WO2016169537A1 - Spiegel zur sonnenlichtbündelung für eine solarkraftanlage, verfahren zum betreiben einer solarkraftanlage und solarkraftanlage - Google Patents

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Jürgen KLEINWÄCHTER
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Kleinwächter Jürgen
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers

Definitions

  • the invention relates to a mirror for sunlight bundling for a solar power plant, a method for operating a solar power plant and a solar power plant.
  • Parabolic mirrors are known in the art.
  • An important application of parabolic mirrors is the bundling of sunlight for the utilization of solar energy.
  • By bundling with large parabolic mirrors high temperatures can be reached at their focal point.
  • the available energy can be used to melt metals or generate steam.
  • Small-scale applications, such as the solar cooker often use parabolic mirrors to bundle solar energy (source: https://de.wikipedia.org/wiki/parbolapt, retrieved on 13 July 2015).
  • the invention has for its object to provide the prior art an improvement or an alternative.
  • this object is achieved by a sunlight-gathering mirror for a solar power plant, comprising a plurality of strip-shaped segments for shaping a resulting solar light to a focus-reflecting surface, the segments having a tangential extension.
  • a mirror of the genus relevant here bundles parallel incident light rays, thus thus especially the sunlight, towards a focus.
  • Mirrors of the genus considered here are generally of large dimensions, for example with a diameter of over one meter, often even with a diameter of over two or more than three meters. Due to the size and the production simplification such mirrors are regularly divided into strip-shaped segments. The strip-shaped segments are connected to each other and thereby form the reflective surface.
  • the segments have a tangential extension.
  • this means that the strips will have the shape of a section of an imaginary rotationally symmetrical body, the strips being taken from this imaginary body along the circumference.
  • An ideal mirror for bundling sunlight is a paraboloid of revolution.
  • a rotational paraboloid is rotationally symmetric about a central axis.
  • a strip has an extent along a circumference about this axis which is longer than the extension of the strip in the direction of the axis.
  • the inventor has, however, now recognized that the overhead when using strips in the tangential direction is manageable. Above all, it is also possible to accept deviations from the ideal paraboloidal form of revolution, with the resulting losses being at the limit of the measurable range.
  • the mirror can be constructed in a still good approximation to the ideal with identically shaped segments also over different heights along the axis of rotation.
  • the mirror has differently shaped segments.
  • the particularly preferred embodiment provides that the mirror at a height - with respect to the axis of rotation - identically shaped, laterally adjacent segments, however, has over the height differently shaped segments.
  • narrower shaped segments are preferably provided as vertex-side.
  • a particular embodiment of the inventor provides that in the longitudinal, thus projecting to the axis boundary edges of each segment just no parabolic pieces are simulated as a geometry, but simply circular arc pieces. These can be manufactured and maintained considerably less expensive. However, as the mirror moves away from the vertex, the more significant it becomes that the error caused by the deliberately "wrong" geometry is minimized, as can be achieved by the shorter - in axial direction - segment sizes Segments with a tangential extension put together a parabolic mirror.
  • At least one segment should have different edges than the paraboloid of revolution shape.
  • the proposed mirror preferably has recesses relative to a complete rotational body, in particular at least fifty percent of the surface of the rotary body.
  • a sunlight-concentrating mirror for a solar power plant comprising a plurality of segments for shaping an incident solar light to a focus-reflecting surface, which mirror may in particular also correspond to the first aspect of the invention the mirror is characterized records that the segments have a shaping pneumatic positive or negative pressure relative to an ambient pressure.
  • the segments are in any case designed to be airtight on the reflective surface or are at least designed to be dense for another fluid, be it a gas or a liquid.
  • the shape can be adjusted.
  • the construction may be such that, within a certain range around an ideal internal pressure to be set, the surface still assumes only very little deformation from the ideal shape, and thus does not unduly diminish the efficiency of the solar power plant. This also contributes to the fact that the invention can be used profitably in less well equipped areas.
  • a particularly simple case is inflation with air or aspiration of air.
  • the segments can be particularly light.
  • the segments can easily collapse, be it for transport or maintenance or mining purposes.
  • Several segments can be connected to each other via a fluid guide.
  • a plurality of segments, especially all segments, of a mirror may be shaped via the simple injection or deflation of air or other fluid.
  • a segment can have a transparent film and a reflective film, wherein the transparent film and the reflective film are connected to one another in airtight manner to form a bag, in particular are welded together.
  • Such a construction allows the transparent foil to be preferably assigned to the incident solar radiation so that the rays of the sun strike the reflecting foil through the transparent foil.
  • the reflecting surface is thus within the bag, thus within the example inflated with overpressure pillow-like bag in the operation of the mirror, so that the reflective film is optimally protected against, for example, dust pollution.
  • a segment identifies a support frame
  • the mechanical loads on the support frame can be removed, and very lightweight constructions for the specular surface, such as foils, can be used.
  • a segment may comprise an inflatable tensioning element, in particular a hose, especially with different inner pressure chambers along a circumference.
  • the tensioning element can be inflated, for example with air or another fluid, be it a gas or a liquid;
  • the film-like reflecting surface is set in tension by the tensioning element and thereby assumes exactly the orientation to which the mirror is designed.
  • the stated object solves a sunlight concentrating mirror for a solar power plant, comprising a plurality of segments for shaping an incident solar light to a focus reflecting surface, in particular a mirror according to one or two of the aforementioned aspects of the invention the mirror is characterized in that the segments are designed as a mirror pad, having a fluoropolymer film.
  • ETFE ethylene-tetrafluoroethylene
  • a transparent film thicknesses between 50 ⁇ and 200 ⁇ found to be ideal, in particular between about 100 ⁇ and 150 ⁇ .
  • mirror films with an aluminum layer have proven to be ideal, in particular with a sputtered aluminum reflector.
  • a mirror for sunlight bundling for a solar power plant comprising a plurality of segments for shaping an incident solar light to a focus reflecting surface, in particular also formed according to one of the three preceding aspects of the invention, wherein the mirror characterized in that the segments have a mirror foil, wherein the mirror foil on its preferably non-reflective back has a mechanically reinforcing grid structure.
  • a reinforcing "grid structure” is to be understood as meaning that there are stripe or suture-like thickenings in the thickness of the film which may be interconnected.
  • the lattice structure is rhombic.
  • a method for operating a solar power plant with a mirror for sunlight bundling for the solar power plant comprising a plurality of segments for shaping an incident solar light to a focus reflecting surface, in particular for operating the solar power plant with a A mirror according to any of the aspects of the invention discussed above with regard to the mirror, the method being characterized by the gas depleting or gas filling segments for reducing the bundling effect in an emergency mode.
  • a method for operating a solar power plant with a mirror for sunlight bundling for the solar power plant comprising a plurality of segments for shaping an incident solar light to a focus reflecting surface, in particular for operating the solar power plant with a mirror such as to one of the first four pect of the invention and / or described in accordance with a method according to the fifth present aspect of the invention, wherein the method is characterized in that the segments are vibrated by means of fluctuating compressed air to clean their surface.
  • the amplitude which the segments assume by means of fluctuating compressed air into the surface is not primarily decisive. Rather, the vibration can be used to shake off snow or dust, for example.
  • the stated object solves a solar power plant with a mirror for sunlight bundling, wherein the mirror on a spatial framework-like mirror carrier incident solar light is fixed reflective to a focus and the mirror support is equipped with a preferably motorized daytime tracking, the Rannach entry is set up to rotate the mirror support about an axis of rotation and thereby track the changing direction of incidence of the sun, wherein the solar power system characterized in that the axis of rotation is aligned with a structure of the solar power plant in the northern hemisphere to the North Star and the Rannach entry to is set up to rotate the mirror in an engine with an angular velocity of 15 ° / min about the axis of rotation, while leaving the focus and a receiver arranged in focus stationary.
  • a seasonal tracking is preferably provided, which is set up here to tilt the mirror about at least 15 °, preferably at least 20 °, in particular about 23.5 ° about a tilt axis, wherein the tilt axis extends horizontally through the center of the turntable.
  • mirror support is used to effect the NachGermanmechanik, while the mirror support can carry the lightest possible mirror, such as a pillow-like, inflated mirror.
  • mirrors come in accordance with the above-mentioned four aspects of the invention, and / or mirrors, in which the methods according to the fifth or sixth aspect of the invention are used.
  • the stated object solves a solar power plant with a mirror to sunlight bundling, wherein the mirror is mounted on a spatial framework-like mirror carrier incident solar light reflective to a focus and the mirror support is aligned with a preferred motorized daytime tracking, the Rannach Adjustment set up is to rotate the mirror support about an axis of rotation and thereby track the changing direction of incidence of the sun, wherein the solar power system is characterized in that a control is provided having a focus sensor, a controller and a deformation motor, the controller with the focus sensor data-connected is and is operatively connected to the deformation motor, wherein the controller is adapted to, during operation of the solar power plant, the focus of the collimated sunlight by means of a deformation of at least one segment of the mirror a n to hold a target value.
  • target value may also have a tolerance range, wherein the tolerance range is preferably specified in the controller.
  • the “deformation motor” must be set up to regulate at least one segment, preferably all segments, of the mirror, whether jointly or individually controllable, to the designated focus, for example, it is conceivable that air slowly escapes from a cushion-like mirror segment For example, it would then be able to blow in further air into the segment via a pump and / or to adjust the segment at its edges one or more than one axis, ideally by all six spatial degrees of freedom.
  • the segments can each be coupled adjacent to one another at their edges, but they can also be individually freely adjustable, that is, they can be arranged only unconnected adjacent to one another.
