WO2012065725A2 - Vorrichtung und verfahren zum konzentrieren von sonnenenergiestrahlung sowie zum umwandeln in wärme - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum konzentrieren von sonnenenergiestrahlung sowie zum umwandeln in wärme Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a new technical concept for concentrating the solar energy, in particular at a high temperature level.
  • the concentrated solar energy can e.g. in a long-term heat storage at a high temperature level as heating energy for the winter months held or it can be used for continuous power generation throughout the year.
  • Solar power plants are understood to be those with parabolic trough collectors which consist of arched or multiply divided mirrors which concentrate the sunlight onto an absorber pipe running in the focal line of the parabolic trough. Depending on the type of construction, the length of such collectors is between 20 and 150 meters.
  • the concentrated solar radiation is converted into heat and released to a circulating heat transfer medium.
  • the parabolic troughs are usually uniaxially sun-tracked, with the focal line coinciding with the axis of rotation. They are therefore arranged in a north-south direction and track the sun from east to west during the course of the day.
  • the collector field of a solar power plant consists of many parabolic trough collectors connected in parallel.
  • a secondary mirror can be provided above the absorber tube, that is to say on the sun side, in order to reduce the emission effects of the absorber tube.
  • Parabolic trough collectors work up to 400 ° C process temperature which is sufficient only for direct steam generation. This temperature range (400 ° C) is not enough to save the heat energy economically long term. Concentration ratio for parabolic troughs is less than 100. The low concentration ratio accordingly causes low temperature of the heat transfer medium.
  • Fresnel mirror colectors In addition to parabolic trough colectors (PRK modules), Fresnel mirror colectors (FSK modules) are also used. They have absorber tube a secondary mirror and a variety of one-dimensional tracked mirrors. Fresnel mirror collectors also have a low concentration ratio and use a liquid heat transfer medium. Solar power plants according to this concept operate in the moderate temperature range, are suitable for direct steam generation and less suitable for long-term heat storage.
  • Paraboloid Power Plants Paraboloid mirrors are mounted on two axles rotatably mounted on a frame and reflect the sunlight onto a focus-mounted heat receiver. This design is very compact and makes it possible to interconnect any number of these modules to a large solar power plant.
  • the mirrors are designed with a diameter of 3 to 25 meters, which achieves powers of up to 50 KW per module.
  • the modules are also suitable for decentralized energy supply in remote regions. In Dish Stirling systems, the receiver is followed by a Stirling engine, which converts the thermal energy directly into mechanical work. Due to the high efficiency of more than 30 percent, these systems are already well developed.
  • the focal point is an absorber in which a heat transfer medium is heated and used to generate steam.
  • a heat transfer medium is heated and used to generate steam.
  • several paraboloid must be interconnected.
  • Paraboloid power plants are better suited for generating the high temperature heat which can be kept in a heat storage with a larger storage capacity. It is disadvantageous that the absorber must be positioned in the focus of the parabolic mirror, so that a part of the surface of the parabolic mirror is lost by the shading. According to this concept, smaller units can be designed which can be considered an advantage compared to tower power plants.
  • the parabolic mirrors are tracked in three axes to the sun. can be achieved by the large concentration ratio and thereby high temperatures can be achieved.
  • the concentration temperature of the sun's rays must be high (order of magnitude from 800 ° C). In this sense, it is necessary to specify a concentrator for solar radiation, the u. A. the long-term heat storage is adjusted.
  • the compactness of the system is of particular importance.
  • questions of the controllability of tracking very large concentrators according to the position of the sun are particularly significant.
  • Heat storage mass gives off, which is located in a heat storage and thereby heats the heat storage mass up to a maximum temperature of about 1000 ° C.
  • the heat storage should be insulated so that the heat energy can be kept available over the long period of time (several months to half a year) with low heat losses.
  • a total of the solar station nach DINbarer concentrator for concentrating solar energy in a focal zone by means of fixedly oriented reflectors is provided.
  • a plurality of reflective mantle surfaces in the form of a truncated cone or in the form of segments of truncated cones with different inclinations is used.
  • the reflectors with their reflective lateral surfaces are at least partially in one another and concentric with each other arranged that the sun's rays are focused after reflection on a much smaller area, namely on the focal zone.
  • the invention is based on the basic idea of arranging the mirror arrangement of the concentrator of arcuate and approximately parallel to one another, that is, more or less concentric circles, arranged, essentially totally reflecting strip elements, such that the totally reflected sunlight in a focal spot focused on a solar energy receiving unit.
  • the totally reflective ring or partial ring surfaces are preferably arranged nested to one another, whereby u. A.
  • a small depth of the concentrator results Between parallel adjacent totally reflecting ring or partial ring surfaces can, depending on their radial distances from each other and their angles of inclination relative to each other and relative to the circular surface normal, the total incident and totally reflected sunlight to a relatively small focal spot (focal zone) be focused.
  • any shading of the solar radiation by a solar energy receiving unit is omitted in such an arrangement.
  • the inclinations of the concentric arcs of reflectors with respect to the circular area normal can all be the same size.
  • the solar energy receiving unit can be performed with the mirror assembly, ie the entire concentrator with, ie follow the position of the sun; it can also be arranged stationary if, as shown by way of example according to FIGS. 17A-H, the center of rotation and pivot of the concentrator is located sufficiently close to the focal zone.
  • the central area of the concentrator can remain free of reflectors and, for example, completely or partially direct light incidence on the solar energy receiving unit be used.
  • at least one further concentrator of a similar or different design may be provided in the central region of the (first) concentrator, in order to also focus incident sunlight in this region on the solar energy receiving unit.
  • the reflectors can be arranged in a plane, in particular in a circular ring plane. If the radially inner reflector arcs are arranged closer to the sun than the radially outer ones, then u. A., achieved at the same radial widths of the reflectors lower shading.
  • the concentrator is comparatively less susceptible to wind forces even with a large area
  • the surface of the concentrator can be designed almost as large as desired,
  • the weight of the concentrator can be kept relatively small
  • the system can also be implemented as a decentralized compact unit.
  • the concentrator can have two concentric support rings (instead of rings, polygons consisting of segments made, for example, of square tubes or round tubes) can be provided. ways that form an outer ring and an inner ring.
  • the support rings can be connected to each other by means of radially arranged webs.
  • the webs can be connected to the support rings by means of the screw connection.
  • They carry the reflectors, which may consist of flat material and preferably have mirrored surfaces which are shaped or assembled in the form of a circular truncated cone.
  • the mirrored surfaces can be arranged at a certain distance from each other and concentric with each other between the two rings of the concentrator.
  • the mirrored surfaces can be inserted and fastened in the slot-shaped cutouts provided in the webs.
  • Each slot opening in the lands is arranged at a different angle to correspond to the inclination of the generatrix of the truncated cone.
  • the inclination of the surface line of the mirrored surfaces is determined so that the solar rays are focused on the surface of the absorber after the reflection from the mirrored surface.
  • Absorber plate can be made by casting so that the cup-shaped cavities are on one side (side of the sun) and the ribs on the other side. The sun's rays are trapped in the cavities, where they are converted into heat and can not be (partially) reflected outwards.
  • the entrance to the sun's rays into the absorber is covered with a heat-resistant glass (made of quartz glass). This prevents the convective flow of air from the absorber plate to the outside.
  • a heat-resistant glass made of quartz glass.
  • the concentrator is tracked to the sun after azimuth and after elevation. The sun's rays fall perpendicular to the projection surface of the concentrator.
  • the focal point of the concentrator is given and is measured as the distance between the lower edge of the outer ring of the concentrator to the focal point.
  • the inclination of the mirrored lateral surfaces of the truncated cones is determined accordingly.
  • Each mirrored surface of the truncated cone has a different angle of inclination.
  • the absorber is provided with one inlet and one outlet opening for the air flow.
  • the pipe for the air flow is made of heat-resistant steel and for the inflection points of the piping flexible high-temperature hose pipes are considered at the concentrator.
  • a drive motor is provided which brings an arm with the water nozzles at certain time intervals in rotating motion to clean the mirror surface.
  • the temperature of the finned surface of the absorber can reach about 1000 ° C and accordingly, the air flow is heated to the temperature of 900 ° C after the absorber.
  • the mirrored surfaces can be made in various ways.
  • the mirror can be made of polished aluminum sheet, mirrored foil or, for example, metal-clad cardboard.
  • As a mirror surface also polished stainless steel sheet can be used.
  • Aluminum sheet has the advantage that the whole construction is lighter and therefore the costs can be significantly reduced.
  • the whole spectrum of designing the mirrored surfaces on a concentrator is extremely diverse.
  • the design of the basic structure of the concentrator can be done in different ways:
  • this is that the concentrator rotates about a vertical axis which is centered to the turning circle.
  • two shafts with ball bearings are provided which carry the concentrator and bring in rotation to elevation.
  • the ball bearings are built into the housings and the housings are fixed to two horizontal steel plates. The steel plates sit on an arch-shaped carrier which is set centrally in the middle by means of a shaft.
  • a vertical axis is positioned with two ball bearings and brings the arcuate carrier in rotating motion.
  • the holders for the absorber are provided which hold the absorber in the correct position as the focal point.
  • the temperature in the absorber depends on the concentration ratio (the ratio of the concentrator area to the area of the focal point, in the concentrator according to the invention, the concentration ratio of 400 to 1000 and even more if required).
  • the absorber is cooled by means of the air flow.
  • the air flow is by means of a radial fan which is suitable for high air temperature promoted.
  • the air flow flows between the ribs located at the bottom of the absorber plate and are poured together with the absorber plate by the casting process as a complete unit.
  • the heat generated by the sun is transmitted by means of the ribs to the passing air.
  • the heat from the air stream is then released, for example, to a heat storage mass.
  • the concentrator is mounted on a rotating carousel which rotates on a circular path by means of the rollers and tracks the concentrator in azimuth.
  • the carousel consists of two supporting pillars, which are made of square tubes, for example.
  • the concentrator is supported on the supporting columns by means of the ball bearings and their housings and can be rotated about the horizontal axis. By rotating the concentrator around the horizontal axis, the sun can be tracked for elevation.
  • a large concentration area eg 8000 m 2
  • the absorber can consist of a cast iron cast iron casting plate, wherein during the casting process a proportion of components which are suitable for high temperatures is added so that the casting plate remains stable at the temperature of 1100 ° C.
  • the holes are provided in close proximity to each other into which the sun rays fall, are reflected within the hole one to two times and converted into the heat.
  • the longitudinal ribs are provided which form a compact unit with the perforated cast plate so that heat converted by the sun rays is conducted to the ribs. Between the ribs, the air flows at a given flow rate and heats up to 900 ° C. The space above the cast plate is closed so that convective flow from the cast plate to the outside can not occur.
  • the entrance opening for the sun rays is covered with a glass pane which is suitable for the high temperatures.
  • the glass pane lies on a frame made of square tubes and is firmly attached to it.
  • the square tubes are made of heat-resistant steel.
  • the whole absorber is placed in a box whose outer walls are paved with insulating bricks made of refractory stone.
  • the sun tracking of the concentrator is in the sense of this invention a new solution to the problem and of inherently inventive significance. Namely, the sun tracking runs to "combined control".
  • “Combination control” means that the position of the sun to earth, can be “rough” (near) using a sun chart (in the form of a softwares) for a given location direction and altitude of the sun, for any date and any time determine. In addition, for the full hours, the sun positions can be determined for all days of the year. For each time by means of the software, the position of the sun is almost determined.
  • the precise solar tracking of the concentrator results from four measuring points which are positioned within the absorber and give the temperature difference from each other. The position of the concentrator results from the minimum temperature difference between the four points.
  • the bundle is controlled by the sun's rays toward the center of the absorber plate. As a result, the possible errors are avoided by the use of the photocell.
  • the connection of the absorber with a heat storage or with a consumer by means of the pipes is of independent inventive importance. There are some places on the pipes, which are firmly connected with concentrator (turning points) which must be movable.
  • the air circulation supply line is laid in a larger diameter pipe and the space is filled with micronised ash.
  • the micronized ash serves as insulation for the air line.
  • a connection is provided on which a flexible hose, suitable for high temperatures, is connected by means of the pipe clamps.
  • the heat-resistant tube serves as a connecting piece between two solid steel tube segments in the inflection point. A turning point is in the sun tracking azimuth and the other turning point is in the tracking after elevation available.
