DE29812174U1

DE29812174U1 - Thermal solar mirror collector

Info

Publication number: DE29812174U1
Application number: DE29812174U
Authority: DE
Original assignee: FREIMUND WOLFGANG
Current assignee: FREIMUND WOLFGANG
Priority date: 1998-07-08
Filing date: 1998-07-08
Publication date: 1998-10-22
Anticipated expiration: 2008-07-09

Description

Die Erfindung betrifft einen solarthermischen Spiegelkollektor mit sechs einachsig nachführbaren Flachspiegeln in Flachbauweise, zum Zwecke einer hocheffizienten Umwandlung von direkter Sonnenstrahlung in Wärmeenergie.The invention relates to a solar thermal mirror collector with six uniaxially trackable flat mirrors in a flat design, for the purpose of highly efficient conversion of direct solar radiation into thermal energy.

Alle sechs länglichen Flachspiegel sind in ihrer Längsachse in einem Winkelbereich von 120 Grad drehbar gelagert. Eine zeitsynchrone Nachführung des Sonnenlaufs aller Spiegel wird mittels einer Riemenscheiben- und Flachzahnriemenvorrichtung in Verbindung mit einem Stellmotor und einer Zeitschaltuhr geregelt.All six elongated flat mirrors are mounted so that they can rotate along their longitudinal axis within an angle range of 120 degrees. Synchronous tracking of the sun's path for all mirrors is controlled by means of a pulley and flat toothed belt device in conjunction with a servomotor and a timer.

Jeder einzelne Flachspiegel reflexionswinkelmäßig so ausgerichtet, daß das einfallende Sonnenlicht während der gesamten Sonnenscheinphase strahlungsintensiv auf den Solarabsorber, der sich in einem linear verlaufenden Brennlinienbereich befindet, konzentriert. Um eine hocheffiziente Sonneneinstrahlung tageszeitlich zu gewährleisten, muß das Spiegelsystem - gemäß der Sonnenlaufbahn - in Ost-West-Richtung einachsig nachgedreht werden.Each individual flat mirror is aligned in terms of reflection angle so that the incident sunlight is concentrated intensively on the solar absorber, which is located in a linear focal line area, during the entire sunshine phase. In order to ensure highly efficient solar radiation during the day, the mirror system must be rotated on one axis in an east-west direction according to the sun's trajectory.

Der Absorber hat bei dieser solartechnischen Konstruktion die Funktion einer solarthermischen Konversion. Der Solarabsorber heizt sich, dem Konzentrationsverhältnis entsprechend der linear fokussierenden Flachspiegel, auf. Durch seine Hohlräume strömt ein flüssiges Wärmeträgermedium (Wasser), das die Wärme aufnimmt und diese an einem thermodynamischen Strömungskreislauf abgibt.In this solar technology construction, the absorber has the function of solar thermal conversion. The solar absorber heats up according to the concentration ratio of the linearly focusing flat mirrors. A liquid heat transfer medium (water) flows through its cavities, absorbing the heat and releasing it in a thermodynamic flow circuit.

Nachteile bei dieser Bauart entstehen, wenn die Einzelspiegel nicht einachsig nachgeführt werden. Sine dauerhafte und konzentrierte Bündelung des reflektierten Lichtes sämtlicher Spiegel auf den Solarabsorber ist technisch nur durch Nachdrehen der Spiegel möglich.Disadvantages of this design arise when the individual mirrors are not tracked on one axis. A permanent and concentrated bundling of the reflected light from all mirrors onto the solar absorber is technically only possible by rotating the mirrors.

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Die Aufgabe der Erfindung wird darin gesehen, eine Anordnung der anfangs beschriebenen Bauart zu konstruieren, der den dargestellten Nachteil beseitigen soll.The object of the invention is to construct an arrangement of the type described at the beginning, which is intended to eliminate the disadvantage described.

Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, die sechs länglichen Flachspiegel drehbar zu lagern, damit die Spiegel in ihrer Längsachse in einem festgelegten Winkelbereich beweglich sind. Erst diese technische Voraussetzung ermöglicht eine mechanische Nachführung und Anpassung aller Einzelspiegel dem jeweiligen tageszeitlichen Sonnenstand.The solution to the problem, according to the invention, consists in mounting the six elongated flat mirrors in a rotatable manner so that the mirrors can move along their longitudinal axis within a fixed angular range. Only this technical requirement enables mechanical tracking and adjustment of all individual mirrors to the respective position of the sun at any given time of day.

Aus der nachfolgenden Beschreibung, der perspektivischen und schematischen Darstellung des thermischen Solarspiegelkollektors soll die Erfindung ausführlich erläutert werden.The invention will be explained in detail from the following description, the perspective and schematic representation of the thermal solar mirror collector.

Fig.1; Perspektivische Darstellung des thermischen Solarspiegelkollektors ; Fig.1 ; Perspective view of the thermal solar mirror collector ;

Fig.2: Schematische Darstellung des Strahlenverlaufs des Sonnenlichtes in reflektierter und konzentrierter Form auf den Solarabsorber des Thermiekollektors; Fig.2 : Schematic representation of the path of sunlight rays in reflected and concentrated form on the solar absorber of the thermal collector;

Fig. J>: Perspektivische Darstellung einer großtechnischen Nutzungsform des solarthermischen Konstruktionsprinzip; Fig. J> : Perspective representation of a large-scale use of the solar thermal construction principle;

Fig.4: Perspektivische Darstellung eines nachführbaren Sinzelspiegel des solarthermischen Spiegelsystems·, Fig.4 : Perspective view of a trackable single mirror of the solar thermal mirror system,

Wie aus den einzelnen Abbildungen (Fig.1-4) zu ersehen ist, besteht der thermische Sonnenspiegelkollektor aus einer parallelen Anordnung von quaderförmigen, länglichen Flachspiegeln 1a-f, mit geometrischer Ausrichtung auf einen geradlinig verlaufenden Solarabsorber 2 .As can be seen from the individual figures (Fig. 1-4), the thermal solar mirror collector consists of a parallel arrangement of cuboid-shaped, elongated flat mirrors 1a-f, with geometric alignment to a straight solar absorber 2 .

Bei diesem solartechnischen Funktionsprinzip wird das einfallende Sonnenlicht mittels einer Anzahl von Spiegeln 1a-f mit ebener Reflexionsoberfläche auf einen freistehenden Receiver 2 (mit längenzylindrischer Formgebung), der längensymmetrisch angeordnet ist, reflektiert. Jeder einzelne Reflektor 1a-f ist in einem bestimmten Anstellwinkelverhälnis Sonne/Receiver ausgerichtet; d.h. der Einfallswinkel des einstrahlenden Sonnenlichtes entspricht genau dem Ausgangswinkel der reflektierten Strahlung. So kann der Anstellwinkel (zur Sonne) eines jeden Planspiegels 1a-f, der das Licht auf die Receiveroberflache 2 lenken soll errechnet und festgelegt werden.In this solar technology functional principle, the incident sunlight is reflected by a number of mirrors 1a-f with a flat reflection surface onto a free-standing receiver 2 (with a cylindrical shape) that is arranged length-symmetrically. Each individual reflector 1a-f is aligned at a specific angle of attack sun/receiver; i.e. the angle of incidence of the incoming sunlight corresponds exactly to the angle of exit of the reflected radiation. In this way, the angle of attack (to the sun) of each plane mirror 1a-f that is supposed to direct the light onto the receiver surface 2 can be calculated and determined.

