DE3029864A1 - SYSTEM FOR CONCENTRATING SOLAR RADIATION ENERGY - Google Patents
SYSTEM FOR CONCENTRATING SOLAR RADIATION ENERGYInfo
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Description
Anlage zur Konzentrierung solarer StrahlungsenergiePlant for concentrating solar radiation energy
Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Konzentrierung solarer Strahlungsenergie, mit einem einen Lichtschacht und einen darunter angeordneten Strahlungsempfänger aufweisenden Turm, einer Vielzahl von um diesen herum angeordneten, die auftreffende solare Strahlung konzentrierenden Primärreflektoren sowie einer oberhalb des Lichtschachtes angebrachten, sekundären Reflektoreinrichtung.The invention relates to a system for concentrating solar radiation energy, with a light shaft and a radiation receiver arranged below Tower, a multitude of arranged around it, concentrating the incident solar radiation Primary reflectors and a secondary reflector device attached above the light shaft.
Eine derartige Anlage zur Nutzung der Sonnenenergie ist aus der DE-OS 28 01 674 bekannt. Bei dieser ist auf einem Gebäudedach eine Anzahl von als Fritr.ärreflektoren dienenden Heliostaten, in deren Mitte sich ein Turm befindet, angeordnet. Der untere Teil des Turmes wird von einem senkrechten, zylindrischen Lichtschacht gebildet, auf den in axialer Verlängerung ein Gerüst aufgesetzt ist, das an seinem oberen Ende einen von unten gesehen konkav gewölbten Spiegel trägt. Die einzelnen Heliostaten sind je nach Sonnenstand so gerichtet, daß sie das auftreffende Sonnenlicht in Richtung auf den am oberen Turmende angebrachten konkaven Spiegel umlenken. Die Brennweiten der Heliostaten sind dabei so abgestimmt, daß ihre Brennpunkte bei entsprechender Orientierung mit dem Brennpunkt des konkaven Spiegels, der als sekundäre Reflektoreinrichtung dient, zusammenfallen. Die einfallende Strahlungsenergie wird von diesem einzigen Sekundärreflektor senkrecht nach unten durch den Lichtschacht hindurch zum Strahlungsempfänger hin reflektiert. Der Lichtschacht kann innenseitig verspiegelt sein , um etwa schräg einfallende Strahlen weiter zu reflektieren.Such a system for using solar energy is known from DE-OS 28 01 674. This is on one Building roof a number of serving as Fritr.ärreflectors Heliostats with a tower in the middle. The lower part of the tower is made of a formed vertical, cylindrical light shaft, on which a framework is placed in an axial extension, which at its upper end bears a concave mirror when viewed from below. The individual heliostats are depending on the position of the sun directed so that they catch the sunlight in the direction of the concave mirror attached to the upper end of the tower. The focal lengths of the heliostats are matched so that their focal points with the appropriate orientation with the focal point of the concave Mirror, which serves as a secondary reflector device, coincide. The incident radiation energy will from this single secondary reflector vertically downwards through the light shaft to the radiation receiver reflected back. The light shaft can be mirrored on the inside, for example to further prevent inclined rays to reflect.