  • FIGURES is shown the schematic diagram of a mirror designed as a circular truncated cone; on the inside of the truncated cone may be glued a mirrored film, so that the whole truncated cone is formed as a mirror;
  • Fig. 1A is a schematic diagram of a segment shown as a development of the truncated cone shell as a circular ring cutout whose radius R1 and R2 come from a front view and H from a side view;
  • Fig. 1B is a schematic diagram to illustrate the composition of individual
  • FIG. 1 schematic representation of a mirrored truncated cone in plan view, composed of a plurality of circular ring segments;
  • Fig. 2 in a modification of Figure 1 is a concentrator consisting of several
  • Truncated cones concentric with each other and arranged one inside the other;
  • FIG. 6 shows a representation according to FIG. 5 with focused sunrays falling onto the absorber
  • Figure 7 is a schematic representation of the inner and outer concentrator ring with webs.
  • 8 is a vertical sectional view of the inner and the outer concentrator ring and the radially arranged the reflectors bearing webs;
  • Fig. 9 is a schematic representation of a web with slot-like recesses which are arranged at different angles of inclination;
  • FIG. 10 shows a front view of a concentrator (without reflectors) with absorber according to a "second embodiment" (truss segments are provided instead of the outer ring),
  • Fig. 10A shows schematically the assembly of the circular segments of the reflectors in a concentrator according to the "second embodiment”;
  • Fig. 1 1 representation of fluid lines on the concentrator and their connection to the absorber by means of flexible connecting lines;
  • Fig. 12 is a schematic representation of the support frame assembly of a
  • Fig. 13A track for the rotary carousel for large concentrators
  • Fig. 14 Front view for concentrator, rotary carousel, the absorber and for
  • FIG. 14A horizontal view for concentrator, rotary carousel, the absorber and for pipes according to the "second embodiment" (according to line XIVA-XIVA of Fig. 14);
  • Fig. 14B Vertical view of the concentrator, rotary carousel, absorber and for air pipes according to the "second embodiment" (according to line XIVB-XIVB of Fig. 14);
  • Fig. 15 The position of the concentrator in the morning;
  • Fig. 15A shows the position of the concentrator at noon;
  • Fig. 15B shows the position of the concentrator on the afternoon;
  • Fig. 15C shows a truss structure for mass balancing the
  • Mass balance is related to the torque around the shaft; Fig. 15D Positioning of the balancing mass on the concentrator in vertical section view;
  • Fig. 15E concentrator with balancing mass in horizontal section view
  • Fig. 15F drive for sun tracking after elevation
  • Fig. 16B top view of absorber
  • Fig. 16C absorber element
  • FIG. 16E depicts the concentrated solar rays in relation to the longitudinal section through the absorber
  • Fig. 16 representation of the concentrated solar rays with respect to the cross section through the absorber
  • FIG. 17A-H Another alternative embodiment with fixed absorber.
  • the inside of the lateral surface of a reflector 1 is frustoconical and in some way so reflective, in particular mirrored, that the incident solar rays 2 are reflected by the conical lateral surface in such a way that the reflected radiation 3 is focused in a focal zone 4.
  • the inclination angle of the lateral surface to arbitrarily large so that the solar rays 2 are always focused in the focal zone 4.
  • the basic requirement is that the sun's rays 2 run parallel to each other and fall perpendicular to the projection surface 5 of the conical lateral surface of the truncated cone.
  • a segment 6 is shown as a development of the truncated cone shell as a circular ring cutout.
  • the radius R1 and R2 come from front view.
  • the height H of the truncated cone comes from side view of the truncated cone.
  • Fig. 1B the manner of assembly in a region 7 of the individual segments 6 is shown.
  • the circle segments 6 are arranged side by side and e.g. connected by means of a thin sheet metal tab as connecting element 8, e.g. by means of screw connection.
  • Fig. 1C the top view of, from individual segments 6, composite cone, shown.
  • FIG. 2 an embodiment is shown in which a plurality of reflective surfaces 1 of reflectors 1, which are reflective on their inner side, are arranged concentrically with respect to one another and into one another such that the reflected radiation 3 always falls into a small circle, ie the focal zone 4.
  • the conical surfaces are offset in height so that the reflected rays 3 can not or not significantly shadow.
  • the position of the focal zone 4 can be chosen arbitrarily within certain limits and obvious to a person skilled in the art and determined by the angle of inclination 9 of the conical lateral surfaces of each truncated cone 1.
  • a multiplicity of conical, and in particular mirrored, lateral surfaces arranged in this way produce the "concentrator" 100 which is used below as a basic concept for concentrating the solar energy.
  • the effective area of the concentrator 100 does not equal to that of FIG 2).
  • the inclination angle 9 (FIG. 2) of each reflector ring (FIG. 1C) becomes ever larger toward the center.
  • the concentrator remains unused.
  • sunlight can fall directly to the focal zone 4.
  • the required total lateral surface of the conical truncated cones is larger than the projection surface.
  • This type of concentration of solar energy requires at least two-axis solar tracking of the concentrator. In such sun tracking of the concentrator 100 is usually high temperatures in the focal zone.
  • FIG. 2A shows the plan view of the concentrator according to FIG. 2.
  • the projection surface 12 of a total of 100 designated concentrator is in the example 84.59 m 2 .
  • the entire reflecting surface 13 is 236.8 m 2 .
  • the projection of the reflective surface 14 is 71.56 m 2 and the ratio 15 of the reflective surface to the effective area 15 is 3.31. This ratio is important in assessing the economics of the plant. It can be seen that the economy of the Investment can significantly influence by priced mirror surface.
  • the degree of utilization 16 of the projection surface represents the ratio of projection of the reflecting surface to the projection surface of the concentrator. According to FIG. 3, it can be seen that the degree of utilization is around 85%, which is considered to be very favorable. As a result, it is known that 85% of the circular or circular area of a concentrator can be considered as useful area.
  • the "first embodiment” is understood to mean the type of movement of the concentrator during sun tracking.
  • the concentrator is seated on a framework truss 17 which is located at a e.g. vertical shaft 18 is supported and set by the drive 20 to azimuth in rotational movement.
  • the concentrator 100 forming a e.g. horizontal pivot axis Kragwellen 19 provided in bearings 21, which can sit on a support plate 22, stored and can be set by means of a drive 23 in rotational movement to elevation.
  • FIG. 5 shows a vertical sectional view of the concentrator 100.
  • an absorber 24 for absorbing focused light is positioned and fixed by means of holders 25 on an outer ring 26.
  • the outer ring 26, an inner ring 27 and these connecting radially arranged webs 28 are shown.
  • the webs 28 have the task of carrying the reflective surfaces of the concentrator 100.
  • the webs are connected, for example, by means of the screw connection with the outer 26 and with the inner ring 27.
  • the on the outer ring 26 for example ange- Welded and possibly perforated plates 29 are used to attach carriers 25 which position an absorber 24 in the focal zone 4 on the side of the concentrator 100 remote from the sun.
  • the section AA of the concentrator ( Figure 7) is shown, in Fig. 8 but also the reflectors are shown.
  • the support web 28 is shown for the reflectors 1.
  • the webs 28 and the construction of the support webs 28 are usable not only for the purposes of this invention, but of independent inventive importance.
  • On the support bar 28, in particular slit-like, recesses 28a may be provided, in which the reflectors 1 can be retracted and secured.
  • Each slot opening has a different angle of inclination.
  • the inclination angles of the slot openings 28a correspond to the inclination of the respective frusto-conical reflectors.
  • the slot openings 28a can serve for the directed holding of the reflectors 1. Nevertheless, it is possible, in a particularly simple and stable manner, to use as reflectors also very thin-walled materials.
  • Each web 28 may be fixedly connected to the reflector 1 or be. At the two ends of the web 28 openings 28 b may be provided, which serve for connecting the web 28 with the outer ring 26 and / or with the inner ring 27.
  • the "second embodiment" for the concentrator 100 (but without reflectors) is shown in Fig. 10.
  • the truss segments 30, made, for example, of square tubes are provided.
  • the truss segments 30 can be connected to each other by means of the flange connections.
  • a lug, which serves to connect to a web 28, is welded centrally as a connecting element 30.
  • the lattice segments 32 on which support shafts 19 are provided can be made more solid and stronger than the others because they must support the entire concentrator 100 ,
  • Fig. 10 A is shown how the individual circular segments forming the reflectors 6 in a circle around, for example by means of tabs 33 and by means of the screw ben can be firmly connected and thereby form the inside reflecting truncated cone.
  • FIG. 11 shows the concentrator 100 and absorber 24 as well as fluid lines to dissipate the heat occurring at the absorber 24.
  • the fluid is preferably air.
  • the fluid is supplied to the concentrator via a stationary inlet conduit 34.
  • Sun tracking to azimuth requires a flexible pipe joint 35 between the inlet conduit 34 and a fixed conduit 36.
  • the pipes 34 and 36 are connected to each other by means of a flexible hose connection 35.
  • the connecting tube is suitable for high temperatures (e.g., up to 1150 ° C) and is referred to as a high temperature hose.
  • a further flexible hose connection 37 is provided for elevation because of the sun tracking.
  • the fluid passes through the absorber 24, where it is heated and passed through a fixed, approximately horizontal, pipe 39, to a flexible hose connection 40 in the region of the horizontal pivot joint of the shaft 19 of the concentrator 100. From there, a fixed pipe 41 leads back down to a flexible hose connection 42 to a fixed pipe 43 through which the heat transfer fluid again leaves the concentrator.
  • an embodiment of the concentrator is shown suitable for large dimensions.
  • the webs or support webs 28 with or as a proper carrier, such as a lattice girder must be designed.
  • the support webs 28 with cuts as slot-like recesses 28a may be welded onto the lattice girder.
  • rings 44 and 45 are provided which are designed as a framework. In this way you can build the concentrators of considerable diameter.
  • the track may be made of concrete or rest on foundations, eg of concrete, the fluid supply and discharge conduits 43 Air can be buried in the ground In the center of the track 46 is a foundation 47 on which a vertical shaft 18 is positioned to allow the rotary motion of the carousel.
  • rails 48 with swivels 49 are provided as the raceway 46 for rotary carousels.
  • a foundation e.g. made of reinforced concrete, on which a vertical shaft 18 is erected for the rotational movement of the rotary carousel.
  • the raceway with rails is intended for large concentrators (more than 30 m in diameter) and represents a low-cost solution.
  • the concentrator 100 according to the "second embodiment" is in front view with the rotary carousel 51, as well as the track 46, air inlet line 34, air outlet line 43 and the fixed air lines 36, 38, and 39, 41, and the absorber 24 shown.
  • FIG. 14A shows in plan view - and FIG. 14B in side view - the rotary carousel 51, the track 46 and - in horizontal sectional view - the absorber 24 with the fluid lines, as well as the support webs 28 and the truss segments 30 in their mutual positioning.
  • FIG. 15 the side view and plan view rotary carousel 51 and a morning sectional view of the concentrator are shown.
  • the orientation of the concentrator is to the east.
  • Fig. 15A the positioning at noon is shown, the orientation of the concentrator is to the south.
  • Fig. 15.B is the Positioning in the afternoon, the concentrator's orientation is to the west.
  • a truss structure 52 which serves to balance the mass of the concentrator with respect to the torque about the horizontal pivot shaft.
  • Each truss structure 52 is attached to one of the truss segments 30 of the concentrator so that its weight with the oppositely acting absorber weight, an opposite rotational torque with respect to the concentrator 19, forms.
  • the two close to the pivot shaft and arranged on both sides of the concentrate truss structures 52 with their counterweights 52a, 52b reduce or eliminate, so - together with the concentrator weight - the torque that is caused by the absorber weight 24.
  • the truss 52 is a carrier used to carry a counterweight. As a counterweight concrete, steel or granules with possible high density can be provided.
  • Fig. 15D the positioning of the counterweight 52a on the concentrator is shown.
  • a supporting element 52d in the form of a roller and an arcuate support in the form of a rail 52d for supporting the absorber 24 during elevation tracking are shown.
  • the roller is fastened by means of a holder 52f. It rolls over the arcuate rail and serves to support the absorber 24.
  • the support of the absorber 24 makes a significant contribution to reducing internal stresses in the concentrator. Accordingly, the deformation of the concentrator and the focal zone 4 become smaller.
  • the construction principle of the rotating and optionally also variable-spacing roller 52c is shown in detail in FIG. 15D.
