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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Solaranlage mit einer Mehrzahl von Solarspiegeln wie zum Beispiel Flachspiegel sowie mit einer Reinigungseinrichtung zur Reinigung der Oberfläche der Solarspiegel.
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Stand der Technik
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Zur Reinigung ebener Solarkollektoren sind über die Oberseite der Kollektoren verfahrbare Reinigungssysteme bekannt, die entlang seitlich angeordneter Schienen oder über Förderbänder über die Kollektoren verschoben werden und zugleich eine Reinigungsflüssigkeit aus einer Reinigungsschiene aussprühen. Derartige Systeme werden beispielsweise in der
EP 2048455 A2 ,
WO 04091816 A1 oder
JP 3192775 A beschrieben. Die Verfahrbarkeit der Reinigungseinrichtung erfordert einen verhältnismäßig hohen konstruktiven Aufwand, außerdem muss während der Verstellbewegung Energie für den elektromotorischen Antrieb aufgebracht werden.
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Aus der
US 2002066473 A1 ist ein Solarkollektor mit einer feststehenden Reinigungsleiste an einer Seitenkante des Kollektors bekannt, aus der aus einer Mehrzahl von Austrittsöffnungen Reinigungsflüssigkeit auf die Kollektoroberfläche austritt. Der Kollektor ist schräg gestellt, so dass die Reinigungsflüssigkeit der an der Oberkante angeordneten Reinigungsleiste von oben nach unten über die Kollektoroberfläche strömen kann.
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Diese Ausführung hat den Nachteil, dass ein gutes Reinigungsergebnis nur in dem der Reinigungsleiste unmittelbar benachbarten Bereich erzielt wird, da nur in diesem Bereich das Reinigungsfluid mit Druck auf die Oberfläche auftrifft. Weiter entfernt liegende Abschnitte der Kollektoroberfläche können dagegen nicht in gleicher Weise gereinigt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen ebene bzw. leicht gebogene Solarspiegel bzw. -kollektoren wirkungsvoll zu reinigen.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Die erfindungsgemäße Solaranlage weist eine Mehrzahl ebener oder leicht gewölbter Solarspiegel bzw. -kollektoren auf, welche vorzugsweise bei dem Fresnel-Kollektor-Konzept zum Einsatz kommen, um das einfallende Sonnenlicht auf ein Absorberrohr reflektieren. Üblicherweise beinhalten derartige Solaranlagen eine Vielzahl derartiger ebener Solarspiegel, die jeweils um mindestens eine Drehachse drehbar gelagert sind und dem Sonnenstand nachgeführt werden können. Die Solarspiegel können zu Feldern mit jeweils einer Mehrzahl einzelner Spiegel in Längs- und Querrichtung zusammengeschlossen werden, wobei jeder Solarspiegel um mindestens eine Drehachse drehbar gelagert ist. Es kann zweckmäßig sein, mehrere Solarspiegel auf einer gemeinsamen Drehachse bzw. -welle zu lagern, so dass diese Spiegel gemeinsam um die Achse verschwenkt werden.
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Alternativ zu Flachspiegeln bzw. leicht gewölbten Spiegeln, welche das Sonnenlicht reflektieren und auf einen Punkt bzw. Linie bündeln, kommen auch thermische Solaranlagen zur Wassererwärmung und Photovoltaikanlagen zur unmittelbaren Stromerzeugung in Betracht, soweit derartige Kollektoren/Spiegel eine ebene Kollektor-/Spiegeloberfläche aufweisen und um eine Drehachse drehbar gelagert sind.
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Erfindungsgemäß ist mindestens ein Solarspiegel mit einer Reinigungseinrichtung versehen, welche eine Zufuhrleitung für Reinigungsmittel sowie mindestens eine Ausspritzdüse umfasst. Die Reinigungseinrichtung ist vorzugsweise fest mit dem betreffenden Solarspiegel verbunden, so dass im Unterschied zu Ausführungen aus dem Stand der Technik keine Relativbewegung eines Bauteils der Reinigungseinrichtung über die Solarspiegeloberfläche vorgesehen ist. Sowohl die Zuleitung für das Reinigungsmittel als auch die Ausspritzdüse bzw. ein die Ausspritzdüse aufnehmendes Bauteil der Reinigungseinrichtung können fest mit dem ebenen Solarspiegel verbunden sein.
