DE102024119258A1 - Receiver system for solar power plants and solar power plant - Google Patents
Receiver system for solar power plants and solar power plantInfo
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Abstract
Receiversystem (1) für Solaranlagen (100), mit mindestens einem ersten Receiver (3) mit einer Hohlkammer und mit einer ersten Apertur (5), wobei in der Hohlkammer ein Hochtemperaturprozess solarthermisch betreibbar ist, und mit mindestens einen zweiten Receiver (7), der den mindestens einen ersten Receiver (3) ringförmig umgibt, wobei mittels des mindestens einen zweiten Receivers (7) ein Wärmeträgermedium erwärmbar ist. Receiver system (1) for solar systems (100), comprising at least one first receiver (3) with a hollow chamber and with a first aperture (5), wherein a high-temperature process can be operated solar thermally in the hollow chamber, and comprising at least one second receiver (7) which surrounds the at least one first receiver (3) in a ring shape, wherein a heat transfer medium can be heated by means of the at least one second receiver (7).
Description
Die vorliegende Erfindung betriff ein Receiversystem für Solaranlagen sowie eine Solaranlage mit einem derartigen Receiversystem.The present invention relates to a receiver system for solar power plants and to a solar power plant with such a receiver system.
Für eine möglichst effiziente Bereitstellung solarer Hochtemperatur-Wärme für solar-thermochemische Prozesse kommen von den konzentrierenden Solartechnologien nur Solarturm-Anlagen in Betracht, da nur diese zur Zeit das erforderliche Temperaturniveau in einem ortfesten Receiver, der zumeist als Hohlkammerreceiver ausgebildet ist, bereitstellen können. Derartige Solaranlage bestehen aus einer Vielzahl von zweiachsig gesteuerten Spiegeln (Heliostaten), welche das Sonnenlicht auf einen oder mehrere Receiver richten, die sich ortsfest auf einem oder mehreren Türmen befinden. In den Receivern wird die auf diese Weise erzeugte Hochtemperatur-Wärme von einem geeigneten Wärmeträgermedium aufgenommen und einer Nutzung zugeführt.For the most efficient provision of solar high-temperature heat for solar thermochemical processes, only concentrating solar technologies are suitable, as only these can currently provide the required temperature level in a stationary receiver, which is usually designed as a hollow chamber receiver. Such solar systems consist of numerous biaxially controlled mirrors (heliostats) that direct sunlight onto one or more receivers, which are stationary on one or more towers. In the receivers, the high-temperature heat generated in this way is absorbed by a suitable heat transfer medium and made available for use.
Bei der Nutzung von Solarenergie in Solarturm-Anlagen ist es von Bedeutung, dass die Sonne von der Erde aus als kreisförmige Lichtquelle mit einem Durchmesser von ca. 10 mrad erscheint. Dieser Winkel ergibt sich aus dem ca. 1:100 großen Verhältnis von Sonnen-Durchmesser (~1,4 Mio. km) und mittlerer Erd-Entfernung (~150 Mio. km). Dies bewirkt, dass sich jedes von einem Heliostaten auf den Receiver gerichtete Strahlenbündel selbst unter Idealbedingungen mit diesem Winkel aufweitet. Bei einigen Solarturm-Kraftwerke beträgt der Strahlenweg von den Heliostaten zum Receiver im Mittel ca. 1 km und folglich müssten Durchmesser und Höhe der Receiver in einer Größenordnung von jeweils 10 m betragen.When using solar energy in solar tower systems, it is important to note that the sun appears from Earth as a circular light source with a diameter of approximately 10 mrad. This angle results from the ratio of the sun's diameter (~1.4 million km) to the average distance to Earth (~150 million km), which is approximately 1:100. This means that even under ideal conditions, every beam of light directed from a heliostat to the receiver spreads out at this angle. In some solar tower power plants, the average beam path from the heliostats to the receiver is approximately 1 km, and consequently, the diameter and height of the receivers would each need to be on the order of 10 m.
Die für die Heliostaten sichtbare Projektionsfläche des Receivers wird in der Fachwelt als Apertur bezeichnet. Der Anteil der Solarstrahlung, welcher den Receiver nicht erreicht, wird Streustrahlung bzw. Spillage benannt.The projection area of the receiver visible to the heliostat is referred to in the scientific community as the aperture. The portion of solar radiation that does not reach the receiver is called scattered radiation or spillage.