Die solartechnische Nachführung des Sonnenlaufs aller Spiegel 1a-f erfolgt einachsig und schrittweise durch das graduelle Nachstellen des Reflexionswinkel der Einzelspiegel. Bewerkstelligt wird das Verstellen mit Hilfe einer Flachzahnriemen/ Riemenscheibenverbindung 3»4,eines Nachführmotors 5 und einer Zeitschaltuhr 6 . Die einachsige und zeitgenaue Nachführung der Heliostaten stellt kein logistisches Steuerungsproblem dar. Es ist bekannt, daß die Sonne ihre Laufbahn in einer Stunde um 15 Grad global verändert. Nun muß das Nachdrehen aller Reflektoren in Sin-Minuten-Schritten erfolgen. Nur so läßt sich eine zu große Abweichung der reflektierten Strahlung von der Brennliniennormalen des Solarabsorbers vermeiden. Es kann auch eine Solarzellensteuerung verwendet werden. Jede Veränderung des Einstrahlwinkels auf die Solarzellen bewirkt eine Zu- bzw. Abnahme der Stromstärke der Photovoltaikelemente. Mit dieser Steuerungsart läßt sich ein zeitsynchrones Nach stellen der Spiegel und damit eine gleichbleibende und höhere Nachführungsgenauigkeit des Sonnenstandes erreichen. Es wird ein verbesserter Ausnutzungsgrad während der gesamten Sonnenscheindauer erzielt, mit dem Ergebnis einer gesteigerten Solarenergieeffizienz .The solar-technical tracking of the sun's path of all mirrors 1a-f is carried out uniaxially and step by step by gradually adjusting the angle of reflection of the individual mirrors. The adjustment is accomplished using a flat toothed belt/pulley connection 3»4, a tracking motor 5 and a timer 6. The uniaxial and precise tracking of the heliostats does not represent a logistical control problem. It is known that the sun changes its trajectory by 15 degrees globally in one hour. Now the rotation of all reflectors must be carried out in sin-minute steps. This is the only way to avoid too great a deviation of the reflected radiation from the focal line normal of the solar absorber. A solar cell control system can also be used. Every change in the angle of incidence on the solar cells causes an increase or decrease in the current strength of the photovoltaic elements. This type of control allows the mirrors to be adjusted synchronously and thus achieves consistent and higher tracking accuracy of the sun's position. An improved level of utilization is achieved throughout the entire sunshine period, resulting in increased solar energy efficiency.

Besonders wichtig ist die geometrische Anordnung und Plazierung der einzelnen Spiegelelemente. Es gilt: 1.: Je näher die Reflektoren zum Receiver installiert sind, desto enger aneinander können die Flachspiegel stehen. 2.: je weiter sich die Heliostaten vom Solarabsorber befinden, desto größer müssen die Abstände der Einzelspiegel zueinander sein (auf horizontaler und ebenen Oberfläche), um entstehende Abschattungsverluste bei der Strahlenreflexion und Konzentration in Grenzen zu halten.The geometric arrangement and placement of the individual mirror elements is particularly important. The following applies: 1.: The closer the reflectors are installed to the receiver, the closer together the flat mirrors can be. 2.: The further the heliostats are from the solar absorber, the greater the distances between the individual mirrors must be (on a horizontal and flat surface) in order to limit the shadowing losses that occur during beam reflection and concentration.

Die dargestellte und beschriebene solartechnische Konstruktion - von der solarphysikalischen Umsetzung des Punktionsprinzips ist auch für großtechnische Nutzungszwecke (z.B. elektrische Stromgewinnung) größenvariabel anwendbar.The solar technology construction shown and described - from the solar physical implementation of the puncture principle - is also applicable for large-scale technical purposes (e.g. electrical power generation) in variable sizes.

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Claims

ScTiut &zgr; claims Thermal solar mirror collector in flat design, with six uniaxially adjustable, cuboid-shaped flat mirrors and an automatically controlled mirror adjustment device, characterized in that

1. six equally sized, elongated flat mirrors (1a-f), which are arranged parallel and rotatably mounted at their front ends;

2. a longitudinally cylindrical solar absorber (2) is arranged in the focal line zone, which runs symmetrically and horizontally to the flat mirrors (1a-f);

3. all six identical individual mirrors (1a-f) are adjustable in their longitudinal axis using a belt/disk combination (3»4-);

4. the adjustment (tracking) of the six mirrors (1a-f) is carried out via a stepper motor (5) and the angle adjustment is controlled by a timer (6);

5. each individual mirror (ia-f) can alternatively (in the case of a variable-size design) be provided with its own tracking motor (5a);