  • FIG. 15E the plan view of the concentrator with balance mass 52 is shown as a horizontal section view.
  • FIG. 16 shows a longitudinal section through the absorber 24 in order to clarify its functional principle.
  • the adsorber 24 is composed in each case of at least one adsorption element 53 in the form of an absorber plate, fluid supply tube 54, fluid removal tube 55, high-temperature window pane 56, insulation 57 of the fluid guide channels and the side walls 58 of an absorber chamber 59.
  • the concentrated sun rays pass through the transparent window pane 56 and fall onto the absorber plate 53. There they are converted into heat. By heat conduction through the absorber plate, the heat is given off to the air flowing past it (generally the heat transfer fluid). Air enters the fluid supply tube 54, passes ribs 53b on the sun-facing side of the absorber plate, is heated, and exits the absorber 24 through the fluid discharge tube 55.
  • the space above the absorber plate 53 should be sealed against convective flow to prevent heat loss What could cause the cooling of the absorber plate.
  • the high-temperature windowpane 56 serving this purpose which may preferably be made of glass, should be suitable for high temperatures (for example, up to 1100 ° C).
  • Fig. 16A a cross section taken along the line A-A through the absorber 24 of Fig. 16 is shown
  • the ribs 53 b are provided, which serve to transfer the heat from the absorber plate 53 to the fluid flowing between the ribs.
  • Fig. 16B there is shown a horizontal sectional view taken along line CC of Fig. 16, in which the upper surface of the absorber plate is clearly seen.
  • Fig. 16C a possible embodiment of the absorber plate is shown.
  • the cup-like elements 53a are provided on which the solar rays are incident, reflected one to two times and converted into heat.
  • the elements 53a are preferably formed together with the ribs 53b by a casting process.
  • the Absorbtionselement 53 may consist of refined gray cast iron by the addition of nickel. The addition of nickel is made to improve the high temperature casting property.
  • Fig. 16D another possible embodiment is shown, namely, instead of the cup 53a as shown in Fig. 16C, blind holes 60 are provided, which are cheaper to manufacture than the cups 53a.
  • the ribs 53b are provided, so that the heat from the ribs 53b to the flowing past e.g. Air is transmitted.
  • FIG. 16E shows the longitudinal cross section through the absorber 24, in which the focused sunrays are shown schematically, while the same is shown in FIG. 16F, but for the cross section of the absorber 24.
  • the solar energy receiving unit does not necessarily have to be guided with the mirror arrangement, ie the entire concentrator, ie it must follow the position of the sun. Rather, it is also possible for the concentrator 100 according to FIG. 17A to 17H to track the sun so that the absorber remains stationary, ie does not have to be moved. Thereby, the absorber can be directly coupled to a long-term and / or large heat storage without interposition of a heat transfer fluid or form part of it. For this purpose - as shown - the rotation and pivot point of the concentrator should be located sufficiently close to the focal zone.
  • the invention makes it possible to concentrate solar energy at high temperature in order to keep it ready in a long-term heat storage. Provided that such a heat storage is available, this energy can be kept ready for months and used for heating throughout the winter.
  • the concept of the concentrator shown has good stability properties because of the open, ie openwork reflection or mirror surfaces so that the wind flow can pass through the concentrator and thereby exerts a smaller force than flat mirrors.
  • the use of high-temperature heat usually gives a high efficiency in energy conversion and therefore less the area for using the solar energy is required.

Abstract

Ein dem Sonnenstand insgesamt nachführbarer Konzentrator zum Konzentrieren von Sonnenenergiestrahlung in einer Brennpunktzone (4) umfasst fest zueinander orientierte Reflektoren (1). Zur Reflexion der Sonnenstrahlen mittels der Reflektoren ist eine Mehrzahl von reflektierenden Mantelflächen (1a) in zumindest annähernd der Form von Kegelstümpfen oder Segmenten von Kegelstümpfen unterschiedlicher Neigungen zumindest zu einem Teil ineinander und konzentrisch zueinander so angeordnet, dass die Sonnenstrahlen nach der Reflexion auf eine wesentlich kleinere Fläche, nämlich auf die Brennpunktzone (4), fokussiert sind.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Konzentrieren von Sonnenenergiestrahlung sowie zum Umwandein in Wärme
GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein neues technisches Konzept zum, , Konzentrieren der Sonnenenergie, insbesondere auf hohem Temperaturniveau., Die konzentrierte Son- nenenergie kann z.B. in einem Langzeitwärmespeicher auf hohem Temperaturniveau als Heizungsenergie für die Wintermonate bereit gehalten oder sie kann zur stetigen Stromerzeugung während des ganzen Jahres genutzt werden.
Durch die Konzentration der Sonnenenergie kann die Energie einer Wärmespei- chermasse erhöht und der energetische Wirkungsgrad der Anlage bei ihrer Nutzung wesentlich angehoben werden. Heutzutage werden weltweit diverse Forschungen und Entwicklungen betrieben zum Ziele die Sonnenenergie über längere Perioden zu speichern, jedoch mit wenig Erfolg.
BESTÄTIGUNGSKOPIE TECHNOLOGISCHER HINTERGRUND
Die Probleme in der Energieversorgung der Welt werden immer größer, insbesondere durch die Vorfälle die immer häufiger bei bestehenden Kernkraftwerken auftre- ten. Man ist daher gezwungen in relativ kurzer Zeit das ganze Konzept der Energieversorgung auf emeuerbare Energien in einer praktikablen Weise umzustellen. Heutige Solarkraftwerke erfüllen die an sie gestellten Anforderungen nur unzureichend. Es sind wenige Orte auf der Erde wo die Sonne 365 Tage x 8 Stunden am Tag scheint. Nach heutigem Stand der Technik lässt sich die Sonnenenergie selbst an sonnenreichen Tagen nicht 24 Stunden am Tag nutzen um z.B. Strom aus Sonnenenergie zu erzeugen, ohne Energie aus einer zusätzlichen Energiequelle heranziehen zu müssen. In der neueren Zeit werden bei den solarthermischen Kraftwerken thermische Speicher eingesetzt, so dass, diese Kraftwerke auch bei Bewölkung oder nach Sonnenuntergang betrieben werden können. Um die sonnenlosen Zeiten mit Energie zu überbrücken werden zurzeit verschiedene Wärmespeichersysteme entwickelt.
Die Konzentration des Sonnenlichtes und die Speicherung dieser Energie müssten aneinander angepasst werden, um kompakte Einheit zu erhalten
Solarthermische Kraftwerke mit Sonnenlichtkonzentration
Diese Kraftwerke verwenden konzentrierende Kollektoren, um das einfallende Sonnenlicht zu konzentrieren. Sogenannte Solarfarm-Kraftwerke nutzen Linienkonzentratoren, die die Sonnenstrahlung auf eine Brennlinie konzentrieren, während in Solar-Turmkraftwerken und Paraboloidkraftwerken die Strahlung der Sonne mit Punktkonzentratoren auf eine Brennpunktzone gebündelt wird. Die erreichbaren Nutztemperaturen dieser Arten der Energiegewinnung sind unterschiedlich. Solarfarmkraftwerke
Unter Solarfarmkraftwerke versteht man solche mit Parabolrinnenkollektoren die aus gewölbten oder vielfach unterteilten Spiegeln bestehen, die das Sonnenlicht auf ein in der Brennlinie der Parabolrinne verlaufendes Absorberrohr bündeln. Die Länge solcher Kollektoren liegt je nach Bautyp zwischen 20 und 150 Metern. In den Absorberrohren wird die konzentrierte Sonnenstrahlung in Wärme umgesetzt und an ein zirkulierendes Wärmeträgermedium abgegeben. Die Parabolrinnen werden aus Kostengründen meist einachsig der Sonne nachgeführt, wobei die Brennlinie mit der Drehachse zusammenfällt.. Sie sind deshalb in Nord-Süd-Richtung angeordnet und werden der Sonne im Tagesverlauf von Ost nach West nachgeführt. Das Kollektorfeld eines Solarfarmkraftwerkes besteht aus vielen parallel geschalteten Parabolrinnenkollektoren. Über dem Absorberrohr, also sonnenseitig, kann ein Sekundärspiegel vorgesehen sein, um Abstrahleffekte des Absorberrohrs zu ver- ringem.
Parabolrinnenkollektoren arbeiten bis ca. 400°C Prozeßtemperatur die lediglich zur direkten Dampferzeugung ausreicht. Dieser Temperaturbereich (400°C) reicht nicht aus um die Wärmeenergie wirtschaftlich langfristig speichern zu können. Konzent- rationsverhältnis bei Parbolrinnen liegt unter 100. Das niedrige Konzentrationsverhältnis verursacht dementsprechend niedrige Temperatur des Wärmeübertragungsmediums.
Als Wärmeträgermedium kommt entweder Thermoöl oder überhitzter Wasserdampf zum Einsatz. Bei Thermoölanlagen sind Temperaturen von bis 390°C erreichbar, die in einem Wärmetauscher zur Dampferzeugung genutzt werden. Die Direktdampferzeugung (DISS=Direct Solar Steam) kommt ohne solche Wärmetauscher aus, da der überhitzte Dampf direkt in den Absorberrohren erzeugt wird. Damit sind Temperaturen von über 500°C möglich. Solarfarmkraftwerke werden seit 1984 kommerziell betrieben. Die 9 SEGS-Kraftwerke (SEGS=Solar Electricity Generation System) in Südkalifornien produzieren insgesamt 354 MW Leistung. Ein weiteres Kraftwerk mit einer Leistung von 64 MW wird in Nevada errichtet.. Der Wirkungs- grad dieses Kraftwerkstypes wird mit 14 Prozent angegeben .In Andalusien wird zurzeit mit Andasol 1 das größte Solarkraftwerk Europas gebaut.
Fresnel-Spiegel-Kolektoren
Neben Parabolrinnenkolektoren (PRK-Modulen) kommen auch Fresnel-Spiegel- Kolektoren (FSK-Module) zum Einsatz. Sie haben über Absorberrohr einen Sekundärspiegel und eine Vielzahl von eindimensional nachgeführten Spiegeln. Auch Fresnel-Spiegel-Kolektoren weisen ein niedriges Konzentrationsverhältnis auf und sie nutzen ein flüssiges Wärmeübertragungsmedium. Solarkraftwerke nach diesem Konzept arbeiten im mäßigen Temperaturbereich, sind geeignet zur direkten Wasserdampferzeugung und weniger geeignet zur langzeitigen Wärmespeicherung.
Solarturmkraftwerke
In Solarturmkraftwerken wird die Sonnenstrahlung mit Hilfe hunderter bis tausender automatisch positionierter Spiegel (Heliostaten) auf einen zentralen Absorber konzentriert. Der Absorber ist auf einen Turm angebracht und wandelt die Strahlungsenergie in Wärme. Solarturmkraftwerke fokussieren also auf einen Brennpunkt. Die Temperaturen erreichen daher deutlich höhere Werte als bei Solarfarmkraftwerken. Auf diese Weise kann Prozesswärme nahezu beliebiger Temperatur generiert und zur Beschleunigung chemischer Prozesse genutzt werden. In der Regel wird die im Absorber entstehende Wärme jedoch über ein Dampf- oder Gasturbinenkraftwerk zur Stromerzeugung genutzt. Die maximal möglichen Temperaturen liegen bei ca.1300°C. Wärmeträgermedium ist entweder flüssiges Nitratsalz, Wasserdampf oder Luft.
Die größten derzeit existierenden Anlagen sind„Solar Two" (10 MW, Arbeitstemperatur: 290-570°C) in Kalifornien und Forschungsanlagen in Almeria (Spanien). In Deutschland wurde in Jülch im Juli 2006 mit dem Bau eines Soolarturmkraftwerks begonnen, das 1.5 MW Leistung bringen soll. Solarturmkraftwerke erfüllen wesentlich besser die Voraussetzungen zur Lichtkonzentration bei hohen Temperaturen, damit besteht wesentlich bessere Möglichkeit zur Speicherung der Wärmeenergie bei hohen Temperaturen. Diese Kraftwerke haben ein hohes Konzentrationsverhältnis. Um großes Konzentrationsverhältnis zu erzielen braucht man viele Reflektoren (Planspiegel). Das Nachführen der vielen Spiegel nach dem Sonnenstand ist allerdings äußerst aufwändig.