  • FIG. 1 schematically shows a paraboloid of revolution with a focus F, in which all light beams perpendicular to the entrance plane of the paraboloid unite,
  • FIG. 2 is a graph comparing the intercept factor with that of the ideal paraboloid over the diameter of the receiver aperture when the mirror is equidistant
  • FIG. 3 shows in a three-dimensional graph the intercept profile of a fix-focus mirror constructed in six circle-sun sections in equinox position
  • FIG. 4 shows schematically in a section a transparent, flat foil and a reflective, flat foil
  • FIG. 5 shows, in a spatial view, a section of a reflective film with a reinforcing grid structure
  • FIG. 6 shows a partial section of a segment in a three-dimensional view
  • FIG. 7 schematically shows the cross-section already illustrated in FIG. 4 through a mirror segment with a mounting unit
  • FIG. 8 is a schematic sectional view of a vacuum level
  • FIG. 9 shows a schematic view in a three-dimensional view of a lightweight membrane paraboloid with six segments
  • FIG. 10 shows in a diagram the realizable intercept factors with the mirror geometry illustrated in FIG. 9,
  • FIG. 11 schematically illustrates, in a spatial view, an infinitesimally small area element of a film which is deformed under a pressure p, in order to explain the mechanical background;
  • FIG. 12 shows schematically in a spatial view a rotational paraboloid with surface elements as well as to illustrate the geometric background
  • FIG. 13 schematically shows the geometry of the tracking of the fixed-focus mirror presented here.
  • the present embodiments describe the structure, the mode of operation and the essential fields of application of an extremely light eccentric ("fixed-focus") quasi-parabolic sunlight concentrator, the reflectors consisting of arrangements of transparent and reflective structures limited by special profiles Polymer membranes whose surface shape is formed by controlled air overpressure or air underpressure.
  • Equation (2) the slope of the surface as a function of the radius is characterized by a linear function.
  • Equation (2) is a 3rd order term that shows that the "Hencky" membrane is steeper in the periphery than a parabola (similar to the spherical aberration of a spherical mirror).
  • the film deformed under atmospheric pressure takes the form of a z-axis rotating paraboloid with the focal length f. zW ⁇ 4f * (6)
  • the two radii of curvature of the paraboloid p ⁇ (with respect to the latitudinal circles) and pi (in the meridian direction) are determined as a function of only the quantity x (cf. FIG. 1).
  • the stretching of the film in one direction in the surface element under consideration is added up by two components.
  • the first component is the strain caused by the stress acting in this direction.
  • the second component is caused by the transverse contraction resulting from the stress acting in the orthogonal direction.
  • E denotes the modulus of elasticity of the film material and v its Poisson number, which describes the transverse contraction behavior in the material when stretched.
  • the equation system of (10) resolved by ⁇ ⁇ and ⁇ yields ⁇ ( ⁇ 1 + ⁇ 2 )
  • thermochemical, reversible Mg - MgH 2 store for the base load operation of a Stirling engine
  • Themocatalytic receiver for splitting H2S into Hb and sulfur
  • the inventors of the present application have set themselves the task of developing an eccentric lightweight parabolic mirror, which retains and improves the advantages of the described in the previous chapter fixed-focus mirror (fixed focus, low weight, mirror forming by gas (-air)) Pressure, but its inherent weaknesses (complicated anisotropic bias, deterioration of the image due to flow of the plastic, time-consuming and expensive production) avoid det.
  • Fig. 1 is this fact again.
  • (1) represents the original paraboloid of revolution with the focus F, in which all rays of light coinciding perpendicularly to the parabolic plane of the paraboloid join.
  • (la) are three fixed-focus segments, in the meridian direction, as described in US Pat State of the art are already known, shown systematically.
  • the lateral profiles of these segments (2a) extending in the meridian direction must of course conform to the parabolic shape of the parent paraboloid, ie form parabola sections.
  • the short upper and lower profiles (2b) delimiting the segments (1a) form circular sections. So that they deform parabolically under pressure, such prior art membrane mirrors, as described, must be selectively biased anisotropically due to the curvature that constantly changes in the meridian direction. If, however, the segments are formed in the direction of rotation according to the invention, as represented by three schematically represented segments (1b), the short sides (3b) will also close in good approximation (since they extend only for a short distance in the axial direction) arcs.
  • the individual segments (l b) Under controlled gas (air) pressurization, the individual segments (l b) form superimposed circular-segment segments whose foci overlap in F. With a sufficient degree of slenderness of the individual elements, the arrangement of an eccentric paraboloid according to the invention represents a very good approximation to the corresponding section of the ideal paraboloid, as shown in FIG.
  • FIG. 2 comparatively shows the intercept factor (relative size proportional to the irradiation power) of the arrangement according to the invention and the ideal paraboloid over the diameter of the receiver aperture in the case of the aquinox position of the mirror.
  • concentration ratios of the ideal fix-focus paraboloid are only marginally better.
  • a deformation of the focal spot is barely recognizable.
  • the focal spot runs somewhat further due to the shape errors than in the y-direction.
  • FIG. 3 shows the intercept profile of a fix-focus mirror in equatorial position constructed from 6 circle-sun sections, according to the invention.
  • FIG. 4 This is illustrated in FIG. 4.
  • (4) is a transparent, flat film and (5) a reflective, flat film.
  • Foils (4) and (5) are joined together at their edge (6) airtight.
  • the bag formed by (4) and (5) is made up as a matching truncated cone, which is then pulled over the frame structure (2 x 3a + 2 x 3b). the.
  • an inflatable elastic hose or optionally an inelastic, flat ground plane tire (7) is also made up as a matching truncated cone, which is then pulled over the frame structure (2 x 3a + 2 x 3b). the.
  • OF represents the tension in the film
  • CIF the thickness of the film
  • HR the height of the inner frame
  • Pi represents the forming air pressure between the films (4) and (5), where pi »pi.
  • the tire (7) is held in position by the auxiliary profile (8).
  • the pressurized hose exerts a constant pressure on its inner wall.
  • the tension in the membranes can also be applied anisotropically.
  • the voltage anisotropy can then be controlled via the frame height HR. This anisotropy is maintained even with temperature changes in the film.
  • the anisotropy can also be achieved according to the invention by replacing, instead of varying on the profile thickness of the tire along the membrane edge of n sections with different internal pressure arises.
  • the edge weld (6) is executed in its radii of curvature analogous to the curvature radii of the shaping profile (3a). Since the films (4) and (5) are preferably made of highly transparent and light-resistant fluoropolymer films, which are quite difficult to combine with conventional pressure heaters due to their high melting points with defined pressure, two methods are preferably used to solve this problem elegantly: Fusion by means of ultrasonic vibrations or by targeted laser beam injection. Both methods also allow a precise design of the required contour of the weld (6).
  • Fluoropolymer films in particular ETFE in material thicknesses between 100 ⁇ and 150 ⁇ ; Sunlight transmission of the transparent film (4)> 95%. Lifetime:> 30 years. Stain-resistant. Hail as a pneumatic pillow. Reflective foil preferably provided with puttied aluminum reflector: thus ultraviolet sunlight can be concentrated in focus, since the films are highly transparent even for the natural UV spectrum (300 - 400 nm). For this reason, the mirror technology of the invention is also very well suited for combination with photochemical and photocatalytic receivers (which as a rule benefit greatly from the fixed arrangement). Material of the mirror frame
  • P refers ETFE hoses because of their lifetime under light and low coefficient of friction - thus easy lateral and vertical displacement, which facilitates the wrinkle-free bias of the reflector membranes.
  • the Vorspannpneu (6) compensated over a wide control range typically changes in the pressure in the pneumatic mirror due to ambient temperature changes and also temperature-induced elastic behavior of the films (4) and (5). Even a possible flow within the film can be corrected.
  • the reflective film (5) can be used erfindungsaspektrat as a flexible, lattice-reinforced composite.
  • Figure 5 shows schematically such a composite.
  • (5) is a section of the specular film
  • (9a) is a typical pattern of this flexible lattice structure in rhombic form, which allows good biases in both the longitudinal and transverse directions.
  • Such a film composite can-in particular according to the state of fluorine film technology-typically be implemented in the following manner: A thin grid of tensile fibers is positioned flat and then covered with a gel-like layer of "liquid fluorine film" so that no roughnesses of the grid penetrate. Finally, a composite of the fluorine side of the film (5) with the liquid film surface by gentle, flat surface realized pressure and the liquid film by evaporation of the solvent in the solid state.
  • the form of the mirror cushion can be chosen so large that even stronger exposure to wind does not significantly impair the optical precision of the elements.
  • the biasing pnn (6) can also be used to achieve another important function: In concentrating solar paraboloids with high energy density in focus, there may be a need to "switch off" the energy supply by the radiation in a short time By a fast moving out of the mirror from the sun position or by folding a protective shield into the beam path, the former requires elaborate “high speed” in the mirror tracking and the second method must resort to problematic shields high heat load. In the case of the present invention, by rapidly depressurizing the biasing tang, the mirror geometry can be "defused" immediately.
  • a light weight of the lightweight membrane segments (1-2 kg / m 2 ) is achieved by a structure similar to a model airplane wing.
  • Fig. 6 is a partial section of such a segment can be seen.
  • the cross support (3c) is located , It prevents the transverse contraction force, which occurs when the pad (1b) and the tire (6) not shown here from being deformed on the frame, from being unduly deformed.
  • the segment shown schematically in Fig. 6 has the reasons described despite extreme lightweight construction and membrane construction a high optical quality.
