DE202014001201U1 - Heliostat for solar power plants or solar concentrators - Google Patents
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Abstract
Heliostat (1) für Solarkraftwerke oder Solarkonzentratoren mit mindestens einem eine Spiegelfläche (5) aufweisenden Reflektor (3) und mit einem Träger (7) für den Reflektor (3), wobei der Träger (7) eine Antriebsvorrichtung (9) mit einem Elevationsgelenk (11), das eine Elevationsachse (11a) für den Reflektor (3) bildet, aufweist, wobei in einer Betriebsposition der Reflektor (3) über die Antriebsvorrichtung (9) um die Elevationsachse (11a) zum Einstellen des Elevationswinkels der Spiegelfläche (5) verschwenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung (9) das Elevationsgelenk (11) beim Verfahren des Reflektors (3) aus der Betriebsposition in eine Ruheposition absenkt, wobei das Elevationsgelenk (11) in der Ruheposition in einer gegenüber der Betriebsposition abgesenkten Position angeordnet ist.Heliostat (1) for solar power plants or solar concentrators with at least one mirror surface (5) having reflector (3) and with a support (7) for the reflector (3), wherein the carrier (7) has a drive device (9) with an elevation joint ( 11), which forms an elevation axis (11a) for the reflector (3), wherein in an operating position the reflector (3) can be pivoted about the elevation axis (11a) via the drive device (9) for adjusting the elevation angle of the mirror surface (5) characterized in that the drive device (9) lowers the elevation joint (11) in the operation of the reflector (3) from the operating position to a rest position, wherein the elevation joint (11) is arranged in the rest position in a lowered position relative to the operating position.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Heliostat für Solarkraftwerke oder Solarkonzentratoren mit einem eine Spiegelfläche aufweisenden Reflektor und mit einem Träger für den Reflektor, wobei der Träger eine Antriebsvorrichtung mit einem Elevationsgelenk, das eine Elevationsachse für den Reflektor bildet, aufweist, wobei in einer Betriebsposition der Reflektor über die Antriebsvorrichtung um die Elevationsachse zum Einstellen des Elevationswinkels der Spiegelfläche verschwenkbar ist.The present invention relates to a heliostat for solar power plants or solar concentrators with a reflector surface having a reflector and a support for the reflector, wherein the carrier comprises a drive device with an elevation joint, which forms an elevation axis for the reflector, wherein in an operating position of the reflector via the drive device is pivotable about the elevation axis for adjusting the elevation angle of the mirror surface.
Heliostate sind beispielsweise bei solaren Turmkraftwerken bekannt, wobei die auf die Spiegelflächen der Heliostate fallende, direkte Solarstrahlung reflektiert und auf einen Strahlungsempfänger konzentriert wird. Der Strahlungsempfänger kann bis zu 1 km vom Heliostat entfernt angeordnet sein. Die im Verhältnis zu der Entfernung der Heliostaten von dem Receiver relativ kleine Aperturöffnung des Receivers stellt hohe Anforderungen an die Formgenauigkeit und Formtreue der Spiegel sowie an die Nachführung des Spiegels während des Betriebs. Die auf den Heliostat einwirkenden Lasten, nach welchen die Struktur und die Nachführung der Heliostate ausgelegt werden, werden vor allem durch Windlasten bestimmt.Heliostats are known, for example, in solar tower power plants, wherein the falling on the mirror surfaces of the heliostats, direct solar radiation is reflected and concentrated on a radiation receiver. The radiation receiver can be located up to 1 km away from the heliostat. The relative to the distance of the heliostat from the receiver relatively small aperture of the receiver makes high demands on the dimensional accuracy and dimensional accuracy of the mirror and the tracking of the mirror during operation. The loads acting on the heliostat, according to which the structure and tracking of the heliostats are designed, are mainly determined by wind loads.
Bekannte Heliostate werden auch bei sogenannten Solarkonzentratoren, wie beispielsweise einem Sonnenofen, eingesetzt.Known heliostats are also used in so-called solar concentrators, such as a solar furnace.
Es kann zwischen zwei Betriebszuständen unterschieden werden:
- 1. Die Betriebsposition (die sogenannte Tracking-Position), in der der Azimutund Elevationswinkel der Heliostate in Abhängigkeit von der Position des Heliostats im Feld und dem Sonnenstand nachgeführt werden. Hierbei sind maximal zulässige Betriebswindgeschwindigkeiten festgelegt, innerhalb derer die zu erwartenden Verformungen und Abweichungen der Nachführung vorgegebene, enge Toleranzen nicht überschreiten dürfen.
- 2. Die Ruheposition (die sogenannte Stow-Position), in der sich der Heliostat in einer Schutzstellung befindet, die dem Wind eine minimale Angriffsfläche bieten soll. Diese Position wird eingenommen, sobald die Windgeschwindigkeit die maximal zulässige Betriebswindgeschwindigkeit übersteigt. Die maximalen Lasten treten bei hohen Windgeschwindigkeiten auf, weshalb die Struktur derart ausgelegt wird, dass kein Totalausfall bei Sturm zu erwarten ist.