Paraboloidkraftwerke Paraboloidspiegel sind zweiachsig drehbar auf einem Gestell montiert und reflektieren das Sonnenlicht auf einen im Brennpunkt angebrachten Wärmeempfänger. Diese Bauform ist sehr kompakt und erlaubt es, beliebig viele dieser Module zu einem großen Solarkraftwerk zusammenzuschalten. Die Spiegel werden mit Durchmesser von 3 bis 25 Metern ausgeführt, womit Leistungen von bis zu 50 KW pro Modul erreichbar sind. Die Module eignen sich auch zur dezentralen Energieversorgung in abgelegenen Regionen. Bei Dish-Stirling-Anlagen ist dem Empfänger ein Stirlingmotor nachgeschaltet, der die thermische Energie direkt in mechanische Arbeit umgesetzt. Auf Grund des hohen Wirkungsgrades von mehr als 30 Prozent sind diese Anlagen schon weit entwickelt.
Bei den selten eingesetzten Dish-Farm-Anlagen befindet sich im Brennpunkt ein Absorber, in dem ein Wärmeträgermedium erhitzt und zur Dampferzeugung genutzt wird. Zu diesem Zweck müssen mehrere Paraboloidspiegel zusammengeschaltet werden.
Paraboloidkraftwerke sind besser geeignet zur Erzeugung der Hochtemperaturwärme die in einem Wärmespeicher mit einer größeren Speicherkapazität bereit gehalten werden kann. Es ist nachteilig, dass der Absorber im Fokus des Parabolspiegels positioniert werden muss, so dass ein Teil der Fläche des Parabolspiegels durch die Verschattung verloren geht. Gemäß diesem Konzept kann man kleinere Einheiten konzipieren was im Vergleich zu Turmkraftwerken als Vorteil angesehen werden kann. Die Parabolspiegel werden dreiachsig der Sonne nachgeführt wo- durch das große Konzentrationsverhältnis erzielt werden kann und dadurch können hohe Temperaturen erreicht werden.
Damit bei der Nutzung der Sonnenenergie die Stetigkeit und damit auch die erfor- derliche Zuverlässigkeit bei der Energieversorgung gewährleistet ist, ist die Speicherung der Sonnenwärme unvermeidlich. Um eine große Speicherkapazität erreichen zu können muss die Konzentrationstemperatur der Sonnenstrahlen hoch sein (Größenordnung ab 800°C). In diesem Sinne ist es erforderlich, einen Konzentrator für Sonnenstrahlung anzugeben, der u. A. der Langzeitwärmespeicherung ange- passt ist. Für eine eher dezentrale Nutzung der Sonnenenergie ist die Kompaktheit der Anlage von besonderer Bedeutung. Bei einer eher zentralen Nutzung der Sonnenenergie sind Fragen der Beherrschbarkeit des Nachführens sehr großer Konzentratoren nach dem Sonnenstand besonders bedeutsam. Wünschenswert ist es, Wünschenswert ist ferner, ein System zur Nutzung der Sonnenenergie zu schaffen, mit dem man die Sonnenenergie bis zu einer maximalen Temperatur mittels eines Konzentrators konzentriert, anschließend die Wärme in einem Absorber an die Wärmeübertragungsmedium überträgt und mittels des Wärmeübertragungsmediums die Wärmeenergie an eine Wärmespeichermasse abgibt, die sich in einem Wärmespeicher befindet und dabei die Wärmespeichermasse bis zu einer maximalen Temperatur von ca. 1000°C erwärmt. Der Wärmespeicher sollte so isoliert sein dass, die Wärmeenergie über den langen Zeitraum (einige Monate bis zum halben Jahr) mit niedrigen Wärmeverlusten bereit gehalten werden kann.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der Erfindung ist ein dem Sonnenstand insgesamt nachführbarer Konzentrator zum Konzentrieren von Sonnenenergie in einer Brennpunktzone mittels fest zueinander orientierten Reflektoren vorgesehen. Zur Reflexion der Sonnenstrahlen mittels der Reflektoren dient eine Mehrzahl von reflektierenden Mantel- flächen in Kegelstumpfform oder in der Form von Segmenten von Kegelstümpfen mit unterschiedlichen Neigungen. Die Reflektoren mit ihren reflektierenden Mantelflächen sind zumindest zu einem Teil ineinander und konzentrisch zueinander so angeordnet, dass die Sonnenstrahlen nach der Reflexion auf eine wesentlich kleinere Fläche, nämlich auf die Brennpunktzone fokussiert sind. Die reflektierenden Mantelflächen stellen bevorzugt Mantelflächen von Kegelstümpfen dar. Die Erfindung basiert auf dem Grundgedanken, die Spiegelanordnung des Konzentrators aus bogenförmig und etwa parallel zueinander, also mehr oder minder zu konzentrischen Kreisen, angeordneten, im wesentlichen total reflektierenden Streifenelementen so zusammen zu setzen, dass das total reflektierte Sonnenlicht in einem Brennfleck auf einer Sonnenenergie-Empfangseinheit fokussiert werden. Die total reflektierenden Ring- oder Teilring-Flächen sind bevorzugt verschachtelt zueinander angeordnet, wodurch sich u. A. eine geringe Bautiefe des Konzentrators ergibt Zwischen parallel benachbarten total reflektierenden Ringoder Teilring-Flächen kann, je nach deren radialen Abständen voneinander und deren Neigungswinkeln relativ zueinander sowie relativ zur Kreisflächennormalen, das gesamte einfallende und total reflektierte Sonnenlicht auf einen relativ kleinen Brennfleck (Brennpunktzone) fokussiert werden. Wenn dies auf der Sonnenabge- wandten Seite des Konzentrators geschieht, wird eine äußerst kompakte Bauform und ein besonders hoher Nutzungsgrad erreicht; jegliche Abschattung der Sonnenstrahlung durch eine Sonnenenergie-Empfangseinheit, wie durch einen Absorber, entfällt bei einer solchen Anordnung. Grundsätzlich können die Neigungen der konzentrischen Bögen von Reflektoren in Bezug auf die Kreisflächennormale alle gleich groß sein. Um jedoch eine möglichst kleine Brennpunktzone zu erzielen, werden diese Winkel nach radial Innen hin zunehmend kleiner. Die Sonnenenergie-Empfangseinheit kann mit der Spiegelanordnung, d.h. dem ganzen Konzentrator mit geführt werden, d.h. dem Sonnenstand folgen; sie kann auch ortsfest angeordnet sein, wenn - wie beispielhaft nach Fig. 17A-H gezeigt - der Dreh- und Schwenkpunkt des Konzentrators hinreichend nahe der Brennpunktzone gelegen ist.
Der zentrale Bereich des Konzentrators kann frei von Reflektoren bleiben und z.B. ganz oder teilweise zum Direkt-Lichteinfall auf die Sonnenenergie-Empfangseinheit genutzt werden. Ersatzweise oder ergänzend kann mindestens ein weiterer Konzentrator ähnlicher oder auch anderer Bauart im zentralen Bereich des (ersten) Konzentrators vorgesehen sein, um in diesem Bereich einfallendes Sonnenlicht ebenfalls auf die Sonnenenergie-Empfangseinheit zu fokussieren.
Grundsätzlich können die Reflektoren in eine Ebene, insbesondere in einer Kreisringebene, angeordnet sein. Wenn die radial inneren Reflektorbögen näher in Richtung der Sonne angeordnei sind als die radial äußeren, dann werden, u. A., bei gleich radialen Breiten der Reflektoren geringere Abschattungen erreicht.
Durch die Erfindung wird u. A. erreicht, dass
• der Konzentrator als ganzer mit geringem Aufwand dem Sonnenstand zweiachsig nachgeführbar ist,
• ein großes Konzentrationsverhältnis von z. B. 400 bis 1000 mit vergleichs- weise geringem Aufwand erreichbar ist,
• der Konzentrator auch bei großer Fläche vergleichsweise wenig empfindlich gegenüber Windkräften ist,
• die reflektierende Fläche des Konzentrators günstig zu reinigen ist,
• die Fläche des Konzentrators fast beliebig groß zu gestaltbar ist,
· das Gewicht des Konzentrators relativ klein gehalten werden kann,
• die Abschattung des Konzentrators durch den Absorber vollständig vermieden werden kann,
• als Wärmeübertragungsmedium vom Absorber zu einem Wärmespeicher, z.
B. mittels Luft, nur kurze Transportwege erforderlich sind,
· die Gesamt-Konstruktion einfach und mit vergleichsweise geringen Anferti- gungskosten möglich ist,
• die Anlage auch als dezentral einsetztbare Kompakteinheit realsierbar ist.
Es ist nun möglich, die Erfindung auf verschiedene Weise auszuführen, wie es sich u. A. aus den Unteransprüchen ergibt. Der Konzentrator kann zwei konzentrische Tragringe (anstatt Ringen können Vielecke, bestehend aus Segmenten, die z.B. aus vierkantrohren oder runden Rohren angefertigt sind, vorgesehen werden) auf- weisen, die einen Außenring und einen Innenring bilden. Die Tragringe können mittels radial angeordneter Stege miteinander verbunden werden. Die Stege können mit den Tragringen mittels der Schraubenverbindung verbunden sein. Sie tragen die Reflektoren, die aus Flachmaterial bestehen können und bevorzugt verspiegelte Flächen aufweisen, die in Form eines Kreiskegelstumpfes geformt oder zusammengesetzt sind. Die verspiegelten Flächen können auf einem bestimmten Abstand voneinander und konzentrisch zueinander zwischen den beiden Ringen des Konzentrators angeordnet werden. Die bespiegelten Flächen können in den schlitzförmigen Ausschnitten, die in den Stegen vorgesehen sind, eingesteckt und befestigt werden. Jede Schlitzöffnung in den Stegen ist unter einem anderen Winkel so angeordnet, dass sie der Neigung der Mantellinie des abgestumpften Kegels entspricht. Die Neigung der Mantellinie der bespiegelten Flächen ist so bestimmt, das die Sonnenstrahlen nach der Refle- xion von der bespiegelten Fläche auf der Oberfläche des Absorbers fokussiert werden. Wenn die Sonnenstrahlen auf die Absorberoberfläche fallen, werden sie dabei in die Wärme umgewandelt. Absorberplatte kann aus Gussvorgang so bestehen, dass sich von einer Seite (Seite der Sonnenstrahlen) die becherförmigen Hohlräumen und von anderer Seite die Rippen befinden. Die Sonnenstrahlen werden in den Hohlräumen eingefangen, dort werden sie in die Wärme umgewandelt und können nicht (teilweise) nach außen hin reflektiert werden. Durch die Wärmeleitung werden die Rippen erhitzt, und die Sonnenwärme wird anschließend von den Rippen an die vorbei strömende Luft übergeben. Die Eintrittsöffnung für die Sonnenstrahlen in den Absorber, ist mit einer hitzebeständigen Glasscheibe (aus Quarz- glas) abgedeckt. Damit wird die konvektive Strömung der Luft von der Absorberplatte nach außen hin verhindert. Durch die Abdeckung der Eintrittsöffnung der Sonnenstrahlen in den Absorber wird der Raum zwischen der Absorberoberfläche und der warmfesten Glasscheibe abgeschlossen sein. Selbstverständlich, wird ein relativ kleiner Teil der durch die Glasscheibe durchgehenden Sonnenstrahlen (wegen der Verschmutzung der Glasscheibe) in die Wärme umgewandelt. Dabei muss geachtet werden, dass die Glasscheibe ausreichend weit von der Absorberoberfläche positioniert werden muss damit die in die Wärme umgewandelten Sonnenstrahlen niedrigere Temperatur bekommen, als die maximale zulässige Temperatur der Glasscheibe (800°C) ist. Der Konzentrator wird der Sonne nach Azimut und nach Elevation nachgeführt. Die Sonnenstrahlen fallen senkrecht auf die Projektionsfläche des Konzentrators.
Der Brennpunkt des Konzentrators wird vorgegeben und wird gemessen als Abstand zwischen der Unterkante des Außenringes des Konzentrators zum Brennpunkt. In Abhängigkeit von der Entfernung des Brennpunktes, wird dem entspre- chend die Neigung der bespiegelten Mantelflächen der abgestumpften Kegel bestimmt. Jede bespiegelte Mantelfläche des abgestumpften Kegels hat einen anderen Neigungswinkel.
