biegebeanspruchten Fachwerkträgers unterstützt die von gebogenen und verspiegelten Glastafeln gebildete Reflektorfläche und stellt über einen Verschwenkmechanismus eine kontinuierliche Nachführung zum Sonnenstand sicher. Solarthermische Kollektoren können aber nicht nur im kraftwerkstechnischen Maßstab Energie liefern, sondern z.B. auch die Energie zur raumlufttechnischen Konditionierung eines Gebäudes bereitstellen. Eine Möglichkeit zur Senkung der Gestehungskosten für Strom aus Photovoltaikzellen besteht in der Verwendung optischer Konzentratorelemente, die das Licht auf die Solarzellen bündeln. Dabei kommen neben herkömmlichen, mono- oder polykristallinen Solarzellen aus Silizium sogenannte Tandem-, Tripel- und Quinto- Solarzellen zum Einsatz, die mittels komplexer Schichtstrukturen Wirkungsgrade über 30% erzielen. Neben einem Einsatz im Weltraum verspricht man sich bei terrestrischen Anwendungen in Verbindung mit Konzentratorsystemen eine wirtschaftlichere Stromerzeugung. Bekannte Konzentratorsysteme in Form von geprägten Fresnel- Linsen erreichen für eine 2x2 mm große Zelle eine etwa 500-fache Konzentration der solaren Einstrahlung. Mittels eines Parabolspiegels ist eine tausendfache Konzentration des Sonnenlichts auf die Solarzellen möglich. Ein wesentlicher Nachteil dabei sind die hohen Temperaturen, die eine verminderte elektrische Leistung der PV-Zellen bewirken. Deshalb ist für einen wirtschaftlichen Betrieb eine effektive Kühlung der PV- Zellen erforderlich.
In der EP 0 025 834 werden Sonnenkollektoren vorgestellt, bei denen die Reflektorfläche aus einer vorgespannten Membran besteht. Im Rahmen dieser Schrift wird zwischen punkt- und linienförmigen Konzentratorsystemen unterschieden. Aus der AT 505 075 Al 2008-10-15 geht ein aufblasbarer Sonnenkollektor als Membrankonstruktion hervor. Die verspiegelte Reflektorfläche ist hier als einachsig gekrümmte Membranfläche ausgebildet .
Aus der US005573600A ist ein Hybridkollektor bekannt, bei dem eine Wasserkühlung der Solarzellen gleichzeitig zur Brauchwassererwärmung herangezogen wird.
Aufgabenstellung
Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen neuen Kollektor bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Kollektormodul gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Der Wirkungsgrad eines solchen Kollektors, z.B. eines solarthermischen Kollektors oder eines photovoltaischen Kollektors, wird erhöht, und ermöglicht bevorzugt auch den Betrieb eines solarthermischen Kraftwerks, z.B. auf der nördlichen Hemisphäre, auch nördlich des 40sten Breitengrades. Die mit zunehmendem Abstand zum Äquator längere Sonnenscheindauer und eine einfache Nachführung eines erfindungsgemäßen Kollektors mit horizontal oder vertikal ausgerichteter Brennlinie lassen den wirtschaftlichen Betrieb solarthermischer und photovoltaischer Kollektoranlagen auch in gemäßigten Breiten sinnvoll erscheinen. Die Möglichkeit, linear konzentrierende Reflektorflächen bei einachsig nachgeführten Kollektorsystemen mit einer definierbaren Neigung zur Sonne auszurichten, erhöht nicht nur den Wirkungsgrad, sondern erschließt neue Anwendungsmöglichkeiten für solarthermische und photovoltaische Kollektoren.
Für die Konstruktion eines Kollektors wird ein effizientes und wirtschaftlich herzustellendes Tragsystem angegeben. Es wird eine neuartige Reflektorfläche bereitgestellt.
Bevorzugt ist die Reflektorfläche als zweiachsig gekrümmte Schale oder als zweiachsig gekrümmte Membranfläche ausgebildet, und die führt zu einer hohen Formstabilität.
Bevorzugt wechselt der Abstand der Grundlinie zur Brennlinie in einem Kollektormodul regelmäßig.
Bevorzugt erfolgt die Bündelung der Sonnenstrahlen auf das Empfängerelement durch einmalige Reflexion an der Reflektorfläche (Einfachreflexion) .