- 1. The operating position (the so-called tracking position), in which the azimuth and elevation angle of the heliostats are tracked depending on the position of the heliostat in the field and the position of the sun. Maximum permissible operating wind speeds are specified within which the expected deformations and deviations of the tracking must not exceed predetermined, narrow tolerances.
- 2. The resting position (the so-called stow position), in which the heliostat is in a protective position, which should offer the wind a minimal attack surface. This position is taken as soon as the wind speed exceeds the maximum permissible operating wind speed. The maximum loads occur at high wind speeds, which is why the structure is designed so that no total failure in storm is to be expected.
Herkömmliche Heliostaten weisen Träger auf, die als Pylonen ausgeführt sind. Eine separate Antriebsvorrichtung ist zumeist direkt an der Verbindung des Trägers mit dem Reflektor angeordnet und bildet ein zwei Freiheitsgrade aufweisendes Drehgelenk, um den Azimut- und Elevationswinkel verstellen zu können.Conventional heliostats have carriers that are designed as pylons. A separate drive device is usually arranged directly on the connection of the carrier with the reflector and forms a two degrees of freedom having rotary joint to adjust the azimuth and elevation angle can.
Die Reflektoren sind in der Praxis häufig sehr hohen Windgeschwindigkeiten ausgesetzt, insbesondere, wenn diese mit größerem Abstand vom Boden angeordnet sind. Dadurch entstehen hohe Belastungen auf Struktur, Antrieb, Lagerung und die Fundamente der Heliostate, so dass insbesondere die Struktur der Reflektoren und der Träger sowie der Antriebsvorrichtungen sehr stabil ausgelegt sein muss. Dies führt zu einem hohen Konstruktions- und Kostenaufwand.The reflectors are often exposed in practice very high wind speeds, especially if they are located at a greater distance from the ground. This results in high loads on structure, drive, storage and the foundations of the heliostats, so that in particular the structure of the reflectors and the carrier and the drive devices must be designed very stable. This leads to a high construction and cost.
Ferner hat sich herausgestellt, dass in der üblichen Ruheposition die Spiegelfläche der Reflektoren relativ stark durch Umwelteinflüsse verschmutzt werden kann.Furthermore, it has been found that in the usual rest position, the mirror surface of the reflectors can be relatively heavily polluted by environmental influences.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Heliostat der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die maximal auftretenden Windlasten verringert sind. Ferner wäre es von Vorteil, wenn die Verschmutzungsneigung der Spiegelflächen in der Ruheposition verringert ist, so dass die zeitlichen Abstände zwischen den Reinigungszyklen der Spiegelflächen verlängert werden können.It is therefore an object of the present invention to provide a heliostat of the type mentioned, in which the maximum occurring wind loads are reduced. Furthermore, it would be advantageous if the tendency of the mirror surfaces to soiling in the rest position is reduced, so that the time intervals between the cleaning cycles of the mirror surfaces can be extended.
Die Erfindung ist definiert durch die Merkmale des Anspruchs 1.The invention is defined by the features of
Der erfindungsgemäße Heliostat für Solarkraftwerke oder Solarkonzentratoren weist mindestens einen eine Spiegelfläche aufweisenden Reflektor und einen Träger für den Reflektor auf, wobei der Träger eine Antriebsvorrichtung mit einem Elevationsgelenk, das die Elevationsachse für den Reflektor bildet, aufweist, wobei in einer Betriebsposition der Reflektor über die Antriebsvorrichtung um die Elevationsachse zum Einstellen des Elevationswinkels der Spiegelfläche verschwenkbar ist.The heliostat according to the invention for solar power plants or solar concentrators has at least one reflector having a mirror surface and a support for the reflector, wherein the carrier has a drive device with an elevation joint, which forms the elevation axis for the reflector, wherein in an operating position of the reflector via the drive device about the elevation axis for adjusting the elevation angle of the mirror surface is pivotable.
Der erfindungsgemäße Heliostat ist dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung das Elevationsgelenk beim Verfahren des Reflektors aus der Betriebsposition in eine Ruheposition absenkt, wobei das Elevationsgelenk in der Ruheposition in einer gegenüber der Betriebsposition abgesenkten Position angeordnet ist.The heliostat according to the invention is characterized in that the drive device lowers the elevation joint in the process of the reflector from the operating position to a rest position, wherein the elevation joint is arranged in the rest position in a lowered position relative to the operating position.
Es hat sich herausgestellt, dass in Bodennähe deutlich geringere Windgeschwindigkeiten auftreten als in den üblichen Höhen der Elevationsachse über dem Boden von einigen Metern. Dadurch kann die auf den Reflektor und somit auf den Heliostaten auftretende Windlast in der Ruheposition gering gehalten werden, wodurch die Struktur des Reflektors und der Antriebsvorrichtung geringere Stabilitätsanforderungen besitzt und somit erhebliche Material- und Kosteneinsparungen erreicht werden können. Dadurch werden die Investitionskosten eines Kraftwerkes oder eines Solarkonzentrators reduziert.It has been found that near the ground significantly lower wind speeds occur than in the usual heights of the elevation axis above the ground of a few meters. As a result, the wind load occurring on the reflector and thus on the heliostat can be kept low in the rest position, whereby the structure of the reflector and the drive device has lower stability requirements and thus considerable Material and cost savings can be achieved. As a result, the investment costs of a power plant or a solar concentrator are reduced.