Für die Bereitstellung von Hochtemperatur-Wärme (Temperaturniveau > 1000 °C) ist eine besonders hohe Energiedichte der Solarstrahlung (Flussdichte) notwendig, wobei gleichzeitig die Aperturen möglichst klein sein sollten, um Abstrahlungsverluste möglichst gering zu halten, wodurch jedoch der Anteil der Spillage vergrößert wird.Providing high-temperature heat (temperature level > 1000 °C) requires a particularly high energy density of solar radiation (flux density), while at the same time the apertures should be as small as possible to minimize radiation losses, although this increases the spillage component.
Die Heliostaten erzeugen auch bei hoher Genauigkeit von Spiegelfläche und Steuerung eine annähernd gaußförmige Flussdichte-Verteilung auf der Ebene der Apertur mit einem Peak am Zielpunkt, so dass an Randbereichen eine vergleichsweise geringe Flussdichte der Strahlung vorliegt. Simulationen haben festgestellt, dass jedoch ein großer Anteil (>80%) der Strahlung nicht auf die Apertur trifft und nahezu ungenutzt verbleibt und durch Kühlung abgeführt werden muss, um den Receiver umgebende Strukturen nicht zu beschädigen. Durch die geringere Flussdichte zum Rand hin ist eine Vergrößerung der Apertur nicht sinnvoll, da dadurch zu hoher zusätzlichen Abstrahlungsverluste entstehen.Even with high accuracy of the mirror surface and control, the heliostats generate an approximately Gaussian flux density distribution at the aperture plane, with a peak at the target point. This results in a comparatively low radiation flux density at the edges. Simulations have shown, however, that a large proportion (>80%) of the radiation does not reach the aperture and remains almost unused, requiring cooling to dissipate it and prevent damage to the structures surrounding the receiver. Due to the lower flux density towards the edges, increasing the aperture is not practical, as this would lead to excessively high additional radiation losses.
Um die Strahlungsverluste durch Spillage zu verringern, können die Apertur umgebende Sekundärkonzentratoren verwendet werden, die jedoch häufig einen großen konstruktiven Aufwand, insbesondere bzgl. der notwendigen Kühlung, sowie großen Wartungsaufwand bzgl. Reinigung bei nur mäßigen Zusatznutzen bedeuten. Selbst mit Sekundärkonzentratoren kann der Anteil der Spillage noch etwa 80% betragen.To reduce radiation losses due to spillage, secondary concentrators surrounding the aperture can be used. However, these often involve significant design complexity, particularly regarding the necessary cooling, as well as considerable maintenance effort for cleaning, with only moderate additional benefits. Even with secondary concentrators, spillage can still account for approximately 80%.
Die zuvor beschriebenen Receiver gehören zum allgemeinen Kenntnisstand des Anmelders, beziehen sich jedoch nicht auf einen konkreten, veröffentlichten Stand der Technik.The receivers described above are part of the applicant's general knowledge, but do not refer to a specific, published state of the art.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Receiversystem für Solaranlagen bereitzustellen, der einen im Vergleich zu vorbekannten Receivern eine verbesserte Ausnutzung der konzentrierten Solarstrahlung ermöglicht. Es ist ferner die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Solaranlage mit einem derartigen Receiver bereitzustellen.The object of the present invention is to provide a receiver system for solar power plants that enables improved utilization of concentrated solar radiation compared to previously known receivers. It is further an object of the present invention to provide a solar power plant with such a receiver.
Der erfindungsgemäße Receiversystem ist definiert durch die Merkmale des Anspruchs 1.The receiver system according to the invention is defined by the features of claim 1.
Die erfindungsgemäße Solaranlage ist definiert durch die Merkmale des Anspruchs 10.The solar system according to the invention is defined by the features of claim 10.