Bevorzugt ist die Brennlinie eines Kollektormoduls entweder horizontal oder vertikal angeordnet. Kollektormodule mit horizontaler Brennlinie folgen bevorzugt entweder über eine horizontale Schwenkachse dem Höhenwinkel der Sonne und sind nordsüd- oder ostwest-orientiert , oder sie werden über eine vertikale Drehachse zum Azimutwinkel der Sonne ausgerichtet und können dabei z.B. als künstliche Insel auf einer Wasserfläche schwimmend angeordnet werden. Für eine Verbesserung des Wirkungsgrads ist die Neigung einer Reflektorfläche zur Sonneneinstrahlung entscheidend. Bei der Nord-Süd-Ausrichtung sind alle Reflektorflächen in eine Richtung zur Sonne hin geneigt, während bei der Ost-West-Ausrichtung die Reflektorflächen eine alternierende Neigung aufweisen, sodass die Hälfte der in Reihe angeordneten Reflektorflächen zur Morgensonne geneigt ist, während die andere Hälfte zur Abendsonne hin geneigt ist. Ein Kollektormodul mit vertikal ausgerichteter Brennlinie wird über ein Azimutlager der Sonne nachgeführt. Mehrere übereinander angeordnete Kollektormodule bilden in diesem Fall eine Turmkonstruktion. Dabei ist eine Reflektorfläche drehbar an einem eingespannten Mast gelagert. Der Mast besteht z.B. aus einer Stahlrohrkonstruktion, die koaxial oder auch konzentrisch zur Brennlinie angeordnet ist. Bei großen Reflektorflächen kann ein dem Empfängerelement zugeordneter Sekundärspiegel sinnvoll sein, um das von der Reflektorfläche auf das Empfängerelement fokussierte Licht vollständig auf ein Empfängerelement zu bündeln.
So können erfindungsgemäße Kollektoranlagen mit Masten und Türmen anderer technischer Anlagen, z.B. Lichtmaste oder Strommaste kombiniert werden. Insbesondere wird vorgeschlagen, mindestens den unteren, nicht vom Rotor bestrichenen Turmabschnitt einer Windkraftanlage mit einem erfindungsgemäßen photovoltaischen Kollektor auszurüsten. Zweiachsig gekrümmte Membransegel als Spiegel bündeln dabei das Sonnenlicht auf die mit Solarzellen bestückte Mantelfläche des Turms. Die aerodynamische Form eines koaxial zum Turm angeordneten, reusenförmigen Schlauchs, bei dem die Formstabilität der Membran durch ein unterstützendes Seilnetz gewährleistet wird, erhöht ggf. die Anströmgeschwindigkeit des Windes. Um die Windbelastungen zu reduzieren, können konkave Reflektorflächen zweiteilig ausgebildet sein, wobei entlang der Grundlinie Durchströmöffnungen vorhanden sind.
Konstruktion
Kollektormodule mit horizontaler Brennlinie und einer Nord-Süd- Ausrichtung oder einer Ost-West-Ausrichtung werden mittels eines Drehgelenks mit horizontaler Drehachse dem tages- und jahreszeitlich wechselnden Höhenwinkel der Sonne nachgeführt, während Kollektormodule mit vertikaler Ausrichtung der Brennlinie über ein Azimutlager dem Azimutwinkel der Sonne folgen. Für den großtechnischen Einsatz der Kollektormodule als Solarkraftwerk zur Stromerzeugung werden im Rahmen der Erfindung unterschiedliche Tragsysteme vorgeschlagen, die geeignet sind, die Stromgestehungskosten von derzeit 10-15 €ct/kWh drastisch zu senken. Eine zweiachsig gekrümmte Fläche ist bei Belastungen aus Wind und Eigengewicht wesentlich steifer als eine ebene oder einachsig gekrümmte Fläche. Mit geringstem Materialaufwand lassen sich z.B. zug- und dehnsteife zweiachsig gekrümmte Membranflächen herstellen. Derartige Membranflächen bestehen beispielsweise aus einem hochfesten Material in Form mehrschichtig aufgebauter, kunststoffbeschichteter Gewebe oder aus transparenten Kunststofffolien. Funktionsschichten, wie eine Haftschicht für die Spiegelschicht aus Metall und Siegelschichten, z.B. aus Silizium, werden dabei auf die Folie aufgedampft. Zur Unterstützung größerer Membranflächen kommt ein Seilnetz in Frage. Das Seilnetz kann auch als Unterkonstruktion für eine Reflektorfläche, die von einzelnen, zweiachsig gekrümmten, verspiegelten Scheiben aus eisenarmem Glas gebildet wird, herangezogen werden. Durch Vorspannung einer Membran oder eines Seilnetzes innerhalb eines druckbeanspruchten Rahmens aus Stahl wird die nötige Formstabilität der zweiachsig gekrümmten Reflektorfläche, die für eine präzise Bündelung der Sonnenstrahlen auf das Empfängerelement von entscheidender Bedeutung ist, gewährleistet. Ein Schlauch aus transparenter Folie mit abschnittsweiser Verspiegelung kann alternativ oder zusätzlich zur konstruktiven Vorspannung der Folie auch pneumatisch stabilisiert werden.
Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung einer zweiachsig gekrümmten Reflektorfläche ist die Ausbildung einer biegesteifen Schalenkonstruktion aus Blechen, glasfaserverstärktem Kunststoff oder Faserbeton, die jeweils in Matrizen aus Metall hergestellt werden. Analog zur Produktion von Rotorblättern für Windkraftanlagen können Reflektormodule aus zwei entlang ihrer Längsachse getrennten Hälften aufgebaut sein und als dünnwandige Schalenkörper mit versteifenden Längs- und Querrippen wirtschaftlich in großen Stückzahlen hergestellt werden.
Aυsführungsbeispiele
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer solarthermischer und photovoltaischer Kollektoren unter
Bezugnahme zu beiliegenden Figuren beschrieben. In diesen zeigt:
Fig. 1 ein Kollektormodul im schematischen Querschnitt
Fig. 2 mehrere, in Reihe angeordnete Kollektormodule nach Fig. 1 als zusammenhängende Rinne mit geknickter Grundlinie im schematischen Längsschnitt
Fig. 3 mehrere, in Reihe angeordnete Kollektormodule nach Fig. 1 als zusammenhängende Rinne mit wellenförmiger Grundlinie im schematischen Längsschnitt
Fig. 4 mehrere, in Reihe angeordnete Kollektormodule nach Fig. 1 als zusammenhängende Rinne mit bogenförmiger Grundlinie im schematischen Längsschnitt
Fig. 5 mehrere, in Reihe angeordnete Einzelmodule nach Fig. 1 mit gerader Grundlinie im schematischen Längsschnitt
Fig. 6 mehrere, in Reihe angeordnete Einzelmodule nach Fig. 1 mit wellenförmiger Grundlinie im schematischen Längsschnitt
Fig. 7 mehrere, in Reihe angeordnete Einzelmodule nach Fig. 1 mit bogenförmiger Grundlinie im schematischen Längsschnitt
Fig. 8 zwei solarthermische Kollektormodule mit Absorberrohr, deren Reflektorfläche aus Einzelflächen besteht, in der isometrischen Übersicht
Fig. 9 zwei solarthermische Kollektormodule mit Absorberrohr, deren Reflektorflächen eine zusammenhängende Fläche bilden, in der isometrischen Übersicht
Fig. 10 ein photovoltaisches Kollektormodul im schematischen
Querschnitt Fig. 11 vier Kollektormodule, deren zusammenhängende
Reflektorflächen zwei bogenförmige Schalenkörper bilden, in der isometrischen Übersicht
Fig. 12 vier Kollektormodule, deren zusammenhängende
Reflektorflächen einen wellenförmigen Schalenkörper bilden, in der isometrischen Übersicht
Fig. 13 acht Kollektormodule jeweils mit wechselnder Apertur, die in zwei Richtungen zu einer zusammenhängenden Fläche addiert sind, in der isometrischen Übersicht
Fig. 14 acht Kollektormodule jeweils mit gleich bleibender
Apertur, die in zwei Richtungen zu einer zusammenhängenden
Fläche addiert sind, in der isometrischen Übersicht
Fig. 15 vier vertikal übereinander angeordnete Kollektormodule mit kreisförmigem Querschnitt als zugbeanspruchte
Membrankonstruktion in einem druckbeanspruchten Turm in der isometrischen Übersicht
Fig. 16 die in Fig. 15 dargestellten Kollektormodule in der
Aufsicht
Fig. 17 insgesamt 8 Kollektormodule, die in einem reusenförmigen
Seilnetz einen drehbar gelagerten Mast abspannen, in der isometrischen Übersicht
Fig. 18 vier vertikal übereinander angeordnete Kollektormodule mit parabelförmigem Querschnitt als zugbeanspruchte
Membrankonstruktion in einem druckbeanspruchten Rahmen in der isometrischen Übersicht