Ferner wird durch die Möglichkeit der Absenkung des Elevationsgelenks erreicht, dass der Reflektor und das Elevationsgelenk im abgesenkten Zustand besser zugänglich sind, so dass Wartungsarbeiten an dem Heliostaten vereinfacht sind.Furthermore, it is achieved by the possibility of lowering the elevation joint that the reflector and the elevation joint in the lowered state are more accessible, so that maintenance of the heliostat are simplified.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Antriebsvorrichtung den Reflektor beim Verfahren des Reflektors aus der Betriebsposition in die Ruheposition um die Elevationsachse verschwenkt, wobei in der Ruheposition die Mittelebene des Reflektors in einem Winkel von maximal 10° zu der Bodenebene angeordnet ist. Als Bodenebene wird die Ausgleichsebene durch das Bodenprofil verstanden, d. h. bei einem flachen Boden verläuft die Bodenebene horizontal, wobei bei einer Anordnung der Heliostate an einem Hang die Bodenebene in einem Winkel zur Horizontalen verläuft. Als Mittelebene des Reflektors wird bei einer ebenen Anordnung der Spiegelfläche die Ebene der Spiegelfläche angesehen. Bei einer leicht gewölbten Spiegelfläche verläuft die Mittelebene derart durch den Reflektor, dass zu beiden Seiten einzelne Punkte der spiegelfläche einen minimalen Abstand zu der Mittelebene aufweisen.Preferably, it is provided that the drive device pivots the reflector during the process of the reflector from the operating position to the rest position about the elevation axis, wherein in the rest position, the center plane of the reflector is arranged at an angle of at most 10 ° to the ground plane. As soil level, the level of compensation is understood by the soil profile, d. H. in the case of a flat bottom, the ground plane runs horizontally, with an arrangement of the heliostats on a slope, where the ground plane is at an angle to the horizontal. As a center plane of the reflector is considered in a planar arrangement of the mirror surface, the plane of the mirror surface. In the case of a slightly curved mirror surface, the center plane runs through the reflector in such a way that individual points of the mirror surface are at a minimum distance from the center plane on both sides.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Reflektor in der Ruheposition parallel zu der Bodenebene angeordnet ist, d. h., dass die Mittelebene parallel zu der Bodenebene verläuft.Preferably, it is provided that the reflector is arranged in the rest position parallel to the ground plane, d. h., that the median plane is parallel to the ground plane.
Durch das Verschwenken des Reflektors in eine Position, in der die Mittelebene des Reflektors in einem Winkel von maximal 10° zu der Bodenebene, vorzugsweise parallel zu der Bodenebene, angeordnet ist, wird erreicht, dass der Reflektor nur wenig Angriffsfläche für Windeinflüsse bietet, so dass die auf den Reflektor und somit auf den gesamten Heliostaten wirkende Windlast gering gehalten wird. Durch das Absenken des Elevationsgelenkes und das Verschwenken des Reflektors in diese flache Position wird somit erreicht, dass in der Ruheposition des Reflektors nur geringe Windlasten auf den Heliostaten und den Reflektor einwirken.By pivoting the reflector in a position in which the center plane of the reflector at an angle of not more than 10 ° to the ground plane, preferably parallel to the ground plane, is arranged, it is achieved that the reflector provides little attack surface for wind influences, so that the wind load acting on the reflector and thus on the entire heliostat is kept low. By lowering the elevation joint and the pivoting of the reflector in this flat position is thus achieved that act in the rest position of the reflector only small wind loads on the heliostat and the reflector.
In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass in der Ruheposition die Spiegelfläche des Reflektors, auf der dem Boden zugewandten Seite des Reflektors angeordnet ist. Mit anderen Worten: In der Ruheposition ist die Spiegelfläche des Reflektors zum Boden gerichtet. Es hat sich herausgestellt, dass sich während der Nachtstunden Tau auf einer zum Himmel orientierten Spiegelfläche bilden kann, was zu einer erhöhten Staubablagerung auf den Spiegeln führen kann. Der Staub haftet an den durch Tau befeuchteten Bereichen der Spiegelfläche an, was ein häufigeres, kostenintensives Reinigen der Spiegelflächen erforderlich macht. Durch das Verschwenken der Spiegelfläche in die Ruheposition, in der die Spiegelfläche zum Boden gerichtet ist, kann verhindert werden, dass insbesondere Staubpartikel, die schwerkraftbedingt auf den Reflektor fallen, nicht an der Spiegelfläche des Reflektors anhaften, wenn diese in der Ruheposition ist. Auch ist die Taubildung an der Unterseite des Reflektors – in der Ruheposition somit an der Spiegelfläche – geringer. Es hat sich somit herausgestellt, dass durch die Ausrichtung der Spiegelfläche die Verschmutzungsneigung der Spiegelfläche in der Ruheposition deutlich verringert ist, so dass die Zeitabstände zwischen den Reinigungen verlängert werden können.In a particularly preferred embodiment, it is provided that in the rest position, the mirror surface of the reflector, is arranged on the ground-facing side of the reflector. In other words, in the rest position, the mirror surface of the reflector is directed to the ground. It has been found that during the night hours, dew can form on a mirror-oriented mirror surface, which can lead to increased dust deposition on the mirrors. The dust adheres to the dew-moistened areas of the mirror surface, necessitating more frequent, costly cleaning of the mirror surfaces. By pivoting the mirror surface in the rest position, in which the mirror surface is directed to the ground, can be prevented in particular dust particles that fall due to gravity on the reflector, do not adhere to the mirror surface of the reflector when it is in the rest position. Also, the formation of dew at the bottom of the reflector - in the rest position thus at the mirror surface - lower. It has thus been found that the tendency to foul the mirror surface in the rest position is significantly reduced by the orientation of the mirror surface, so that the time intervals between cleaning operations can be extended.