Das erfindungsgemäße Receiversystem für Solaranlagen weist mindestens einen ersten Receiver mit einer Hohlkammer und mit einer ersten Apertur auf, wobei in der Hohlkammer ein Hochtemperaturprozess solarthermisch betreibbar ist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Receiversystem mindestens einen zweiten Receiver aufweist, der den mindestens einen ersten Receiver ringförmig umgibt, wobei mittels des mindestens einen zweiten Receivers ein Wärmeträgermedium erwärmbar ist. Durch den mindestens einen zweiten Receiver, der den ersten Receiver ringförmig umgibt, kann die die Apertur des ersten Receivers nicht erreichende Solarstrahlung, die bei bisherigen Receivern als Spillage ungenutzt verblieb, zumindest teilweise genutzt werden, indem diese Solarstrahlung vom zweiten Receiver zumindest teilweise aufgenommen und für die Erwärmung eines Wärmeträgermediums genutzt wird.The receiver system for solar thermal systems according to the invention comprises at least one first receiver with a hollow chamber and a first aperture, wherein a high-temperature process can be operated solar-thermally within the hollow chamber. The invention is characterized in that the receiver system comprises at least one second receiver that surrounds the at least one first receiver in a ring-like manner, and wherein a heat transfer medium can be heated by means of the at least one second receiver. By means of the at least one second receiver that surrounds the first receiver in a ring-like manner, the solar radiation that does not reach the aperture of the first receiver, and which remained unused as spillage in previous receivers, can be at least partially utilized by the second receiver, in that this solar radiation is at least partially absorbed by the second receiver and used to heat a heat transfer medium.
Das erfindungsgemäße Receiversystem kann somit mittels des ersten Receivers einen Hochtemperaturprozess betreiben, bei dem Betriebstemperaturen von beispielsweise > 1000 °C erreicht werden. Mittels des mindestens einen zweiten Receivers können niedrige Temperaturen erzeugt werden, beispielsweise < 1000 °C, wie beispielsweise zwischen 500 °C und 1000 °C.The receiver system according to the invention can thus, by means of the first receiver, generate a high Operate a temperature-controlled process in which operating temperatures of, for example, > 1000 °C are reached. Lower temperatures, for example < 1000 °C, such as between 500 °C and 1000 °C, can be generated using at least one second receiver.
Der mindestens eine erste Receiver kann somit beispielsweise ein solar-thermochemischer Receiver sein, wobei in der Hohlkammer die entsprechenden Reaktionen solarthermisch betrieben werden. Der mindestens eine zweite Receiver kann beispielsweise ein solarthermischer Receiver sein.The first receiver, at least one, can therefore be, for example, a solar-thermochemical receiver, in which the corresponding reactions are carried out using solar thermal energy in the hollow chamber. The second receiver, at least one, can be, for example, a solar-thermal receiver.
Mittels des erfindungsgemäßen Receiversystems kann somit die als Spillage in Bezug auf den mindestens einen ersten Receiver auftretende konzentrierte Solarstrahlung, die eine geringere Flussdichte aufweist als im Zentrum der konzentrierten Strahlung, in vorteilhafter Weise von dem mindestens einen zweiten Receiver zur Erwärmung des Wärmeträgermediums genutzt werden, wodurch der Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Receiversystems deutlich erhöht wird und darüber hinaus aufwändige Kühlmaßnahmen um den mindestens einen ersten Receiver reduziert oder vermieden werden. Das mittels des mindestens einen zweiten Receivers erwärmte Wärmeträgermedium kann beispielsweise grundsätzlich als Wärme, zur Erzeugung von Strom, oder auch zu Vorwärmung eines Materials für den in dem ersten Receiver durchgeführten Hochtemperaturprozess verwendet werden.By means of the receiver system according to the invention, the concentrated solar radiation occurring as spillage with respect to the at least one first receiver, which has a lower flux density than at the center of the concentrated radiation, can thus be advantageously used by the at least one second receiver to heat the heat transfer medium. This significantly increases the efficiency of the receiver system according to the invention and, moreover, reduces or eliminates the need for complex cooling measures around the at least one first receiver. The heat transfer medium heated by the at least one second receiver can, for example, be used as heat, for generating electricity, or for preheating a material for the high-temperature process carried out in the first receiver.