  • the profile frame due to the deliberately chosen small dimensions of the profile frame (weight), it is relatively sensitive to torsion in the longitudinal direction. According to the invention, this torsional sensitivity is converted to a system advantage. Since the individual mirror segments are incorporated as an overall configuration in a lightweight torsion-stable lattice support structure, which serves as a mirror support, the ability of the segment adjustment is used when mounting on the mirror support.
  • FIG. 7 the cross-section already explained by FIG. 4 is supplemented by a mirror segment by an assembly unit (8a) which is connected to the mirror-carrier space frame (10) by means of a length-adjustable strut (8b).
  • assembly unit (8a) which is connected to the mirror-carrier space frame (10) by means of a length-adjustable strut (8b).
  • the mirror segment described so far acts as an overpressure mirror because a pneumatic overpressure is built up between the upper transparent film and the lower reflective film.
  • An optical aluminum layer has a reflectivity of approx. 90%, so that an optical efficiency of approx. 80% can be effectively expected.
  • FIG. 8 shows that the described in Figure 4 overpressure mirror by adjusting the height of the profile (3a) can be realized in principle as a vacuum level, and thus with 90% optical efficiency.
  • (3a) must be chosen so high that the reflective (5) and the transparent film (4) do not touch when in the space between (4) and (5) a focal length-dependent negative pressure is set.
  • FIG. 9 schematically shows the structure of a six-segment eccentric lightweight membrane paraboloid according to the invention.
  • the six mirrors are fixed in the manner discussed on the designed as a space frame mirror carrier.
  • the axis of rotation of the parallactically mounted mirror passes through the center of the turntable (1 1) and points (on the northern hemisphere) to the Polarstern.
  • the angular velocity of the daytime tracking system is constantly 15 ° / min. Due to the high concentration of light which impinges on the focal plane in a relatively small solid angle range, the light is coupled through a pupil with the diameter of the focal spot into a highly effective cavity receiver (13).
  • the seasonal Nahbowung (12) of the mirror in function of the sun altitude ( ⁇ 23.5 °) (elevation) is accomplished via a second axis of rotation, which runs horizontally through the center of the turntable. Due to the lightweight construction of the mirror and the mirror carrier, the eccentric torques occurring as a function of the mirror position, as well as the adjustment of the elevation, are possible without complicated mechanical constructions.
  • FIG. 9b shows that with the mirror geometry shown in FIG. 9, intercept factors of almost 100% can be realized.
  • the main effect of the invention is to bring the great potential of the sun, especially for decentralized use in villages and settlements of the South to use.
  • High-performance solar optics which are used in the form of low-cost, lightweight and easy-to-assemble kits (assembly kits) due to the specific features of the invention, can make very significant contributions to local autonomy, quality of life and value creation.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Spiegel zur Sonnenlichtbündelung für eine Solarkraftanlage, ein Verfahren zum Betreiben einer Solarkraftanlage sowie eine Solarkraftanlage. Parabolspiegel sind im Stand der Technik bekannt. Eine wichtige Anwendung von Parabolspiegeln ist die Bündelung von Sonnenlicht zur Nutzbarmachung von Solarenergie. Durch die Bündelung mit großen Parabolspiegeln lassen sich in deren Brennpunkt hohe Temperaturen erreichen. Die damit zur Verfügung stehende Energie kann benutzt werden, um Metalle zu schmelzen oder Dampf zu erzeugen. Auch kleintechnische Anwendungen, wie der Solar-Kocher, nutzen oft Parabolspiegel zur Bündelung der Sonnenenergie. Die Erfindung schlägt verschiedene vorteilhafte mechanische und geometrische Ansätze vor.

Description

SPIEGEL ZUR SONNENLICHTBÜNDELUNG FÜR EINE SOLARKRAFTANLAGE, VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINER SOLARKRAFTANLAGE UND SOLARKRAFTANLAGE
Die Erfindung betrifft einen Spiegel zur Sonnenlichtbündelung für eine Solarkraftanlage, ein Verfahren zum Betreiben einer Solarkraftanlage sowie eine Solarkraftanlage. Parabolspiegel sind im Stand der Technik bekannt. Eine wichtige Anwendung von Parabolspiegeln ist die Bündelung von Sonnenlicht zur Nutzbarmachung von Solarenergie. Durch die Bündelung mit großen Parabolspiegeln lassen sich in deren Brennpunkt hohe Temperaturen erreichen. Die damit zur Verfügung stehende Energie kann benutzt werden, um Metalle zu schmelzen oder Dampf zu erzeugen. Auch kleintechnische Anwen- düngen, wie der Solar-Kocher, nutzen oft Parabolspiegel zur Bündelung der Sonnenenergie (Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/parbolspiegel, abgerufen am 13. Juli 2015).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dem Stand der Technik eine Verbesserung oder eine Alternative zur Verfügung zu stellen. Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung löst diese Aufgabe ein Spiegel zur Sonnenlichtbündelung für eine Solarkraftanlage, aufweisend eine Mehrzahl streifenförmige Segmente zum Formen einer anfallendes Solarlicht zu einem Fokus reflektierenden Oberfläche, wobei die Segmente eine tangentiale Streckung aufweisen.
Begrifflich sei hierzu erläutert: Ein Spiegel der hier relevanten Gattung bündelt parallel einfallende Lichtstrahlen, somit also vor allem das Sonnenlicht, hin zu einem Fokus.
Bestätigungskopie| Spiegel der hier betrachteten Gattung sind im Allgemeinen groß dimensioniert, so beispielsweise mit einem Durchmesser von über einem Meter, oft sogar mit einem Durchmesser von über zwei oder über drei Metern. Aufgrund der Größe und der Produktionsvereinfachung sind solche Spiegel regelmäßig in streifenförmige Segmente eingeteilt. Die streifenförmigen Segmente werden miteinander verbunden und formen dadurch die reflektierende Oberfläche.
Gemäß dem hier vorgestellten ersten Aspekt der Erfindung weisen die Segmente eine Tangentialerstreckung auf. Mit einfachen Worten bedeutet dies, dass die Streifen die Form eines Ausschnitts aus einem gedachten rotationssymmetrischen Körper haben werden, wobei die Streifen aus diesem gedachten Körper entlang des Umfangs entnommen sind.
Ein idealer Spiegel zum Bündeln von Sonnenlicht ist ein Rotationsparaboloid. Ein Rota- tionsparaboloid ist rotationssymmetrisch um eine zentrale Achse aufgebaut. Ein Streifen hat eine Erstreckung entlang eines Umfangs um diese Achse, die länger ist als die Er- streckung des Streifens in Richtung der Achse.
Im Stand der Technik ist es wohlbekannt, streifenförmige Segmente in Achsrichtung des Rotationskörpers zusammenzusetzen. Denn diese Art der Aufteilung des Rotationskörpers führt dazu, dass sämtliche Streifen und somit sämtliche Segmente eine identi- sehe Form haben, was den Herstellungsprozess auf den ersten Blick vereinfacht.
Der Erfinder hat demgegenüber jedoch nun erkannt, dass der Mehraufwand beim Verwenden von Streifen in Tangentialrichtung überschaubar ist. Vor allem lassen sich auch Abweichungen von der idealen Rotationsparaboloid-Form hinnehmen, wobei die dadurch bewirkten Verluste an der Grenze des überhaupt messbaren Bereichs liegen. Der Spiegel kann in einer immer noch guten Näherung an das Ideal mit identisch geformten Segmenten auch über verschiedene Höhen entlang der Rotationsachse aufgebaut sein.
Bevorzug ist jedoch eine Ausführungsform, bei welcher der Spiegel unterschiedlich geformte Segmente aufweist. Die besonders bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass der Spiegel auf einer Höhe - bezogen auf die Rotationsachse - identisch geformte, seitlich benachbarte Segmente aufweist, über die Höhe jedoch unterschiedlich geformte Segmente aufweist.
Austrittsseitig des Spiegels bzw. des Paraboloiden oder dessen Annäherung, sind bevorzugt schmaler geformte Segmente vorgesehen als scheitelseitig. Je kleiner die Segmente in Achsrichtung erstreckt sind, desto geringer sind die Fehler, wenn die Kontur des einzelnen Segmentes nicht einem Rotationsparaboloid exakt entspricht, sondern hiervon abweicht.
Eine besondere Ausführungsform des Erfinders sieht vor, dass in den längs verlaufenden, somit auf die Achse projizierbaren Begrenzungskanten jedes einzelnen Segmentes gerade keine Parabelstücke als Geometrie nachgebildet werden, sondern einfach Kreisbogenstücke. Diese lassen sich erheblich kostengünstiger herstellen und warten. Je weiter sich der Spiegel in seiner Kontur jedoch vom Scheitel entfernt, umso bedeutender wird es, dass der durch die bewusst„falsche" Geometrie hervorgerufene Fehler minimiert wird. Dies kann durch die kürzeren - in Axialrichtung - Segmentgrößen erfolgen. Selbstverständlich lässt sich aus den vorgeschlagenen Segmenten mit Tangentialerstre- ckung ein Parabolspiegel zusammensetzen.
Für geschickter hält es der Erfinder nach dem gegenwärtigen Stand jedoch, wenn ein Segment von einer Rotationsparaboloid-Form abweichende Kanten aufweist, vor allem kreisbogensegmentförmige Kanten aufweist. Eine Rotationsparaboloid-Form ist aufwändig in der Herstellung, was sich negativ auf die Kosten auswirkt. Hingegen ist es deutlich kostengünstiger und auch in technisch minder entwickelten Umgebungen möglich, kreisbogensegmentförmige Kanten herzustellen. Die Erfindung hat erkannt, dass die Abweichungen von der Rotationsparaboloid-Form geringer sind als es der Mehraufwand zum Herstellen der Rotationsparaboloid- Form rechtfertigen würde.