Wenn Luft als Wärmeübertragungsmedium gewählt wird, ist der Absorber mit je- weils einem Eintritts- und Austrittsöffnung für den Luftstrom vorgesehen. Die Rohrleitung für den Luftstrom ist aus hitzebeständigem Stahl vorgesehen und für die Wendepunkte der Rohrleitungen sind am Konzentrator flexible Hochtemperturschlauchrohre berücksichtig. Im Innenring des Konzentrators ist ein Antriebsmotor vorgesehen der einen Arm mit den Wasserdüsen in bestimmten Zeitabständen in drehende Bewegung bringt um die Spiegelfläche zu reinigen.
Es ist zu erwarten, dass die Temperatur der berippten Fläche des Absorbers ca. 1000°C erreichen kann und dementsprechend wird der Luftstrom nach dem Absorber auf die Temperatur von 900°C erwärmt.
Die bespiegelten Flächen können auf diverse Weisen angefertigt werden. Der Spiegel kann aus poliertem Aluminiumblech, aus verspiegelter Folie oder zum Beispiel aus metallkaschiertem Karton hergestellt werden. Als Spiegelfläche kann auch poliertes Edelstahlblech verwendet werden. Bei großen Anlagen ist zweck- mäßig poliertes Alu-Blech zu verwenden oder schwarzes Blech mit der aufgeklebten Spiegelfolie. Alu-Blech hat den Vorteil, weil die gesamte Konstruktion leichter wird und somit können die Kosten wesentlich reduziert werden. Das ganze Spektrum, zur Gestaltung der bespiegelten Flächen an einem Konzentrator ist außerordentlich vielfältig. Man kann unter anderem auch die flachen Spiegel verwenden, in der Weise, dass sie aus Segmenten angefertigt und kreisförmig nebeneinander angeordnet werden. Dabei muss man achten, dass die Breite eines jeden Segmentes kleiner oder gleich dem Durchmesser des Brenn- punktes ist Als außerordentlich preiswerte Ausführung kann die Verwendung einer einfachen Alu-Folie sein die zwischen zwei dünnen Glasscheiben eingelegt wird und mittels der Schrauben die beiden Glasscheiben aneinander gepresst werden. Dadurch wird verhindert, dass die Außenluft mit der verspiegelten Alu-Fläche in Berührung kommt um Oxidation der Alufolie zu verhindern.
Die Ausführung der Grundkonstruktion des Konzentrators kann auf verschiedene Weisen erfolgen:
Bei einer ersten Ausführungsform ist die, dass der Konzentrator sich um eine senk- rechte Achse dreht die mittig zum Drehkreis steht. An den Außenring des Konzentrators sind gegenseitig zwei Wellen mit Kugellagern vorgesehen die den Konzentrator tragen und in Drehbewegung nach Elevation bringen. Die Kugellager sind in den Gehäusen eingebaut und die Gehäusen sind mit zwei horizontalen Stahlplatten fest verbunden. Die Stahlplatten sitzen auf einem bogenförmigen Trä- ger der mittig mittels eine Welle in Drehbewegung gesetzt wird.
Zur Mitte hin des bogenförmigen Trägers ist eine senkrechte Achse mit zwei Kugellager positioniert und bringt den bogenförmigen Träger in drehende Bewegung. Am Konzentratorring sind die Halterungen für den Absorber vorgesehen die den Absor- ber in richtige Position zum Brennpunkt halten. Es sind insgesamt zwei Antriebssysteme vorgesehen und zwar nach Azimut und nach Elevation. Die Nachführung zum Azimut erfolgt über das Antriebssystem das den Konzentrator um die senk- rechte Achse dreht und Nachführung nach der Elevation erfolgt über das Antriebsystem das den Konzentrator um die horizontale Achse dreht.
Die Temperatur im Absorber hängt vom Konzentrationsverhältnis (das Verhältnis der Konzentratorfläche zur Fläche des Brennpunktes, beim erfindungsgemäßen Konzentrator ist das Konzenrationsverhältnis von 400 bis 1000 und nach Bedarf noch mehr) ab. Der Absorber wird mittels des Luftstromes gekühlt. Der Luftstrom wird mittels eines Radialgebläses das für hohe Lufttemperatur geeignet ist, gefördert. Der Luftstrom fließt zwischen den Rippen die sich an der Unterseite der Absorberplatte befinden und gemeinsam mit der Absorberplatte durch den Gießvorgang als komplette Einheit ausgegossen sind. Die von der Sonne erzeugte Wärme wird mittels der Rippen an die vorbei strömende Luft übertragen. Die Wärme vom Luftstrom wird anschließend z.B an eine Wärmespeichermasse abgegeben.
Bei einer anderen Ausführung ist der Konzentrator auf einem drehenden Karussell angeordnet, das sich auf einer kreisförmigen Bahn mittels der Rollen dreht und den Konzentrator nach Azimut nachführt. Der Karussell besteht aus zwei tragenden Säulen, die z.B. aus Vierkantrohren angefertigt sind. Der Konzentrator wird auf die tragenden Säulen mittels der Kugellagern und deren Gehäusen aufgelagert und kann um die horizontale Achse gedreht werden. Durch die Drehung des Konzentrators um die horizontale Achse kann der Sonne nach Elevation nachgeführt werden. Nach diesem Konzept wird es möglich sein die großen Konzentratoren mit großer Konzentrationsfläche (z.B. 8000 m2) bauen zu können. Für große Einheiten wird es möglich sein anstatt Kreisban aus Beton, zur Drehung des Karussells, die Eisenbahnschienen vorzusehen. In der Kreismitte vom Karussell befindet sich eine massive vertikale Welle die mit zwei Kugellager versehen ist so dass die eventuell vom Wind auftretenden Kräfte mittels dieser Welle aufgefangen werden können. Für die Welle ist ein Fundament aus armiertem Beton vorgesehen. Das neue technische Konzept des Absorbers ist von eigenständig erfinderischer Bedeutung. Der Absorber kann aus einer aus Grauguss gegossen Gussplatte bestehen, wobei beim Gussvorgang ein Anteil von Komponenten die die Eignung für hohe Temperaturen besitzen, zugegeben ist so, dass die Gussplatte bei der Tem- peratur von 1100°C beständig bleibt.
Von einer Seite der Gussplatte sind in dichter Anordnung neben einander die Bohrlöcher vorgesehen in die die Sonnenstrahlen hineinfallen, werden innerhalb des Loches ein bis zwei mal reflektiert und in die Wärme umgewandelt. Von anderer Seite der Gussplatte sind die Längsrippen vorgesehen die mit der gelochter Gussplatte eine kompakte Einheit bilden so dass von der Sonnenstrahlen umgewandelte Wärme zu den Rippen geleitet wird. Zwischen den Rippen strömt die Luft mit einer vorgegebenen Strömungsgeschwindigkeit und erwärmt sich bis 900°C. Der Raum oberhalb der Gussplatte ist abgeschlossen so, dass keine konvektive Strömung von der Gussplatte nach außen hin entstehen kann. Die Eintrittsöffnung für die Sonnenstrahlen ist mit einer Glasscheibe die für die hohen Temperaturen geeignet ist, abgedeckt. Die Glasscheibe liegt auf einem Rahmen der aus vierkant- rohren angefertigt ist, und ist mit ihm fest verbunden. Die Vierkantrohre sind aus hitzebeständigem Stahl vorgesehen.
Der ganze Absorber ist in einem Kasten eingelegt, dessen Außenwände, mit Isolierziegel aus feuerfestem Stein, bepflastert sind, Die Sonnenachführung des Konzentrators ist im Sinne dieser Erfindung eine neue Lösung des Problems und von eigenständig erfinderischer Bedeutung. Nämlich die Sonnenachführung verläuft nach„Kombi-Regelung".
„Kombi-Regelung" bedeutet, dass die Lage der Sonne zu Erde, lässt sich„grob" (annährend) mittels eines Sonnenstanddiagramms (in Form eines softwares) für einen gegebenen Ort Richtung und Höhe der Sonne, für ein beliebiges Datum und eine beliebige Uhrzeit bestimmen. Außerdem können für die vollen Stunden die Sonnenpositionen für alle Tage des Jahres bestimmt werden. Für jede Uhrzeit mittels des Softwares wird annährend die Position der Sonne bestimmt. Die präzise Sonnenachführung des Konzentrators ergibt sich aus vier Messpunkten die innerhalb des Absorbers positioniert sind und ergeben die Temperaturdifferenz voneinander. Die Position des Konzentrators ergibt sich aus der minimalen Temperaturdifferenz zwischen den vier Punkte. Somit wird das Bündel von den Sonnenstrahlen zur Mitte hin der Absorberplatte gesteuert. Dadurch sind die möglichen Fehler durch die Nutzung der Fotozelle vermieden.
Auch die Verbindung des Absorbers mit einem Wärmespeicher oder mit einem Verbraucher mittels der Rohrleitungen ist von eigenständig erfinderischer Bedeutung. Es sind an den Rohrleitungen, die mit Konzentrator fest verbunden sind, einige Stellen vorhanden (Wendestellen) die beweglich sein müssen. Die Zuführungs- leitung für die Luftzirkulation wird in einem Rohr größeres Durchmessers verlegt und der Zwischenraum ist mit mikronisierter Asche befüllt. Die mikronisierte Asche dient als Isolierung für die Luftleitung. An der Austrittsöffnung der Luftleitung ist ein Stutzen vorgesehen an dem ein flexibeler Schlauch, geeignet für hohe Temperaturen, mittels der Rohrschellen angeschlossen ist. Das hitzebeständige Schlauchrohr dient als Verbindungsstück zwischen zwei festen Stahlrohrsegmenten im Wendepunkt. Ein Wendepunkt ist bei der Sonnenachführung nach Azimut und der andere Wendepunkt ist bei der Nachführung nach Elevation vorhanden. Es sind insgesamt vier kurze flexible Schläuche erforderlich um die Drehbewegung des Konzentrators und mit ihm festverbundenen Rohrleitungen zu ermöglichen. Zwei Schlauchseg- menten sind bei der Luftzuführung in den Absorber (Azimut+Elevation) und zwei nach dem Absorber (Azimut+Elevation) vorgesehen. Das Isolierungskonzept der beweglichen Schlauchsegmenten ist auch der sinngemäße Gegenstand dieser Erfindung. Die vorgenannten sowie die beanspruchten und in den Ausführungsbeispielen beschriebenen erfindungsgemäß zu verwendenden Bauteile unterliegen in ihrer Größe, Formgestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeption keinen besonde- ren Ausnahmebedingungen, so dass die in dem Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung er- geben sich aus den Unteransprüchen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung und der zugehörigen Zeichnung, in der - beispielhaft - Ausführungsbeispiele für dem Sonnenstand insgesamt nachführbare Konzentratoren dargestellt sind. Auch einzelne Merkmale der Ansprüche oder der Ausführungsformen können mit anderen Merkmalen anderer Ansprüche und Ausführungsformen kombiniert werden.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN: ist die Prinzipsskizze eines Spiegels dargestellt, der als Kreiskegelstumpf konzipiert ist; auf der Innenseite des Kegelstumpfes kann eine verspiegelte Folie angeklebt sein, so, dass der ganze Kegelstumpf als Spiegel geformt ist;
Fig. 1A eine Prinzipsskizze eines Segmentes als Abwicklung der Kegelstumpfmantels als Kreisringausschnitt dargestellt, dessen Halbmesser R1 und R2 aus einer Vorderansicht und H aus einer Seitenansicht stammen;
Fig. 1 B eine Prinzipsskizze, zur Verdeutlichung der Zusammensetzung einzelner
Kreisringausschnitte zur Bildung des verspiegelten Kegelstumpfes; Fig. 1 C schematische Darstellung eines verspiegelten Kegelstumpfes in Draufsicht, zusammengesetzt aus mehreren Kreisringsegmenten;
Fig. 2 in Abwandlung von Fig.1 , ist ein Konzentrator, bestehend aus mehreren
Kegelstümpfen, konzentrisch zueinander und ineinander angeordnet, dargestellt;
