DE19744767C2 - Parabolrinnenkonzentrator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Parabolrinnenkonzentrator für ein solarthermisches Kraftwerk, der einfallende Solarstrahlung auf ein Absorberrohr fokussiert, in dem ein Wärmeträgermedium strömt, das von der konzentrier­ ten Solarstrahlung erhitzt wird.

Parabolrinnenkonzentratoren werden beispielsweise in sogenannten SEGS-Kraftwerken (Solar Energy Generating Systems) in Kalifornien eingesetzt. Die Reflektoren dieser Parabolrinnenkonzentratoren bestehen aus rück­ seitig versilbertem Verbundglas, das selbsttragend ist. Die Tragkonstruktion für die Reflektoren muß daher le­ diglich das Gewicht der Reflektoren abstützen; eine formgebende Unterstützung des Reflektors ist nicht er­ forderlich. Durch den hohen Aufwand bei der Fertigung und bei der Montage solcher Kraftwerke sind diese Kraftwerke erst in Größenordnungen ab etwa 50 MW wirt­ schaftlich einsetzbar. Für ein Kraftwerk in dieser Grö­ ßenordnung ist die Investitionssumme sehr hoch, was einer Realisierung eines derartigen Kraftwerkes in zahl­ reichen sonnenreichen, aber wirtschaftlich armen Gebie­ ten der Erde entgegensteht.

In der Vergangenheit wurde versucht, den konstruktiven Aufbau von Parabolrinnenkonzentratoren zu vereinfachen, um die Kosten für ein Kraftwerk zu senken. So wurde als Reflektor ein dünnes eloxiertes Aluminiumblech verwen­ det, was gegenüber dem versilberten Verbundglas eine bedeutende Gewichtsersparnis mit sich brachte. Nachtei­ lig ist jedoch, daß das Aluminiumblech nicht die selbst­ tragenden Eigenschaften des Verbundglases aufweist. Daher sind Tragkonstruktionen erforderlich, die das Aluminiumblech derart unterstützen, daß es in paraboli­ scher Form gehalten wird. Die bisher bekannten Stützkonstruktionen aus Aluminium oder Stahl sind jedoch sehr aufwendig und schwer, was sie entsprechend teuer macht.

Aus US 4 249 514 ist ein Solarkonzentrator in Leicht­ bauweise bekannt, der aus mehreren nebeneinander ange­ ordneten Segmenten besteht. Jedes Segment hat zwei ein­ stückige Seitenteile, deren Oberflächen mit Stufen ver­ sehen sind, die eine Kurvenform annähern. Reflektorlat­ ten sind auf den jeweiligen Stufen der beiden Seiten­ teile befestigt. An der Rückseite werden die Seitenteile von einer Fachwerkkonstruktion gehalten. Die Fachwerk­ konstruktion besteht aus dünnen Längsstreben und daran befestigten Spanndrähten. Bei diesem Solarkonzentrator kann keine durchgehende Reflektorplatte eingesetzt wer­ den, die einen besseren Wirkungsgrad als einzelne Re­ flektorlatten hat, da die nötige formgebende Abstützung für die Reflektorplatte fehlt. Nachteilig bei der Leichtbauweise ist, daß die einzelnen Segmente nicht in sich steif sind, so daß jedes Segment eine auf dem Boden befestigte Stütze benötigt, was einen hohen baulichen Aufwand erfordert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Para­ bolrinnenkonzentrator zu schaffen, der einen einfachen konstruktiven Aufbau hat und kostengünstig einsetzbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des 4 Patentanspruchs 1 gelöst.

Der erfindungsgemäße Parabolrinnenkonzentrator hat eine rinnenförmig gebogene Reflektorplatte, die vorzugsweise aus eloxiertem Aluminiumblech oder aus einem mit dünnen Glasspiegeln beklebten Blech besteht, und eine die Re­ flektorplatte tragende Tragkonstruktion aus mehreren in Längsrichtung der Rinne hintereinander angeordneten Segmenten aus Holz. Jedes Segment ist aus mehreren aus Holz bestehenden Rahmen zusammengesetzt, so daß ein modularer Aufbau des Parabolrinnenkonzentrators sowohl in Längs- als auch in Querrichtung gegeben ist, was zu einer hohen Flexibilität bei der Planung und Erstellung des Kraftwerkes führt. Da Holz ein leichter, einfach zu verarbeitender und billiger Werkstoff ist und darüber hinaus Holzrahmen aus relativ dünnen Leisten verwendet werden, können Gewicht und Kosten für den Parabolrin­ nenkonzentrator gesenkt werden, so daß auch kleinere Kraftwerke wirtschaftlich betreibbar werden. Vorteil­ haft ist auch die einfache Montage des Parabolrinnen­ konzentrators, da, bedingt durch den einfachen Aufbau und das geringe Gewicht der Holzrahmen, auch große Pa­ rabolrinnenanlagen fast komplett direkt am Ort montiert werden können, so daß Transporte von oftmals sehr gro­ ßen Bauteilen vom Herstellungsort zu der Baustelle ent­ fallen können.

