WO2016041095A1 - Sonnenkollektor - Google Patents

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WO2016041095A1
WO2016041095A1 PCT/CH2015/000135 CH2015000135W WO2016041095A1 WO 2016041095 A1 WO2016041095 A1 WO 2016041095A1 CH 2015000135 W CH2015000135 W CH 2015000135W WO 2016041095 A1 WO2016041095 A1 WO 2016041095A1
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WO
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paraboloid
concentrator
facets
solar collector
facet
Prior art date
Application number
PCT/CH2015/000135
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English (en)
French (fr)
Inventor
Andrea PEDRETTI-RODI
Gianluca AMBROSETTI
Original Assignee
Airlight Energy Ip Sa
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Publication date
Application filed by Airlight Energy Ip Sa filed Critical Airlight Energy Ip Sa
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S20/00—Solar heat collectors specially adapted for particular uses or environments
    • F24S20/20—Solar heat collectors for receiving concentrated solar energy, e.g. receivers for solar power plants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
    • F24S23/70—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors
    • F24S23/71—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors with parabolic reflective surfaces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
    • F24S23/70—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors
    • F24S2023/87—Reflectors layout
    • F24S2023/874—Reflectors formed by assemblies of adjacent similar reflective facets
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
    • F24S23/70—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors
    • F24S2023/87—Reflectors layout
    • F24S2023/876—Reflectors formed by assemblies of adjacent reflective elements having different orientation or different features
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers

Definitions

  • the present invention relates to a solar collector for concentrating solar radiation according to the preamble of claim 1 and to a method for producing the solar collector according to claim 14.
  • Solar collectors with a two-dimensional curvature are generally known as dish collectors, have a concentrator approximated as far as possible to a paraboloid and differ from trough collectors (also called trough collectors), which are curved in one dimension or direction only.
  • trough collectors also called trough collectors
  • dish collectors permit a much higher concentration of solar radiation than is the case with trough collectors, especially when the paraboloid can be approximated as the basic form for the concentrator.
  • Stirling motors are driven by dish collectors which are arranged at the location of the focal region of the concentrator.
  • a dish concentrator which has individual concentrating facets, which are arranged on an imaginary paraboloid and due to their design effect a particularly small firing range of such a concentrator, which corresponds to a high geometric concentration.
  • the experiment has already reached over 2700 ° C with such concentrators at a concentration of over 2000 suns.
  • the requirements for the absorber arrangement, which transmits the radiation concentrated by the concentrator also increase absorbs an absorbent surface.
  • the absorber assembly In the case of a Sterling engine or the injection of concentrated solar heat into a ducting system, the absorber assembly must properly dissipate this heat even at high concentration or, in the case of photovoltaic cells, heat and electricity as the photovoltaic cells heat up due to the concentrated radiation , In this case, often occur at the absorber arrangement losses, which affect the efficiency of the solar collector.
  • the absorber assembly necessarily includes conduits for the coolant circuit or stream and a support structure for all elements including the absorbent surface, which in turn makes it difficult to provide a continuous absorbent surface over the dimensions of the incident, concentrated radiation, as in particular Use of photovoltaic cells is the case.
  • the absorber arrangement can be made simpler or improved since its absorbing surface can be divided into individual absorbing surface sections in accordance with the plurality of firing regions without difficulty, for example, losses due to the geometry of the absorber arrangement can be avoided.
  • This may relate to the absorbent surface itself or even the structure of the absorber arrangement at all, in particular with regard to their cooling and arrangement of the current-carrying line up to control or regulatory organs, which detect and evaluate the current concentration of a facet or the formation of its focal area.
  • the absorber arrangement is made possible with regard to the course of the lines (coolant, power) and their frame lines. structure for the suspension of their various components to optimize, which leads to improved functionality at a lower production cost.
  • the absorbent surface no longer needs to be packed as tightly as possible.
  • this makes it possible to better align the absorbing surface sections, which allows a lower rim angle ⁇ for the respective absorbing surface section and thereby a higher concentration, which leads to a further increased efficiency of the collector.
  • FIG. 1b shows an image of the absorbent surface of an absorber arrangement according to the prior art with a matrix of photovoltaic cells, schematically the determination of a facet of a dish concentrator according to the prior art, FIG. 2b schematically using the example of the facet of FIG. 2a the relocation of her
  • FIG. 2c schematically shows, by way of example, the facet of FIG. 2a, the displacement of its
  • FIG. 2 d shows, schematically using the example of the facet of FIG. 2 a, the displacement of its focal region by changing its orientation by tilting its paraboloid in a counterclockwise direction, FIG.
  • 3a shows schematically the determination of the facets and facet groups of a
  • Fig. 3b shows schematically the determination of the facets and facet groups of a
  • FIG. 5 shows the facets of a concentrator according to FIG. 3a where trumpets are provided and their arrangement can be seen for combustion areas at the same height
  • FIG. 6a shows the facets of a concentrator according to FIG. 3b, with trumpets being provided, and their arrangement being shown at the same height for combustion regions
  • FIG. 7a being the facets of a concentrator according to FIG. 3c
  • trumpets being provided and their arrangement being shown for combustion regions at different levels
  • Fig. 1a shows a dish collector 1 according to the prior art, which is designed in accordance with WO 2011/072410.
  • a paraboloidal concentrator 2 has facets 3 each with an elliptical outline, which in turn have a pressure-loaded reflective membrane during operation, the elliptical outline of the respective facet 3 causing its reflective membrane to approach the paraboloidal surface of the concentrator 2 so well that concentrations up to approx against 3000 suns with the appropriate temperatures have been reached. This is because each facet 3 has its location in the concentrator 3 corresponding to another, adapted to the location elliptical outline.
  • the collector 1 has an absorber arrangement 4 with a non-visible in the figure absorbent surface for the concentrated radiation, which may be formed, for example, according to that of Figure 1 b and the skilled person is known in principle borrowed.
  • this absorbing surface in relation to the dimensions of the concentrator 2 determine the geometric concentration of the collector 1.
  • the reflected solar radiation is concentrated by the concentrator 2 as evenly as possible on the absorbing surface, where the resulting heat or in the case of photovoltaic cells, Also, power must be dissipated through a suitably designed line system.
  • FIG. 1a the present invention is illustrated with reference to the collector 1 of FIG. 1a, but of course also applicable to all collectors having a concentrator concentrating the radiation, which sections (which correspond functionally to the facets used here) ) can be divided.
  • the term facets is accordingly not limited to elliptical partial concentrators or mirrors having an elliptical circumference, but is applicable to all cutouts which approximate a section of a paraboloid and are designed according to the invention.
  • FIG 1b shows an absorber arrangement 10 (shown here without lining) with an absorbing surface 11, which here by way of example consists of a 3 ⁇ 3 matrix of photovoltaic cells 12 (4 ⁇ 4, 5 ⁇ 5 or other configurations are also possible, the FIGS single photovoltaic cell, for example, can measure 6 x 6 or 9 x 9 cm).
  • Other absorbent surface configurations, with or without photovoltaic cells, are also within the scope of the invention.