Fig. 2A zur Verdeutlichung, Fig.2 in Draufsicht dargestellt; Darstellung der Flächenverhältnisse an einem Konzentrator (angenommen D=10 m Durchmesser des Konzentrators), Projektionsfläche des Konzentrators, Projektion der verspiegelten Fläche, verspiegelte Fläche, Verhältnis der verspiegelten Fläche zu Nutzfläche sowie der Nutzungsgrad der Projektionsfläche;
Frontansicht eines Konzentrators mit Absober und Tragsäule („erste Ausführungsform", Drehung der Tragsäule um eine ortsstabile Achse);
Vertikalschnittansicht des Konzentrators mit Absorber (Linie V-V gem. Fig. 4);
Fig. 6 Darstellung nach Fig. 5 mit fokussierten Sonnenstrahlen die auf den Ab- sorber fallen;
Fig. 7 schematische Darstellung des inneren und äußeren Konzentratorringes mit Stegen; Fig. 8 Vertikalschnittansicht des inneren- und des äußeren Konzentratorringes sowie den radial angeordneten die Reflektoren tragenden Stegen;
Fig. 9 schematische Darstellung eines Steges mit schlitzartigen Aussparungen die unter verschiedenen Neigungswinkeln angeordnet sind;
Fig. 10 Frontansicht eines Konzentrators (ohne Reflektoren dargestellt) mit Absorber nach einer„zweiten Ausführungsform" (anstatt dem äußeren Ring sind Fachwerksegmente vorgesehen); Fig. 10A schematische Darstellung der Montage der Kreissegmente der Reflektoren bei einem Konzentrator nach der„zweiten Ausführungsform"; Fig. 1 1 Darstellung von Fluidleitungen am Konzentrator und ihre Verbindung mit dem Absorber mittels flexibler Verbindungsleitungen;
Fig. 12 schematische Darstellung der Tragrahmenanordnung eines
Konzentrators mit großem Durchmesser von z.B. 30 bis 100 m;
Fig. 13 Darstellung eines Drehkarussells nach der„zweiten Ausführungsform";
Fig. 13A Laufbahn für den Drehkarussell für große Konzentratoren;
Fig. 14 Frontansicht für Konzentrator, Drehkarussell, den Absorber sowie für
Rohrleitungen nach der„zweiten Ausführungsform";
Fig. 14A Horizontalsichtansicht für Konzentrator, Drehkarussell, den Absorber sowie für Rohrleitungen nach der„zweiten Ausführungsform" (gemäß Linie XIVA-XIVA nach Fig. 14);
Fig. 14B Vertikalansicht für Konzentrator, Drehkarussell, Absorber sowie für Luftrohrleitungen nach der„zweiten Ausführungsform" (gemäß Linie XIVB- XIVB nach Fig. 14);
Fig. 15 Die Position des Konzentrators am Morgen; Fig. 15A die Position des Konzentrators am Mittag; Fig. 15B die Position des Konzentrators am Nachmitag;
Fig. 15C eine Fachwerkkonstruktion gezeigt die zum Massenabgleich des
Konzentrators dient. Massenabgleich ist bezogen auf das Drehmoment um die Welle; Fig. 15D Positionierung der Abgleichmasse am Konzentrator in Vertikalschnittansicht;
Fig. 15E Konzentrator mit Abgleichmasse in Horizontalschnittansicht; Fig. 15F Antrieb zur Sonnenachführung nach der Elevation;
Fig. 16 Längsschnitt durch Absorber; Fig. 16A Querschnitt durch Absorber;
Fig. 16B Draufsicht auf Absorber;
Fig. 16C Absorberelement;
Fig. 16D alternatives Absorberelement;
Fig. 16E Darstellung der konzentrierten Sonnenstrahlen bezogen auf den Längsschnitt durch den Absorber;
Fig. 16 Darstellung der konzentrierten Sonnenstrahlen bezogen auf den Querschnitt durch den Absorber sowie
Fig. 17A-H Eine weitere alternative Ausführungsform mit ortsfestem Absorber.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Gemäß Fig. 1 ist die Innenseite der Mantelfläche eines Reflektors 1 kegelstumpf- förmig und auf irgendeine Weise so reflektierend, insbesondere verspiegelt, dass die einfallende Sonnenstrahlen 2 von der konischen Mantelfläche so reflektiert werden, dass die reflektierte Strahlung 3 in einer Brennpunktzone 4 fokussiert werden. Man kann sich vorstellen, den Neigungswinkel der Mantelfläche beliebig groß zu wählen, so dass die Sonnenstrahlen 2 stets in der Brennpunktzone 4 fokussiert werden. Die Grundvoraussetzung ist es, dass die Sonnenstrahlen 2 parallel zueinander verlaufen und senkrecht auf die Projektionsfläche 5 der konischen Mantelfläche des Kegelstumpfes fallen.
In Fig. 1A ist ein Segment 6 als Abwicklung des Kegelstumpfmantels als Kreisringausschnitt dargestellt. Die Halbmesser R1 und R2 stammen aus Vorderansicht. Die Höhe H des abgestumpftes Kegels stammt aus Seitenansicht des Kegelstumpfes. In Fig. 1B ist die Art des Zusammensetzens in einem Bereich 7 der einzelnen Segmente 6 dargestellt. Die Kreissegmente 6 werden nebeneinander angeordnet und z.B. mittels einer Dünnblechlasche als Verbindungselement 8 miteinander verbunden, z.B. mittels Schraubenverbindung. In Fig. 1C ist die Draufsicht des, aus einzelnen Segmenten 6, zusammengesetzten Konuses, dargestellt.
Gemäß Fig. 2 ist eine Ausführung gezeigt, bei mehrere, an ihrer Innenseite reflektierende Mantelflächen von Reflektoren 1 konzentrisch zueinander und ineinander so angeordnet sind dass die reflektierte Strahlung 3 immer in einen kleinen Kreis, d.h. die Brennpunktzone 4 fallen. Die konischen Flächen sind nach der Höhe so versetzt, dass die reflektierten Strahlen 3 nicht oder nicht wesentlich verschatten können. Die Lage der Brennpunktzone 4 kann man in gewissen und einem Fachmann einleuchtenden Grenzen beliebig wählen und durch den Neigungswinkel 9 der konischen Mantelflächen jedes Kegelstumpfes 1 bestimmen. Eine Vielzahl von so angeordneten konischen, und insbesondere verspiegelten, Mantelflächen ergeben den„Konzentrator" 100 der im Folgenden als Grundbegriff zum Konzentrieren der Sonnenenergie verwendet wird. Aus Fig. 2 und 2A ist deutlich zu erkennen, dass die Nutzfläche des Konzentrators 100 nicht gleich der Projektionsfläche des Außenkreises 10 bzw. der dargestellten Kreisringfläche (Fig.2A) ist. Man sieht, dass der Neigungswinkel 9 (Fig.2) jedes Reflektorrings (Fig. 1C) zur Mitte hin immer größer wird. Innerhalb eines Innerkreises 11 bleibt der Konzentrator ungenutzt. Hier kann Sonnenlicht direkt auf die Brennpunktzone 4 fallen. Daraus geht auch hervor, dass die erforderliche gesamte Mantelfläche der konischen Kegelstümpfe größer als die Projektionsfläche ist. Der Vorteil liegt darin, dass man die Sonnenenergie für beliebig kleine Leistungen mit gleichem Konzentrationsfaktor konzentrieren kann wie bei großen Anlagen. Diese Art der Konzentration von Sonnenenergie verlangt eine zumindest zweiachsige Sonnenachführung des Konzentrators. Bei derartiger Sonnenachführung des Konzentrators 100 bekommt man in der Regel hohe Tem- peraturen in der Brennpunktzone.
In Fig. 2 ist für ein konkretes Beispiel ein Konzentrator 100 mit dem Durchmesser von ca. 10 m vorgesehen. Dreißig Kreisstümpfe, die konzentrisch ineinander positioniert. Der Innerkreis 11 des Konzentrators beträgt 3.33 m Durchmesser. Der Durchmesser der Brennpunktzone beträgt 282 mm. Daraus lässt sich ein Konzentrationsverhältnis (für Konzentrator von 10 m Durchmesser) von 1146 bestimmen. Für dieses Konzentrationsverhältnis lässt sich eine maximale theoretische Temperatur in der Brennpunktzone von 2247 K (1974X) erwarten (hierin ist Cmax=4621 -maximale Konzentrationsverhältnis für die Temperatur der Sonneoberfläche Ts=5762 K zu Grunde gelegt).
In Fig. 2A ist die Draufsicht des Konzentrators gemäß Fig. 2 gezeigt. Hier ist deutlich die Projektion der reflektierenden Flächen zu erkennen. Gemäß Fig. 3 sind (unter Bezugnahme auf Figur ...?...), für ein konkretes Beispiel die Flächenverhältnisse sowie der Nutzungsgrad der reflektierenden Flächen dargestellt. Die Projektionsfläche 12 eines insgesamt mit 100 bezeichneten Konzentrators (siehe u.a. Fig. 4) beträgt in dem Beispiel 84.59 m2. Die gesamte reflektierende Fläche 13 beträgt 236.8 m2. Die Projektion der reflektierenden Fläche 14 beträgt 71.56 m2 und das Verhältnis 15 der reflektierenden Fläche zu Nutzfläche 15 beträgt 3.31. Dieses Verhältnis ist bei der Beurteilung der Wirtschaftlichkeit der Anlage von Bedeutung. Daraus geht hervor, dass man die Wirtschaftlichkeit der Anlage durch preislich günstige Spiegelfläche wesentlich beeinflussen kann. Als wichtige und aussagekräftigre Größe ist der Nutzungsgrad 16 der Projektionsfläche; er stellt das Verhältnis von Projektion der reflektierenden Fläche zu Projektionsfläche des Konzentrators dar. Gemäß Fig. 3 ist zu ersehen, dass der Nut- zungsgrad rund 85 % beträgt was als sehr günstig anzusehen ist. Dadurch weiß man, dass 85 % der Kreis- oder Kreisringfläche eines Konzentrators als Nutzfläche betrachtet werden kann.
In Fig. 4 ist ein Konzentrator 100 nach„erster Ausführungsform" dargestellt. Unter der „ersten Ausführungsform" versteht man die Art der Bewegung des Konzentrators bei der Sonnenachführung. In diesem Fall sitzt der Konzentrator auf einem als Tragwerk dienenden Fachwerkbogen 17 der sich an einer z.B. senkrechten Welle 18 abstützt und mittels des Antriebs 20 nach Azimut in Drehbewegung gesetzt wird. Am Konzentrator 100 sind unter Ausbilden einer z.B. horizontalen Schwenkachse Kragwellen 19 vorgesehen, die in Lagern 21 , die auf einer Stützplatte 22 sitzen können, gelagert und können mittels eines Antriebes 23 in Drehbewegung nach Elevation gesetzt werden.
In Fig. 5 ist eine Vertikalschnittansicht des Konzentrators 100 gezeigt. In der Brennpunktzone 4 des Konzentrators ist ein Absorber 24 zum Absorbieren von fo- kussiertem Licht positioniert und mittels Halterungen 25 an einem Außenring 26 fixiert.
Zur Verdeutlichung, ist in Fig. 6 derselbe Konzentrator mit fokussierten Sonnen- strahlen 3 dargestellt.
Gemäß Fig. 7 sind der Außenring 26, ein Innenring 27 und diese verbindende radial angeordnete Stege 28 gezeigt. Die Stege 28 haben die Aufgabe die reflektierenden Flächen des Konzentrators 100 zu tragen. Die Stege werden z.B. mittels der Schraubenverbindung mit dem Außen 26 und mit dem Innenring 27 verbunden. Die am Außenring 26 z.B. ange- schweißten und ggf. gelochten Platten 29 dienen zur Befestigung von Trägern 25 die ein Absorber 24 in der Brennpunktzone 4 auf der Sonnenabgewandten Seite des Konzentrators 100 positionieren. In Fig. 8 ist, zur Verdeutlichung, der Schnitt A-A der den Konzentrator (Fig.7) gezeigt, wobei in Fig. 8 aber auch die Reflektoren dargestellt sind.
In Fig. 9 ist der Tragsteg 28 für die Reflektoren 1 dargestellt. Die Stege 28 und die Konstruktion der Tragstege 28 sind nicht nur im Sinne dieser Erfindung verwend- bar, sondern von eigenständig erfinderischer Bedeutung. Am Tragsteg 28 können, insbesondere schlitzartige, Aussparungen 28a vorgesehen sein, in denen die Reflektoren 1 eingezogen und befestigt werden können. Jede Schlitzöffnung hat einen anderen Neigungswinkel. Die Neigungswinkel der Schlitzöffnungen 28a entsprechen der Neigung der jeweiligen kegelstumpfförmigen Reflektoren. Die Schlitzöff- nungen 28a können dem gerichteten Halten der Reflektoren 1 dienen. Dennoch wird es möglich, in besonders einfacher und stabiler Weise, als Reflektoren auch besonders dünnwandige Materialien zu verwenden. Jeder Steg 28 kann mit dem Reflektor 1 fest verbunden werden oder sein. An den beiden Enden des Steges 28 können Öffnungen 28b vorgesehen sein, die zum Verbinden des Steges 28 mit dem Außenring 26 und/oder mit dem Innenring 27 dienen.