Somit soll also mindestens ein Segment von der Rotationsparaboloid-Form abweichende Kanten aufweisen.
Generell sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass im Rahmen der hier vorliegenden Patentanmeldung unbestimmte Artikel und Zahlenangaben wie „ein", „zwei" usw. regelmäßig als„mindestens" Angaben zu verstehen sein sollen, also als„mindestens ein „mindestens zwei ..." usw., sofern sich nicht aus dem Kontext ausdrücklich oder implizit ergibt oder es für den Fachmann offensichtlich ist, dass dort nur„genau ein ...", „genau zwei ..." usw. gemeint sein kann oder soll.
Der vorgeschlagene Spiegel weist vorschlagsweise gegenüber einem vollständigen Ro- tationskörper Aussparungen auf, insbesondere mindestens fünfzig Prozent der Fläche des Rotationskörpers.
Zum Bündeln des Sonnenlichts für eine Solarkraftanlage ist meist nur ein geringer Anteil der Gesamtoberfläche notwendig, vor allem dann, wenn der Spiegel über eine intelligente Nachführung verfügt. Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung durch die gestellte Aufgabe einen Spiegel zur Sonnenlichtbündelung für eine Solarkraftanlage, aufweisend eine Mehrzahl Segmente zum Formen einer einfallendes Solarlicht zu einem Fokus reflektierenden Oberfläche, wobei der Spiegel insbesondere auch dem ersten vorgestellten Aspekt der Erfindung zusätzlich entsprechen kann, wobei sich der Spiegel dadurch kenn- zeichnet, dass die Segmente einen formgebenden pneumatischen Über- oder Unterdruck gegenüber einem Umgebungsdruck aufweisen.
Bei einer solchen Konstruktionsform ist es möglich, die Segmente über den Über- oder Unterdruck zu formen. Dies beinhaltet auch, dass die Segmente jedenfalls an der reflektierenden Oberfläche luftdicht gestaltet sind oder zumindest für ein anderweitiges Fluid, sei es ein Gas oder eine Flüssigkeit, dicht gestaltet sind. Durch das Einbringen oder Ausbringen des Fluids lässt sich die Form einstellen. So kann beispielsweise die Konstruktion dergestalt sein, dass die Oberfläche in einer gewissen Bandbreite um einen idealen einzustellenden Innendruck herum immer noch nur äußerst geringe Verformung gegenüber der Idealform annimmt, somit also den Wirkungsgrad der Solarkraftanlage nicht übermäßig schmälert. Auch dies trägt dazu bei, dass die Erfindung in technisch schlechter ausgerüsteten Gegenden gewinnbringend eingesetzt werden kann.
Ein besonders einfacher Fall sieht ein Aufblasen mit Luft oder ein Absaugen von Luft vor. Es muss dann kein spezielles Gas oder keine Flüssigkeit verwendet werden, und die Segmente können besonders leicht sein. Auch lassen sich die Segmente im Idealfall leicht kollabieren, sei es zu Transport- oder sei es zu Wartungs- oder Abbauzwecken. Mehrere Segmente können über eine Fluid- Führung miteinander verbunden sein. Bei einer solchen Konstruktion können mehrere Segmente, vor allem alle Segmente, eines Spiegels über das einfache Einblasen oder Ablassen von Luft oder einem anderen Fluid in Form gebracht werden. Ein Segment kann eine transparente Folie und eine spiegelnde Folie aufweisen, wobei die transparente Folie und die spiegelnde Folie luftdicht miteinander zu einem Beutel verbunden sind, insbesondere miteinander verschweißt sind.
Einer solchen Konstruktion lässt sich die transparente Folie bevorzugt der einfallenden Sonnenstrahlung zuordnen, sodass die Sonnenstrahlen durch die transparente Folie hin- durch auf die spiegelnde Folie treffen. Die spiegelnde Oberfläche ist damit innerhalb des Beutels, somit innerhalb des beispielsweise mit Überdruck aufgeblasen kissenartigen Beutels im Betrieb des Spiegels, sodass die spiegelnde Folie bestmöglich gegenüber beispielsweise Staubverschmutzung geschützt ist.
Wenn ein Segment einen Trägerrahmen ausweist, dann lassen sich die mechanischen 125 Belastungen über den Trägerrahmen abtragen, und es können sehr leichte Konstruktionen für die spiegelnde Oberfläche verwendet werden, beispielsweise Folien.
Ein Segment kann ein aufblasbares Spannelement aufweisen, insbesondere einen Schlauch, vor allem mit entlang eines Umfangs unterschiedlichen Innendruck- Kammern.
130 Auf solche Weise kann das Spannelement aufgeblasen werden, beispielsweise mit Luft oder einem anderen Fluid, sei es ein Gas oder eine Flüssigkeit; über das Spannelement wird die folienartige spiegelnde Oberfläche in Spannung versetzt und nimmt dadurch exakt diejenige Ausrichtung an, auf welche der Spiegel ausgelegt ist.
Nach einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung löst die gestellte Aufgabe einen 135 Spiegel zur Sonnenlichtbündelung für eine Solarkraftanlage, aufweisend eine Mehrzahl Segmente zum Formen einer einfallendes Solarlicht zu einem Fokus reflektierenden Oberfläche, insbesondere einen Spiegel nach einem oder zweien der vorstehend genannten Aspekte der Erfindung, wobei sich der Spiegel dadurch kennzeichnet, dass die Segmente als Spiegelkissen gestaltet sind, und zwar aufweisend eine Fluorpolymerfolie.
140 Bei Prototypenversuchen des Erfinders haben sich Fluorpolymerfolien als ideal für die kissenartigen Spiegel herausgestellt.
Besonders geeignet ist Ethylen-Tetrafluorethylen (ETFE).
Auch haben sich für eine transparente Folie Dicken zwischen 50 μιη und 200 μπι als ideal herausgestellt, insbesondere zwischen etwa 100 μπι und 150 μιη. Für die spiegelnde Oberfläche haben sich Spiegelfolien mit einer Aluminiumschicht als ideal herausgestellt, insbesondere mit einem aufgesputteten Aluminiumreflektor.
Nach einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung durch die gestellte Aufgabe einen Spiegel zur Sonnenlichtbündelung für eine Solarkraftanlage, aufweisend eine Mehrzahl Segmente zum Formen einer einfallendes Solarlicht zu einem Fokus reflektie- renden Oberfläche, insbesondere ebenfalls ausgebildet nach einem der drei vorstehenden Aspekte der Erfindung, wobei sich der Spiegel dadurch kennzeichnet, dass die Segmente eine Spiegelfolie aufweisen, wobei die Spiegelfolie auf ihrer vorzugsweise nicht-reflektierenden Rückseite eine mechanisch verstärkende Gitterstruktur aufweist.
Unter einer verstärkenden„Gitterstruktur" ist zu verstehen, dass es streifen- oder naht- förmige Verdickungen in der Dicke der Folie gibt, die miteinander verbunden sein können.
Bevorzugt ist die Gitterstruktur rhombenförmig.
Nach einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung durch die gestellte Aufgabe ein Verfahren zum Betreiben einer Solarkraftanlage mit einem Spiegel zur Sonnenlichtbün- delung für die Solarkraftanlage, aufweisend eine Mehrzahl Segmente zum Formen einer einfallendes Solarlicht zu einem Fokus reflektierenden Oberfläche, insbesondere zum Betreiben der Solarkraftanlage mit einem Spiegel nach einem der vorstehend erörterten Aspekte der Erfindung hinsichtlich des Spiegels, wobei sich das Verfahren dadurch kennzeichnet, dass die Segmente zum Reduzieren der Bündelwirkung in einem Not- fallmodus Gas entleert oder Gas befüllt werden.
Nach einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung durch die gestellte Aufgabe ein Verfahren zum Betreiben einer Solarkraftanlage mit einem Spiegel zur Sonnenlichtbündelung für die Solarkraftanlage, aufweisend eine Mehrzahl Segmente zum Formen einer einfallendes Solarlicht zu einem Fokus reflektierenden Oberfläche, insbesondere zum Betreiben der Solarkraftanlage mit einem Spiegel wie zu einem der ersten vier As- pekte der Erfindung und/oder gemäß einem Verfahren nach dem fünften vorliegenden Aspekt der Erfindung beschrieben, wobei sich das Verfahren dadurch kennzeichnet, dass die Segmente mittels fluktuierender Druckluft in eine Vibration versetzt werden, um ihre Oberfläche zu reinigen. Die Amplitude, die die Segmente mittels der fluktuierenden Druckluft in die Oberfläche annehmen, ist dabei nicht vornehmlich entscheidend. Vielmehr kann die Vibration dazu genutzt werden, beispielsweise Schnee oder Staub abzuschütteln.
Nach einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung löst die gestellte Aufgabe eine Solarkraftanlage mit einem Spiegel zur Sonnenlichtbündelung, wobei der Spiegel auf einem raumfachwerkartigen Spiegelträger einfallendes Solarlicht zu einem Fokus reflektierend befestigt ist und der Spiegelträger mit einer bevorzugt motorisierten Tages- nachführung ausgerüstet ist, wobei die Tagesnachführung dazu eingerichtet ist, den Spiegelträger um eine Drehachse zu drehen und dadurch der sich verändernden Einfallrichtung der Sonne nachzuführen, wobei sich die Solarkraftanlage dadurch kennzeich- net, dass die Drehachse bei einem Aufbau der Solarkraftanlage auf der nördlichen Erdhalbkugel zum Polarstern ausgerichtet ist und die Tagesnachführung dazu eingerichtet ist, den Spiegel bei einer Motorisierung mit einer Winkelgeschwindigkeit von 15 °/min um die Drehachse zu drehen, dabei aber den Fokus und einen im Fokus angeordneten Receiver ortsfest zu belassen. Bevorzugt ist zusätzlich eine Saisonnachführung vorgesehen, die hier dazu eingerichtet ist, den Spiegel über mindestens 15 °, bevorzugt mindestens 20 °, insbesondere über etwa 23,5 ° um eine Kippachse zu kippen, wobei die Kippachse horizontal durch die Mitte des Drehkranzes verläuft.