  • connections for the coolant flow 13 and a plug 14 for the generated power can be seen. Also apparent are design-related gaps 15 between the photovoltaic cells, which can be realized today with a width of not more than about 10 or 12 mm.
  • FIG. 2 a shows the construction principle for a facet 3 of the concentrator 2 (FIG. 1 a), since, as mentioned, each facet 3 must have an outline corresponding to its arrangement in the paraboloid 20 (the basic paraboloid) of the concentrator 2.
  • the paraboloid represents the ideal case of the concentrator 2, which as a real construction is modeled on it as much as possible or coincides with it.
  • the paraboloid 20 has a focal point 22 and is inscribed in a coordinate system x, y, z, with the z axis aligning with the direction of the rays incident from the center of the sun when the concentrator 2 is in an operative orientation.
  • Be Be
  • tt Spelling is called the z-axis simply "axis of the concentrator" or "axis".
  • the plane spanned by the x, y axes is the ground plane of the concentrator 2 and the paraboloid 20, respectively.
  • the paraboloid 20 has a focal point 22.
  • the outline or frame 24 of a facet 3 ' is now obtained by cutting an imaginary cylinder 21 with the paraboloid 20.
  • the desired (densely packed) pattern of facets 3 can be formed in the plan view plane x, y, and the associated locations and outlines of such a facet 3 'in the paraboloid 20 and thus in the concentrator 2 can be determined.
  • the facets 3 'obtained in this way simulate the wall of the paraboloid 20 and concentrate solar radiation into the focal point 22, although the focal point is not a focal point but a focal region 23, although of comparatively small dimensions.
  • the absorbent surface 11 (FIG. 1b), for example, of an absorber arrangement 10 (FIG. 1b) is now arranged operatively in the firing region 23, wherein, according to the description of FIG. 1b, not all radiation can be utilized.
  • FIG. 2b now shows a section in the y, z plane through the arrangement of FIG. 2a.
  • the paraboloid 20 or the concentrator 2 and the facet 3 ' which can be seen in section through their elliptical frame 30, which is also shown in section, can be seen.
  • the facet 3 ' focuses radiation incident on it into the focal point 22.
  • the paraboloid 20 is now displaced outwardly, in a positive y direction, and the shifted paraboloid is designated 25.
  • the cylinder 21 remains unchanged in place. This means that a different section of the paraboloid 25 results with the cylinder 21, namely the facet 26, recognizable by its section 27, which can be seen in section.
  • the facet 26 focuses concentrated incident radiation into the focal point 28, which of course, by the translational displacement of the paraboloid 25 is shifted by the same path.
  • each firing region is located on a location of the absorbing surface assigned to it, for example on each of the photovoltaic cells 12 (FIG.
  • Figure 2c again shows the section through the paraboloid 20, the cylinder 21 and the facet as in FIG 3 ', where the paraboloid is now shifted upwards and dashed as a shifted paraboloid 32.
  • the new section with the cylinder 21 results in the facet 34, which can be seen through its frame 33, which concentrates in the focal region 36 shifted upwards.
  • the facet 3 ' concentrates in the focal point 22, while the higher-positioned facet 34 concentrates in the higher-lying focal point 36.
  • FIG. 2d shows the known section of FIG. 2b with the paraboloid 20, the cylinder 21 and the associated focal point 23.
  • the paraboloid 20 is tilted counterclockwise to a tilted paraboloid 40 with the correspondingly displaced focal point 41 passing through its frame 42
  • each of the slightly shifted or tilted facets 26,43 has a different facet has elliptical circumference over that of the facet 3 'of the paraboloid 20.
  • the paraboloid could theoretically also be displaced in the x axis perpendicular to the plane of the drawing.
  • each facet is elliptical according to its location in the concentrator, such that its circumference corresponds to the section of a cylinder parallel to the axis with a paraboloid. This allows the absorber assembly to be built following the design requirements without loss of concentrated radiation, which improves collector efficiency as a whole.
  • FIG. 2a shows in the plan view plane x, y (FIG. 2a) an embodiment of a concentrator 49 according to the invention with 36 facets 50 to 85 arranged in groups of six facets, namely the facets 50-55, 56-61, 62-67, 68- 73, 74
  • each of the facets is formed by a cylinder that is on the floor plan and the concentrator is defined by its rim angle ⁇ and by its diameter by the skilled person according to the specific case (as well as the situation the focal point of the concentrator).
  • Each of these groups should now generate its own focal point (or in the case of the facets actually produced: a separate focal region).
  • each group paraboloid shifted so that the concentrator 49 generates six combustion areas.
  • a translational displacement of each group paraboloid proceeds radially outwards, along the major axis of the facets 1, 2, 3, 50, 51, 52, 56, 57, 58, 62, 63, 64, 68, 69, 70 and 74 , 75.76 by 150 mm each (with a mean diameter of the facets of 100 cm), s. to the description of Fig. 5a below.
  • each of six facets 50-55, 56-61, 62-67, 68-73, 74-79, and 80-85 are located on a group paraboloid that is their only common focal point or focal area is located.
  • FIG. 3b shows a further embodiment of a concentrator 70 according to the invention in the plan view (x, y plane of FIG. 2a) with 36 facets 71, which are divided into 7 groups 72 to 78 corresponding to their shading, that is to say depending on the specific case except the one innermost group 72 are each defined by their own, displaced group paraboloid and thus generate 7 firing ranges.
  • the groups 72 to 78 are indicated by the dashed and dot-dash lines. See also the description of Figure 6a below.
  • FIG. 3c shows a further concentrator 90 in the plan view (x, y plane of FIG. 2a) with 90 facets 91, which has the structure of the concentrator 70 (FIG. 3b) in the inner region 92, but supplemented by groups of three facets 91 has been, according to the exemplified and indicated by the dashed lines groups 95 to 98.
  • the concentrator has 25 focal areas, which are preferably staggered in height, s. to the description of Figure 7a and 7b.
  • FIG. 4 shows a secondary concentrator 100 which is known to the person skilled in the art as a Trumpet concentrator and essentially reflects edge radiation into the firing range assigned to it, which would otherwise have missed it. This occurs due to substantially optical defects in the real construction.
  • a secondary concentrator preferably designed as a Trumpet concentrator, is now used to align the outline of the concentrated radiation with the contour of the associated absorbent surface.
  • an approximately rectangular firing zone 101 results on, for example, a single photovoltaic cell 12 (FIG. 1b) or another section of one absorbent surface of an absorber assembly.
  • FIG. 5 now shows in a 3D representation the concentrator 49 of FIG.
  • FIGS as Trumpets trained secondary concentrators 110 to 115, so among other things the associated absorber arrangement with its absorbing surface as well as the frame and the carrier for the absorber arrangement of the concentrator 49 having collector is omitted.
  • the secondary concentrator 111 is directed to the group of facets 80 to 85 and produces a focal region located above the secondary concentrators 110 to 115.