Insgesamt bietet der erfindungsgemäße Heliostat die Vorteile einer bodennahen Ruheposition, wodurch die maximal auftretende Betriebslast aufgrund von Windlasten verringert wird. Dadurch werden die Anforderungen an die Haltekräfte der Antriebsvorrichtung und an die Dimensionierung der gesamten Trägerstruktur deutlich reduziert. Durch die Anordnung der Spiegelfläche zu Boden gerichtet, wird die Verschmutzung durch Ablagerung von Staub auf der nachts taufeuchten Spiegelfläche vermindert. Ferner ermöglicht das Absenken der Spiegelfläche verbesserte Montage und Wartungsbedingungen.Overall, the heliostat according to the invention offers the advantages of a ground-level rest position, whereby the maximum operating load due to wind loads is reduced. As a result, the demands on the holding forces of the drive device and on the dimensioning of the entire support structure are significantly reduced. The arrangement of the mirror surface directed to the ground, the pollution is reduced by deposition of dust on the night dewy mirror surface. Further, lowering the mirror surface allows for improved mounting and maintenance conditions.
In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass die Antriebsvorrichtung mindestens ein ebenes Getriebe mit einem ersten Getriebeglied, einem zweiten Getriebeglied und einem Gestell aufweist, wobei das erste Getriebeglied über ein erstes Gelenk und das zweite Getriebeglied über ein zweites Gelenk mit dem Gestell verbunden ist. Dabei ist vorgesehen, dass das erste Getriebeglied über ein drittes, als Drehgelenk ausgebildetes Gelenk mit dem zweiten Getriebeglied verbunden ist. Für das erste und das zweite Gelenk gilt Folgendes: Entweder ist das erste Gelenk als Drehschubgelenk und das zweite Gelenk als Drehgelenk ausgebildet, oder das zweite Gelenk als Drehschubgelenk und das erste Gelenk als Drehgelenk, oder das erste und das zweite Gelenk als Drehschubgelenk.In a particularly preferred embodiment of the invention it is provided that the drive device has at least one planar gear with a first gear member, a second gear member and a frame, wherein the first gear member via a first joint and the second gear member via a second joint connected to the frame is. It is provided that the first gear member is connected via a third, designed as a hinge joint with the second gear member. The following applies to the first and the second joint: Either the first joint is designed as a rotary push joint and the second joint as a swivel joint, or the second joint as a rotary push joint and the first joint as a swivel joint, or the first and the second joint as a rotary push joint.
Durch das Vorsehen eines derartigen ebenen Getriebes wird ein Absenken des Reflektors beim Verfahren des Reflektors aus der Betriebsposition in die Ruheposition auf einfache Art und Weise erreicht, indem das erste und/oder das zweite Gelenk durch eine Schiebebewegung relativ zueinander linear bewegt werden. Dadurch werden die mit dem ersten und dem zweiten Gelenk verbundenen Bereiche des ersten und zweiten Getriebeglieds scherenartig auseinandergespreizt, wobei an dem dritten Gelenk eine Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Getriebeglied verbleibt. Dadurch wird das dritte Gelenk in Richtung des Bodens abgesenkt und somit kann das Elevationsgelenk und der gesamte Reflektor ebenfalls abgesenkt werden. Auf diese Weise wird erreicht, dass durch eine konstruktiv einfache Schiebebewegung des ersten Gelenks und/oder des zweiten Gelenks ein Absenken des Elevationsgelenks erreicht wird. Dadurch kann der Antrieb zum Absenken des Elevationsgelenkes auf konstruktiv einfache Art und Weise bereitgestellt werden.By providing such a planar transmission lowering of the reflector in the process of the reflector from the operating position is achieved in the rest position in a simple manner by the first and / or the second joint are moved linearly by a sliding movement relative to each other. As a result, the areas of the first and second gear members connected to the first and second links are spread apart like a scissor, leaving a connection between the first and second gear members at the third joint. As a result, the third joint is lowered in the direction of the ground and thus The elevation joint and the entire reflector can also be lowered. In this way it is achieved that a lowering of the elevation joint is achieved by a structurally simple sliding movement of the first joint and / or the second joint. As a result, the drive for lowering the elevation joint can be provided in a structurally simple manner.
Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass das zweite Getriebeglied mit seinem ersten Ende mit dem zweiten Gelenk und mit seinem zweiten Ende mit dem Elevationsgelenk verbunden ist. Auf diese Weise kann die zuvor beschriebene Absenkbewegung in besonders vorteilhafter Weise erreicht werden.It can be provided in particular that the second gear member is connected at its first end to the second joint and at its second end to the elevation joint. In this way, the lowering movement described above can be achieved in a particularly advantageous manner.
Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass das dritte Gelenk zwischen dem ersten und dem zweiten Ende an dem zweiten Getriebeglied angeordnet ist. Alternativ kann vorgesehen sein, dass das dritte Gelenk direkt am Elevationsgelenk angeordnet ist.It is preferably provided that the third joint between the first and the second end is arranged on the second gear member. Alternatively it can be provided that the third joint is arranged directly on the elevation joint.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Hebel über ein viertes, als Drehgelenk ausgebildetes Gelenk an dem Reflektor angelenkt ist, wobei der Hebel den Reflektor zur Verschwenkbewegung um die Elevationsachse antreibt. Über den Hebel kann somit auf einfache Art und Weise der Reflektor durch eine Schub- oder Ziehbewegung des Hebels verschwenkt werden.In a preferred embodiment of the invention, provision is made for a lever to be articulated to the reflector via a fourth joint designed as a rotary joint, the lever driving the reflector about the elevation axis for pivoting movement. About the lever can thus be pivoted in a simple manner, the reflector by a pushing or pulling movement of the lever.
Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass das erste Getriebeglied mit seinem ersten Ende mit dem ersten Gelenk und mit seinem zweiten Ende mit dem Hebel verbunden ist, wobei der Hebel das zweite Ende des ersten Getriebeglieds mit dem Reflektor verbindet. Dadurch kann eine von dem ersten Getriebeglied ausgeführte Bewegung auf den Hebel und somit auf den Reflektor übertragen werden. Die Verschwenkbewegung des Reflektors lässt sich somit über das erste Getriebeglied hervorrufen.It is preferably provided that the first gear member is connected at its first end to the first joint and at its second end to the lever, wherein the lever connects the second end of the first gear member with the reflector. Thereby, a movement performed by the first gear member movement can be transmitted to the lever and thus to the reflector. The pivoting movement of the reflector can thus be caused by the first gear member.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das vierte Drehgelenk in einer orthogonal zu der Elevationsachse verlaufenden Richtung von dem Elevationsgelenk beabstandet ist und eine zu der Elevationsachse parallele Drehachse aufweist. Auf diese Weise lässt sich in besonders vorteilhafter Weise die Verschwenkbewegung des Reflektors um das Elevationsgelenk mittels des Hebels bewirken.It is preferably provided that the fourth pivot joint is spaced from the elevation joint in a direction orthogonal to the elevation axis and has a rotation axis parallel to the elevation axis. In this way, the pivoting movement of the reflector about the elevation joint by means of the lever can be effected in a particularly advantageous manner.
Bei dem erfindungsgemäßen Heliostaten kann somit vorgesehen sein, dass das ebene Getriebe scherenartig aufgebaut ist, wobei sich das erste und das zweite Getriebeglied kreuzen und an ihrer Kreuzungsstelle mittels des dritten Gelenks verbunden sind. Das zweite Getriebeglied ist mit seinem ersten Ende mit dem als Drehgelenk ausgebildeten zweiten Gelenk mit dem Gestell verbunden und mit seinem zweiten Ende mit dem Elevationsgelenk. Das erste Getriebeglied ist mit seinem ersten Ende mit dem als Drehschubgelenk ausgebildeten ersten Gelenk mit dem Gestell verbunden. Das zweite Ende des ersten Getriebeglieds ist über den Hebel mit dem von dem Elevationsgelenk beabstandeten vierten Gelenk verbunden. Wenn das als Drehschubgelenk ausgebildete erste Gelenk nun auf dem Gestell verschoben wird, erfolgt eine Höhenverstellung des Elevationgsgelenkes und somit des gesamten Reflektors. Da der Hebel an dem zweiten Ende des ersten Getriebeglieds angeordnet ist, wird bei der Schubbewegung des ersten Gelenks neben der Höhenverstellung eine an die Höhenverstellung gekoppelte Bewegung des Hebels und somit eine Verschwenkbewegung des Reflektors hervorgerufen. Somit erfolgt bei dem Verfahren des Reflektors aus der Betriebsposition in die Ruheposition gleichzeitig zu der Absenkbewegung die Verschwenkbewegung des Reflektors um das Elevationsgelenk. Dadurch ist die erfindungsgemäß vorgesehene Bewegung des Reflektors beim Verfahren aus der Betriebsposition in die Ruheposition auf konstruktiv einfache Art und Weise mit hoher Stabilität verwirklichbar. Ferner kann erreicht werden, dass die Verschwenkbewegung des Reflektors um die Elevationsachse zum Einstellen des Elevationswinkels der Spiegelfläche während des normalen Betriebs (und somit in der Betriebsposition) auf einfache Art und Weise durch einen translatorischen Antrieb des ersten Gelenks verwirklichbar ist.In the heliostat according to the invention can thus be provided that the planar gear is constructed scissors-like, with the first and the second gear member intersect and are connected at their intersection by means of the third joint. The second gear member is connected at its first end to the second hinge formed as a hinge with the frame and with its second end with the elevation joint. The first gear member is connected at its first end to the rotary joint formed as a first joint with the frame. The second end of the first gear member is connected via the lever to the fourth joint spaced from the elevation joint. If the first joint formed as a rotary push joint is now displaced on the frame, a height adjustment of the elevation joint and thus of the entire reflector takes place. Since the lever is arranged at the second end of the first gear member, a movement of the lever coupled to the height adjustment and thus a pivoting movement of the reflector is caused in the pushing movement of the first joint in addition to the height adjustment. Thus, in the method of the reflector from the operating position in the rest position simultaneously to the lowering movement, the pivoting movement of the reflector about the elevation joint. As a result, the movement of the reflector provided according to the invention during the process from the operating position into the rest position can be realized in a structurally simple manner with high stability. Furthermore, it can be achieved that the pivoting movement of the reflector about the elevation axis for adjusting the elevation angle of the mirror surface during normal operation (and thus in the operating position) in a simple manner by a translational drive of the first joint can be realized.