Eine solche Solarkraftanlage ist vor allem dann von Vorteil, wenn der Spiegelträger dazu verwendet wird, die Nachführmechanik zu bewirken, während der Spiegelträger einen möglichst leichten Spiegel tragen kann, beispielsweise einen kissenartigen, aufgeblasenen Spiegel. Vor allem kommen Spiegel gemäß den vorstehend vorgestellten ers- ten vier Aspekten der Erfindung in Betracht, und/oder Spiegel, bei welchen die Verfahren gemäß dem fünften oder sechsten Aspekt der Erfindung eingesetzt sind. Nach einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung löst die gestellte Aufgabe eine Solarkraftanlage mit einem Spiegel zu Sonnenlichtbündelung, wobei die Spiegel auf einem raumfachwerkartigen Spiegelträger einfallendes Solarlicht zu einem Fokus reflektierend befestigt ist und der Spiegelträger mit einer bevorzugten motorisierten Tagesnachführung ausgerichtet ist, wobei die Tagesnachführung dazu eingerichtet ist, den Spiegelträger um eine Drehachse zu drehen und dadurch der sich verändernden Einfallrichtung der Sonne nachzuführen, wobei sich die Solarkraftanlage dadurch kennzeichnet, dass eine Regelung vorgesehen ist, die einen Fokussensor, einen Controller und einen Verformungsmotor aufweist, wobei der Controller mit dem Fokussensor datenverbunden ist und mit dem Verformungsmotor wirkverbunden ist, wobei der Controller dazu eingerichtet ist, im Betrieb der Solarkraftanlage den Fokus des gebündelten Sonnenlichts mittels einer Verformung mindestens eines Segments des Spiegels an einem Soll-Wert zu halten.
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass der„Soll-Wert" auch einen Toleranzbereich aufweisen kann, wobei der Toleranzbereich bevorzugt im Controller vorgegeben ist.
Der„Verformungsmotor" muss dazu eingerichtet sein, mindestens ein Segment, bevorzugt alle Segmente, des Spiegels, sei es gemeinsam oder individuell regelbar, auf den designierten Fokus einzuregeln. So ist es beispielsweise denkbar, dass Luft aus einem kissenartigen Spiegelsegment langsam entweicht. Der Verformungsmotor wäre dann beispielsweise dazu in der Lage, über eine Pumpe weitere Luft in das Segment einzu- blasen und/oder das Segment an seinen Rändern ein- oder mehrachsig zu verstellen, im Idealfall um alle sechs räumlichen Freiheitsgrade. Die Segmente können dabei an ihren Kanten jeweils benachbart gekoppelt sein, sie können aber auch individuell frei verstellbar sein, also nur unverbunden benachbart zu- einander angeordnet sein.
Die Erfindung wird nachstehend anhand weiterer Ausführungen zur Hintergrund bildenden Theorie sowie anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
Dort zeigen
Figur 1 schematisch ein Rotationsparaboloid mit einem Fokus F, in dem sich alle senkrecht auf die Eintrittsebene des Paraboloids fallenden Lichtstrahlen vereinigen,
Figur 2 in einem Diagramm vergleichend den Interceptfaktor mit demjenigen des Ideal-Paraboloids über den Durchmesser der Receiverapertur bei Äqui- noxstellung des Spiegels,
Figur 3 in einem dreidimensionalen Graphen den Interceptverlauf eines aus sechs Kreistonnenabschnitten aufgebauten Fix-Fokus-Spiegels in Äquinoxstel- lung, Figur 4 schematisch in einem Schnitt eine transparente, ebene Folie und eine spiegelnde, ebene Folie,
Figur 5 schematisch in räumlicher Ansicht einen Ausschnitt aus einer spiegelnden Folie mit einer verstärkenden Gitterstruktur,
Figur 6 schematisch in einer räumlichen Ansicht ein Teilausschnitt eines Seg- ments, Figur 7 schematisch den in Figur 4 bereits dargestellten Querschnitt durch ein Spiegelsegment mit einer Montageeinheit,
Figur 8 schematisch in einem Schnitt einen Unterdruckspiegel,
Figur 9 schematisch in einer räumlichen Ansicht eines Leichtbau-Membran- paraboloids mit sechs Segmenten,
Figur 10 in einem Diagramm die realisierbaren Interceptfaktoren mit der in Figur 9 dargestellten Spiegelgeometrie,
Figur 11 zur Erläuterung des mechanischen Hintergrunds schematisch in räumlicher Ansicht ein infinitesimal kleines Flächenelement einer Folie, das unter ei- nem Druck p verformt wird,
Figur 12 zur Erläuterung des geometrischen Hintergrunds schematisch in räumlicher Ansicht ein Rotationsparaboloid mit gekennzeichneten Flächenelementen sowie
Figur 13 schematisch die Geometrie der Nachfuhrung des hier vorgestellten Fix- Fokus-Spiegels.
Die vorliegenden Ausfiihrungsformen beschreiben den Aufbau, die Funktionsweise sowie die wesentlichen Anwendungsgebiete eines extrem leichten exzentrischen (ortsfester Brennpunkt -„Fix-Fokus") quasi-Parabol-Sonnenlicht-Konzentrators. Die Re- flektoren bestehen hierbei aus durch Spezialprofile begrenzten Anordnungen von transparenten und reflektierenden Polymermembranen, deren Oberflächenform durch kontrollierten Luft-Über- oder Luft-Unterdruck ausgebildet wird.
Die wesentlichen, zugrundeliegenden Ideen der Erfinder sind: a) Extrem niedriges Flächengewicht der entsprechenden Spiegel - daher geringer Energiebedarf zu ihrer Herstellung („Graue Energie") - schnelle energetische Amortisation b) Hohe Oberflächengüte (u. A. geringe Rauigkeit) der gespannten, verspiegelten Membrane c) Parabolähnliche Ausformung der Membrane in ihrem elastischen Dehnungsbe- reich durch gezielte Beaufschlagung mit Gas(-Luft)-Über- oder -Unterdruck.
Der holländische Physiker H. Hencky formulierte 1913 in seiner Untersuchung„Über den Spannungszustand kreisrunder Platten mit verschwindender Biegesteifigkeit" die Formel zur Beschreibung der Gleichgewichtsform, welche dünne Folien, die in ihrer Peripherie kreisförmig und starr eingespannt sind, unter Luftdruckbeaufschlagung ein- nehmen:
Figure imgf000013_0001
Wobei wr die Auslenkung einer Membrane in der z-Achse darstellt. Differenziert ergibt diese Gleichung:
Figure imgf000013_0002
Für eine Parabel wird die Steigung der Oberfläche in Funktion des Radius durch eine lineare Funktion charakterisiert. Das zweite Glied in Gleichung (2). ist jedoch ein Term 3ter Ordnung, der zeigt, dass die„Hencky"-Membran im Randbereich steiler ist als eine Parabel (ähnlich der sphärischen Aberration eines sphärischen Spiegels).
H. Kleinwächter errechnete die Spannungszustände (Längs- und Querspannungen) in einer solchen luftdruckverformten Membrane, und erkannte, dass eine ursprünglich pla- ne Membran in systematischer Weise anisotrop vorgespannt werden muss, damit sie nach definierter Druckbeaufschlagung eine exakt parabolische Form einnimmt. Hierzu wird ein infinitesimal kleines Flächenelement einer Folie betrachtet, das unter dem Druck p verformt wird. Biegespannungen in der Folie sollen als vernachlässigbar klein angenommen werden, vgl. Figur 1 1.
Für den Gleichgewichtsfall kann das Kräftegleichgewicht zwischen der durch den Druck verursachten Kraft FP und den durch die Rückhaltespannungen verursachten Kräfte CTi und Fa2 aufgestellt werden.
Anhand Fig. 1 können die Größen eingesetzt werden, wobei sich die dem Druck entgegengesetzten Spannungsanteile für kleine Winkel wie in Fig. 1 b) der Figur 1 1 dargestellt verhalten. p · p dax · p2d 2 = σ ά χ ■ s■ p2da2 + a da2 · s■ pxd x
(4) Umstellen von Gleichung (4) führt zu
Figure imgf000014_0001
Dazu wird vorausgesetzt, dass die unter Luftdruck verformte Folie die Form eines um die z-Achse rotierenden Paraboloids mit der Brennweite f annimmt. zW ~ 4f * (6)
Über die Berechnung der Hauptkrümmungen können, aufgrund der Rotationssymmetrie, die beiden Krümmungsradien des Paraboloides p\ (bzgl. der Breitenkreise) und pi (in Meridian-Richtung) in Abhängigkeit von nur der Größe x bestimmt werden (vgl Fi gur 1).
Figure imgf000015_0001
Figure imgf000015_0002
Der Quotient beider Krümmungsradien zueinander ergibt dann
Figure imgf000015_0003
Die Dehnung der Folie in einer Richtung im betrachteten Flächenelement addiert sich aus zwei Komponenten. Die erste Komponente ist die Dehnung, hervorgerufen durch die in dieser Richtung wirkende Spannung. Die zweite Komponente wird durch die Querkontraktion verursacht, welche aus der in der orthogonalen Richtung wirkenden Spannung resultiert.