Gemäß Fig. 10 ist die„zweite Ausführungsform" für den Konzentrator 100 (aber ohne Reflektoren) gezeigt. Anstatt des Außenrings 26 sind die Fachwerksegmente 30, angefertigt z.B. aus Vierkantrohren, vorgesehen. Die Fachwerksegmente 30 können miteinander mittels der Flanschverbindungen verbunden sein/werden. Mittig zu jedem Fachwerksegment 30 ist als Verbindungselement 30 eine Lasche angeschweißt, die zum Verbinden mit einem Steg 28 dient. Die Fachwerksegmente 32 an denen Tragwellen 19 vorgesehen sind, können massiver und stärker ausgeführt sein als die Übrigen, weil sie den gesamten Konzentrator 100 tragen müssen.
In Fig. 10 A ist gezeigt wie die einzelnen die Reflektoren bildenden Kreissegmente 6 miteinander im Kreis rund herum z.B. mittels Laschen 33 und mittels der Schrau- ben fest verbunden werden können und dabei den innenseitig reflektierenden Kegelstumpf bilden.
In Fig. 11 ist der Konzentrator 100 und Absorber 24 dargestellt sowie Fluidleitun- gen um die am Absorber 24 anfallende Wärme abzuführen. Das Fluid ist bevorzugt Luft. Das Fluid wird dem Konzentrator über eine ortsfeste Eintrittsleitung 34 zugeführt. Durch die Sonnennachführung nach Azimut wird zwischen der Eintrittsleitung 34 und einer festen Rohrleitung 36 eine flexible Rohrverbindung 35 erforderlich. Dementsprechend sind die Rohrleitungen 34 und 36 mittels einer flexiblen Schlauchverbindung 35 miteinander verbunden. Der Verbindungsschlauch ist für hohe Temperaturen geeignet (z.B. bis 1150°C) und wird als Hochtemperaturschlauch bezeichnet. Weiterhin ist auch zwischen der festen Rohrleitungen 36, die in die Schwenkzone des Konzentrators 100 führt, und einer weiteren festen, etwa horizontalen Rohrleitung 38 eine weitere flexible Schlauchverbindung 37 wegen der Sonnenachführung nach Elevation vorgesehen. Anschließend passiert das Fluid den Absorber 24, dort wird sie erwärmt und über eine feste, etwa horizontale, Rohrleitung 39, zu einer flexiblen Schlauchverbindung 40 im Bereich des horizontalen Schwenkgelenkes der Welle 19 des Konzentrators 100 geleitet. Von dort führt eine feste Rohrleitung 41 wieder nach unten zu einer flexiblen Schlauchverbindung 42 zu einer festen Rohrleitung 43 über die das Wärmeträgerfluid den Konzentrator wieder verläset.
Der Transport des Fluids, insbesondere des Luftstromes durch die festen und flexiblen Rohrleitungen ist von eigenständiger erfinderischer Bedeutung.
Gemäß Fig. 12 ist eine Ausführungsform des Konzentrators geeignet für große Abmessungen gezeigt. Für große Abmessungen (Durchmesser des Konzentrators von z.B. mehr als 30 m) müssen die Stege oder Tragstege 28 mit oder als richtige Träger, wie z.B. als Gitterträger dargestellt, konzipiert werden. Die Tragstege 28 mit Einschnitten als schlitzartige Aussparungen 28a können auf dem Gitterträger aufgeschweißt sein. Anstatt von Fachwerksegmenten 30 (Fig. 10) können Ringe 44 und 45 vorgesehen die als Fachwerk ausgeführt werden. Auf diese Weise kann man die Konzentratoren erheblichen Durchmessers bauen.
In Fig. 13 ist eine Laufbahn 46 für ein Drehkarussell gemäß der„zweiter Ausfüh- rungsform" dargestellt. Die Laufbahn kann aus Beton angefertigt sein oder auf Fundamenten, z.B. aus Beton ruhen. Die Zuführungs- 34 und Abführungsleitung 43 für das Fluid, wie die Luft, kann in Erdboden verlegt werden. In der Mitte der Laufbahn 46 befindet sich ein Fundament 47 auf dem eine senkrechte Welle 18 positioniert wird um die Drehbewegung des Karussells zu ermöglichen.
Gemäß Fig. 13A sind als Laufbahn 46 für Drehkarussell Schienen 48 mit Schwellen 49 vorgesehen. In der Mitte der Laufbahn 46 befindet sich ein Fundament, z.B. aus armiertem Beton, auf dem eine senkrechte Welle 18 für die Drehbewegung des Drehkarussells aufgerichtet ist. Die Laufbahn mit Schienen ist für große Konzentratoren (mehr als 30 m Durchmesser) gedacht und stellt eine preiswerte Lösung dar.
In Fig. 14 ist der Konzentrator 100 nach„zweiter Ausführungsform" in Frontansicht mit dem Drehkarussell 51 , sowie die Laufbahn 46, Lufteintrittsleitung 34, Luftaus- trittsleitung 43 sowie die feste Luftleitungen 36, 38, und 39, 41, den und der Absorber 24 gezeigt.
Fig. 14A zeigt in Draufsicht - und Fig. 14B in Seitenansicht - das Drehkarussell 51 , die Laufbahn 46 sowie - in Horizontalschnittansicht - den Absorber 24 mit den Fluidleitungen, sowie die Tragstege 28 und die Fachwerksegmente 30 in ihrer gegenseitigen Positionierung.
Gemäß Fig. 15 ist die Seitenansicht sowie die Draufsicht Drehkarussells 51 und eine Schnittansicht des Konzentrators am Morgen gezeigt. Die Ausrichtung des Konzentrators ist zum Osten. Gemäß Fig. 15A ist die Positionierung am Mittag gezeigt, die Ausrichtung des Konzentrators ist zum Süden. Gemäß Fig. 15.B ist die Positionierung am Nachmittag gezeigt, die Ausrichtung des Konzentrators ist zum Westen.
In Fig. 15 C ist eine Fachwerkkonstruktion 52 gezeigt, die zum Massenabgleich des Konzentrators bezogen auf das Drehmoment um die horizontale Schwenkwelle dient. Jede Fachwerkkonstruktion 52 wird an einem der Fachwerksegmente 30 des Konzentrators befestigt so, dass dessen Gewicht mit dem gegensinnig wirkenden Absorbergewicht, ein gegensinniges Drehemoment bezogen auf die Konzentratorwelle 19, bildet. Die zwei nahe der Schwenkwelle und beidseitig des Konzentratos angeordneten Fachwerkkonstruktionen 52 mit ihren Gegengewichten 52a, 52b verringern oder eliminieren, also - gemeinsam mit dem Konzentratorgewicht - das Drehmoment das durch das Absorbergewicht 24 entstehet. Das Fachwerk 52 stellt einen Träger dar der zum Tragen eines Gegengewichtes dient. Als Gegengewicht kann Beton, Stahl oder ein Granulat mit möglich großer Dichte vorgesehen werden.
In Fig. 15D ist die Positionierung das Gegengewicht 52a am Konzentrator dargestellt. Im gleichen Bild ist ein Stützelement 52d in Gestalt einer Rolle sowie eine bogenförmige Stütze in Gestalt einer Schiene 52d zum Abstützen des Absorbers 24 während der Nachführung nach Elevation gezeigt. Am Absorber 24 wird die Rolle mittels einer Halterung 52f befestigt. Sie rollt über die bogenförmige Schiene und dient dabei zur Stützung des Absorbers 24. Durch die Stützung des Absorbers 24 wird ein wesentlicher Beitrag geleistet, dass innere Spannungen im Konzentrator reduziert werden. Dementsprechend werden die Deformation des Konzentrators und die Brennpunktzone 4 kleiner. Das Aufbauprinzip der drehenden und ggf. auch abstandsveränderbaren Rolle 52c ist in Fig.15D als Detail dargestellt.
Gemäß Fig. 15E ist die Draufsicht des Konzentrators mit Abgleichmasse 52 als Horizontalabschnittansicht dargestellt.
Gemäß Fig. 15F ist ein Antrieb 23 zur Sonnenachführung nach der Elevation gezeigt. Ein Zahnrad 52g ist mit der Welle 19 im Sinne eines Schwenkantriebs ver- bunden. Es wird mittels eines anderen Zahnrades und eines el. Motors in Drehbewegung gesetzt. Die Drehzahl des Antriebs 52g am Ausgang aus einem Reduktor liegt in der Größenordnung von 1 U/min. In Fig. 16 ist Längsschnitt durch den Absorber 24 dargestellt, um sein Funktionsprinzip zu verdeutlichen. Der Adsorber 24 setzt sich aus jeweils mindestens einem Adsorptionselement 53 in Gestalt einer Absorberplatte, Fluidzuführungsrohr 54, Fluidabführungsrohr 55, Hochtemperatur-Fensterscheibe 56, Isolierung 57 der Fluidführungskanäle und der Seitenwände 58 eines Absorberraumes 59, zusam- men.
Die konzentrierten Sonnenstrahlen passieren die transparente Fensterscheibe 56 und fallen auf die Absorberplatte 53. Dort werden sie in die Wärme umgewandelt. Durch Wärmeleitung durch die Absorberplatte wird die Wärme an die daran vorbei strömende Luft (allgemein das Wärmeträgerfluid) abgegeben. Luft tritt in das Fluid- zuführrohr 54 ein, passiert Rippen 53b auf der sonnenabgewandten Seite der Absorberplatte, wird erwärmt und verlässt den Absorber 24 durch das Fluidabführ- rohr 55. Der Raum oberhalb der Absorberplatte 53 sollte gegen konvektive Strömung abgeschlossen sein, damit keine Wärmeverluste entstehen können was die Kühlung der Absorberplatte verursachen würde. Die hierzu dienende Hochtemperatur-Fensterscheibe 56, die vorzugsweise aus Glas bestehen kann, sollte geeignet für hohe Temperaturen (z.B. bis 1 100°C) sein.
In Fig. 16A ist ein Querschnitt entlang der Linie A-A durch den Absorber 24 nach Fig. 16 gezeigt
Man sieht, wie an der unteren Seite der Absorberplatte die Rippen 53b vorgesehen sind, die dazu dienen die Wärme von der Absorberplatte 53 an das zwischen den Rippen strömende Fluid zu übertragen.
Gemäß Fig. 16B ist eine Horizontalschnittdarstellung entlang der Linie C-C gemäß Fig. 16 gezeigt, in der die obere Fläche der Absorberplatte deutlich zu sehen ist. In Fig. 16C ist eine mögliche Ausführungsform der Absorberplatte gezeigt. An der oberen Seite der Absorberplatte sind die becherartige Elemente 53a vorgesehen auf die die Sonnenstrahlen einfallen, sie ein bis zwei mal reflektiert und in Wärme umgewandelt werden. Die Elemente 53a werden bevorzugt gemeinsam mit den Rippen 53b durch einen Gussvorgang ausgeformt. Das Absorbtionselement 53 kann aus veredeltem Grauguss durch Zugabe vom Nickel bestehen. Die Zugabe von Nickel wird gemacht um die Eigenschaft des Gusses für die hohen Temperaturen zu verbessern.
In Fig. 16D ist eine andere mögliche Ausführungsform gezeigt, nämlich anstatt der Becher 53a wie in Fig. 16C zu sehen ist, sind Sacklöcher 60 vorgesehen, die anfertigungsmäßig günstiger liegen als die Becher 53a. Zur anderen Seite der Absorberplatte sind die Rippen 53b vorgesehen, so dass die Wärme von den Rip- pen 53b an die vorbeiströmende z.B. Luft übertragen wird.
Zum besseren Verständnis, ist in Fig. 16E der Längsquerschnitt durch den Absorber 24 wiedergegeben, in dem schematisch die fokussierten Sonnenstrahlen dargestellt sind, während in Fig. 16F das gleiche dargestellt ist, jedoch für den Quer- schnitt des Absorbers 24.