Fig. 1 zeigt ein Kollektormodul 3 für einen solarthermischen Kollektor 30 oder einen photovoltaischen Kollektor 31 im schematischen Querschnitt. Eine Bogenschar 10 aus Parabelbogen 101 mit unterschiedlicher Sperrung 2p definiert die Reflektorfläche 1. Dabei sind die Parabelbogen 101 so angeordnet, dass ihre Brennpunkte F auf einer gemeinsamen Brennlinie f und ihre Scheitelpunkte S auf einer gemeinsamen Grundlinie 11 liegen. Im Rahmen der Erfindung gilt diese Anordnung auch für eine Schar von Kreisbogen, elliptischen Bogen oder hyperbolischen Bogen. Eine Bogenschar kann vertikal geschnitten werden, sodass ein Kollektormodul 3 eine gleich bleibende Apertur a aufweist, während eine horizontale Schnittlinie an einer Bogenschar 10 eine kontinuierlich wechselnde Apertur a bewirkt. Die einachsige Nachführbarkeit zum Stand der Sonne erfolgt über eine koaxial oder konzentrisch zur Brennlinie f angeordnete Schwenkachse x. Eine Parabel ist z.B. von der Form z (x) = const * x2, wobei const ein konstanter Parameter ist.
Fig. 2 zeigt die lineare Reihung von vier Kollektormodulen 3 nach Fig. 1, die jeweils an ihren Extremstellen M aneinander gefügt sind, wobei sie eine aus einzelnen Streckenabschnitten 110 gebildete, zusammenhängende Grundlinie 11 aufweisen. Mittels einer koaxial zur Brennlinie f angeordneten Schwenkachse x werden die Kollektormodule dem Höhenwinkel der Sonne nachgeführt.
Fig. 3 zeigt eine alternative Möglichkeit der Reihung einer Bogenschar 10 nach Fig. 1 entlang einer gemeinsamen Brennlinie f. Die jeweils an ihren Extremstellen M zu einer kontinuierlichen Rinne verbundenen Module 3 zeigen hier eine Grundlinie 11 als Welle 112, deren Neigung gegenüber der Brennlinie f periodisch wechselt .
Fig. 4 zeigt die Reihung einer Bogenschar 10 nach Fig. 1, die eine gemeinsame Brennlinie f aufweisen und mittels einer Schwenkachse x der Sonne nachgeführt werden mit einer Grundlinie 11 in Form einer Bogenkette 111. Mittels einer horizontalen Schwenkachse x werden die Kollektormodule dem Höhenwinkel der Sonne nachgeführt. In den Fig. 2-4 erweist sich eine Ost-West-Ausrichtung der Parabolrinne als Vorteil, da die periodisch wechselnde Neigung der Grundlinie 11 zur Morgen- bzw. Abendsonne den Wirkungsgrad z.B. eines Parabolrinnenkraftwerks erhöht.
Fig. 5, Fig. 6 und Fig. 7 zeigen jeweils linear an einer gemeinsamen Brennlinie f aufgereihte Kollektormodule 3, deren Reflektorfläche 1 dem in Fig.l beschriebenen Bildungsgesetz entspricht. Die Reflektorflächen 1 sind hier voneinander getrennt und weisen an der Grundlinie 10 jeweils eine Neigung gegenüber der Brennlinie f auf. Die horizontale Schwenkachse x stellt jeweils die einachsige Nachführbarkeit der Kollektormodule 3 zum Höhenwinkel der Sonne sicher. Bei einer Nord-Süd-Orientierung N-S der Brennlinie f weisen die Reflektorflächen 1 jeweils eine Neigung zur Sonne auf, sodass der Wirkungsgrad einer nord-süd- orientierten Parabolrinne erheblich gesteigert werden kann. Das Ausführungsbeispiel in Fig. 5 zeigt einer Grundlinie 11 als Strecke 110, während die Grundlinie 11 in Fig. 6 als Welle 112 und die Grundlinie 11 in Fig. 7 als Bogen 111 ausgebildet ist. Eine Bogenschar 10 nach Fig. 1 kann wie in den Fig. 2 und 5 dargestellt nach oben horizontal begrenzt werden, sodass ein Kollektormodul 3 eine wechselnde Apertur a aufweist. Begrenzt man eine Bogenschar 10 nach Fig. 1 vertikal, erhält man eine gleich bleibende Apertur a für ein Kollektormodul 3 und einen geschwungenen oberen Rand der Reflektorflächen 1 wie in den Fig. 3, 4, 6 und 7 dargestellt. Diese Anordnung der Reflektorflächen 1 eignet sich auch für eine Turmkonstruktion mit vertikal ausgerichteter Brennlinie f, wie in den Fig. 15-18 dargestellt.