1 v 1 v
ε1 = σ1 - - σ2 - bzw. ε2 = σ2 - - σ1 -
(1
E bezeichnet hierbei das Elastizitätsmodul des Folienmaterials und v dessen Poisson- zahl, welche das Querkontraktionsverhalten im Material bei Dehnung beschreibt. Das Gleichungssystem aus (10) nach σ\ und σι aufgelöst, ergibt Ε(ε1 + νε2)
σ =
1 - ν2 (Π) bzw.
Ε(ε2 + νε ) (12). σ2 =
1 - ν2
Die Formeln (11) und (12) lassen sich nun in (5) einsetzen und man erhält
Figure imgf000016_0001
Zusammenfassend für die vorhergehende Betrachtung kann gesagt werden, dass eine plane Folie unter Druckbeaufschlagung genau dann eine Paraboloidform annimmt, wenn die Folienspannungen in der beschriebenen Anisotropie realisiert werden.
Aus diesen Betrachtungen heraus entstand das Konzept des Fix-Fokus-Konzentrators. Eine Anordnung einer Anzahl n identischer Foliensegmentspiegel (typisch trapezförmig) rotieren um die Polarachse mit kontinuierlichen 15 °/h und reflektieren das Sonnenlicht über die kleine Eintrittsapertur (Brennebene des Spiegels) in einen Hohlraum- empfänger. Die saisonale Anpassung (±23,5°) wird über eine zweite Achse, die durch die Aperturebene verläuft, vorgenommen (siehe Figur 1).
Es wurden verschiedene Prototypen mit Aperturflächen von 2 m2 bis 20 m2 realisiert. Mittlere Sonnenlichtkonzentrationen von deutlich über 1.000 Sonnen (mittlere Konzentration c > 1.000) wurden erreicht. Damit eröffnete sich die Möglichkeit des Einsatzes von Hohlraumreceivern und die effektive Erreichung von Prozesstemperaturen bis ca. 2000 °C. Der Hauptvorteil des Fix-Fokus-Konzeptes gegenüber klassischen Paraboloid- spiegeln (bei denen der Receiver der Sonnennachführbewegung folgen muss), liegt in der mechanischen Entkoppelung schwerer, stationärer Empfänger mit und ohne Spei- cherwirkung, von der sich bewegenden Leichtbauoptik. Verschiedene Anwendungsgebiete wurden mit den Prototypen demonstriert:
■ Solares Kochen rund um die Uhr unter Verwendung von Stahl oder Sand als Speichermedium
■ Betrieb eines thermochemischen, reversiblen Mg - MgH2 Speichers zum Grundlastbetrieb eines Stirlingmotors ■ Themokatalytischer Receiver zur Spaltung von H2S in Hb und Schwefel
■ Einkoppeln des Lichtes in stationäre Lichtleiter
■ Metallurgie und Keramik
Die Umsetzung exzentrischer Paraboloid-Segmente mit anisotroper Vorspannung in eine rationelle, ökonomisch realisierbare Serienproduktion gelang bisher aus den fol- genden Gründen jedoch nicht:
1. ) Komplizierte, zeitaufwändige mechanische Vorspannungsmethode
2. ) Kriechvorgänge in der Folie - Notwendigkeit der Nachjustierung
3. ) Da die Vorspannungen nur im elastischen Bereich der Folienstreckung erfolgen dürfen, führen geringe Vorspannungskräfte zur Windempfindlichkeit der Spie- gelsegmente bezüglich Verformung der spiegelnden Membrane.
Die Erfinder aus der vorliegenden Anmeldung habe es sich zur Aufgabe gestellt, einen exzentrischen Leichtbau Parabolspiegel zu entwickeln, der die Vorteile des im vorherigen Kapitel geschilderten Fix-Fokus-Spiegels beibehält und verbessert (Ortsfester Brennpunkt, geringes Gewicht, Spiegelformung durch Gas(-Luft)-Druck, aber dessen inhärente Schwächen (komplizierte anisotrope Vorspannung, Verschlechterung der Abbildung durch Fließen des Kunststoffes, zeitaufwendige und teure Herstellung) vermei- det.
Dazu waren zwei wesentliche über den bekannten Stand der Technik hinausgehende Entwicklungs- und Erkenntnisschritte nötig. Als erstes entstand die Idee, die den Fix-Fokus-Spiegel bildenden nicht aus langen Streifen in Meridianrichtung, sondern aus langen Streifen in Rotationsrichtung aus dem Paraboloid zu gewinnen.
Die Fig. 1 gibt diesen Sachverhalt wieder. Dabei stellt (1) das Ursprungs- Rotationsparaboloid mit dem Fokus F, in dem sich alle senkrecht auf die Eintrittsebene des Paraboloids fallenden Lichtstrahlen vereinigen, dar. Unter (la) sind drei Fix-Fokus- Segmente, in Meridianrichtung, wie sie aus dem geschilderten Stand der Technik vorbekannt sind, systematisch dargestellt.
Die sich in Meridianrichtung erstreckenden seitlichen Profile dieser Segmente (2a) müssen sich naturgemäß der Parabelform des Ursprungsparaboloids anschmiegen, also Pa- rabelabschnitte bilden. Die kurzen oberen und unteren die Segmente (la) begrenzenden Profile (2b) bilden dagegen Kreisabschnitte. Damit sie sich unter Druckbeaufschlagung parabolisch verformen, müssen solche vorbekannten Membranspiegel, wie geschildert, aufgrund der sich in Meridianrichtung ständig ändernden Krümmung gezielt anisotrop vorgespannt werden,. Werden die Segmente jedoch erfindungsaspektgemäß, wie durch drei schematisch dargestellte Segmente (lb) dargestellt, in Rotationsrichtung ausgebildet, so werden die kurzen Seiten (3 b) in guter Approximation (da sie sich nur über eine kurze Strecke in Me- ridialrichtung erstrecken) ebenfalls zu Kreisbögen. Die langen Seiten der Begrenzungsprofile (3a) bilden ohnehin präzise Kreisbögen. Aufgrund dieser Umgrenzung mit Kreisbögen, mit per Definition konstanten Krümmungsradien, ist keine anisotrope Vorspannung der Spiegelmembrane mehr nötig. Die als Kegelstumpfabwicklung zugeschnittene Membrane muss nach Befestigung auf dem Rahmen nur noch homogen vor- gespannt werden.
Unter kontrollierter Gas(-Luft)-Druckbeaufschlagung bilden die einzelnen Segmente (l b) übereinander angeordnete Kreistonnensegmente, deren Brennpunkte sich in F überlagern. Bei genügendem Schlankheitsgrad der Einzelelemente, stellt die erfindungsas- pektgemäße Anordnung eines exzentrischen Paraboloids eine sehr gute Annäherung an den entsprechenden Ausschnitt des Ideal-Paraboloids dar, wie aus Fig. 2 hervorgeht.
Fig. 2 stellt vergleichend den Interceptfaktor (relative Größe proportional der Einstrahl- leistung) der erfindungsaspektgemäßen Anordnung und des Ideal-Paraboloids über den Durchmesser der Receiverapertur bei Äquinoxstellung des Spiegels dar. Die Konzentrationsverhältnisse des idealen Fix-Fokus-Paraboloids sind nur unwesentlich besser. In der graphischen Darstellung der Intensitätsverteilung ist eine Deformation des Brennflecks kaum erkennbar. In z-Richtung läuft der Brennfleck auf Grund der Formfehler etwas weiter aus, als in y-Richtung. Durch eine günstigere Unterteilung der Spiegelfläche (oben kleinere Segmente als unten) und eine Optimierung der Ausrichtung könnte die Idealparaboloid-Konzentration noch weiter angenähert werden.
Die Fig. 3 zeigt den Interceptverlauf eines aus 6 Kreistonnenabschnitten aufgebauten, erfindungsaspektgemäßen Fix-Fokus-Spiegels in Äquinoxstellung. Die Tatsache, dass die Segmente in Rotationsrichtung, wie beschrieben, nur noch homogen vorgespannt werden müssen, führt zur zweiten erfindungsaspektgemäßen Innovation gegenüber dem geschilderten Stand der Technik: Der homogenen pneumatischen Vorspannung der Folien.
Dies wird in Fig. 4 verdeutlicht. Dabei ist (4) eine transparente, ebene Folie und (5) eine spiegelnde, ebene Folie. Folien (4) und (5) sind an ihrem Rande (6) miteinander luftdicht zusammengefügt.
Der durch (4) und (5) gebildete Beutel wird als passende Kegelstumpfabwicklung konfektioniert, die anschließend über die Rahmenstruktur (2 x 3a + 2 x 3b) gezogen wer- den. Entlang der äußeren Peripherie des Rahmens verläuft ein aufblasbarer elastischer Schlauch oder wahlweise ein unelastischer, im Grundzustand flach liegender Pneu (7).
Wird nun im Innern des Schlauchs ein Überdruck pi angelegt, dehnt dieser sich aus und übt eine definierte Spannung auf die Folie aus. Hierbei ist die ursprüngliche Vorspannung der Folie nicht von entscheidender Bedeutung, da der Schlauch dies in gewissen Grenzen über seine Ausdehnung kompensiert und die definierte Spannung auf die Folie aufrechterhält. Auch Temperaturänderungen in der Folie werden durch den Schlauch auf diese Weise kompensiert.
- h (Pi ~ P2)
°F - hR 2 - dF (14).