In dem ersten Receiver können insbesondere Prozesse wie Kalzinierung oder metallurgische Prozesse durchgeführt werden. Auch ist es möglich, dass Syntheseprozesse von Brenn- und Treibstoffen (solar fuels) wie Wasserstoff, Methanol, Ammoniak oder Kerosin durchgeführt werden. Die Hohlkammer des mindestens einen ersten Receivers kann dabei insbesondere als Reaktor ausgebildet sein.The first receiver can be used for processes such as calcination or metallurgical processes. It is also possible to perform synthesis processes of fuels (solar fuels) such as hydrogen, methanol, ammonia, or kerosene. The cavity of the first receiver can be configured as a reactor.
Das erfindungsgemäße Receiversystem kann auch mehrere erste Receiver vorsehen, die von dem mindestens einen zweiten Receiver gemeinsam ringförmig umgeben sind. Mit anderen Worten: Mehrere erste Receiver sind dicht aneinander geordnet zentral auf der Zielfläche für die konzentrierte Solarstrahlung angeordnet, wobei der mindestens eine zweite Receiver die mehreren ersten Receiver gemeinsam ringförmig umgibt.The receiver system according to the invention can also provide several first receivers which are jointly surrounded in a ring-like manner by at least one second receiver. In other words, several first receivers are arranged close together centrally on the target area for the concentrated solar radiation, with the at least one second receiver jointly surrounding the several first receivers in a ring-like manner.
Selbstverständlich ist es auch möglich, dass mehrere zweite Receiver vorgesehen sind, die den mindestens einen oder die mehren ersten Receiver ringförmig umgeben.Of course, it is also possible that several second receivers are provided, which surround the at least one or more first receivers in a ring shape.
Die Erfindung kann auch vorsehen, dass mehrere erste Receiver vorgesehen sind, die jeweils von mindestens einem zweiten Receiver ringförmig umgeben sind. Bei dieser Ausführungsform sind die ersten Receiver voneinander beabstandet auf der Zielfläche angeordnet und jeweils von einem oder mehreren zweiten Receivern ringförmig umgeben. Bei einer derartigen Anordnung des erfindungsgemäßen Receiversystems kann im Betrieb vorgesehen sein, dass jeweils auf einen der ersten Receiver ein Teil der Solarstrahlung fokussiert wird.The invention can also provide for several first receivers, each of which is surrounded in a ring by at least one second receiver. In this embodiment, the first receivers are spaced apart from one another on the target surface and each is surrounded in a ring by one or more second receivers. In such an arrangement of the receiver system according to the invention, it can be provided during operation that a portion of the solar radiation is focused onto one of the first receivers at a time.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der mindestens eine zweite Receiver als offener, volumetrischer Receiver ausgebildet ist. Eine derartige Ausgestaltung hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, da offene, volumetrische Receiver in vorteilhafter Weise Solarstrahlung auch mit geringerer Flussdichte für die Erwärmung eines Wärmeträgermediums verwenden können. Vorzugsweise verwendet der offene, volumetrische Receiver Luft als Wärmeträgermedium. Ein offener, volumetrischer Receiver hat darüber hinaus den Vorteil, dass dieser zumeist modular aufgebaut ist und somit in vorteilhafter Weise den mindestens einen ersten Receiver oder die mehreren ersten Receiver umgebend angeordnet werden kann.Preferably, the at least one second receiver is designed as an open, volumetric receiver. This design has proven particularly advantageous because open, volumetric receivers can advantageously utilize solar radiation, even at lower flux densities, to heat a heat transfer medium. Preferably, the open, volumetric receiver uses air as the heat transfer medium. Furthermore, an open, volumetric receiver has the advantage of typically being modular in design, thus allowing it to be advantageously arranged around the at least one first receiver or the multiple first receivers.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der mindestens eine zweite Receiver mehrere Absorber aufweist, die den mindestens einen ersten Receiver ringförmig umgebend oder einen der ersten Receiver ringförmig umgebend angeordnet sind, wobei im Betrieb Empfangsflächen der Absorber Solarstrahlung ausgesetzt und die Absorber von Luft durchströmbar sind. Die Ausgestaltung mit mehreren Absorbern hat den besonderen Vorteil, dass einerseits eine flexible Anordnung der Absorber um den mindestens einen oder die ersten Receiver möglich ist und darüber hinaus auch ein flexibler Betrieb möglich ist, indem beispielsweise der Volumenstrom an Luft, der durch einzelne Absorber strömt, in Abhängigkeit von der die Absorber erreichenden Strahlungsflussdichte einstellbar ist.Preferably, the at least one second receiver has several absorbers arranged in a ring around the at least one first receiver or around one of the first receivers, wherein, during operation, the receiving surfaces of the absorbers are exposed to solar radiation and air can flow through the absorbers. The configuration with multiple absorbers has the particular advantage that, on the one hand, a flexible arrangement of the absorbers around the at least one or the first receivers is possible, and, on the other hand, flexible operation is also possible, for example, by adjusting the volume flow of air through individual absorbers depending on the radiation flux density reaching the absorbers.