Fig. 8 zeigt die Anordnung von zwei Kollektormodulen 3 mit einer gemeinsamen Brennlinie f entsprechend dem Längsschnitt in Fig. 5. Das Tragsystem 32 der Reflektorfläche 1 ist eine zweiachsig gekrümmte Schale 320, die aus Metall, Glas oder glasfaserverstärktem Kunststoff hergestellt werden kann. Der solarthermische Kollektor 30 besitzt ein Empfängerelement 2 mit einem Absorberrohr 20, das eine selektive Beschichtung 200 trägt, von einer Wärmeträgerflüssigkeit 201 durchströmt und von einem transparenten Hüllrohr 202 umgeben wird. Dem Stand der Technik entsprechend ist zwischen dem Hüllrohr 202 und dem Absorberrohr 20 ein Vakuum vorgesehen. Fig. 9 zeigt die Anordnung von zwei Kollektormodulen 3 mit einer gemeinsamen Brennlinie f entsprechend dem Längsschnitt in Fig. 2. Der Aufbau der Reflektorflächen 1 und des Empfängerelements 2 entspricht dem in Fig. 8 beschriebenen Ausführungsbeispiel. Eine zur Brennlinie f parallele Schwenkachse x gewährleistet die einachsige Nachführung der in Fig. 8 und 9 beschriebenen solarthermischen Kollektoren 30. Die als zusammenhängende Reflektorfläche 1 ausgebildete Schale 320 ist mit ihrer regelmäßig wechselnden Neigung für eine Ost-West-Ausrichtung des solarthermischen Kollektors 30 vorgesehen.
Fig. 10 zeigt den schematischen Querschnitt eines photovoltaischen Kollektors 31. Der Aufbau der Reflektorfläche 1 entspricht einer der in Fig. 8 und 9 dargestellten Anordnungen. PV-Zellen 21 auf einem von einer Kühlflüssigkeit 211 durchströmten, polygonalen Trägerrohr 210 sind zum Boden der Reflektorfläche 1 ausgerichtet und absorbieren als Tandem-, Tripel- und Quinto-Solarzellen 21 das 500- bis 1000-fach fokussierte Sonnenlicht. Die dabei entstehende Wärme wird von der Kühlflüssigkeit 211 abgeführt. Abhängig vom Durchmesser des Empfängerelements können auch herkömmliche, mono- oder polykristalline PV-Zellen 21, die über Wärmeleitflächen 212 mit einem polygonalen Trägerrohr 210 verbunden werden, zum Einsatz kommen. In diesem Fall dienen ein oder mehrere koaxial zur Brennlinie f angeordnete, von einer Kühlflüssigkeit durchströmte Trägerrohre 210 ebenfalls einem erhöhten Wirkungsgrad der PV- Zellen 21. Ein Sekundärspiegel (213) bündelt das von der Reflektorfläche (1) fokussierte Licht auf das Empfängerelement (2), sodass die PV-Zellen (21) allseitig belichtet werden.