Diese bekannte Anlage zur Nutzung der Sonnenenergie weist gewisse Nachteile auf. So ist die Anzahl der einsetsbaren Heliostaten und damit die aufgenommene Strahlungsleistung relativ klein. Die vorgegebene geometrische Form des einsigen Sekundärreflektors bringt es mit sich, daß nur die Strahlung relativ dicht am Turm angeordneter Heliostate in den Lichtschacht hineinreflektiert werden kann. Die von weiter entfernt angeordneten Heliostaten kommende Strahlung kann nur noch zum Teil erfaßt werden, da sie bereits in den Randbereich des einsigen Sekundärreflektors fällt.This known system for using solar energy has certain disadvantages. So is the number of usable Heliostats and thus the absorbed radiation power relatively small. It has the given geometric shape of the single secondary reflector that only the radiation from heliostats arranged relatively close to the tower is reflected into the light shaft can be. The radiation coming from heliostats located further away can only be partially detected because it already falls in the edge area of the single secondary reflector.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde? unter Vermeidung der genannten Nachteile eine Anlage der eingangs genannten Art bereitzustellen, die den Einsatz eines möglichst ausgedehnten Feldes von Primärrerlektoren (Heliostaten) erlaubt und somit eine möglichst große Strahlungsleistung aufnehmen kann.The invention is based on the object ? while avoiding the disadvantages mentioned, to provide a system of the type mentioned at the beginning which allows the use of a field of primary reflectors (heliostats) that is as extensive as possible and can thus absorb the greatest possible radiation power.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die sekundäre Reflektoreinrichtung eine Anzahl einzelner, gewölkter Sekundärreflektoren aufweist, die Vielzahl von Pritnärreflektoren in Gruppen unterteilt und jede Gruppe jeweils einem der SekundärrefieKtoren in der Wexse zugeordnet ist, daß die von den einzelnen Primär— rerlektoren einer jeden Gruppe erzeugten Sonnenbilder von den jeweiligen Sekundärreflektoren etwa in die Ebene der oberen Öffnung des Lichrschachtes abgebildet werden.This object is achieved according to the invention in that the secondary reflector device comprises a number of individual, having curved secondary reflectors, the plurality of primary reflectors divided into groups and each group to one of the secondary reflectors in the Wexse is assigned that the solar images of the respective secondary reflectors are mapped approximately in the plane of the upper opening of the Lichrschachtes.
An die Stelle einer einzigen, eine gescnlossene geometrische Fläche bildenden sekundären ReflektoreinrichtunaIn place of a single one, a closed geometric one Secondary reflector device forming the surface
tritt nun eine Anzahl einzelner, gewölbter Sekundärreo-leJctoren. Jeder dieser Sekundärreflektoren ist aur eine ihm zugeordnete Gruppe von Primärreflejctoren hin orientiert. Jeder Primärref lejctor kann auf optimale V/eise auf seinen zugeordneten Sekundärreflektor eingestellt werden, wobei die Brennweite in Abhängigkeit vom Abstand jeweils so gewählt wird, daß die Sonnenscheibe etwa in die Ebene der oberen öffnung des Lichtschachtes abgebildet wird. Dies läßt sich exakt jeweils nur für den ecwa in der Mitte einer Gruppe angeordneten Primärreirlektor erreichen, wobei die ürte der von den übrigen Primärreflektoren einer Gruppe unrer Zwischenschaltung des zugencrigen Sekunoärrefleictors entworfenen Sonnenbilder jeweils ecv/as ooer- bzw. unterhalb der genannten Ebene liegen. Mit Hilre der erfindungsgemäßen Anordnung und Strahlernünruny gelingt es, die gesamte eingespiegeite Strahlungsenergie auf eine möglichst kleine Fläche zu konzentrieren und den, vorzugsweise kreisrörmigen Querschnitt der oberen Öffnung des Lichtschachtes möglichst eng auszuführen. Es ist ohne weiteres möglich, ein sehr großes r'eld von PrimärrefleJcroren (Heliostatenfela) einzusetzen, da jedem der aus der Unterteilung sich ergebenden Gruppen von PrimärretleJctoren ein optimal ausgerichteter SekundärrefleKtor zugeordnet werden kann.A number of individual, arched secondary reo-leJctors now appear. Each of these secondary reflectors is a group of primary reflectors assigned to it oriented. Each primary ref lejctor can point to optimal V / can be adjusted to its associated secondary reflector, the focal length depending on the The distance is chosen so that the sun disk is approximately in the plane of the upper opening of the light shaft is mapped. This can only be done exactly for the ecwa in the middle of a group arranged primary reflector Achieve, the ürte of the other primary reflectors of a group of our interconnection of the related secondary reflector in each case ecv / as ooer- or below the mentioned level. With the aid of the arrangement according to the invention and Strahlernünruny succeeds in getting the entire Radiant energy towards as small an area as possible concentrate and the, preferably circular cross-section of the upper opening of the light shaft as possible to execute closely. It is easily possible to use a very large array of primary reflectors (heliostatic panels), since each of the groups of primary retractors resulting from the subdivision has an optimally aligned one Secondary reflector can be assigned.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, die Sekundärreflektoren auf einer schalenförmigen, bezüglich des Lichtschachtes konvexen Tragestruktur derart zu montieren, daß den weiter zum Rand der schalen— förrnigen Tragestruktur hin montierten Sekundärreflektoren die weiter vom Turm entfernten Gruppen von PrimärretleJctoren zugeordnet sind.In an advantageous further development of the invention, it is proposed that the secondary reflectors on a shell-shaped support structure that is convex with respect to the light shaft to be mounted in such a way that the secondary reflectors mounted further towards the edge of the shell-shaped support structure the groups of primary retractors further away from the tower are assigned.