Es kann vorgesehen sein, dass die Absorber jeweils einen Trägerkörper mit einem porösen Absorberkörper aufweisen, wobei der Absorberkörper die jeweilige Empfangsfläche bildet. Der poröse Absorberkörper kann beispielsweise aus keramischen Wabenkörpern, Drahtgewebe oder einem metallischen Schaum gebildet sein. Derartige Materialien haben sich zur Bildung einer porösen Struktur, die einerseits durch Solarstrahlung erwärmbar ist und andererseits in vorteilhafter Weise von Luft durchströmbar ist, herausgestellt.The absorbers can be designed to each have a support body with a porous absorber body, the absorber body forming the respective receiving surface. The porous absorber body can be made, for example, of ceramic honeycomb structures, wire mesh, or a metallic foam. Such materials have proven effective in forming a porous structure that is both heatable by solar radiation and advantageously permeable to air.
Bei dem erfindungsgemäßen Receiversystem kann auch vorgesehen sein, dass der mindestens eine zweite Receiver einen Hohlraum mit einer zweiten Apertur ausgebildet ist, wobei in dem Hohlraum Absorberrohre zur Durchleitung des Wärmeträgermediums angeordnet sind. Der mindestens eine zweite Receiver kann somit alternativ zu der Ausgestaltung als offener, volumetrischer Receiver in Form eines Hohlraums ausgebildet sein, in die die Strahlung gelangt, um in dem Hohlraum angeordneten Absorberrohre und das darin geleitete Wärmeträgermedium zu erwärmen. Der mindestens eine zweite Receiver kann somit als eine Art cavity receiver ausgebildet sein.In the receiver system according to the invention, it can also be provided that the at least one second receiver is formed as a cavity with a second aperture, wherein absorber tubes for conveying the heat transfer medium are arranged in the cavity. The at least one The second receiver can thus alternatively be designed as an open, volumetric receiver in the form of a cavity into which the radiation enters to heat the absorber tubes arranged in the cavity and the heat transfer medium flowing within it. The at least one second receiver can therefore be designed as a type of cavity receiver.
In einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Receiversystems kann vorgesehen sein, dass der mindestens eine erste Receiver einen die erste Apertur umgebenden Sekundärkonzentrator aufweist. Der erste Receiver kann somit zur besseren Einleitung von Strahlung in die Hohlkammer einen die erste Apertur umgebenden Sekundärkonzentrator aufweisen. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Sekundärreflektor über eine Kühleinrichtung gekühlt ist.In one embodiment of the receiver system according to the invention, the at least one first receiver may have a secondary concentrator surrounding the first aperture. Thus, the first receiver may have a secondary concentrator surrounding the first aperture to improve the introduction of radiation into the cavity. The secondary reflector may be cooled by a cooling device.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass eine für Solarstrahlung transparente Platte an der ersten Apertur angeordnet ist, die die Apertur zumindest teilweise verschließt. Über die transparente Platte lässt sich Solarstrahlung in vorteilhafter Weise in die Hohlkammer einleiten, wobei gleichzeitig ein Austausch zwischen dem Innenraum der Hohlkammer und der Atmosphäre verringert oder verhindert werden kann. Bei einer transparenten Platte, die die erste Apertur vollständig verschließt, kann somit beispielsweise in der Hohlkammer eine gewünschte Atmosphäre erzeugt und beibehalten werden. Auch kann beispielsweise in der Hohlkammer ein Unterdruck erzeugt werden. Beispielsweise kann für einige thermochemische Reaktionen eine sauerstoffarme Atmosphäre in der ersten Hohlkammer erzeugt werden.Preferably, a plate transparent to solar radiation is arranged at the first aperture, at least partially closing it. Solar radiation can advantageously be introduced into the cavity via the transparent plate, while simultaneously reducing or preventing exchange between the interior of the cavity and the atmosphere. With a transparent plate that completely closes the first aperture, a desired atmosphere can thus be created and maintained within the cavity. A vacuum can also be created within the cavity. For example, an oxygen-depleted atmosphere can be generated in the first cavity for certain thermochemical reactions.