Fig. 11 und Fig. 12 zeigen jeweils vier an ihren Extremstellen M an einer gemeinsamen Brennlinie f in Reihe angeordnete Kollektormodule 3 zur Herstellung eines solarthermischen Kollektors 30, oder eines photovoltaischen Kollektors 31 entsprechend den in den Fig. 8-10 dargestellten Ausführungsbeispielen. Bei einem Parabolrinnenkraftwerk mit ost- westlicher Ausrichtung O-W der Brennlinie f ist eine Reflektorfläche 1 jeweils aus zwei an ihren Extremstellen M gefügten Schalen 320 aufgebaut. Im Vergleich zu einer herkömmlichen, einachsig gekrümmten Fläche weist die zweiachsige Krümmung einer Reflektorfläche 1 eine wesentlich höhere Steifigkeit auf und kann deshalb materialsparend als dünnwandige Schale 320, z.B. aus glasfaserverstärktem Kunststoff, hergestellt werden. Für die Herstellung entsprechender Kunststoffschalen 320 aus GFK eignen sich Metallformen, wobei eine Schale 320 eine nicht näher dargestellte Elementierung in zwei Längshälften und versteifende Längs- und Querrippen für den Anschluss an die Schwenkachse x aufweisen kann. Analog zur Herstellung von Rotorblättern, an deren Oberflächen ebenfalls höchste Anforderungen an Präzision und Form gestellt sind, können entsprechende neuartige Reflektorflächen für ein
Parabolrinnenkraftwerk mit Metallformen wirtschaftlich in großen Stückzahlen hergestellt werden.
Fig. 13 zeigt eine Anzahl von Kollektormodulen 3, die längs und quer zu einer Fläche 12 addiert sind. Mit einem Empfängerelement 2, das von einem Absorberrohr 20 mit selektiver Beschichtung 202 gebildet wird, zeigt die Isometrie einen Ausschnitt eines solarthermischen Kollektors 30. Um Wärmeverluste zu vermeiden, wird das Absorberrohr 20 von einem transparenten Hüllrohr 202 umschlossen. Zwischen Hüll- und Absorberrohr ist ein Vakuum vorgesehen, sodass die absorbierte Wärme möglichst vollständig auf eine Wärmeträgerflüssigkeit 201 übertragen wird. Über eine vertikale Drehachse y wird der solarthermische Kollektor 30 einachsig dem Azimutwinkel der Sonne nachgeführt. Die Reflektorflächen 1 weisen eine periodisch wechselnde Apertur a auf und sind als selbsttragende Schalen 320 aus Kunststoff, Glas oder Metallblech ausgebildet und können in einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung als künstliche Insel auf dem Wasser schwimmend angeordnet werden. Fig. 14 zeigt eine Anzahl von Kollektormodulen 3, die zu drei parallel angeordneten Rinnen gefügt sind und den Ausschnitt eines solarthermischen 30 oder eines photovoltaischen Kollektors 31 zeigen. Mit einer konstanten Apertur a zeigt die Oberfläche der Kollektormodule 3 eine gewellte Struktur. Die Schwenkachse x dient der einachsigen Nachführung eines bevorzugt ost-west- ausgerichteten Kollektors.
Fig. 15 zeigt den unteren Abschnitt eines Turms 14, bei dem die Brennlinie f mehrerer übereinander angeordneter Kollektormodule 3 senkrecht angeordnet ist. Die Reflektorfläche 1 ist auf einen vorgespannten, konkaven Schlauch 322 aus transparenter Folie aufgedampft und fokussiert die Sonnenstrahlen auf ein koaxial und konzentrisch zur Brennlinie f angeordnetes Empfängerelement 2, das im Falle eines solarthermischen Kollektors 30 von einem Absorberrohr 20 und im Falle eines photovoltaischen Kollektors 31 von PV-Zellen 21 gebildet wird. Der konkave Schlauch 322 wird mittels eines umgebenden, druckbeanspruchten Tragsystems 32 vorgespannt und ist über ein Azimutlager 34 an der Basis des Turms um eine Drehachse y drehbar gelagert, sodass er von Sonnenaufgang bis Sonnenuntergang dem jeweiligen Stand der Sonne folgen kann. Die Reflektorfläche 1 wird von einer Bogenschar 10 aus Kreisbogen 100 jeweils mit unterschiedlichem Durchmesser gebildet. Die gemeinsamen Brennpunkte F der Kreisbogen 100 liegen auf der Brennlinie f, die durch den halben Radius jedes Kreises definiert ist.