  • the arrangement shown in Figure 5 is therefore as A solar collector formed with a two-dimensional curvature of the concentrating faceted concentrator having an absorber arrangement for the concentrated solar radiation, wherein the concentrator in operation generates a plurality of combustion areas at different locations and the absorber arrangement is effective for all combustion areas.
  • groups of facets concentrate solar radiation into a common focal region, with all facets representing solar radiation in Concentrate their common focal area, lie as a facet group on a common only them - paraboloid, the focal point is in the respective common focal range.
  • FIGS. 3 a and 5 It can be seen from FIGS. 3 a and 5 that, for example, the facets of a segment group lie next to one another in a plane. It can also be seen that the absorbing surface of the associated absorber arrangement can then be arranged perpendicular to the axis A (FIG. 2 a), in which case the concentrators 110 to 115 generate the separate combustion areas, lying side by side, in this plane, as for an absorber arrangement is suitable for example in the manner according to that of Figure lb.
  • the absorber arrangement has a plurality of absorber elements, each having a flat absorbent surface, which lie substantially in a plane which preferably extends perpendicular to the axial direction.
  • an absorber element of the absorber arrangement with a preferably flat absorbing surface to be arranged in each focal region, and for this to be particularly preferably aligned with the facets illuminating it. Since the radiation of the sun is not incident as parallel radiation, but at an opening angle of about 0.27 degrees, necessarily results in a deterioration of the concentration at all, including in the ideal parabloid.
  • FIG. 6a shows a 3D representation of the concentrator 70 of FIG. 3b, with the associated secondary concentrators 120.
  • the dashed / dot-dashed lines indicate individual groups of facets which illuminate a secondary concentrator 120 assigned to them, in which case the concentrated solar radiation behind the Secondary concentrators 120 falls on the again omitted to relieve the figure absorber arrangement, which can be constructed according to the invention simple, since the concentrator 70 of the geometry of the separated sections of their absorbent surface is formed accordingly.
  • FIG. 6b shows a 3D view of the concentrators 120 of FIG. 6a.
  • an absorber arrangement 121 with its absorbing surface 122, which is segmented into separate sections 123, so that a focal area according to the segment groups 72 to 78 lies on each section.
  • FIGS. 3b and 6b the segment groups can overlap.
  • the facets of the facet group 76 comprise one facet of the facet group 72.
  • the facets of one facet group may be in a different group, in other words the groups may be mixed with other groups.
  • FIG. 7 a shows a 3D view of the concentrator 90 of FIG. 3 c together with the associated concentrators 130.
  • FIG. 7 b shows the concentrators 130, wherein it can be seen that the firing regions are staggered one above the other in three heights, namely at the height 140, 141 and 142 (such that focal areas lie at different heights in the axial direction).
  • Such a configuration is achieved by the combination of the procedure according to FIGS. 2b and 2c.
  • s. 2 paraboloid axes of paraboloids of segment groups inclined with respect to the axial direction.
  • the multiple firing regions are grouped around a point on an axis of symmetry of the concentrator, as is the case when the various portions of the absorbing surface are disposed about a portion of the absorber device.
  • this is not mandatory - for example if the concentrator does not substantially cover a full paraboloid, but only a portion thereof, for example one half.
  • a method for producing a concentrator according to the invention is characterized in that, in a first step, a basic paraboloid having the diameter and the rim angle ⁇ is determined according to the concentrator to be produced and the layout of its facets is determined in its plan view, in a further step the facet groups is defined and this is virtually assigned a separate group paraboloid, in a subsequent step, each group paraboloid is moved such that its focal point is at a predetermined, the formation of the absorber arrangement corresponding location.
  • the focal areas of a simple or inexpensive absorber arrangement can be adjusted so that all concentrated radiation can be utilized by the absorber arrangement, consequently losses on the absorber arrangement no longer occur or only to a small extent.
  • the group paraboloids of each segment group will become translationally the same distance from the axis of the paraboloid, such that the focal points of each segment group are arranged regularly, preferably symmetrically with respect to the axis.
  • a concentrator is shown for example in FIG. 3a.
  • the facets are preferably defined by determining their circumference from the intersection of an axis-parallel cylinder with the base paraboloid, and more preferably, the position of the facets in the plan view of the parabola-ground remains unchanged when their group paraboloid changes position Burning areas is moved.
  • the group paraboloid is displaced together with the cylinders - however, then a densest packing of the concentrator with facets will no longer be possible, resulting in increasing sensitivity of the concentrator against wind attack and an increase in weight and Cost means.

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Abstract

Die Erfindung zeigt Sonnenkollektor mit einer zweidimensionalen Krümmung des eine Anzahl konzentrierender Facetten (50 - 85) aufweisenden Konzentrators (49) und einer Absorberanordnung für die konzentrierte Sonnenstrahlung, wobei der Konzentrator (49) im Betrieb mehrere Brennbereiche an verschiedenen Orten erzeugt und die Absorberanordnung für alle Brennbereiche wirksam ist. Dadurch kann die konzentrierte Strahlung an die konstruktiven Gegebenheiten der Absorberanordnung angepasst werden, mit der Folge, dass Verluste in der Absorberanordnung vermieden oder vermindert werden.

Description

Sonnenkollektor
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sonnenkollektor zur Konzentration von Sonnenstrahlung gemäss dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Verfahren zur Herstellung des Sonnenkollektors nach Anspruch 14.
Sonnenkollektoren mit einer zweidimensionalen Krümmung sind generell als Dish-Kollektoren bekannt, weisen einen möglichst weitgehend einem Paraboloid angenäherten Konzentrator auf und unterschieden sich von Rinnenkollektoren (die auch Trough-Kollektoren) genannt werden und nur in einer Dimension bzw. Richtung gekrümmt sind.
Ein Vorteil von Dish - Kollektoren besteht darin, dass diese eine wesentlich höhere Konzentration der Sonnenstrahlung erlauben, als dies bei Rinnenkollekt- oren der Fall ist, insbesondere dann, wenn das Paraboloid als Grundform für den Konzentrator gut angenähert werden kann. Üblicherweise werden durch Dish - Kollektoren Stirling - Motore angetrieben, welche am Ort des Brennbereiches des Konzentrators angeordnet sind . Ein scharfer Brennpunkt eines Dish - Kollektors, insbesondere mit einem grösseren Konzentrator von 10m , 15m oder mehr Durchmesser ist im Allgemeinen kaum zu erzeugen, und wenn, nur unter ausserordentlichen Kosten, die einen wirtschaftlichen Einsatz solch eines Konzentrators zum Vornherein ausschliessen. Hier ist jedoch ein Dish - Konzentrator bekannt geworden, der einzelne konzentrierende Facetten aufweist, die auf einem gedachten Paraboloid angeordnet sind und auf Grund ihrer Ausbildung einen be- sonders kleinen Brennbereich eines solchen Konzentrators bewirken, was einer hohen geometrischen Konzentration entspricht. Im Versuch sind mit solchen Konzentratoren schon über 2700 °C bei einer Konzentration von über 2000 Sonnen erreicht worden. Mit wachsender Konzentration wachsen auch die Anforderungen an die Absorberanordnung, welche die durch den Konzentrator konzentrierte Strahlung über eine absorbierende Oberfläche absorbiert. Im Fall eines Sterling - Motors oder der Einspeisung der Wärme der konzentrierten Sonnenstrahlung in ein Leitungssystem muss die Absorberanordnung diese Wärme auch bei hoher Konzentration einwandfrei abführen oder, im Fall von Photovoltaischen Zellen, Wärme und Strom, da sich die photovoltaischen Zellen durch die konzentrierte Strahlung erhitzen. Dabei treten an der Absorberanordnung oft Verluste auf, welche die Effizienz des Sonnenkollektors beeinträchtigen.