Eine derartige Anordnung ist am besten an ein Rundum— feld von Primärreflektoran angepaßt. Die Sekundärreflektoren sind dabei auf kreisförmigen Umfangslinien der Schalenstruktur aneinandergereiht, wobei die Reflektordurchmesser von der Mitte zum Rand hin zunehmen. Dies hängt damit zusammen, daß die weiter am Rand der Schalenstruktur montierten Sekundärreflektoren den im Primärreflektorenfeld weiter entfernt gelegenen Gruppen zugeordnet sind, deren Reflektoren größere Brennweiten aufweisen und damit größere Sonnenbilder erzeugen.Such an arrangement is best adapted to an all-round field of primary reflectors. The secondary reflectors are on circular circumferential lines the shell structure strung together, the reflector diameter Increase from the middle towards the edge. This is due to the fact that the further on the edge of the Secondary reflectors mounted on the shell structure in the Primary reflector field more distant groups are assigned, the reflectors of which have greater focal lengths and thus generate larger images of the sun.
Sowohl die Primär- als auch die Sekundärreflektoren sind zweckmäßig sphärisch gewölbt, da diese Form am einfachsten herstellbar ist. Theoretisch sollten die Sekundärreflektoren die Form von Rotationsparaboloid-Segmenten haben, sie können jedoch innerhalb der zulässigen Grenzen durch Kugelsegmente angenähert werden.Both the primary and the secondary reflectors are expediently curved spherically, since this shape is on is easiest to manufacture. In theory, the secondary reflectors should be in the shape of paraboloid of revolution segments but they can be approximated by spherical segments within the permissible limits.
Im folgenden soll die Erfindung anhand eines in den Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben werden. Es zeigen:In the following, the invention will be described in more detail with reference to an embodiment shown in the figures will. Show it:
Fig. 1 eine Prinzipskizze der erfindungsgemäßen Anlage mit Strahlengang;1 shows a schematic diagram of the system according to the invention with a beam path;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Anordnung von Sekundärreflektoren;2 shows a schematic representation of an arrangement of secondary reflectors;
Fig. 3 eine schematische, ausschnittsweise Darstellung eines in Gruppen von Primärreflektoren unterteilten Heliostatenfeldes.3 shows a schematic, partial illustration of a subdivided into groups of primary reflectors Heliostat field.