Unter einer für Solarstrahlung transparenten Platte wird im Rahmen der Erfindung eine Platte verstanden, die für die Solarstrahlung einen hemisphärischen, solaren (AM 1,5) Transmissionsgrad von mindestens 85 % aufweist.In the context of the invention, a plate transparent to solar radiation is understood to be a plate which has a hemispherical solar transmittance (AM 1,5) of at least 85% for solar radiation.
Die Erfindung betrifft ferner eine Solaranlage mit mindestens einem Solarturm, an dem ein erfindungsgemäßes Receiversystem angeordnet ist, und mit einem Heliostatfeld mit mehreren Heliostaten, die auf das Receiversystem fokussierbar sind.The invention further relates to a solar power plant with at least one solar tower on which a receiver system according to the invention is arranged, and with a heliostat field with several heliostats that can be focused on the receiver system.
Dabei kann vorgesehen sein, dass die Heliostaten auf die erste Apertur des ersten Receivers fokussierbar sind. Grundsätzlich ist auch möglich, dass das Receiversystem mehrere erste Receiver aufweist, wobei jeweils ein Teil der Heliostaten auf die erste Apertur eines der ersten Receiver fokussierbar ist.The heliostats can be designed to focus on the first aperture of the first receiver. It is also possible for the receiver system to have multiple first receivers, with a portion of the heliostats being focusable on the first aperture of each of the first receivers.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Figuren die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Solaranlage mit einem erfindungsgemäßen Receiversystem, -
2 eine schematische Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Receiversystems und -
3 eine schematische Draufsicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Receiversystems.
-
1 a schematic view of a solar power system according to the invention with a receiver system according to the invention, -
2 a schematic top view of a first embodiment of a receiver system according to the invention and -
3 a schematic top view of a second embodiment of a receiver system according to the invention.
In
In
Um die von den Heliostaten 110 hervorgerufene Flussdichteverteilung von konzentrierter Solarstrahlung in vorteilhafter Weise ausnutzen zu können, weist das erfindungsgemäße Receiversystem 1 einen zentral angeordneten ersten Receiver 3 auf. Dieser kann beispielsweise mit einer Hohlkammer ausgebildet sein mit einer ersten Apertur 5. In der Hohlkammer des ersten Receivers 3 kann beispielsweise ein Hochtemperaturprozess solarthermisch betrieben werden. Beispielsweise kann ein solar-thermochemischer Prozess mit dem ersten Receiver 3 betrieben werden. Um die Apertur 5 des ersten Receivers 3 ist ein zweiter Receiver 7 die Apertur 5 des ersten Receivers 3 ringförmig umgebend angeordnet. Der zweite Receiver 7 ist als solarthermischer Receiver ausgebildet und dient zur Erwärmung eines Wärmeträgermediums. In dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel ist der zweite Receiver 7 als offener, volumetrischer Receiver ausgebildet. Der zweite Receiver 7 weist mehrere Absorber 9 auf, die in mehreren Reihen nebeneinander angeordnet sind und die erste Apertur 5 des ersten Receivers 3 ringförmig umgeben. Die Absorber 9 weisen jeweils einen Tragkörper mit einem porösen Absorberkörper auf, wobei der poröse Absorberkörper eine Empfangsfläche 9a für die Solarstrahlung bildet. Der poröse Absorberkörper ist von Luft durchströmbar. Im Betrieb wird durch die Absorber 9 Luft, die sich vor den Empfangsflächen 9a befindet, eingesaugt und von den durch die Solarstrahlung erwärmten porösen Absorberkörpern erwärmt.To advantageously utilize the flux density distribution of concentrated solar radiation generated by the heliostats 110, the receiver system 1 according to the invention has a centrally arranged first receiver 3. This receiver can, for example, be designed with a hollow chamber and a first aperture 5. A high-temperature solar thermal process can be operated in the hollow chamber of the first receiver 3. For example, a solar thermochemical process can be operated with the first receiver 3. A second receiver 7 is arranged annularly surrounding the aperture 5 of the first receiver 3. The second receiver 7 is designed as a solar thermal receiver and serves to heat a heat transfer medium. In the embodiment shown in the figures, the second receiver 7 is designed as an open, volumetric receiver. The second receiver 7 has several absorbers 9 arranged side by side in several rows and annularly surrounding the first aperture 5 of the first receiver 3. The absorbers 9 each have a support body with a porous absorber body, the porous absorber body forming a receiving surface 9a for solar radiation. Air can flow through the porous absorber body. During operation, air located in front of the receiving surfaces 9a is drawn in by the absorbers 9 and heated by the porous absorber bodies warmed by the solar radiation.