Die Absorberanordnung weist notwendigerweise Leitungen für den Kühlmittel- kreislauf bzw. Strom und eine Trägerstruktur für alle Elemente einschliesslich der absorbierenden Oberfläche auf, was wiederum in vielen Fällen erschwert, über die Abmessungen der einfallenden, konzentrierten Strahlung eine durchgehende absorbierende Oberfläche vorzusehen, wie es insbesondere beim Einsatz von photovoltaischen Zellen der Fall ist.
Entsprechend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Solarkollektor mit verbesserter Effizienz bereitzustellen .
Dadurch, dass der Konzentrator mehrere Brennbereiche an verschiedenen Orten erzeugt, kann die Absorberanordung einfacher oder verbessert ausgebildet werden, da deren absorbierende Oberfläche den mehreren Brennbereichen entsprechend problemlos in einzelne absorbierende Flächenabschnitte derart aufteilbar ist, dass beispielsweise Verluste durch die Geometrie der Absorberanordnung vermieden werden können. Dies kann die absorbierende Oberfläche selbst oder auch den Aufbau der Absorberanordnung überhaupt betreffen, insbesondere betreffend ihrer Kühlung und Anordnung der stromführenden Leitung bis hin zu Steuerungs- oder Regelungsorganen, welche die aktuelle Konzentration einer Facette bzw. die Ausbildung ihres Brennbereichs erfassen und auswerten . Über die gestellte Aufgabe hinaus wird ermöglicht, die Absorberanordnung im Hinblick auf den Verlauf der Leitungen (Kühlmittel, Strom) und deren Rahmen- struktur für die Aufhängung ihrer verschiedenen Komponenten zu optimieren, was zu verbesserter Funktion bei geringerem Herstellungsaufwand führt. Die absorbierende Oberfläche muss nicht mehr zwingend so dicht wie möglich gepackt werden.
Weiter ermöglicht dies über die gestellte Aufgabe hinaus, die absorbierenden Oberflächenabschnitte verbessert auszurichten, was zu einem geringeren rim angle Φ für den jeweiligen absorbierenden Oberflächenabschnitt und dadurch eine höhere Konzentration erlaubt, was zu einer nochmals gesteigerten Effizienz des Kollektors führt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigt:
Fig. la schematisch einen Dish - Kollektor gemäss dem Stand der Technik,
Fig. lb ein Bild der absorbierenden Oberfläche einer Absorberanordnung gemäss dem Stand der Technik mit einer Matrix von photovoltaischen Zel- len, schematisch die Bestimmung einer Facette eines Dish - Konzentrators gemäss dem Stand der Technik, Fig. 2b schematisch am Beispiel der Facette von Fig. 2a die Verlagerung ihres
Brennbereichs dadurch, dass ihre Ausrichtung durch die translatorische Verschiebung ihres Paraboloids nach aussen geändert wird,
Fig . 2c schematisch am Beispiel der Facette von Fig. 2a die Verlagerung ihres
Brennbereichs dadurch, dass ihre Ausrichtung durch die translatorische
Verschiebung ihres Paraboloids nach oben geändert wird, Fig. 2d schematisch am Beispiel der Facette von Fig. 2a die Verlagerung ihres Brennbereichs dadurch, dass ihre Ausrichtung durch eine Verkippung ihres Paraboloids im Gegenuhrzeigersinn geändert wird,
Fig. 3a schematisch die Bestimmung der Facetten und Facettgruppen eines
Dish - Konzentrators mit 36 Facetten und 6 Brennbereichen
Fig. 3b schematisch die Bestimmung der Facetten und Facettgruppen eines
Dish - Konzentrators mit 36 Facetten und 7 Brennbereichen
Fig. 3c schematisch die Bestimmung der Facetten und Facettgruppen eines
Dish - Konzentrators mit 90 Facetten und 25 Brennbereichen Fig. 4 einen als Trumpet ausgebildeten Sekundärkonzentrator,
Fig. 5 die Facetten eines Konzentrators gemäss Fig . 3a wobei Trumpets vorgesehen sind und deren Anordnung für Brennbereiche auf gleicher Höhe ersichtlich ist,
Fig. 6a die Facetten eines Konzentrators gemäss Fig. 3b wobei Trumpets vorgesehen sind und deren Anordnung für Brennbereiche auf gleicher Höhe ersichtlich ist, Fig. 7a die Facetten eines Konzentrators gemäss Fig. 3c wobei Trumpets vorgesehen sind und deren Anordnung für Brennbereiche auf verschiedener Höhe ersichtlich ist, Fig . la zeigt einen Dish - Kollektor 1 gemäss dem Stand der Technik, der gemäss der WO 2011/072410 ausgebildet ist. Ein paraboloider Konzentrator 2 be- sitzt Facetten 3 mit je elliptischem Umriss, die ihrerseits eine im Betrieb druckbelastete, reflektierende Membran aufweisen, wobei durch den elliptischen Umriss der jeweiligen Facette 3 ihre reflektierende Membran die paraboloidische Fläche des Konzentrators 2 so gut annähert, dass Konzentrationen bis gegen 3000 Sonnen mit den entsprechenden Temperaturen erreicht worden sind. Dies darum, weil jede Facette 3 ihrem Ort im Konzentrator 3 entsprechend einen anderen, an den Ort angepassten elliptischen Umriss aufweist. Der Kollektor 1 besitzt eine Absorberanordnung 4 mit einer in der Figur nicht sichtbaren absorbierenden Oberfläche für die konzentrierte Strahlung, die beispielsweise gemäss derjenigen von Figur 1 b ausgebildet sein kann und dem Fachmann grundsätz- lieh bekannt ist. Die Abmessungen dieser absorbierenden Oberfläche im Verhältnis zu den Abmessungen des Konzentrators 2 bestimmen die geometrische Konzentration des Kollektors 1. Dabei wird durch den Konzentrator 2 die reflektierte Sonnenstrahlung möglichst gleichmässig auf die absorbierende Oberfläche konzentriert, wo die entstehende Wärme bzw. im Fall von photovoltaischen Zellen, auch Strom durch ein geeignet ausgebildetes Leitungssystem abgeführt werden muss.