Figur 1 zeigt einen Turm 1 mit auf ein Gerüst 3 aufgesetzter Tragestruktur 2 für (nicht dargestellte) Sekundärreflektoren. Innerhalb des Turmes befindet sich ein konisch geformter, innenseitig verspiegelter Lichtschacht 4 sowie ein darunter angeordneter Strahlungsempfänger 5, der eine die Strahlung stark absorbierende innere Oberfläche besitzt. Der Turm 1 ist von einer Vielzahl von Primärreflektoren (Heliostaten) umgeben, von denen in der Fig. 1 nur zwei dargestellt sind, nämlich die Heliostaten 6 und 7. Dargestellt ist weiterhin ein Strahlengang, der auf die von einem Punkt der Sonnenoberfläche parallel einfallenden Randstreifen der Helios taten 6 und 7 bezogen ist. Die einfallenden parallelen Strahlen werden von den sphärisch gekrümmten-Oberflächen der Heliostaten zunächst in deren Brennflächen konzentriert. Da die von gegenüberliegenden Punkten der Sonnenscheibe kommenden Strahlen unter deutlich verschiedenen Winkeln einfallen, entstehen in den Brennflächen der Primärreflektoren Sonnenbilder, von denen die an der Tragestruktur 2 angebrachten (nicht dargestellten) Sekundärreflektoren wiederum Bilder etwa in der Ebene der oberen Öffnung 9 des Turmes 1 erzeugen.' Der Strahlengang, verläuft dann weiter innerhalb des Lichtschachtes 4, wobei um so mehr Reflektionen an dessen verspiegelter Innenseite stattfinden, je weiter die entsprechenden Heliostaten vom Turm entfernt sind. Der Strahlungsempfänger 5 ist mit üblichen Vorrichtungen zur Wärmeabführung versehen. Dabei kann es sich beispielsweise um mit der absorbierenden Oberfläche gut wärmeleitend verbundene, von einer Flüssigkeit durchströmte Rohre handeln. Die Flüssigkeit kann verdampft und der Dampf einer mit einem Generator verbundenen Turbine zugeführt werden. Es ist aber auch möglich, die erhitzte Flüssigkeit in einem gut isolier-FIG. 1 shows a tower 1 with a supporting structure 2 placed on a frame 3 for secondary reflectors (not shown). Inside the tower there is a conical light shaft with a mirror on the inside 4 and a radiation receiver 5 arranged below it, which has an inner surface that strongly absorbs the radiation owns. The tower 1 is surrounded by a large number of primary reflectors (heliostats), of which in 1 only two are shown, namely the heliostats 6 and 7. Also shown is a beam path, which hit the edge strips of the Helios falling parallel from a point on the sun's surface 6 and 7 is related. The incident parallel rays are drawn from the spherically curved surfaces of the Heliostats initially concentrated in their focal surfaces. As those from opposite points of the solar disk incoming rays fall at significantly different angles, arise in the focal surfaces of the primary reflectors Images of the sun, of which the secondary reflectors (not shown) attached to the support structure 2 again generate images approximately in the plane of the upper opening 9 of the tower 1. ' The beam path runs then further inside the light shaft 4, the more reflections on its mirrored inside take place the further the corresponding heliostats are from the tower. The radiation receiver 5 is provided with the usual devices for heat dissipation. This can be, for example, with the absorbent The surface is a good thermal conductor connected pipes through which a liquid flows. The liquid can be vaporized and the steam fed to a turbine connected to a generator. It is also possible, the heated liquid in a well insulated
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ten Speicher aufzubewahren, um die Wanne anderweitigKeep the storage tank for other purposes
In Fig. 2 ist eine schalenförmige Tragestruktur 2 schematisch dargestellt. An dieser Tragestruktur sind auf kreisförmigen Umfangslinien Io sphärisch gewölbte Sekundärreflektoren 3 angebracht. Diese erscheinen in perspektivischer Verkürzung als Ellipsen, haben jedoch die Form kreisförmiger Kugelsegmente mit von der Mitte der Tragestruktur zu deren Rand hin zunehmendem Durchmesser. Von den am Umfang der Tragestruktur gleichmäßig angeordneten Sekundärreflektoren sind der Einfachheit halber nur einige dargestallt. Die Sekundärreflektoren können einzeln jeweils auf eine zugeordnete Gruppe von Heliostaten einjustiert werden. Ihre Orientierung hängt also von der Anordnung der Primärrefiektoren (Heliostaten) und der Art der Unterteilung des Heliostatenfeldes in Gruppen ab. Bei einmal gewählter Feldanordnung bleibt die Justierung der Sekundärreflektoren im Prinzip konstant. Für die PrxmärrefleKtoren ist hingegen ein Kachführ system erfcrdsrlichj um der tages- und jahreszeitlich veränderlicnen Sonnenposition Rechnung zu tragen.In FIG. 2 there is a shell-shaped support structure 2 shown schematically. On this support structure Io are spherically arched on circular circumferential lines Secondary reflectors 3 attached. These appear in perspective foreshortening as ellipses, but have the shape of circular spherical segments with from the center the support structure towards its edge increasing diameter. Of the evenly around the perimeter of the supporting structure arranged secondary reflectors are shown for the sake of simplicity only a few. The secondary reflectors can be individually adjusted to an assigned group of heliostats. Your orientation depends So on the arrangement of the primary reflectors (heliostats) and the type of subdivision of the heliostat field into Groups off. Once the field arrangement has been selected, the adjustment of the secondary reflectors remains constant in principle. For the primary reflectors, however, there is a storage guide system is required to change the time of day and season to take into account the changing position of the sun.
