In unseren Zeiten wird der Gedanke an eine nachhaltige Energieversorgung für die Gesellschaft immer wichtiger. Solarthermische Kraftwerke können einen großen Anteil an der Elektrizitätsversorgung der Zukunft haben. Mit der vorliegenden Arbeit soll ein Beitrag geleistet werden, die Wirtschaftlichkeit von solarthermischen Kraftwerken durch die Verbesserung der Solarkonzentratoren zu erhöhen. Die Technische Universität Wien entwickelt gemeinsam mit der Firma HELIOVIS AG ein neuartiges Konzept eines Solarkonzentrators. Das Konzept ist von der Firma HELIOVIS AG patentrechtlich geschützt. Das Institut für Energietechnik und Thermodynamik an der Technischen Universität Wien begleitet die Entwicklung wissenschaftlich und erarbeitet die Grundlagen zum Verständnis des Konzepts. Der neuartige Solarkonzentrator wird aus dünnen Polymerfolien gefertigt. Die mechanische Stabilität wird durch Beaufschlagen mit einem inneren Überdruck erreicht. Durch den Einsatz von Polymerfolien kann ein großer Anteil des Materialbedarfs konventioneller Solarkonzentratoren eingespart werden. Zusätzlich erlaubt die selbsttragende Leichtbauhülle des neuartigen Konzentrators die Reduktion von Auflagerpunkten und eine Reduktion der Antriebsmomente für die Sonnennachführung. In dieser Arbeit wird das grundsätzliche mechanische und optische Verhalten untersucht. Darauf aufbauend kann die Geometrie so gewählt werden, dass ein maximaler geometrischer Konzentrationsfaktor von 59 erreicht wird. Der optische Wirkungsgrad ist vor allem von den verwendeten Polymerfolien abhängig. Die Untersuchungen zeigen, dass ein optischer Wirkungsgrad von rund 67% möglich ist. Der mittlere Jahreswirkungsgrad zur Umwandlung von Solarenergie in thermische Energie ist an einem typischen Standort in Südspanien bei dem in dieser Arbeit vorgestellten Konzentrator rund 18 %. Der mittlere Jahreswirkungsgrad einer konventionellen Parabolrinne liegt am selben Standort bei etwa 53 %. Dies ist konzeptbedingt.<br />Die konventionelle Parabolrinne hat einen geometrischen Konzentrationsfaktor von über 80. Dadurch sind die thermischen Verluste des Absorbers entsprechend niedriger. Es wird allerdings gezeigt, dass durch Anwenden eines Sekundärkonzentrators der mittlere Jahreswirkungsgrad des neuartigen Konzentrators auf über 43% gesteigert werden kann. Die experimentellen Ergebnisse eines Prototyps des neuartigen Konzentrators zeigen eine sehr gute qualitative Übereinstimmung mit den Berechnungen. Quantitativ zeigen sich Unterschiede. Diese resultieren vom verwendeten Absorber. Die thermischen Verluste des Absorbers sind in der Realität größer als nach den Daten des Herstellers.
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Nowadays people started thinking about a sustainable energy supply for human society. Solar thermal power stations have great potential to contribute to the future electricity supply. This thesis shall contribute to an economic application of solar concentrators in solar thermal power plants. The Vienna University of Technology in cooperation with HELIOVIS AG are developing a new concept of a solar concentrator. The concept is protected by patent by HELIOVIS AG. The Institute for Energy Systems and Thermodynamics at the Vienna University of Technology scientifically accompanies the development and establishes the basis for the understanding of the concept. The new solar concentrator consists of a thin polymeric foil. The mechanical stability is reached by applying an internal pressure. By the use of polymeric foils a big material need of conventional solar concentrators can be saved. Additionally the self carrying light weight envelope of the new concentrator allows a reduction of supporting points and a reduction of driving torques for the sun tracking. This thesis investigates the mechanical and optical behavior. Based on this the geometry can be chosen in a way that the maximum geometric concentration factor of 59 is reached. The optical efficiency is mainly dependent on the polymeric foils. The investigations show, that an optical efficiency of about 67% is possible. The yearly mean efficiency for the conversion of solar energy to thermal energy at a typical location in South Spain is about 18 %. The yearly mean efficiency of a conventional parabolic trough concentrator has a geometric concentration factor of over 80. This causes lower thermal losses of the absorber. However, by the application of a secondary concentrator the yearly mean efficiency of the new concentrator can be raised to over 43 %. The experimental results of a prototype of the new concentrator show a good qualitative accordance with the calculations. However, there are quantitative differences.<br />These result from the applied absorber. The thermal losses of the absorber in reality are much higher than according to the manufacturer's data.
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Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers Zsfassung in engl. Sprache