An dieser Stelle sei hervorgehoben, dass die vorliegende Erfindung anhand des Kollektors 1 von Figur la dargestellt wird, aber natürlich auch auf alle Kollekt- oren anwendbar ist, die einen die Strahlung konzentrierenden Konzentrator aufweisen, welcher in Abschnitte (die funktionell den hier verwendeten Facetten entsprechen) unterteilt werden kann. Der Begriff Facetten ist entsprechend nicht auf elliptische Teil - Konzentratoren bzw. Spiegel mit elliptischem Umfang beschränkt, sondern auf alle Ausschnitte anwendbar, die einem Ausschnitt aus ei- nem Paraboloid angenähert und erfindungsgemäss ausgebildet sind. Figur 1b zeigt eine (hier ohne Verkleidung dargestellte) Absorberanordnung 10 mit einer absorbierenden Oberfläche 11, die hier beispielhaft aus einer 3 x 3 Matrix von photovoltaischen Zellen 12 besteht (es sind auch 4 x 4, 5 x 5 oder andere Konfigurationen möglich, wobei die einzelne photovoltaische Zelle bei- spielsweise 6 x 6 oder 9 x 9 cm messen kann). Andere Konfigurationen einer absorbierenden Oberfläche, mit oder ohne photovoltaische Zellen, sind ebenfalls erfindungsgemäss.
In der Figur sind Anschlüsse für den Kühlmittelfluss 13 sowie ein Stecker 14 für den erzeugten Strom ersichtlich. Weiter ersichtlich sind konstruktionsbedingte Zwischenräume 15 zwischen den photovoltaischen Zellen, die heute mit einer Breite von nicht mehr als ca. 10 oder 12 mm realisierbar sind.
Bei einer 3 x 3 Matrix von photovoltaischen Zellen mit einer Kantenlänge von 6 cm ergibt sich eine Länge der Zwischenräume von 76 cm mit einer Fläche von 76 cm2, die unproduktiv ist und im Verhältnis zur produktiven Fläche von 9 x 36 cm2= 324 cm2 der photovoltaischen Zellen gesehen werden muss: Ca. 23 % der absorbierenden Oberfläche sind somit unproduktiv, wenigstens für die Produktion von Strom, aber auch teilweise für die Gewinnung von Wärme, was die Effizi- enz des Kollektors mindert, da die entsprechende konzentrierende Strahlung letztlich verloren ist.
Figur 2a zeigt das Konstruktionsprinzip für eine Facette 3 des Konzentrators 2 (Figur la), da wie erwähnt, jede Facette 3 einen Umriss entsprechend ihrer An- ordnung im Paraboloid 20 (dem Grund - Paraboloid) des Konzentrators 2 haben muss. Das Paraboloid stellt den Idealfall des Konzentrators 2 dar, der als reale Konstruktion diesem so gut wie möglich nachgebildet ist bzw. mit diesem zusammenfällt. Das Paraboloid 20 besitzt einen Brennpunkt 22 und ist einem Koordinatensystem x,y,z eingeschrieben, wobei bei betriebsfähiger Ausrichtung des Konzentrators 2 die z - Achse mit der Richtung der aus dem Mittelpunkt der Sonne einfallenden Strahlen übereinstimmt. Zum Zweck der nachfolgenden Be
tt Schreibung wird die z - Achse einfach "Achse des Konzentrators" oder "Achse" genannt. Die durch die x,y Achsen aufgespannte Ebene ist die Grundrissebene des Konzentrators 2 bzw. des Paraboloids 20. Das Paraboloid 20 besitzt einen Brennpunkt 22.
Der Umriss oder Rahmen 24 einer Facette 3' wird nun erhalten, indem ein gedachter Zylinder 21 mit dem Paraboloid 20 geschnitten wird. Dadurch lässt sich in der Grundrissebene x,y das gewünschte (dicht gepackte) Muster von Facetten 3 bilden, und die zugehörigen Orte und Umrisse solch einer Facette 3' im Para- boloid 20 und damit im Konzentrator 2 bestimmen. Die so erhaltenen Facetten 3' bilden die Wand des Paraboloids 20 nach und konzentrieren Sonnenstrahlung in den Brennpunkt 22, wobei allerdings durch die reale Ausbildung nicht ein Brennpunkt, sondern ein Brennbereich 23, mit allerdings vergleichsweise geringen Abmessungen, entsteht. Die absorbierende Oberfläche 11 (Figur lb) bei- spielsweise einer Absorberanordnung 10 (Figur lb) wird nun betriebsfähig im Brennbereich 23 angeordnet, wobei, gemäss der Beschreibung zu Figur lb nicht alle Strahlung verwertet werden kann.
Figur 2b zeigt nun einen Schnitt in der y,z - Ebene durch die Anordnung von Fi- gur 2a. Ersichtlich ist das Paraboloid 20 bzw. der Konzentrator 2 sowie die Facette 3', die im Schnitt durch ihren ebenfalls im Schnitt dargestellten ellipsenförmigen Rahmen 30 erkennbar ist. Die Facette 3' konzentriert auf sie einfallende Strahlung in den Brennpunkt 22. Erfindungsgemäss wird nun gedanklich das Paraboloid 20 translatorisch nach aussen, in positiver y - Richtung verschoben, das verschobene Paraboloid ist mit 25 bezeichnet. Der Zylinder 21 bleibt unverändert an seinem Ort. Das bedeutet, dass sich ein anderer Schnitt des Paraboloids 25 mit dem Zylinder 21 ergibt, nämlich die Facette 26, erkennbar an ihrem im Schnitt ersichtlichen Rahmen 27. Die Facette 26 konzentriert einfallende Strahlung in den Brennpunkt 28, der na- türlich durch die translatorische Verschiebung des Paraboloids 25 um den gleichen Weg verschoben ist.
Wird nun ein weiterer Zylinder 2 neben die Facette 26 gesetzt, aber mit dem nicht verschobenen Paraboloid 20 geschnitten, ergibt sich eine durch ihren Rahmen 29 erkennbare weitere Facette 3", welche in den Brennpunkt 22 konzentriert. Im Ergebnis stehen die Facetten 3" und 26 nebeneinander (die Facette 26 liegt zwar gegenüber der Facette 3" etwas weiter unten, was aber nicht stört) und konzentrieren ihre Strahlung in zwei verschiedene Brennbereiche 22,28, die an verschiedenen Orten liegen. Die Brennbereiche 22,28 können nun erfin- dungsgemäss so gelegt werden, das jeder Brennbereich auf einer ihm zugewiesenen Stelle der absorbierenden Oberfläche liegt, beispielsweise auf je einer der photovoltaischen Zellen 12 (Figur lb). Figur 2c zeigt wiederum wie in Figur 2b den Schnitt durch das Paraboloid 20, den Zylinder 21 und die Facette 3'. Hier ist nun gedacht das Paraboloid nach oben verschoben, und gestrichelt als verschobenes Paraboloid 32 dargestellt. Der neue Schnitt mit dem Zylinder 21 ergibt die durch ihren Rahmen 33 ersichtliche Facette 34, welche in den nach oben verschobenen Brennbereich 36 kon- zentriert. Wiederum konzentriert die Facette 3' in den Brennpunkt 22, während die weiter oben angeordnete Facette 34 in den weiter oben liegenden Brennpunkt 36 konzentriert.