Die Ausgestaltung des zweiten Receivers 7 als offener, volumetrischer Receiver bietet den besonderen Vorteil, dass die unterschiedliche Flussdichteverteilung der Solarstrahlung in vorteilhafter Weise für die Erwärmung des Wärmeträgermediums genutzt werden kann, da der Volumenstrom des Wärmeträgermediums Luft, der durch die einzelnen Absorber 9 eingesaugt wird, regulierbar ist. Somit kann eine relativ gleichmäßige Temperatur des erwärmten Wärmeträgermediums erreicht werden.The design of the second receiver 7 as an open, volumetric receiver offers the particular advantage that the different flux density distribution of the solar radiation can be advantageously used for heating the heat transfer medium, since the volume flow of the heat transfer medium (air) drawn in through the individual absorbers 9 is controllable. Thus, a relatively uniform temperature of the heated heat transfer medium can be achieved.
Die Ausgestaltung des zweiten Receivers 7 mit mehreren Absorbern 9 bietet darüber hinaus den Vorteil, dass auf konstruktiv einfache Art und Weise eine ringförmige Anordnung des zweiten Receivers 7 um den ersten Receiver 3 geschaffen werden kann.Furthermore, the design of the second receiver 7 with several absorbers 9 offers the advantage that a ring-shaped arrangement of the second receiver 7 around the first receiver 3 can be created in a structurally simple way.
In
Bei dem erfindungsgemäßen Receiversystem 1 kann die Apertur 5 des ersten Receivers vergleichsweise klein ausgestaltet werden, ohne dass es zu energetischen Nachteilen aufgrund zu großer Spillage kommen kann, da die Spillage durch den zweiten Receiver 7 in vorteilhafter Weise thermisch genutzt werden kann.In the receiver system 1 according to the invention, the aperture 5 of the first receiver can be designed to be comparatively small without causing energy disadvantages due to excessive spillage, since the spillage can be advantageously used thermally by the second receiver 7.
Das in dem zweiten Receiver 7 erwärmte Wärmeträgermedium, beispielsweise Luft, kann zur Bereitstellung von Wärme oder zur Stromerzeugung genutzt werden. Auch besteht die Möglichkeit, dass das erwärmte Wärmeträgermedium zur Vorwärmung von in dem ersten Receiver verwendeten Reaktionsmaterial genutzt wird.The heat transfer medium heated in the second receiver 7, for example air, can be used to provide heat or to generate electricity. It is also possible to use the heated heat transfer medium to preheat reaction material used in the first receiver.
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 11
- ReceiversystemReceiver system
- 33
- erster Receiverfirst receiver
- 55
- AperturAperture
- 77
- zweiter Receiversecond receiver
- 99
- Absorberabsorber
- 9a9a
- EmpfangsflächeReception area
- 1111
- SekundärkonzentratorSecondary concentrator
- 100100
- Solaranlagesolar system
- 105105
- SolarturmSolar tower
- 110110
- HeliostatHeliostat
- 120120
- HeliostatfeldHeliostat field
Claims (12)
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
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Publications (1)
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