Figur 3 zeigt schematisch einen Ausschnitt aus einem Heliostatenfeld. Die Einzelheliostaten 6 sind zu Gruppen 11, 12, Ί3 und i4 zusammengefaßt, die um einen Turm herum angeordnet sind. Dieser Turm ist durch eine kreisförmige Umfangslinie iO seiner Tragestruktur 2 repräsentiert. Dargestellt sind vier auf dieser Umrangslinie IC angebrachte Sekundärreflektoren S, 8·, S'' und S1'', denen jeweils die Heliostatengruppen 12, 12', 12'', bzw. 12"' zucreordnet sind. Die Sekxmclärreflektoren undFIG. 3 shows schematically a section from a heliostat field. The individual heliostats 6 are combined into groups 11, 12, Ί3 and i4, which are arranged around a tower. This tower is represented by a circular circumferential line in its support structure 2. Four secondary reflectors S, 8 ·, S ″ and S 1 ″ are shown on this circumferential line IC, to which the heliostat groups 12, 12 ′, 12 ″ and 12 ″, respectively, are assigned
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die ihnen zugeordneten Heliostatengruppen liegen jeweils in derselben radialen Richtung. Damit ergibt sich ein möglichst günstiger Einfallswinkel der Strahlung aut die Sekunaärreflektcren, deren Spiegelfläche somit optimal ausgenutzt wird. Sc kann die größtmögliche Anzahl von SekundärrefieKtoren am ümrang der Tragestruktur un-cergeoracht werden. Außer der dargestellten Umfangslinie 10, an der sich selbstverständlich menr als die vier dargestellten SekundärrefieKtoren 8 bis 8'11 aneinanderreihen, wurden sicn bei dreidimensionaler Darstellung unter- una obernalb der Zeichenebene weitere Konzentrische ümfangsiinien ergeoen. So befindet sich unterhalb der Zeichenecene eine kreisförmige ümtangsiinie geringeren Durcnmessers mit SeJcundärreflekroren, denen die HeIHo statengruppen 11 zugeordnet sind. Oberhalb der Umrangslinie lO befinden sich zwei v/eitere kreisförmige Umrangslinien größeren Durchmessers mit SeKundärrefieKtoren, denen die Heliostatengruppen i3 und i4 sageordnet sind. Mit zunehmendem Durchmesser der Umfangsiinien steigt die Anzahl der an ihnen aurgereihten SeKundärreflektoren, bei gleichzeitig abnehmendem Wirucelabstand. Die mit j.1, 12, i3 und 14 bezeichneten Heliostatengruppen sind in Mord-Süd-Richtung orientiert.the heliostat groups assigned to them each lie in the same radial direction. This results in the most favorable angle of incidence of the radiation on the secondary reflectors, the mirror surface of which is thus optimally used. The greatest possible number of secondary reflectors can be ensured on the umrang of the supporting structure. Apart from the illustrated peripheral line 10, at which string together course MENR than the four illustrated SekundärrefieKtoren 8 to 8 '11, the plane were ergeoen ümfangsiinien further concentric SiCN in three-dimensional representation sub una Obernalb. For example, below the symbolic scene there is a circular overhanging line of smaller diameter with secondary reflectors, to which the therapeutic groups 11 are assigned. Above the circumferential line 10 there are two further circular circumferential lines of larger diameter with secondary reflectors, to which the heliostat groups i3 and i4 are arranged. As the diameter of the circumferential lines increases, the number of secondary reflectors lined up on them increases with a simultaneous decrease in the distance between the vertebrae. The heliostat groups marked j.1, 12, i3 and 14 are oriented in the murder-south direction.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| 8130 | Withdrawal |