In einer zu der den Hebel aufweisenden Variante alternativen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Zugmitteltrieb mit dem Reflektor verbunden ist, der den Reflektor zur Verschwenkbewegung um die Elevationsachse antreibt. Somit wird anstelle des zuvor vorgesehenen Hebels ein Zugmitteltrieb vorgesehen, der die Verschwenkbewegung des Reflektors hervorruft. Der Zugmitteltrieb kann separat angetrieben sein oder vorzugsweise an die Bewegung des ersten und/oder des zweiten Getriebeglieds gekoppelt sein.In a variant of the invention having the lever alternative embodiment of the invention it is provided that a traction mechanism is connected to the reflector which drives the reflector for pivoting about the elevation axis. Thus, instead of the previously provided lever a traction mechanism is provided which causes the pivoting movement of the reflector. The traction mechanism drive may be driven separately or preferably coupled to the movement of the first and / or the second transmission member.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass eine erste Umlenkrolle des Zugmitteltriebs mit dem Elevationsgelenk zusammenwirkt. Mit anderen Worten: Die erste Umlenkrolle ist derart an dem Elevationsgelenk angeordnet, dass die Umlenkrolle die Bewegung des Reflektors um das Elevationsgelenk hervorruft.It is preferably provided that a first deflection roller of the traction mechanism drive cooperates with the elevation joint. In other words, the first deflection roller is arranged on the elevation joint such that the deflection roller causes the movement of the reflector about the elevation joint.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass eine zweite Umlenkrolle des Zugmitteltriebs mit dem dritten Gelenk zusammenwirkt. Dadurch kann die zweite Umlenkrolle von einer Verschwenkbewegung am dritten Gelenk angetrieben werden. Somit ist eine gekoppelte Bewegung zwischen der Höhenverstellung des Reflektors bei dem Verfahren des Reflektors aus der Betriebsposition in die Ruheposition und der Verschwenkbewegung des Reflektors um die Elevationsachse möglich.It can further be provided that a second deflection roller of the traction mechanism drive cooperates with the third joint. As a result, the second deflection roller can be driven by a pivoting movement on the third joint. Thus, a coupled movement between the height adjustment of the reflector in the process of the reflector from the operating position to the rest position and the Swiveling movement of the reflector around the elevation axis possible.
Dabei kann vorgesehen sein, dass die zweite Umlenkrolle einen größeren Durchmesser aufweist als die erste Umlenkrolle, so dass der Zugmitteltrieb eine Übersetzung beinhaltet. Dadurch wird ermöglicht, dass bei der gekoppelten Variante, bei der die zweite Umlenkrolle durch die Bewegung des dritten Gelenks angetrieben wird, eine Drehung der Umlenkrolle in einem Winkel < 90° in eine Drehbewegung der ersten Umlenkrolle in einem Winkel > 90° umgesetzt wird, so dass bei der Bewegung des ersten und zweiten Gelenks relativ zueinander die gewünschte Verschwenkbewegung des Reflektors, die üblicherweise > 90° ist, erreicht wird.It can be provided that the second deflection roller has a larger diameter than the first deflection roller, so that the traction mechanism drive includes a translation. This makes it possible that in the coupled variant, in which the second guide roller is driven by the movement of the third joint, a rotation of the guide roller at an angle <90 ° in a rotational movement of the first guide roller at an angle> 90 ° is implemented, so that during the movement of the first and second joint relative to each other, the desired pivoting movement of the reflector, which is usually> 90 °, is achieved.