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Um die Oberfläche eines Solarspiegels zu reinigen, wird mindestens ein Solarspiegel in eine Drehposition verstellt, derart, dass die Ausspritzdüse der Reinigungseinrichtung auf die Oberfläche des benachbarten Solarspiegels gerichtet ist. Mit dem Austritt des Reinigungsmittels über die Ausspritzdüse wird die Oberfläche des benachbarten Solarspiegels gereinigt. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass mit einem verhältnismäßig geringen konstruktiven Aufwand ein vergleichsweise großes Feld an dem benachbarten Solarspiegel wirkungsvoll gereinigt werden kann. In der Drehposition weisen die benachbarten Solarspiegel zweckmäßigerweise zueinander eine Winkelstellung auf, in der die Ausspritzdüse in einer für den Reinigungsprozess günstigen Relativposition bezogen auf die Oberfläche des benachbarten Solarspiegels steht. Die Bauteile der Reinigungseinrichtung einschließlich der Ausspritzdüse können klein bzw. kompakt bauend ausgeführt und außerdem unmittelbar am Kollektor gehalten sein, ohne dass dies zu Einschränkungen hinsichtlich der Reinigungsleistung führt.
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Die Drehposition, die zumindest einer der Solarspiegel einnimmt, bezieht sich vorzugsweise auf die horizontale Ausgangslage des Solarspiegels, in der die Solarspiegeloberfläche orthogonal zum Gewichtskraftvektor steht, also parallel zum Boden ausgerichtet ist.
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Zweckmäßigerweise nehmen während der Reinigung beide Solarspiegel eine Drehposition ein und sind somit gegenüber der horizontalen Ausgangslage winklig ausgelenkt. Auf diese Weise kann die bestmögliche Relativposition zwischen den beiden Solarspiegeln zur Erzielung eines optimalen Reinigungsergebnisses eingestellt werden. Grundsätzlich genügt es aber, dass lediglich einer von zwei benachbarten Solarspiegeln während des Reinigungsprozesses in eine Drehlage verstellt wird. Hierbei kommen sowohl Ausführungen in Betracht, in denen der zu reinigende Solarspiegel verstellt wird als auch Ausführungen, in denen der reinigende Solarspiegel verdreht wird, welcher Träger der Ausspritzdüse ist, über die das austretenden Reinigungsfluid auf den benachbarten Kollektor auftrifft.
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Die Ausspritzdüse befindet sich vorteilhafterweise an der Solarspiegel-Unterseite, wobei mit einer Drehung dieses Kollektors die Ausspritzdüse bezogen auf den benachbarten Kollektor hochgeschwenkt und in eine für den Reinigungsprozess günstige Position gebracht wird. Zum Sammeln der an der Kollektoroberfläche abtropfenden Reinigungsflüssigkeit ist zweckmäßig im Seitenbereich des zu reinigenden Solarspiegels eine Ablaufrinne angeordnet, die die Reinigungsflüssigkeit, welche über die Oberfläche strömt, auffängt und ableitet. Die Flüssigkeit kann über einen Ablauf einem Abflusssystem zugeführt werden, wobei gegebenenfalls ein Vorabscheider zur Abscheidung von Sedimenten in der Flüssigkeit entweder zwischen Ablaufrinne und Abflusssystem oder innerhalb des Abflusssystems vorgesehen sein kann. Es wird vorzugsweise eine Mehrzahl von Ablaufrinnen an verschiedenen Kollektoren strömungstechnisch mit dem Abflusssystem verbunden. Das Abflusssystem ist vorzugsweise Teil eines Trägergestells zum Tragen der Solarspiegel oder in den Boden integriert.
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Die Zufuhrleitung für die Zufuhr der Reinigungsflüssigkeit wird vorzugsweise zumindest abschnittsweise durch eine Hohlwelle geführt, die zugleich die Drehachse des Solarspiegels bildet. Diese Platz sparende Anordnung weist den zusätzlichen Vorteil auf, dass die Zufuhrleitung innerhalb der Hohlwelle so gelagert sein kann, dass die Zufuhrleitung keine oder nur eine geringfügige Verdrehung erfährt. Außerdem muss kein zusätzlicher Bauraum für die Zufuhrleitung vorgehalten werden.