Im folgenden wird anhand der Zeichnungen ein Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch den Parabolrinnenkon­ zentrator,

Fig. 2 eine Draufsicht auf ein Segment des Parabolrin­ nenkonzentrators,

Fig. 3 eine Ansicht des Segments von unten und

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 2.

In solarthermischen Kraftwerken mit Parabolrinnenkon­ zentratoren wird einfallende Solarstrahlung S von Para­ bolrinnenkonzentratoren 1 auf ein Absorberrohr A kon­ zentriert. Durch das Absorberrohr A strömt ein Wärme­ trägermedium, wie beispielsweise Öl oder Wasser, das von der konzentrierten Solarstrahlung erhitzt wird und einem späteren Verbraucher zugeführt wird. Üblicherwei­ se beträgt die Aperturweite eines Parabolrinnenkonzen­ trators etwa 2 bis 5 m, während der Durchmesser des Absorberrohres im Zentimeter-Bereich liegt.

Anhand der Fig. 1-3 wird nun der Aufbau des Parabol­ rinnenkonzentrators 1 näher beschrieben. Der Parabol­ rinnenkonzentrator 1 ist in Längsrichtung der Rinne, d. h. in axialer Richtung des Absorberrohres A, in meh­ rere Segmente 2 (Fig. 2) unterteilt. Jedes Segment 2 hat eine rinnenförmig gebogene Reflektorplatte 3 zur Fokussierung der einfallenden Solarstrahlung S auf das Absorberrohr A. Die Länge eines Segments 2, d. h. das Maß in Längsrichtung der Rinne wird durch die Breite des Materials der Reflektorplatte 3 bestimmt. Die Re­ flektorplatte 3 besteht aus einem dünnen Aluminumblech von 0,5 bis 1 mm Stärke, wobei eine eloxierte Oberflä­ che der Reflektorplatte 3 den eigentlichen Reflektor bildet.

Die Reflektorplatte 3 wird von einer Tragkonstruktion 4 abgestützt (Fig. 1 und 3). Die Tragkonstruktion 4 ei­ nes Segments 2 besteht aus mehreren nach oben und unten offenen Kasten 5 aus wasserfest verleimtem Sperrholz. Die seitlichen Leisten eines Rahmens 5 sind kammartig ineinandergreifend verbunden und können noch durch in­ nen angebrachte Montagewinkel zusätzlich versteift wer­ den. Die Oberflächen des Rahmens 5 sind mit einem Harz wasserfest versiegelt, um eine Langzeitstabilität des Holzes zu gewährleisten.

Die Rahmen 5 sind derart aufgebaut, daß sie, wenn sie zu einem Segment 2 zusammengesetzt sind, eine parabel­ förmige Oberkante 11 ergeben. Die in Längsrichtung ver­ laufenden Längsleisten 6 eines Kastens 5 sind unter einem Winkel derart an den Querleisten 7 befestigt, daß ihre Oberkanten 11 etwa tangential an der Reflektor­ platte 3 anliegen. Die Oberkanten der Querleisten 7 sind parabelsegmentförmig, so daß die zusammengefügten Rahmen 5 mit ihren Querleisten 7 eine Parabolrinne bil­ den, auf die die Reflektorplatte 3 aufgelegt wird. Die einzelnen Kästen 5 sind mit Hilfe von Schrauben 8 mit­ einander verbunden. Die Flächen der dafür erforderli­ chen Bohrungen sind mit einem Harz gegen Eindringen von Feuchtigkeit versiegelt. An der Unterseite jedes Rah­ mens 5 sind zur Versteifung zwei Metallbänder 9 zur Versteifung diagonal angebracht.

