Effizienzbestimmung einer HELIOtube Pilotanlage

Abstract

Diese Diplomarbeit handelt von einem neuartigen Kollektor, der von der Firma HELIOVIS® AG patentrechtlich gesichert ist und unter der Zusammenarbeit mit der Technischen Universität Wien entwickelt wurde.<br />Dieses Konzept der Energiegewinnung soll dazu beitragen, die Energie - und Wärmebereitstellung in Zukunft vermehrt in Richtung regenerativer Systeme zu lenken.<br />Bei einem HELIOtube handelt es sich um eine neuartige Kollektorbauweise, die im Vergleich zu Parabolspiegelkollektoren eine hohe materielle Kosteneinsparung aufweist. Unter einem HELIOtube versteht man einen Folienkörper mit zwei unter Überdruck stehenden Kammern, deren Kontaktfläche eine reflektierende Spiegelfläche darstellt. Die Krümmung der Spiegelfläche entsteht durch den in der oberen Kammer höher herrschenden Druck.<br />Die Deckschicht der oberen Kammer besteht aus einer transparenten Folie, welche es der Direktstrahlung ermöglicht, über die Spiegelfläche auf den Absorber fokussiert zu werden. Der Absorber befindet sich in der oberen Kammer und dient als Direktverdampfer für das Medium Wasser.<br />In dieser Arbeit handelt es sich primär um die Bestimmung des optischen Wirkungsgrades des HELIOtubes bei unterschiedlichen Bedingungen.<br />Versuche an einer Pilotanlage und theoretische Berechnungen mit Hilfe einer linearen-multiplen Regressionsanalyse anhand eines quasi-dynamischen Modelles sollen es ermöglichen den optischen Wirkungsgrad zu bestimmen.<br />Die Datenauswertung zeigt eine gute Übereinstimmung der Mess - und Berechnungsdaten. Optische Wirkungsgrade von bis zu 20 % wurden bei optimalen Bedingungen erreicht und das Verbesserungspotential erkannt.<br />

This work describes a new type of solar collector protected by patents owned by HELIOVIS® AG and developed in cooperation with the Vienna University of Technology. The target of solar energy is playing a major part in providing clean heat and energy in the future.<br />A HELIOtube is a new kind of solar collector. Its main advantages consist of high cost efficiency in material and construction compared to a parabolic trough collector. A HELIOtube is a special type of pipe split into two chambers consisting of different polymers. Both chambers are pressurized; the upper chamber has a higher pressure than the lower one, which leads to a curved reflective mirror face.<br />The upper chamber consists of a transparent foil that allows direct radiation to fall onto a curved mirror face. This reflective mirror focuses radiation onto an absorber. This absorber is placed in the upper chamber and is operating as direct evaporator of water.<br />This work focuses on describing the optical efficiency in different operating conditions of the HELIOtube system. A number of real-world experiments on a pilot plant located in Dürnrohr/Austria is conducted. Additionally, theoretical calculations based on a linear multiple regression at quasi-dynamic conditions based on the real-world data points obtained, are provided.<br />The evaluation shows a very good fitting of results from both experiments. The HELIOtube indicated to reach maximum optical efficiency of up to 20 %.