Um eine günstige Bewegungscharakteristik zu erreichen, kann ferner vorgesehen sein, dass die Umlenkrollen als Exzenter ausgeführt sind, so dass ein Übersetzungsverhältnis vorgesehen sein kann. Dadurch kann zum Beispiel eine zügiges Aufrichten und Erreichen der Betriebsposition erzielt werden. Bei Erreichen der Betriebsposition wiederum kann durch geeignete Wahl der Exzenter erzielt werden, dass eine den Anforderungen der genaue Nachführung genügende Übersetzung zwischen dem Linearantrieb und der Schwenkbewegung erreicht wird.In order to achieve a favorable movement characteristic, it can further be provided that the deflection rollers are designed as eccentrics, so that a transmission ratio can be provided. As a result, for example, a quick erection and reaching the operating position can be achieved. Upon reaching the operating position in turn can be achieved by a suitable choice of the eccentric, that the requirements of exact tracking sufficient translation between the linear drive and the pivoting movement is achieved.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Antriebsvorrichtung eine Federvorrichtung aufweist, die beispielsweise zwischen dem ersten und dem zweiten Getriebeglied oder zwischen dem ersten und/oder zweiten Getriebeglied und dem Gestell wirkt. Beim Absenken der Elevationsachse in die Ruheposition kann eine Federvorrichtung vorgespannt werden, so dass sich beim Aufrichten in die Betriebsposition die notwendige, durch den Antrieb bereitzustellende Leistung verringert.Furthermore, it can be provided that the drive device has a spring device which acts, for example, between the first and the second gear member or between the first and / or second gear member and the frame. When lowering the elevation axis in the rest position, a spring device can be biased, so that when erecting in the operating position, the necessary, to be provided by the drive power is reduced.
Durch das Vorsehen eines Zugmitteltriebs, das beispielsweise ein Seil oder eine Kette als Zugmittel aufweisen kann, kann ferner ein Verschwenken des Reflektors um 180° um die Elevationsachse erreicht werden, was beispielsweise bei Rundumfeldern erforderlich sein kann.By providing a traction mechanism drive, which may have, for example, a cable or a chain as traction means, a pivoting of the reflector by 180 ° about the elevation axis can also be achieved, which may be required for example in all-round fields.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das erste Getriebeglied zwei in einem spitzen Winkel zueinander verlaufende Balken aufweist, deren erste Enden voneinander beabstandet mit dem Gestell und an den zweiten Enden mit dem dritten Gelenk verbunden sind und/oder das zweite Gelenk zwei in einem spitzen Winkel zueinander verlaufende Balken aufweist, deren erste Enden voneinander beabstandet mit dem Gestell und an den zweiten Enden mit dem dritten Gelenk oder dem Elevationsgelenk verbunden sind. Auf diese Weise kann die Steifigkeit des erfindungsgemäßen Trägers erhöht werden, da das erste und/oder das zweite Getriebeglied mit einer verbreiterten Basis mit dem Gestell verbunden sind. Dadurch können Kippmomente, die von dem Reflektor auf das Gestell übertragen werden, besser kompensiert werden. Die ersten Enden können jeweils mit einzelnen Drehlagern, die zusammen das erste bzw. das zweite Drehgelenk bilden, mit dem Gestell verbunden sein.In one embodiment of the invention it can be provided that the first gear member has two at an acute angle to each other extending beams whose first ends are spaced from each other connected to the frame and at the second ends to the third joint and / or the second joint two in an acute angle to each other extending beams, the first ends of which are spaced from each other connected to the frame and at the second ends to the third joint or the elevation joint. In this way, the rigidity of the carrier according to the invention can be increased, since the first and / or the second gear member are connected to the frame with a widened base. As a result, tilting moments, which are transmitted from the reflector to the frame, can be better compensated. The first ends may each be connected to the frame with individual pivot bearings, which together form the first and the second pivot joint.
Bei dem erfindungsgemäßen Heliostat ist vorgesehen, dass die Antriebsvorrichtung eine Azimutlagerung aufweist, wobei das Gestell auf einer gekrümmten Bahn mit konstantem Krümmungsradius gelagert ist. Die gekrümmte Bahn kann beispielsweise eine Schiene sein.In the heliostat according to the invention it is provided that the drive device has an azimuth bearing, wherein the frame is mounted on a curved path with a constant radius of curvature. The curved path may be, for example, a rail.
Dabei kann vorgesehen sein, dass das Gestell auf einer einen Kreis bildenden Bahn mit mindestens drei Lagerrollen geführt ist. Dadurch wird eine Drehung des Reflektors um einen Azimutwinkel von ±180° möglich, was beispielsweise bei sogenannten Rundumfeldern von Vorteil sein kann.It can be provided that the frame is guided on a forming a circle path with at least three bearing rollers. As a result, a rotation of the reflector by an azimuth angle of ± 180 ° is possible, which may be advantageous for example in so-called all-round fields.
Bei einer derartigen Lagerung mit einem Vollkreis kann ferner ein zusätzliches zentrales Azimutlager vorgesehen sein, das das Gestell mit dem Boden verbindet. Dieses zentrale Azimutlager verbessert die Führung des Gestells, wobei gleichzeitig die von Windlasten von dem Heliostat auf den Boden zu übertragenden Kräfte in vorteilhafter Weise aufgenommen werden können.In such a storage with a full circle can also be provided an additional central azimuth bearing that connects the frame to the ground. This central azimuth bearing improves the guidance of the frame, while at the same time the forces to be transmitted by wind loads from the heliostat to the ground can be accommodated in an advantageous manner.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Gestell mit seinem ersten Ende auf der einen Teilkreis bildenden, gekrümmten Bahn mit mindestens einer Lagerrolle geführt ist und mit seinem zweiten Ende auf einem als Drehgelenk ausgebildeten Zentrallager gelagert ist. Eine derartige Teilkreislagerung mit Zentrallager ist insbesondere von Vorteil, wenn eine Verstellung des Azimutwinkels um ca. 90° ausreichend ist.Alternatively it can be provided that the frame is guided with its first end on the one circle forming a curved path with at least one bearing roller and is mounted with its second end on a pivot bearing designed as a central warehouse. Such a part-circle bearing with central warehouse is particularly advantageous if an adjustment of the azimuth angle by about 90 ° is sufficient.