In Fig. 4 ist der Verbindungsbereich zweier Segmente 2 gezeigt, die jeweils mit durch die Querleisten 7a, 7b der Rahmen 5 führenden Schrauben 10 miteinander verbun­ den sind. Die parabelsegmentförmig gestalteten Oberkan­ ten 11a, 11b der Querleisten 7a, 7b sind mit einer Schicht 12 bedeckt, die ein Eindringen von Feuchtigkeit verhindert. Eine auf der Schicht 12 liegende rinnenför­ mig gekrümmte Führungsschiene 13 für die Reflektorplat­ ten 3a bzw. 3b ist mit Schrauben 14 an den Querleisten 7a, 7b befestigt. Die Führungsschiene 13 besteht aus einem Aluminiumprofil und weist einen nach oben vorste­ henden Steg 15 auf, der die reflektierenden Flächen der Reflektorplatten 3a, 3b übergreift, so daß die Reflek­ torplatten 3a, 3b in der Führung gehalten werden und in eine Parabelform gezwungen werden. An den äußeren Quer­ leisten 6 eines Segments 2 ist die Reflektorplatte 3 durch Anschläge 16 aus Metall oder Holz gegen ein Her­ ausrutschen aus der Führungsschiene 13 gesichert. Die Oberseite des Steges 15 der Führungsschiene 13 ist mit reflektierender selbstklebender Aluminiumfolie 17 be­ klebt, so daß auch die auf den Steg 15 auftreffende Solarstrahlung S auf das Absorberrohr A reflektiert wird.

Bei der Herstellung des Parabolrinnenkonzentrators 1 werden zunächst die Längs- und Querleisten 6, 7 der Rah­ men 5 zugeschnitten, mit kammartigen Verzahnungen für den Zusammenbau und Löchern für die Befestigungsschrau­ ben 8 und 10 versehen und an ihren Oberkanten 11 zu einer Parabelsegmentform bearbeitet. Anschließend wer­ den die Leisten 6, 7 mit einem Harz behandelt, so daß keine Feuchtigkeit in das Holz eindringen kann. Für die Reflektorplatten 3 wird einfach nur eloxiertes Alumi­ niumblech auf die richtige Länge geschnitten. Diese Einzelteile werden dann zu der Baustelle, an der das solarthermische Kraftwerk entstehen soll, gebracht.

Bei der Montage der Einzelteile werden zunächst die Längs- und Querleisten 6, 7 z. B. durch Leimen zu Rahmen 5 zusammengefügt, die dann mit Metallbändern 9 ver­ steift werden. Zur Montage eines Segmentes 2 werden die Rahmen 5 mit Schrauben 8 aneinander befestigt. Als nächstes werden die einzelnen Segmente 2 mit Hilfe von Schrauben 10 aneinander befestigt. Auf den Querleisten 7 der Rahmen 5 von zwei benachbarten Segmenten werden Führungsschienen 13 für die Reflektorplatten 3 be­ festigt. Anschließend werden die Reflektorplatten 3 in die Führungsschienen 13 eingeschoben und mit Anschlägen 16 in den Führungsschienen 13 gesichert.

Claims (7)

1. Parabolrinnenkonzentrator für ein solarthermisches Kraftwerk, mit einer Tragkonstruktion (4) aus meh­ reren in Längsrichtung des Paranolrinnenkonzentra­ tors (1) hintereinander angeordneten Segmenten (2), die einen Reflektor zur Fokussierung der einfallen­ den Solarstrahlung (S) trägt,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Reflektor eine rinnenförmig gebogene Reflek­ torplatte (3) ist, und
daß jedes Segment (2) aus mehreren separaten aus Holz bestehenden Rahmen (5) zusammengesetzt ist, deren Längsleisten (6) und Querleisten (7) die Re­ flektorplatte (3) formgebend stützen.

2. Parabolrinnenkonzentrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rahmen (5) eines Segments (2) in Querrichtung nebeneinander angeordnet sind, wobei die aneinander anschließenden Querleisten (7) der Rahmen (5) eine die Reflektorplatte (3) stützen­ de parabolische Form aufweisen.

3. Parabolrinnenkonzentrator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf den Querleisten (7) der Rahmen (5) von zwei benachbarten Segmenten (2) angebrachte Führungsschiene (13) für zwei be­ nachbarte Reflektorplatten (3a, 3b) vorgesehen ist, die die Reflektorplatten (3a, 3b) an ihren Oberseiten mit einem Steg (15) übergreift, wobei der Steg (15) eine reflektierende Oberseite (17) aufweist.

4. Parabolrinnenkonzentrator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektorplatte (3) mit An­ schlägen (16), die an den längslaufenden Seiten des Segments (2) angeordnet sind, in der Führungsschiene gesichert ist.

5. Parabolrinnenkonzentrator nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektorplatte (3) ein Aluminiumblech mit einer eloxierten Oberflä­ che ist.

6. Parabolrinnenkonzentrator nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektorplatte (3) ein mit dünnen Glasspiegeln beklebtes nicht re­ flektierendes Blech ist.

7. Parabolrinnenkonzentrator nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Holz ein Verbundholz ist.