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Die Reinigungseinrichtung umfasst mindestens eine Ausspritzdüse, wobei gegebenenfalls eine Mehrzahl von Ausspritzdüsen vorgesehen sind, die sowohl axial über die Länge verteilt als auch an unterschiedlichen Winkelpositionen angeordnet sein können, um während des Reinigungsvorgangs aus verschiedenen Richtungen Reinigungsflüssigkeit auf die Oberfläche des benachbarten Solarspiegels aufsprühen zu können. Die Ausspritzdüsen sind vorzugsweise an einer gemeinsamen Reinigungsleiste bzw. -schiene gehalten. Die Ausspritzdüsen können eine sich verjüngende Querschnittsform aufweisen, wobei gegebenenfalls in der einfachsten Ausführungsvariante auch lediglich eine Austrittsöffnung in der Reinigungsleiste als Ausspritzdüse in Betracht kommt.
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Bei dem Verfahren zum Reinigen eines Solarspiegels in einer Solaranlage wird mindestens einer der Solarspiegel um seine Drehachse so weit verdreht, dass die Ausspritzdüse der Reinigungseinrichtung an einem ersten Solarspiegel auf die Oberfläche des benachbarten Solarspiegels weist. Dies wird, wie bereits oben ausgeführt, entweder dadurch erreicht, dass der zu reinigende Solarspiegel verstellt und der reinigende Solarspiegel seine Ausgangsposition beibehält oder dass der zu reinigende Solarspiegel seine Ausgangsposition beibehält und der reinigende Solarspiegel verstellt wird. Darüber hinaus ist auch die Ausführung möglich, dass beide Solarspiegel verdreht Werden, um die bestmögliche Reinigungsposition einnehmen zu können.
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Während des Reinigungsvorgangs kann der Relativwinkel zwischen den benachbarten Solarspiegeln konstant gehalten werden. In dieser Ausführung wird nur einmalig eine festgelegte Winkelposition eingestellt und anschließend mit dem Austrag der Reinigungsflüssigkeit über die Ausspritzdüse begonnen. Während des Reinigungsprozesses wird die Relativlage zwischen den benachbarten Solarspiegeln nicht verändert.
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Grundsätzlich möglich ist aber auch eine Änderung des Relativwinkels zwischen den benachbarten Solarspiegeln während des Reinigungsvorgangs, um möglichst die gesamte Oberfläche des Solarspiegels in gleicher Weise mit der Reinigungsflüssigkeit zu benetzen. Die Änderung des Relativwinkels erfolgt hierbei entweder über eine Einstellung der Drehlage des reinigenden oder des zu reinigenden Solarspiegels oder zeitgleich von beiden Solarspiegeln. Als Zielfunktion wird beispielsweise ein möglichst konstanter Abstand zwischen der Ausspritzdüse an dem einen Solarspiegel und der Oberfläche des anderen Solarspiegels vorgegeben.
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Gemäß weiterer zweckmäßiger Ausführung ist eine Mehrzahl benachbarter Solarspiegel mit einer Reinigungseinrichtung versehe, so dass der jeweils angrenzende Kollektor gereinigt werden kann.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen.
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Es zeigen:
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1 eine Solaranlage mit einer Mehrzahl drehbar gelagerter Solarspiegel, deren Drehachsen parallel zueinander verlaufen, wobei jeder Solarspiegel mit einer Reinigungseinrichtung versehen ist, über die die Oberfläche des benachbarten Solarspiegels zu reinigen ist,
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2 eine Seitenansicht und eine Frontansicht eines drehbar gelagerten Solarspiegels, welcher mit einer Reinigungseinrichtung ausgestattet ist.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In 1 ist eine Solaranlage 1 mit einer Mehrzahl parallel angeordneter Solarspiegel 2 dargestellt, die jeweils um eine Drehachse 3 zu verschwenken sind, wobei die Drehachsen 3 der Solarspiegel 2 parallel verlaufen. In Blickrichtung hintereinander liegend kann eine Mehrzahl von Solarspiegeln pro Reihe vorgesehen sein, die entweder alle unabhängig voneinander oder gemeinsam um ihre jeweilige Drehachse 3 zu verschwenken sind. Parallel zueinander liegende Solarspiegel können unabhängig voneinander um ihre jeweilige Drehachse 3 verschwenkt werden. Die Solarspiegel 2 sind jeweils in Trägervorrichtungen gehalten und in diesen schwenkbar gelagert. Die schwenkbare Lagerung wird genutzt, um die Oberseite 9 jedes Solarspiegels 2 dem Sonnenstand nachzuführen.