Fig. 16 zeigt die Aufsicht auf den in Fig.15 dargestellten Turm 14. Die Brennpunkte F der Kreisbogen 100 liegen auf einer gemeinsamen Brennlinie f. Über das umgebende Tragsystem 32 wird ein im Querschnitt kreisförmiger, konkaver Schlauch 322 vorgespannt. Bei größeren Konstruktionen wird der konkave Schlauch 322 von einem Seilnetz 324 getragen. Fig. 17 zeigt einen Turm 14, bei dem insgesamt 8 vertikal übereinander angeordnete Kollektormodule 3 einen Turm 14 bilden, bei dem das Empfängerelement 2 von einem konzentrisch und koaxial zur Brennlinie f angeordneten Trägerrohr 210 gebildet wird. Auf der Mantelfläche des Trägerrohrs 210 sind photovoltaische Zellen angeordnet, die über ein von einer Kühlflüssigkeit 211 durchströmtes Register gekühlt werden. Die Reflektorfläche 1 besteht aus einer verspiegelten Membran 321 als teilverspiegelte, zweiachsig gekrümmte Fläche eines reusenförmigen Schlauchs 322 aus transparenter Kunststofffolie. Der konkav ausgebildete Schlauch 322 entspricht in seinem Querschnitt dem in Fig. 16 beschriebenen Ausführungsbeispiel und wird mittels eines minimalen Tragsystems 32 aus einem Seilnetz 324 und asymmetrischen Speichenrädern verspannt. Das Seilnetz 324 dient auch der Abspannung des Turms 14, welcher an seiner Basis mittels eines Azimutlagers 34 dem Stand der Sonne nachgeführt wird. Das koaxial und konzentrisch zur Brennlinie f angeordnete Trägerrohr 210 ist dabei am Fußpunkt in eine mehrgeschossige Trommel eingespannt. Diese Trommel ist schwimmend in einem zylindrischen Fundamentkörper gelagert. Als alternative Turmkonstruktion für eine Windkraftanlage wird ein eingespanntes Stahlrohr vorgeschlagen, bei dem die schlauchförmige Membrankonstruktion 322 mit der Reflektorfläche 1 mittels der Speichenräder 32 drehbar an dem Turm einer Windkraftanlage gelagert ist und auf diese Weise dem Azimutwinkel der Sonne folgt. Neben der Möglichkeit, derartige vertikal angeordnete Sonnenkollektoren als eigenständige Konstruktionen auszubilden, kann die vorgeschlagene Bauweise auch mit Strom- und Lichtmasten kombiniert werden.
Fig. 18 zeigt einen Turm 14 als solarthermischen 30 oder als photovoltaischen Kollektor 31 mit einem Empfängerelement 2, das konzentrisch und koaxial zu einer vertikalen Brennlinie f angeordnet ist . Die Reflektorfläche 1 wird von einer Bogenschar 10 in Form von Parabelbogen 101 gebildet und nimmt den rückwärtigen Teil eines konkaven Schlauchs 322, der von einer Membran 321 gebildet wird, ein. Spannseile 323 unterstützen den im Schnitt linsenförmigen, konkaven Schlauch 322 in den Eckpunkten und trennen die rückwärtige, verspiegelte Hälfte von der der Sonne zugewandten, transparenten Hälfte, die als transparente Abdeckung 15 der Reflektorfläche 1 dient. Eine parabelförmig ausgebildete Gitterschale bildet das umgebende Tragsystem 32 zur Vorspannung des konkaven Schlauchs 322. Über ein Azimutlager 34 mit Drehachse y folgt der Turm 14 dem Stand der Sonne. Ein derartiger solarthermischer oder photovoltaischer Kollektor 30, 31 kann bevorzugt auch auf Flachdächern oder Hochhäusern angeordnet werden.
Bezugszeichenubersicht
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Claims

Patentansprüche
1. Kollektormodul (3) mit einer rinnenförmigen Reflektorfläche
(D, welche im Querschnitt aus Kreisbogen (100), Parabelbogen (101), elliptischen oder hyperbolischen Bogen besteht, deren Scheitelpunkte (S) jeweils auf einer gemeinsamen Grundlinie (11) liegen, welche Reflektorfläche dazu ausgebildet ist, mittels einachsiger Nachführung die in unterschiedlichen Winkeln einfallenden Strahlenbündel der Sonne auf ein koaxial oder konzentrisch zu einer Brennlinie (f) angeordnetes Empfängerelement (2) zu bündeln, und welche Reflektorfläche eine zweiachsige Krümmung aufweist und jeweils von einer Bogenschar (10) gleichartiger Bogen mit wechselnder Sperrung (2p) gebildet ist, deren Brennpunkte (F) auf einer gemeinsamen Brennlinie (f) liegen, wobei der Abstand der Grundlinie (11) zur Brennlinie (f) in einem Kollektormodul (3) wechselt.