Dieser Sachverhalt wird durch Aufstellen des Kräftegleichgewichts der Zugkräfte der Folien und der entgegenwirkenden Kraft auf den Innenrahmen deutlich (14). Hierbei stellt OF die Zugspannung in der Folie, CIF die Dicke der Folie und HR die Höhe des In- nenrahmens dar. pi stellt den formgebenden Luftdruck zwischen den Folien (4) und (5) dar, wobei pi » pi ist.
Der Pneu (7) wird durch das Hilfsprofil (8) in Position gehalten.
Grundsätzlich kann er als Monoschlauch um die gesamte Rahmenstruktur verlaufen (wobei er in den Eckbereichen 3a - 3b in einem festen Kanal verläuft, der seine Kni- ckung verhindert) oder aber aus vier individuell aufblasbaren, linearen Einzelabschnitten bestehen (2 x längs 3a, 2 x längs 3b).
Der unter Druck stehende Schlauch übt einen konstanten Druck auf seine Innenwand aus. Nun kann die Spannung in den Membranen auch anisotrop angelegt werden. Die Spannungs-Anisotropie kann dann über die Rahmenhöhe HR kontrolliert werden. Diese Anisotropie bleibt auch bei Temperaturänderungen in der Folie erhalten. Alternativ kann die Anisotropie erfindungsaspektgemäß auch erreicht werden, indem statt Variati- on der Profildicke der Pneu entlang des Membranrandes aus n Teilabschnitten mit unterschiedlichem Innendruck entsteht.
Die Randschweißung (6) ist in ihren Krümmungsradien analog zu den Krümmungsradi- en des formgebenden Profils (3a) ausgeführt. Da die Folien (4) und (5) bevorzugt aus hochtransparenten und lichtbeständigen Fluorpolymerfolien bestehen, die jedoch aufgrund ihrer hohen Schmelzpunkte recht schwierig über klassische Widerstandsheizungen mit definierten Andruck zu verbinden sind, sollen bevorzugt zwei Methoden verwendet werden, die diese Problematik elegant lösen: Das Verschmelzen mittels Ultra- schallschwingungen oder mittels gezielter Laserstrahleinkopplung. Beide Methoden erlauben auch eine präzise Ausbildung der verlangten Kontur der Schweißnaht (6).
Die Materialwahl der Spiegelelemente gemäß Fig. 4 ist eine geschickte Option der vorliegenden Erfindung. Um die Hauptkriterien, geringes Gewicht, hohe Präzision und lange Lebensdauer, zu gewährleisten, sind nach gegenwärtigem Erkenntnisstand der Erfinder folgende Materialkombinationen zu bevorzugen:
Material des Spiegelkissens
Fluorpolymerfolien, insbesondere ETFE in Materialstärken zwischen 100 μιη und 150 μηι; Sonnenlichttransmission der transparenten Folie (4) > 95 %. Lebensdauer: > 30 Jahre. Schmutzabweisend. Als pneumatisches Kissen hagelfest. Reflektierende Folie bevorzugt mit aufgesputtetem Aluminium-Reflektor versehen: damit kann auch Ultraviolettes Sonnenlicht im Fokus konzentriert werden, da die Folien auch für das natürliche UV-Spektrum (300 - 400 nm) hochtransparent sind. Deswegen ist die erfin- dungsaspektgemäße Spiegeltechnologie auch sehr gut zur Kombination mit fotochemischen und fotokatalytischen Receivern geeignet (die in der Regel von der ortsfesten Anordnung sehr profitieren). Material des Spiegelrahmens
Aus Gewichtsgründen, wenn metallisch, Aluminiumprofile. Besonders gut geeignet sind außerdem nichtmetallische Faserverbundmaterialien.
Material der Vorspannpneus
Bevorzugt ETFE-Schläuche wegen Lebensdauer unter Lichteinwirkung und geringem Reibungskoeffizienten - dadurch leichte laterale und vertikale Verschiebbarkeit, was die faltenfreie Vorspannung der Reflektor-Membranen erleichtert.
Der Vorspannpneu (6) kompensiert über einen breiten Regelbereich typischerweise Änderungen des Drucks im pneumatischen Spiegel aufgrund von Umgebungs- Temperaturänderungen und ebenso temperaturbedingtes elastisches Verhalten der Folien (4) und (5). Auch ein eventuelles Fließen innerhalb der Folie kann so korrigiert werden.
Um jedoch Fließen grundsätzlich auszuschließen, kann besonders die spiegelnde Folie (5) erfindungsaspektgemäß als flexibler, gitterverstärkter Verbund eingesetzt werden. Fig 5 zeigt in schematischer Weise einen solchen Verbund. Dabei ist (5) ein Ausschnitt der spiegelnden Folie, (9) die auf ihrer Unterseite sichtbare Gitterstruktur und (9a) ein typisches Muster dieser flexiblen Gitterstruktur im Rhombenform, die gute Vorspannungen sowohl in Längs- als auch in Querrichtung zulässt. Ein solcher Folienverbund lässt sich - insbesondere nach dem Stand der Fluorfolientechnologie - typischerweise rationell in folgender Weise realisieren: Ein dünnes Gitter aus zugfesten Fasern wird plan positioniert und dann mit einer gelartigen Schicht aus„flüssiger Fluorfolie" so bedeckt, dass keine Rauigkeiten des Gitters durchschlagen. Zuletzt wird ein Verbund der Fluorseite der Folie (5) mit der flüssigen Folienoberfläche durch sanften, flächigen An- druck realisiert und die Flüssigfolie durch Verdampfen des Lösungsmittels in den festen Zustand übergeführt.
Neben dem Vermeiden von Fließen beim Einsatz dieser Folienvariante, kann auch der Vordruck des Spiegelkissens so groß gewählt werden, dass auch stärkere Windbeaufschlagung die optische Präzision der Elemente nicht maßgeblich verschlechtern. Erfin- dungsaspektgemäß kann der Vorspannungspneu (6) auch zur Erzielung einer weiteren, wichtigen Funktion benutzt werden: Bei konzentrierenden Solarparaboloiden, mit hoher Energiedichte im Fokus, kann die Notwendigkeit auftreten, die Energiezufuhr durch die Strahlung in kurzer Zeit„auszuschalten". Dies könnte prinzipiell durch ein schnelles Herausfahren des Spiegels aus der Sonnenposition oder durch Einklappen eines Schutzschildes in den Strahlengang geschehen. Ersteres macht aufwendige„Schnellgänge" in der Spiegelnachführung nötig und die zweite Methode muss auf problematische Schutzschilde hoher Wärmebelastung zurückgreifen. Im Falle der vorliegenden Erfindung kann durch rapiden Druckablass der Vorspannpneus die Spiegelgeometrie unmittelbar „entschärft" werden.
Arbeitet man mit fluktuierender Druckluft in den Pneus (6), kann eine gezielte Vibrati- on der Spiegelkissenoberfläche erzielt werden, wodurch erfindungsaspektgemäß Staub, Schmutz und Schnee abgeschüttelt werden können (unterstützt durch die geringe Ober- flächenadhäsion der Fluorpolymermembrane).
Ein geringes Gewicht der Leichtbau-Membransegmente (1 - 2 kg/m2), wird durch einen Aufbau ähnlich einem Modell-Flugzeugtragflügel erreicht. In Fig. 6 ist ein Teilausschnitt eines solchen Segmentes zu sehen. Neben den bereits geschilderten Längs- und Seitenprofilen (3a, 3b), dem Hilfsprofil (8), der oberen transparenten (4) und der unteren spiegelnden Folie (5), sowie dem tonnenförmigen Folienkissen (lb) ist hier die Querstütze (3c) eingezeichnet. Sie verhindert, dass die bei Aufblasen des Kissens (lb), und des hier nicht eingezeichneten Pneus (6), auftretende Querkontraktionskraft auf den Rahmen diesen nicht unzulässig verformt. Das in Fig. 6 schematisch dargestellte Segment besitzt aus den geschilderten Gründen trotz extremen Leichtbaus und Membranbauweise eine hohe optische Güte. Allerdings ist es aufgrund der bewusst gewählten geringen Abmessungen des Profilrahmens (Gewicht) gegen Torsion in Längsrichtung relativ empfindlich. Erfindungsaspektgemäß wird diese Torsionsempfindlichkeit zu einem Systemvorteil umgemünzt. Da die einzelnen Spiegelsegmente als Gesamtkonfiguration in ein leichtes torsionsstabiles Gittertragwerk, das als Spiegelträger dient, eingebaut werden, wird die Fähigkeit der Segment-Justierung bei Montage auf den Spiegelträger genutzt.
In Fig 7 wird der bereits durch Fig. 4 erklärte Querschnitt durch ein Spiegelsegment durch eine Montageeinheit (8a) ergänzt, die mittels einer längenverstellbaren Strebe (8b) mit dem Spiegelträger-Raumfachwerk (10) verbunden ist. Erfindungsaspektgemäß werden auf diese Weise mehrere Punkte des Spiegelsegmentrahmens mit dem Raumfachwerk verbunden. Durch optische Beobachtung in der Brennebene können auf diese Weise Einzelsegmente feinjustiert werden. Das bis hierher beschriebene Spiegelsegment wirkt als Überdruckspiegel, da zwischen der oberen durchsichtigen Folie und der unterern reflektierenden Folie ein pneumatischer Überdruck aufgebaut wird. Dies hat den Vorteil dass der Reflektor vor der direkten Witterung geschützt ist, jedoch aufgrund des zweimaligen Strahlungsdurchganges durch die Folie (4) ein Reflektionsverlust von ca. 10 % auftritt. Eine optische Alumini- umschicht hat ein Reflektionsvermögen von ca. 90 %, sodass also effektiv mit einem optischen Wirkungsgrad von ca. 80 % zu rechnen ist.