Figur 2d zeigt den bekannten Schnitt von Figur 2b mit dem Paraboloid 20, dem Zylinder 21 und dem zugehörigen Brennpunkt 23. Hier ist nun das Paraboloid 20 gedacht im Gegenuhrzeigersinn gekippt, zu einem gekippten Paraboloid 40 mit dem entsprechend verlagerten Brennpunkt 41 der durch ihren Rahmen 42 ersichtlichen, gekippten Facette 43. Es sei hervorgehoben, dass bis auf die bloss in der Höhe verschobenen Facetten jede der irgendwie verschobenen oder gekippten Facetten 26,43 einen anderen elliptischen Umfang gegenüber demjenigen der Facette 3' des Paraboloids 20 besitzt. Auch sei erwähnt, dass das Paraboloid gedanklich auch in der senkrecht zur Zeichnungsebene verlaufenden x Achse verschoben werden könnte. Im Ergebnis ist es so, dass damit für eine Facette die durch eine verschobe- nes/gekipptes Paraboloid gebildet wird, ein Brennpunkt an einem beliebigen Ort erzeugt werden kann, wobei diese Facette nach wie vor im Konzentrator 2, nämlich am Ort ihres Zylinders 21,21' liegt, also die dichte Packung des Konzentrate rs 2 im Grundriss (und damit überhaupt) unverändert geblieben ist. Zusammenfassend ist es bevorzugt so, dass dass jede Facette ihrem Ort im Konzentrator entsprechend elliptisch ausgebildet ist, derart, dass ihr Umfang dem Schnitt eines zur Achse parallelen Zylinders mit einem Paraboloid entspricht. Dies erlaubt, die Absorberanordnung den konstruktiven Notwendigkeiten folgend aufzubauen, ohne dass dadurch ein Verlust an konzentrierter Strahlung erfolgt, was die Effizienz des Kollektors im Ganzen verbessert.
Figur 3a zeigt in der Grundrissebene x,y (Figur 2a) eine Ausführungsform eines erfindungsgmässen Konzentrators 49 mit 36 Facetten 50 bis 85, die in Gruppen zu sechs Facetten, nämiich die Facetten 50 - 55, 56 - 61, 62 - 67, 68 - 73, 74
- 79 und 80 - 85 zusammengefasst sind, wobei gedanklich jede der Facetten gebildet ist durch einen Zylinder, der auf dem Grundriss steht und der Konzentrator durch seinen rim angle Φ sowie durch seinen Durchmesser vom Fachmann dem konkreten Fall entsprechend definiert ist (damit ebenso die Lage des Brennpunktes des Konzentrators).
Jede dieser Gruppen soll nun einen eigenen Brennpunkt (bzw. im Fall der real hergestellten Facetten : einen eigenen Brennbereich) erzeugen. Erfindungsge- mäss wird entsprechend ein für alle Facetten der jeweiligen Facettengruppen 50
- 55, 56 - 61, 62 - 67, 68 - 73, 74 - 79 und 80 - 85 ein gedachtes Paraboloid, das Gruppen - Paraboloid, verschoben, so dass der Konzentrator 49 sechs Brennbereiche erzeugt. Beispielsweise erfolgt eine translatorische Verschiebung jedes Gruppen - Paraboloids radial nach aussen, entlang der grossen Achse der Facetten 1,2,3 - 50,51,52 - 56,57,58 - 62,63,64 - 68,69,70 und 74,75,76 um je 150 mm (bei einem mittleren Durchmesser der Facetten von 100 cm), s. dazu die Beschreibung zu Fig. 5a unten. Mit anderen Worten ist es so, dass je sechs Facetten 50 - 55, 56 - 61, 62 - 67, 68 - 73, 74 - 79 und 80 - 85 auf einem nur ihnen gemeinsamen Gruppen - Paraboloid liegen, dessen Brennpunkt im jeweiligen gemeinsamen Brennpunkt oder Brennbereich liegt.
Figur 3b zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemässen Kon- zentrators 70 im Grundriss (x,y Ebene von Figur 2a) mit 36 Facetten 71, die ihrer Schattierung entsprechend in 7 Gruppen 72 bis 78 aufgeteilt sind, also je nach dem konkreten Fall bis auf die innerste Gruppe 72 durch je ein eigenes, verschobenes Gruppen - Paraboloid definiert sind und so 7 Brennbereiche erzeugen. Die Gruppen 72 bis 78 sind durch die gestrichelten bzw. strichpunktierten Linien angedeutet. S. dazu auch die Beschreibung zur Figur 6a unten.
Figur 3c zeigt einen weiteren Konzentrator 90 im Grundriss (x,y Ebene von Figur 2a) mit 90 Facetten 91, welcher im inneren Bereich 92 die Struktur des Kon- zentrators 70 (Figur 3b) besitzt, aber um Gruppen zu je drei Facetten 91 ergänzt worden ist, gemäss den die beispielhaft markierten und durch die gestrichelten Linien angedeuteten Gruppen 95 bis 98. Derart besitzt der Konzentrator 25 Brennbereiche, die vorzugsweise auch in der Höhe gestaffelt sind, s. dazu die Beschreibung zu Figur 7a und 7b.
Figur 4 zeigt einen Sekundärkonzentrator 100, der dem Fachmann als Trumpet - Konzentrator bekannt ist und im Wesentlichen Randstrahlung in den ihm zugeordneten Brennbereich reflektiert, die diesen sonst verfehlt hätte. Dies kommt auf Grund von im Wesentlichen optischen Fehlern in der realen Konstruktion vor. Erfindungsgemäss wird nun solch ein Sekundärkonzentrator, bevorzugt ausgebildet als Trumpet - Konzentrator, verwendet, um den Umriss der konzentrierten Strahlung auf den Umriss der zugeordneten absorbierenden Oberfläche anzugleichen. Bezogen auf eine Absorberanordnung 10 mit rechteckigen absorbie- renden Abschnitten 12 (die der jeweiligen photovoltaischen Zelle 12 entsprechen) ergibt sich dann mit Hilfe des Sekundärkonzentrators 100 ein angenähert rechteckiger Brennbereich 101 auf beispielsweise einer einzelnen photovoltaischen Zelle 12 (Figur lb) oder einem anderen Abschnitt einer absorbierenden Oberfläche einer Absorberanordnung.
Es ergibt sich, dass vorzugsweise in Richtung der konzentrierten Strahlung vor den Brennbereichen Sekundärkonzentratoren, bevorzugt Trumpets vorgesehen sind, die die äussere Kontur des auf die Absorberanordnung einfallenden Strahlungsflusses definieren. Weiter ergibt sich, dass besonders bevorzugt die Absor- beranordnung Absorberelemente mit je einer absorbierenden Oberfläche aufweist, und die Sekundärkonzentratoren derart ausgebildet sind, dass die Kontur des Strahlungsflusses wenigstens teilweise der Kontur der jeweiligen absorbierenden Oberfläche entspricht. Figur 5 zeigt nun in einer 3D Darstellung den Konzentrator 49 von Figur 3a, wobei zur Entlastung der Figur nur die Facetten 50 - 55, 56 - 61, 62 - 67, 68 - 73, 74 - 79 und 80 - 85 dargestellt sind sowie die als Trumpets ausgebildeten Sekundärkonzentratoren 110 bis 115, also unter anderem die zugehörige Absorberanordnung mit ihrer absorbierenden Oberfläche sowie der Rahmen und der Träger für die Absorberanordnung des den Konzentrator 49 aufweisenden Kollektors weggelassen ist.