Aus Fig. 17A bis 17H ist ersichtlich, dass die Sonnenenergie-Empfangseinheit nicht unbedingt mit der Spiegelanordnung, d.h. dem ganzen Konzentrator mit geführt werden, d.h. dem Sonnenstand folgen muss. Vielmehr ist es auch möglich, den Konzentrator 100 gemäß Fig. 17A bis 17H so der Sonne nachzuführen, dass der Absorber ortsfest bleibt, also nicht mitbewegt werden muss. Dadurch kann der Absorber unmittelbar mit einem Langzeit- und/oder Großwärmespeicher ohne Zwischenschalten eines Wärmeübertragungsfluids gekoppelt sein oder einen Teil desselben bilden. Hierzu sollte - wie dargestellt - der Dreh- und Schwenkpunkt des Konzentrators hinreichend nahe der Brennpunktzone gelegen sein. Durch die Erfindung ist es möglich, Sonnenenergie auf hohe Temperatur zu konzentrieren um sie in einem Langzeitwärmespeicher bereit zu halten. Unter der Voraussetzung, dass ein solcher Wärmespeicher vorhanden ist, kann diese Energie monatelang bereit gehalten und über den ganzen Winter zum Heizen genutzt wer- den.
Berechnungsbeispiel: Gemäß der Wetterdienststatistik ist bekannt, dass beispielweise für die Region Balkanländer die Sonne im November ca. 118 h, im Dezember 54 h, im Januar 78 h, im Februar 90 h, im März 150 h und im April 208 h scheint. Einer der Vorteile bei der erfindungsgemäßen Art der Konzentration der Sonnenenergie ist der, dass auch im Winter die hohen Temperaturen erreicht werden können. Unter der Voraussetzung, dass ein Konzentrator eine thermische Leistung von 100 kW hat, werden in dem Beispiel im Januar 7800 kWh oder in Februar 9000 kWh Energie angesammelt.
Weiterhin, kann man die heiße Luft direkt zur Dampferzeugung verwenden, falls man die Energie nicht speichern möchte. Unter der Berücksichtigung der neuen Entwicklungen auf dem Gebiet der Luftmotoren (Stiriing-Motor) besteht die Möglichkeit die Heizung des Luftmotors auf die Weise durchzuführen, dass der Luftmo- tor direkt in Fokus des Konzentrators positioniert wird so, dass die Sonnenstrahlen direkt auf die Wärmetauscherfläche fallen.
Es besteht die Möglichkeit aus der Abfallwärme der Dampfturbinen die Luft zu erwärmen und z.B. Meereswasser zu entsalzen. Man kann auch die Sonnenenergie zur Meerwasserentsalzung nutzen und damit die grünen Oasen in der Wüste bauen.
Das gezeigte Konzept des Konzentrators hat gute Stabilitätseigenschaften wegen der offenen, d.h. durchbrochenen Reflexions- oder Spiegelflächen so dass der Windstrom durch den Konzentrator passieren kann und dabei eine kleinere Kraft ausübt als bei flachen Spiegeln. Die Nutzung der Hochtemperaturwärme ergibt nach der Regel einen hohen Wirkungsgrad bei Energieumwandlung und demzufolge ist weniger die Fläche zur Nutzung der Sonnenenergie erforderlich.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Reflektoren 17 Fachwerkträger
1a Mantelflächen 18 senkrechte Welle (Sonnennach- 1b Verspiegelung führung nach Azimut)
2 Sonnenstrahlen 19 horizontale Schwenkwelle/n
(Sonnennachführung nach Ele-
3 reflektierte Strahlung
vation)
4 Brennpunktzone
20 Antriebsystem zur Nachführung
5 Projektionsfläche der konischen nach Azimut
Mantelfläche
21 Lager
6 Kreisringsegment
22 Tragplatte
7 Zusammensetzbereich der Kreis¬
23 Antriebssystem zur Nachführung segmente
nach Elevation
8 Verbindungselemente
24 Absorber
9 Neigungswinkel
25 Halterung für Absorber
10 Außenkreis des Konzentrators
26 Außenring des Konzentrators
11 Innenkreis des Konzentrators (Tragring)
12 Projektionsfläche 27 Innenring des Konzentrators
13 gesamte reflektierende Fläche (Tragring)
14 Projektion der reflektierenden Flä28 Steg
che 28a schlitztartige Aussparungen
15 Verhältnis der verspiegelten Flä28b Löcher
che zur Nutzfläche
29 Platte für die Halterung (25) des
16 Nutzungsgrad der ProjektionsfläAbsorbers
che
30 Fachwerksegment Verbindungselement zum Tra52a Gegengewicht
gen des Steges 52b Granulat
Fachwerksegment 52c Stützelement
Lasche 52d Stütze
Rohrleitung 52e Kugellager
Hochtemperaturschlauch 52f Halterungen
Rohrleitung 52g Zahnrad
Hochtemperaturschlauch 53 Absorbtionselement
Rohrleitung 53a becherförmige Elemente Rohrleitung 53b Rippen
Hochtemperaturschlauch 54 Fluidzuführrohr
Rohrleitung 55 Fluidabführrohr
Hochtemperaturschlauch 56 Fensterscheibe
Rohrleitung 57 Isolierung
Ring 58 Isolierung
Ring 59 Absorberraum
Laufbahn für Karussell 60 Bohrlöcher
Fundament für die senkrechte 100 Konzentrator
Welle
AK Außenkreis
Schienen
IK Innenkreis
Schwellen
H Reflektorbreite
Fundament für die Welle Z zentraler Bereich
Drehkarussell R sonnenabgewandter Bereich Fachwerkkonstruktion

Claims

ANSPRÜCHE
Dem Sonnenstand insgesamt nachführbarer Konzentrator zum Konzentrieren von Sonnenenergiestrahlung in einer Brennpunktzone (4) mittels fest zueinander orientierten Reflektoren (1),
dadurch gekennzeichnet,
dass zur Reflexion der Sonnenstrahlen mittels der Reflektoren (1 ) eine Mehrzahl von reflektierenden Mantelflächen (1a) in zumindest annähernd der Form von Kegelstümpfen oder Segmenten von Kegelstümpfen unterschiedlicher Neigungen zumindest zu einem Teil ineinander und konzentrisch zueinander so angeordnet sind, dass die Sonnenstrahlen nach der Reflexion auf eine wesentlich kleineren Fläche, nämlich auf die Brennpunktzone (4) fo- kussiert sind.
Konzentrator nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Brennpunktzone (4) auf der Sonnenabgewandten Seite des Konzentrators (100) gelegen ist.
Konzentrator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektoren (1) aus im Querschnitt flachen Streifen aus einem als Trägerschicht geeigneten Material bestehen, das zumindest einseitig die das Sonnenlicht reflektierende Mantelfläche (1a) bildet oder trägt.
Konzentrator nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, dass die annährende Form von Kegelstümpfen durch Kreisringsegmente (6) auf die Weise gestaltet werden, dass zunächst plane Kreisringsegmente (6) im Kreis oder im Kreisbogenabschnitt nebeneinander und unter je einem Neigungswinkel der der Neigung der zugehörenden Mantelfläche (1a) des jeweiligen Kegelstumpfes entspricht, so angeordnet sind, dass sämtliche oder annähernd sämtliche einfallenden Sonnenstrahlen auf einer kleinen Fläche fokussiert werden. Konzentrator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Breiten (H) der einzelnen Reflektoren (1) gleich oder kleiner als der Durchmesser der Brennpunktzone (4) des Konzentrators oder des korrespondierenden Kegelstumpfes ist.
Konzentrator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Sonne zugewandte Verspiegelung (1b) der Mantelflächen (1a) der Kegelstümpfe durch Aufbringen einer Spiegelfolie, durch Polieren der Mantelfläche (1a), oder durch eine Beschichtung der Mantelfläche (1a) mittels einer Nanostruktur oder durch Auftragen vom Silbernitrat erfolgt.
Konzentrator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektoren (1) zwischen einem äußeren Ring (26) oder Ringabschnitt und einem inneren Ring (27) oder Ringabschnitt in versetzter Anordnung so positioniert sind, dass die reflektierten Sonnenstrahlen nicht oder nur geringfügig von der/den benachbarten Reflektoren (1) verschattet werden können.
Konzentrator, nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 , insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektoren (1) von Stegen (28) bildenden Speichen- oder Rippenelementen getragen werden.
Konzentrator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektoren in schlitzartige, an den Stegen (28) vorgesehenen Aussparungen (28a) einfügbar sind, so dass die Mantelflächen (1a) der Kegelstümpfe unter den unterschiedlichen Neigungswinkeln (9) positioniert werden.
Konzentrator nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die tragenden Stege (28) fest mit einem Außenrahmen oder einem Außenring (26) und einem Innenrahmen oder Innenring (27) verbunden sind.
11. Konzentrator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Sonnenachführung des Konzentrators nach der Elevation ein Außenrahmen oder ein Außenring (26) vorgesehen ist, der mindestens eine ho- rizontale Schwenklagerung oder Schwenkwelle (19) aufweist.
12. Konzentrator nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein die Reflektoren tragender Außenrahmen oder Außenring (26) ein Fachwerk bildet oder aus Fachwerksegmenten (30) zusammenge- setzt ist.
13. Konzentrator nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 , insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Absorber (24) vorgesehen ist, der die, in der Brennpunktzone (4) konzentrierte Son- nenstrahlung in Wärme umgewandelt, und dass der Absorber (24) über einen Durchströmungskanal mittels eines Wärmeübertragungsfluid, wie Luft, kühlbar ist.
Konzentrator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass Rohrleitungen (34, 36, 38, 39, 41 , 43) zu Wärmeableitung aus dem Absorber (24) mittels flexibler, für hohe Temperaturen geeigneter Schlauchverbindungen, (35, 37, 40, 42) verbunden sind, so dass der Konzentrator (100) in Drehbewegung nach Azimut und nach Elevation verschwenkbar ist. 15. Konzentrator nach einem der Ansprüche 1 bis 14 mit die mit Reflektoren (1) tragenden Speicher- oder Rippenelementen, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicher- oder Rippenelemente als Fachwerke gestaltet sind oder Fachwerke umfassen. 16. Konzentrator nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zur Sonnenachführung nach Azimut ein tragendes Drehkarussell (51) vorgesehen ist, dass die horizontale Drehbewegung mittels einer kreisförmigen Laufbahn (46) ausführt.
17. Konzentrator nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zum Massenabgleich bezogen auf die Drehmomente, die durch Gewichte des Konzentrators (100) und eines etwaigen Absorbers (24) entstehen, mindestens ein Gegengewicht (52a) vorgesehen ist.
18. Konzentrator nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass zur Umwandlung der konzentrierten Sonnenstrahlung (3) in Wärme in der Brennpunktzone (4) ein Absorbtionselement (53) vorgesehen ist, das auf seiner der Sonne zugewandten Seite mit einer seine Oberfläche vergrößernden Kontur versehen ist und das an der gegenüberliegenden Seite Längsrippen (53b) zur Wärmeübertragung auf ein vorbeiströmendes Wärme- fluid aufweist.
19. Konzentrator nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorbtionselement (53) aus Grauguss, Siliciumcarbid, hitzebeständigem Stahl, Edelstahl, besteht oder mindestens eines dieser Materialien umfasst.
20. Konzentrator nach einem der Ansprüche 1 bis 19 mit einem Absorber (24) der die in der Brennpunktzone (4) konzentrierten Sonnenstrahlung in Wärme umwandelt, dadurch gekennzeichnet, dass der Absorber (24) mittels einer Fensterscheibe (56), insbesondere aus hitzebeständigem Glas, abgedeckt ist.
Verfahren zum Konzentrieren von Sonnenenergiestrahlung in einer Brennpunktzone (4) mittels eines dem Sonnenstand insgesamt nachführbaren Konzentrators fest zueinander orientierten Reflektoren (1),
dadurch gekennzeichnet,
dass zur Reflexion der Sonnenstrahlen mittels der Reflektoren (1 ) eine Mehrzahl von reflektierenden Mantelflächen (1a) in zumindest annähernd der Form von Kegelstümpfen oder Segmenten von Kegelstümpfen unterschiedlicher Neigungen zumindest zu einem Teil ineinander und konzentrisch zueinander so angeordnet werden, dass die Sonnenstrahlen in Folge der Reflexion auf eine wesentlich kleinere Fläche, nämlich auf die Brennpunktzone (4) fokussiert werden.
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