Aus Fig. 8 geht hervor, dass der in Fig 4 geschilderte Überdruckspiegel durch Anpassung der Bauhöhe des Profiles (3a) prinzipiell auch als Unterdruckspiegel, und somit mit 90 % optischen Wirkungsgrad realisiert werden kann. (3a) muss hierbei so hoch gewählt werden, dass sich die spiegelnde (5) und die transparente Folie (4) nicht berühren, wenn im Raum zwischen (4) und (5) ein Brennweitenabhängiger Unterdruck eingestellt wird. In Fig. 9 wird schematisch der Aufbau eines erfindungsaspektgemäßen exzentrischen Leichtbau-Membranparaboloids mit sechs Segmenten dargestellt. Die sechs Spiegel sind in der besprochenen Weise auf den als Raumfachwerk aufgebauten Spiegelträger befestigt. Die Drehachse des parallaktisch montierten Spiegels geht durch den Mittelpunkt des Drehkranzes (1 1) und zeigt (auf der nördlichen Erd- Halbkugel) zum Polarstern. Damit beträgt die Winkelgeschwindigkeit der Tagesnach- führung konstant 15 °/min. Aufgrund der hohen Lichtkonzentration die in relativ klei- nem Raumwinkelbereich auf die Brennebene trifft, wird das Licht durch eine Pupille mit dem Durchmesser des Brennfleckes in einen hocheffektiven Hohlraumreceiver (13) eingekoppelt. Die saisonale Nahfuhrung (12) des Spiegels in Funktion der Sonnenhöhe (± 23,5°) (Elevation) wird über eine zweite Drehachse, die horizontal durch die Mitte des Drehkranzes verläuft, bewerkstelligt. Aufgrund des Leichtbaus von Spiegel und Spiegelträger sind die in Funktion der Spiegelstellung auftretenden exzentrischen Drehmomente, sowie die Verstellung der Elevation ohne aufwendige mechanische Konstruktionen möglich.
Mit pneumatisch geformten Konzentrationsspiegeln sind Oberflächengüten von ca. 3 mrad realisierbar. In Fig. 9b ist zu sehen, dass mit der in Fig. 9 dargestellten Spiegel- geometrie Interceptfaktoren von nahezu 100 % realisierbar sind.
Der Haupteffekt der Erfindung liegt darin, das große Potential der Sonne insbesondere zur dezentralen Nutzung in Dörfern und Siedlungen des Südens zum Einsatz zu bringen. Solare Hochleistungsoptiken, die aufgrund der geschilderten Besonderheiten der Erfindung in Form von kostengünstigen, leichten und einfach zu montierenden und zu war- tenden Bausätzen (Assembly Kits) zum Einsatz kommen, können sehr bedeutende Beiträge zur lokalen Autonomie, Lebensqualität und Werteschaffung erbringen.
Ein breites Anwendungsspektrum - angefangen mit solarem Kochen rund um die Uhr, über Wasseraufbereitung im konzentrierten, natürlichem UV-Licht, bis hin zum Betrieb einfacher Stirling-Maschinen für Kraft, Strom und Kälte werden damit möglich.

Claims

Patentansprüche:
1. Spiegel zur Sonnenlichtbündelung für eine Solarkraftanlage, aufweisend eine Mehrzahl streifenförmige Segmente zum Formen einer einfallendes Solarlicht zu einem Fokus reflektierenden Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente eine Tangentialerstreckung aufweisen.
2. Spiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er unterschiedlich geformte Segmente aufweist.
3. Spiegel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass er austrittsseitig des Parabolspiegels schmaler geformte Segmente aufweist als scheitelseitig.
4. Spiegel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiegel als Parabolspiegel geformt ist.
5. Spiegel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Segment von einer Rotationsparaboloidform abweichende Kanten aufweist, insbesondere kreisbogensegmentförmige Kanten aufweist.
6. Spiegel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er gegenüber einem vollständigen Rotationskörper Aussparungen aufweist, insbesondere mindestens 50 % der Fläche des Rotationskörpers.
7. Spiegel zur Sonnenlichtbündelung für eine Solarkraftanlage, aufweisend eine Mehrzahl Segmente zum Formen einer einfallendes Solarlicht zu einem Fokus reflektierenden Oberfläche, insbesondere Spiegel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente einen formgebenden pneumatischen Über- oder Unterdrück gegenüber einem Umgebungsdruck aufweisen.
8. Spiegel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Segment eine transparente Folie und eine spiegelnde Folie aufweist, wobei die transparente Folie und die spiegelnde Folie luftdicht miteinander zu einem Beutel verbunden sind, insbesondere miteinander verschweißt sind.
9. Spiegel nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Segment einen Trägerrahmen aufweist.
10. Spiegel nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Segment ein aufblasbares Spannelement aufweist, insbesondere einen Schlauch, vor allem mit entlang eines Umfangs unterschiedlichen Innendruckkammern.
11. Spiegel zur Sonnenlichtbündelung für eine Solarkraftanlage, aufweisend eine Mehrzahl Segmente zum Formen einer einfallendes Solarlicht zu einem Fokus reflektierenden Oberfläche, insbesondere Spiegel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente als Spiegelkissen gestaltet sind, und zwar aufweisend eine Fluorpolymerfolie.
12. Spiegel nach Anspruch 1 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spiegelkissen Ethylen-Tetrafluorethylen (ETFE) aufweist.
13. Spiegel nach Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine transparente Folie mit einer Dicke zwischen 50 μηι und 200 μπι verwendet ist, insbesondere zwischen 100 μπι und 150 μιη.
14. Spiegel nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spiegelfolie mit einer Aluminium-Schicht vorgesehen ist, insbesondere mit einem aufgesputteten Aluminium-Reflektor.
15. Spiegel zur Sonnenlichtbündelung für eine Solarkraftanlage, aufweisend eine Mehrzahl Segmente zum Formen einer einfallendes Solarlicht zu einem Fokus reflektierenden Oberfläche, insbesondere Spiegel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente eine Spiegelfolie aufweisen, wobei die Spiegelfolie auf ihrer nicht-reflektierenden Rückseite eine mechanisch verstärkende Gitterstruktur aufweist.
16. Spiegel nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterstruktur rhombenförmig ist.
17. Verfahren zum Betreiben einer Solarkraftanlage mit einem Spiegel zur Sonnenlichtbündelung für die Solarkraftanlage, aufweisend eine Mehrzahl Segmente zum Formen einer einfallendes Solarlicht zu einem Fokus reflektierenden Oberfläche, insbesondere zum Betreiben der Solarkraftanlage mit einem Spiegel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente zum Reduzieren der Bündel Wirkung in einem Notfallmodus gasentleert oder gasbefüllt werden.
18. Verfahren zum Betreiben einer Solarkraftanlage mit einem Spiegel zur Sonnenlichtbündelung für die Solarkraftanlage, aufweisend eine Mehrzahl Segmente zum Formen einer einfallendes Solarlicht zu einem Fokus reflektierenden Oberfläche, insbesondere zum Betreiben der Solarkraftanlage mit einem Spiegel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente mittels fluktuierender Druckluft in eine Vibration versetzt werden, um ihre Oberfläche zu reinigen.
19. Solarkraftanlage mit einem Spiegel zur Sonnenlichtbündelung, wobei der Spiegel auf einem raumfachwerkartigen Spiegelträger einfallendes Solarlicht zu einem Fokus reflektierend befestigt ist und der Spiegelträger mit einer bevorzugt motorisierten Tagesnachführung ausgerüstet ist, wobei die Tagesnachführung dazu eingerichtet ist, den Spiegelträger um eine Drehachse zu drehen und dadurch der sich verändernden Einfallrichtung der Sonne nachzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse bei einem Aufbau der Solarkraftanlage auf der nördlichen Erdhalbkugel zum Polarstern ausgerichtet ist und die Tagesnachführung dazu eingerichtet ist, den Spiegel bei Motorisierung mit einer Winkelgeschwindigkeit von 15 ° / min um die Drehachse zu drehen, dabei aber den Fokus und einen im Fokus angeordneten Receiver ortsfest zu belassen.
20. Solarkraftanlage nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine Saisonnachführung vorgesehen ist, welche dazu eingerichtet ist, den Spiegel über mindestens 15 °, bevorzugt über mindestens 20 °, insbesondere über etwa 23,5 °, um eine Kippachse zu kippen, wobei die Kippachse horizontal durch die Mitte des Drehkranzes verläuft.
Solarkraftanlage mit einem Spiegel zur Sonnenlichtbündelung, wobei der Spiegel auf einem raumfachwerkartigen Spiegelträger einfallendes Solarlicht zu einem Fokus reflektierend befestigt ist und der Spiegelträger mit einer bevorzugt motorisierten Tagesnachführung ausgerüstet ist, wobei die Tagesnachführung dazu eingerichtet ist, den Spiegelträger um eine Drehachse zu drehen und dadurch der sich verändernden Einfallrichtung der Sonne nachzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelung vorgesehen ist, die einen Fokussensor, einen Controller und einen Verformungsmotor aufweist, wobei der Controller mit dem Fokussensor datenverbunden ist und mit dem Verformungsmotor wirkverbunden ist, wobei der Controller dazu eingerichtet ist, im Betrieb der Solarkraftanlage den Fokus des gebündelten Sonnenlichts mittels einer Verformung mindestens eines Segments des Spiegels an einem Sollwert zu halten.
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