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Die Solarspiegel 2 sind jeweils mit einer Reinigungseinrichtung 4 ausgestattet, die eine Reinigungsschiene 5 an der Unterseite 10 benachbart zu einer Seitenkante des Solarspiegels 2 sowie Ausspritzdüsen 6, 7 aufweist, die von der Unterseite 10 des tragenden Solarspiegels 2 wegweisen. Sowohl aber die axiale Länge als auch in Umfangsrichtung über einen definierten Winkelabschnitt können an der Reinigungsschiene 5 eine Mehrzahl von Ausspritzdüsen 6, 7 angeordnet sein, um einen möglichst großflächigen Austrag von Reinigungsflüssigkeit 8 zu bewirken.
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Die Reinigungsschiene 5 ist für die Zufuhr der Reinigungsflüssigkeit 8 mit einer weiteren Zulaufleitung verbunden, die vorzugsweise durch die als Hohlwelle ausgeführte Drehachse 3 des Solarspiegels 2 geführt ist. Bei koaxialer Anordnung können sämtliche Solarspiegel 2 dieser Reihe über eine gemeinsame Zulaufleitung, die durch die Drehachse 3 geführt ist, mit Reinigungsflüssigkeit versorgt werden.
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Die Reinigungsschiene 5 befindet sich an der Unterseite 10 benachbart zu derjenigen Seitenkante des Solarspiegels 2, welche dem benachbarten Solarspiegel 2 zugewandt ist. Während des Reinigungsvorgangs wird sowohl der zu reinigende Solarspiegel als auch der reinigende Solarspiegel um die Drehachse 3 so weit verschwenkt, bis die Ausspritzdüsen 6, 7 an der Reinigungsschiene 5 in einer günstigen Sprühposition zur Oberseite 9 des benachbarten und zu reinigenden Solarspiegels 2 stehen. In dieser Position kann der Reinigungsvorgang durchgeführt werden.
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An der Oberseite 9 jedes Solarspiegels 2 befindet sich auf der der Reinigungsschiene 5 gegenüberliegenden Seitenkante eine Ablaufrinne 11, die die Oberseite 9 überragt und zum Auffangen von ablaufenden Wassertröpfchen dient. Die Ablaufrinne 11 kann zweckmäßigerweise mit einem Wasserablaufsystem verbunden werden, um die Reinigungsflüssigkeit sämtlicher während des Reinigungsvorgangs gereinigter Solarspiegel zu sammeln und ggf. in einer Filtrations- bzw. Wiederaufbereitungsanlage zur anschließenden Weiterverwendung aufzubereiten.
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Zur Durchführung des Reinigungsprozesses kommt sowohl ein konstanter Winkel beider benachbarter Solarspiegel während der Dauer der Reinigung in Betracht als auch eine veränderliche Einstellung des Relativwinkels zueinander, insbesondere vor dem Hintergrund, die gesamte Oberfläche 9 des zu reinigenden Solarspiegels 2 mit möglichst gleicher Reinigungswirkung reinigen zu können. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, dass der Relativabstand zwischen den Ausspritzdüsen 6, 7 und der Oberseite 9 des benachbarten Solarspiegels 2 während des Reinigungsprozesses und der Verstellung der Relativposition zumindest annähernd konstant gehalten wird.
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In 2 ist der Abtransport der Reinigungsflüssigkeit nach dem Reinigen der Oberseite 9 eines Solarspiegels 2 dargestellt. Die an der Oberseite des Solarspiegels nach unten abfließenden Reinigungströpfchen werden in der Ablaufrinne 11, welche im Bereich einer Kante des Solarspiegels angeordnet ist, gesammelt und über einen zentralen Abfluss 12 abgeleitet, in welchem sich ein Vorabscheider zur Abscheidung von Sedimenten befinden kann. In der aufgestellten Position des Solarspiegels 2, in welchem der Solarspiegel gegenüber einer Horizontalen einen Winkel von mindestens 80° einnimmt, befindet sich Ablaufrinne 11 an der dem Boden zugewandten Seite des Solarspiegels. Über Abfluss 12 kann die Reinigungsflüssigkeit in ein Abflusssystem 13 strömen, welches entweder im Traggestell des Solarspiegels 2 angeordnet ist oder unterirdisch verlegt ist.
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Um eine Strömungsverbindung zwischen dem Abfluss 12 an der Ablaufrinne 11 und dem Ablaufsystem 13 herzustellen, kann es zweckmäßig sein, während des Reinigungsvorgangs den zu reinigenden Solarspiegel 2 in eine definierte Winkelposition aufzustellen, in der eine Strömungsverbindung zwischen dem Abfluss 12 mit dem Abflusssystem 13 gegeben ist.