Beispielsweise der Sekundärkonzentrator 111 ist auf die Gruppe der Facetten 80 bis 85 gerichtet und erzeugt einen oberhalb der Sekundärkonzentratoren 110 bis 115 gelegenen Brennbereich. Unter anderem die gezeigte Anordnung gemäss Figur 5 (wie auch die anderen erfindungsgemässen Anordnungen) ist deshalb als Sonnenkollektor mit einer zweidimensionalen Krümmung des eine Anzahl konzentrierender Facetten aufweisenden Konzentrators ausgebildet, mit einer Absorberanordnung für die konzentrierte Sonnenstrahlung, wobei der Konzentrator im Betrieb mehrere Brennbereiche an verschiedenen Orten erzeugt und die Ab- sorberanordnung für alle Brennbereiche wirksam ist. Dabei konzentrieren Gruppen von Facetten (nämlich die Facetten die Facetten 50 - 55, 56 - 61, 62 - 67, 68 - 73, 74 - 79 und 80 - 85) die Sonnenstrahlung in je einen gemeinsamen Brennbereich, wobei alle Facetten, die Sonnenstrahlung in ihren gemeinsamen Brennbereich konzentrieren, als Facettengruppe auf einem nur ihnen gemeinsa- men Gruppen - Paraboloid liegen, dessen Brennpunkt im jeweiligen gemeinsamen Brennbereich liegt.
Anhand der Figuren 3a und 5 ist ersichtlich, dass beispielsweise die Facetten einer Segmentgruppe nebeneinander in einer Ebene liegen. Ebenso ist ersichtlich, dass dann die absorbierende Oberfläche der zugehörigen Absorberanordnung senkrecht zur Achse A (Figur 2a) angeordnet werden kann, wobei dann die Kon- zentratoren 110 bis 115 die voneinander getrennten Brennbereiche, neben einander liegend, in dieser Ebene erzeugen, wie dies für eine Absorberanordnung beispielsweise in der Art gemäss derjenigen von Figur lb geeignet ist.
Es ergibt sich, dass dann die Absorberanordnung mehrere Absorberelemente mit je einer flachen absorbierenden Oberfläche aufweist, die im Wesentlichen in einer Ebene liegen, weiche bevorzugt senkrecht zur Achsrichtung verläuft. Dann ist weiter bevorzugt wobei in jedem Brennbereich ein Absorberelement der Ab- sorberanordnung mit einer bevorzugt flachen absorbierenden Oberfläche angeordnet und diese besonders bevorzugt auf die sie beleuchtenden Facetten ausgerichtet. Da die Strahlung der Sonne nicht als Parallelstrahlung einfällt, sondern unter einem Öffnungswinkel von ca. 0,27 Grad, ergibt sich notwendigerweise eine Verschlechterung der Konzentration überhaupt, also auch im idealen Parabo- loid. Diese Verschlechterung wächst mit steigendem rim angle Φ an, welcher den Winkel von der Achse A zum äussersten Rand des Paraboloids bzw. der äus- sersten Facette bezeichnet. Kann nun ein absorbierender Oberflächenabschnitt direkt auf seine Facettengruppe gerichtet werden, erscheint diese unter einem geringeren rim angle Φ, als wenn dieser Oberflächenabschnitt senkrecht zur Achse A angeordnet wäre. Als Folge wird eine verbesserte Konzentration er- reicht. Da eine Facettengruppe nicht notwendigerweise aus symmetrisch angeordneten Facetten besteht, kann muss der absorbierende, aber auf die Facettengruppe ausgerichtete Oberflächenabschnitt vom Fachmann im konkreten Fall optimal ausgerichtet werden, um die bestmögliche Steigerung der Konzentration zu realisieren.
Figur 6a zeigt eine 3D Darstellung des Konzentrators 70 von Figur 3b, mit den zugehörigen Sekundärkonzentratoren 120. Durch die gestrichelten / strichpunktierten Linien sind einzelne Gruppen von Facetten markiert, die einen ihnen jeweils zugeordneten Sekundärkonzentrator 120 beleuchten, wobei dann die kon- zentrierte Sonnenstrahlung hinter den Sekundärkonzentratoren 120 auf die wiederum zur Entlastung der Figur weggelassene Absorberanordnung fällt, die er- findungsgemäss einfach aufgebaut sein kann, da der Konzentrator 70 der Geometrie der getrennt liegenden Abschnitten ihrer absorbierenden Oberfläche entsprechend ausgebildet ist.
Figur 6b zeigt eine 3D Ansicht der Konzentratoren 120 von Figur 6a. Schematisch dargestellt ist eine Absorberanordnung 121 mit ihrer absorbierenden Oberfläche 122, die in voneinander getrennte Abschnitte 123 segmentiert ist, so dass auf jedem Abschnitt ein Brennbereich gemäss den Segmentgruppen 72 bis 78 liegt.
Aus den Figuren 3b und 6b geht hervor, dass die Segmentgruppen sich überlappen können. Beispielsweise umfassen die Facetten der Facettengruppe 76 eine Facette der Facettengruppe 72. Die Facetten einer Facettengruppe können also in einer anderen Gruppe liegen, mit anderen Worten können die Gruppen mit anderen Gruppen durchmischt sein. Figur 7a zeigt eine 3D Ansicht des Konzentrators 90 von Figur 3c zusammen mit den zugeordneten Konzentratoren 130. Figur 7b zeigt die Konzentratoren 130, wobei ersichtlich ist, dass die Brennbereiche übereinander gestaffelt in drei Hö- hen angeordnet sind, nämlich auf der Höhe 140,141 und 142 (derart, dass wobei Brennbereiche in Achsrichtung auf verschiedener Höhe liegen). Eine solche Konfiguration wird erreicht durch die Kombination des Vorgehens gemäss den Figuren 2b und 2c. Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform sind, s. dazu Figur 2, Parabolo- idachsen von Paraboloiden von Segmentgruppen gegenüber der Achsrichtung geneigt.
Den hier gezeigten Ausführungsformen ist gemeinsam, dass die mehreren Brennbereiche um einen Punkt auf einer Symmetrieachse des Konzentrators herum gruppiert sind, wie es etwa der Fall ist, wenn die verschiedenen Abschnitte der absorbierenden Oberfläche um einen Teil der Absorbervorrichtung herum angeordnet sind. Dies ist aber nicht zwingend - etwa dann, wenn der Konzentrator nicht im Wesentlichen ein volles Paraboloid abdeckt, sondern nur einen Ab- schnitt davon, beispielsweise die eine Hälfte.
Ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemässen Konzentrators zeichnet sich dadurch aus, dass in einem ersten Schritt ein Grund - Paraboloid mit dem Durchmesser und dem rim angle Φ gemäss dem herzustellenden Konzentrator und in dessen Grundriss die Anordnung seiner Facetten bestimmt werden, in einem weiteren Schritt die Facettengruppen definiert und diesen virtuell ein eigenes Gruppen - Paraboloid zugeordnet wird, in einem nachfolgenden Schritt jedes Gruppen - Paraboloid derart bewegt wird, dass sein Brennpunkt an einem vorbestimmten, der Ausbildung der Absorberanordnung entsprechenden Ort liegt. Auf diese Weise können die Brennbereiche einer einfachen bzw. kostengünstigen Absorberanordnung angepasst werden, so dass alle konzentrierte Strahlung durch die Absorberanordnung verwertet werden kann, mithin Verluste an der Absorberanordnung nicht mehr oder nur in geringem Mass auftreten. Zudem ist es auch möglich, iterativ die Brennbereiche des Konzentrators und die Absorberanordnung auf einander abzustimmen, um einen im Hinblick auf die Effizienz und Kosten optimalen Konzentrator zu erhalten.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens werden die Gruppen - Paraboloide jeder Segmentgruppe translatorisch um den gleichen Abstand von der Achse des Grund - Paraboloids werden, derart, dass die Brennpunkte jeder Segmentgruppe regelmässig, bevorzugt symmetrisch zur Achse angeordnet sind. Ein solcher Konzentrator ist beispielsweise in Figur 3a gezeigt.
Schliesslich werden wobei die Facetten bevorzugt definiert, indem deren Umfang aus dem Schnitt eines achsparallelen Zylinders mit dem Grund- Paraboloid bestimmt wird, und wobei weiter bevorzugt die Lage der Facetten im Grundriss des Grund - Paraboloids unverändert bleibt, wenn ihr Gruppen - Paraboloid zur Lageänderung ihrer Brennbereiche bewegt wird. In einer Alternative ist es natürlich auch möglich, dass das Gruppen - Paraboloid mitsamt den Zylindern verschoben wird - allerdings wird dann eine dichteste Packung des Konzentrators mit Facetten nicht mehr möglich sein, was eine zunehmende Empfindlichkeit des Konzentrators gegen Windangriff und auch eine Zunahme an Gewicht und Kosten bedeutet.

Claims

Patentansprüche
Sonnenkollektor mit einer zweidimensionalen Krümmung des eine Anzahl konzentrierender Facetten aufweisenden Konzentrators und einer Absorberanordnung für die konzentrierte Sonnenstrahlung, dadurch gekennzeichnet, dass der Konzentrator im Betrieb mehrere Brennbereiche an verschiedenen Orten erzeugt und die Absorberanordnung für alle Brennbereiche wirksam ist.
Sonnenkollektor nach Anspruch 1, wobei Gruppen von Facetten die Sonnenstrahlung in einen gemeinsamen Brennbereich konzentrieren und alle Facetten, die Sonnenstrahlung in den gemeinsamen Brennbereich konzentrieren, als Facettengruppe auf einem nur ihnen gemeinsamen Gruppen - Paraboloid liegen, dessen Brennpunkt im jeweiligen gemeinsamen Brennbereich liegt.
Sonnenkollektor nach Anspruch 2, wobei die Facetten einer Facettengruppe nebeneinander liegen .
Sonnenkollektor nach Anspruch 2, wobei verschiedene Facettengruppen sich überlappen, derart, dass innerhalb einer Facettengruppe Facetten einer anderen Facettengruppe liegen.
Sonnenkollektor nach Anspruch 1, wobei die Brennbereiche in einer Ebene senkrecht zur Achsrichtung (Achse Def mit aus Zentrum der Sonne einfallenden Stahlen) des Kon-zentrators liegt.
Sonnenkollektor nach Anspruch 1, wobei die Absorberanordnung mehrere Absorbe-relemente mit je einer flachen absorbierenden Oberfläche aufweist, die im Wesentli-chen in einer Ebene liegen, welche bevorzugt senkrecht zur Achsrichtung verläuft ist.
7. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, wobei in jedem Brennbereich ein Absorberelement der Absorberanordnung mit einer bevorzugt flachen absorbierenden Oberfläche angeordnet und diese besonders bevorzugt auf die sie beleuchtenden Facetten ausgerichtet ist.
8. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, wobei Brennbereiche in Achsrichtung auf verschiedener Höhe liegen.
9. Sonnenkollektor nach Anspruch 2, wobei Paraboloidachsen von Paraboloiden von Segmentgruppen gegenüber der Achsrichtung geneigt sind.
10. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, wobei die mehreren Brennbereiche um einen Punkt auf einer Symmetrieachse des Konzentrators herum gruppiert sind.
11. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, wobei in Richtung der konzentrierten Strahlung vor den Brennbereichen Sekundärkonzentratoren, bevorzugt Trumpets vorgesehen sind, die die äussere Kontur des auf die Absorberan- Ordnung einfallenden Strahlungsflusses definieren.
12. Sonnenkollektor nach Anspruch 11, wobei die Absorberanordnung Absorberelemente mit je einer absorbierenden Oberfläche aufweist, und die Sekun¬ därkonzentratoren derart ausgebildet sind, dass die Kontur des Strahlungs- flusses weingstens teilweise der Kontur der jeweiligen absorbierenden
Oberfläche entspricht.
13. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dass jede Facette ihrem Ort im Konzent- rator entsprechend elliptisch ausgebildet ist, derart, dass ihr Umfang dem Schnitt eines zur Achse parallelen Zylinders mit einem Paraboloid entspricht.
14. Verfahren zur Herstellung eines Sonnenkollektors nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
in einem ersten Schritt ein Grund - Paraboloid mit dem Durchmesser und dem rim angle Φ gemäss dem herzustellenden Konzentrator und in dessen Grundriss die Anordnung seiner Facetten bestimmt werden,
in einem weiteren Schritt die Facettengruppen definiert und diesen virtuell ein eigenes Gruppen - Paraboloid zugeordnet wird,
in einem nachfolgenden Schritt jedes Gruppen - Paraboloid derart bewegt wird, dass sein Brennpunkt an einem vorbestimmten, der Ausbildung der Absorberanordnung entsprechenden Ort liegt.
15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Gruppen - Paraboloide jeder Segmentgruppe translatorisch um den gleichen Abstand von der Achse des Grund - Paraboloids entfernt werden, derart, dass die Brennpunkte jeder Segmentgruppe regelmässig, bevorzugt symmetrisch zur Achse angeordnet sind.
16. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Facetten definiert werden, indem deren Umfang aus dem Schnitt eines achsparallelen Zylinders mit dem Grund- Paraboloid bestimmt wird, und wobei bevorzugt die Lage der Facetten im Grundriss des Grund - Paraboloids unverändert bleibt, wenn ihr Gruppen - Paraboloid zur Lageänderung ihrer Brennbereiche bewegt wird.
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