2. Kollektormodul (3) nach Anspruch 1, bei welchem die Grundlinie (11) als Strecke (110), als Bogen (111) oder als Welle (12) ausgebildet ist und mehrere, in Reihe hintereinander angeordnete Kollektormodule eine geschlossene Rinne (13) bilden.
3. Kollektormodul (3) nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem mehrere Kollektormodule (3) lückenlos zu einer Fläche (12) addiert werden können.
4. Kollektormodul (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem eine vertikale Anordnung der Brennlinie (f) vorgesehen ist und mehrere Kollektormodule (3) vertikal übereinander angeordnet sind und einen Turm (14) bilden.
5. Kollektormodul (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem für die einachsige Nachführung zur Sonne entweder eine horizontale Schwenkachse (x) , die dem Höhenwinkel der Sonne folgt, oder eine vertikale Drehachse (y) , die dem Azimutwinkel der Sonne folgt, vorgesehen ist.
6. Kollektormodul (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Grundlinie (11) eines Kollektormoduls (3) zwei Extremstellen (M) hat und gegenüber einer horizontal oder vertikal angeordneten Brennlinie (f) eine Neigung aufweist.
7. Kollektormodul (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem als Tragsystem (32) für eine Reflektorfläche (1) eine biegesteife Schale (320), eine zugbeanspruchte Membran (321), ein Seilnetz (324), ein vorgespannter, konkav gekrümmter Schlauch (322) aus Folie oder ein pneumatisch vorgespannter, konvex gekrümmter Schlauch vorgesehen ist.
8. Kollektormodul (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches ein Tragsystem (32) aufweist, bei welchem ein zugbeanspruchtes Seilnetz (324) oder eine zugbeanspruchte Membrankonstruktion (321) und eine druckbeanspruchte Konstruktion als Spannrahmen zusammenwirken.
9. Kollektormodul (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Apertur (a) einen konstanten oder wechselnden Querschnitt aufweist und durch eine transparente Abdeckung
(15) geschützt ist.
10. Kollektormodul (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Reflektorfläche (l)dazu ausgebildet ist, das Strahlenbündel der Sonne durch einmalige Reflexion an der Reflektorfläche (1) auf das Empfängerelement (2) zu bündeln.
11. Kollektormodul (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem dem Empfängerelement (2) ein im Querschnitt parabolrinnenförmiger, mit der Reflektorfläche (1) zusammenwirkender Sekundärspiegel (213) zugeordnet ist, der dazu ausgebildet ist, das von der Reflektorfläche (1) gebündelte Licht auf das Empfängerelement (2) zu fokussieren.
12. Kollektormodul (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Reflektorfläche (1) im Bereich der Grundlinie
(11) Durchströmöffnungen zur Begrenzung der Windbelastung aufweist .
13. Kollektormodul (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das Empfängerelement (2) ein Absorberrohr (20) aufweist, welches eine selektive Beschichtung (200) trägt und dazu ausgebildet ist, von einer Wärmeträgerflüssigkeit (201) durchströmt zu werden, und welches von einem transparenten Hüllrohr (202) umgeben ist, wobei zwischen dem Absorberrohr (20) und dem Hüllrohr (202) ein Vakuum vorgesehen ist.
14. Kollektormodul (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das Empfängerelement (2) Photovoltaikzellen (21) aufweist, welche als Einfach-, Tandem-, Tripel-, oder Quinto- Solarzellen ausgebildet sind und mit einem Trägerrohr (210) mittelbar über eine Wärmeleitfläche (212) oder unmittelbar verbunden sind, welches Trägerrohr (210) dazu ausgebildet ist, ein Durchströmen von einer Kühlflüssigkeit (211) zu ermöglichen.
15. Kollektormodul (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches als photovoltaisches Kollektormodul (31) mit einem Trägerrohr (210) ausgebildet ist, wobei eine Mantelfläche des Trägerrohrs (210) PV-Zellen (21) trägt und als Teil des Tragsystems (32) eines Kollektormoduls (3) gleichzeitig den Turm einer Windkraftanlage bildet.
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