Das erste und das zweite Getriebeglied können beispielsweise gleich lang ausgebildet sein. Ferner kann vorgesehen sein, dass das dritte Lager mittig an dem ersten und/oder zweiten Getriebeglied angeordnet ist.The first and the second gear member may be formed, for example, the same length. Furthermore, it can be provided that the third bearing is arranged centrally on the first and / or second gear member.
Die Erfindung sieht ferner ein Verfahren zur Steuerung eines Heliostaten für Solarkraftwerke oder Solarkonzentratoren vor. Bei dem Verfahren zur Steuerung des Heliostaten wird ein Reflektor des Heliostats in einer Betriebsposition über eine Antriebsrichtung um eine Elevationsachse zum Einstellen des Elevationswinkels an der Spiegelfläche des Reflektors verschwenkt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Reflektor aus der Betriebsposition in eine Ruheposition verfahren werden kann, wobei das Elevationsgelenk abgesenkt wird. In der Ruheposition verbleibt das Elevationsgelenk in einer gegenüber der Betriebsposition abgesenkten Position. Dadurch wird erreicht, dass der Reflektor in der Ruheposition niedriger als in der Betriebsposition angeordnet ist, wodurch geringere Windlasten auf den Reflektor einwirken.The invention further provides a method for controlling a heliostat for solar power plants or solar concentrators. In the method for controlling the heliostat, a reflector of the heliostat is pivoted in an operating position via a drive direction about an elevation axis for adjusting the elevation angle on the mirror surface of the reflector. According to the invention it is provided that the reflector can be moved from the operating position to a rest position, wherein the elevation joint is lowered. In the rest position, the elevation joint remains in a lowered position relative to the operating position. Thereby is achieved that the reflector is arranged in the rest position lower than in the operating position, whereby lower wind loads act on the reflector.
Es kann vorgesehen sein, dass der Reflektor beim Verfahren des Reflektors aus der Betriebsposition in die Ruheposition um die Elevationsachse verschwenkt wird, wobei in der Ruheposition die Mittelebene des Reflektors in einem Winkel von maximal 10° zu der Bodenebene angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Mittelebene des Reflektors in der Ruheposition parallel zu der Bodenebene. Dadurch wird erreicht, dass der Reflektor nur eine geringe Angriffsfläche für den Wind bietet, so dass nur sehr geringe Windlasten auf den Reflektor einwirken. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass in der Ruheposition die Spiegelfläche des Reflektors auf der dem Boden zugewandten Seite des Reflektors angeordnet ist. Mit anderen Worten: Wenn die Mittelebene des Reflektors in der Ruheposition parallel zu der Bodenebene angeordnet ist, wird der Reflektor beim Verfahren aus der Betriebsposition in die Ruheposition um einen Winkel > 90° verschwenkt. Dadurch, dass die Spiegelfläche in der Ruheposition dem Boden zugewandt ist, wird die Verschmutzungsneigung der Spiegelfläche in der Ruheposition verringert.It can be provided that the reflector is moved during the process of the reflector from the operating position to the rest position about the elevation axis, wherein in the rest position, the center plane of the reflector is disposed at an angle of at most 10 ° to the ground plane. Preferably, the center plane of the reflector in the rest position is parallel to the ground plane. This ensures that the reflector provides only a small attack surface for the wind, so that only very small wind loads act on the reflector. In particular, it can be provided that in the rest position, the mirror surface of the reflector is arranged on the side facing the bottom of the reflector. In other words, if the center plane of the reflector is arranged in the rest position parallel to the ground plane, the reflector is pivoted in the process from the operating position to the rest position by an angle> 90 °. Due to the fact that the mirror surface in the rest position faces the floor, the tendency of the mirror surface to foul in the rest position is reduced.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Figuren die Erfindung näher erläutert.In the following, the invention will be explained in more detail with reference to the following figures.
Es zeigen: Show it:
Der Träger
Die Antriebsvorrichtung
Das zweite Getriebeglied
Das erste Getriebeglied
Mit dem zweiten Ende
Das vierte Gelenk
Durch eine Verschiebebewegung des ersten Gelenks
Bei dem Verfahren des Reflektors
Über die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung
In der Betriebsposition kann über eine Verschiebebewegung des ersten Gelenks
Der erfindungsgemäße Heliostat
Das Gestell
In den
Der in den
Die Antriebsvorrichtung
Das zweite Ende
Mittig zwischen dem zweiten Gelenk
Die Antriebsvorrichtung
Dadurch kann der Reflektor
Die zweite Umlenkrolle
Das Gestell
In den
Dem in
In
In den
In
Die Antriebsvorrichtung
Die Bewegungen der beiden ersten Getriebeglieder
In
In diesem Ausführungsbeispiel besteht der Reflektor aus zwei Teilreflektoren
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- 2014-02-12 DE DE202014001201.6U patent/DE202014001201U1/en not_active Expired - Lifetime
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2015
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