Messtechnische Ermittlung der Intensitätsverteilung im Fokalbereich eines konzentrierenden Solarsystems

Abstract

Durch das Versiegen fossiler Energiequellen wird die Bedeutung erneuerbarer Energien in Zukunft stark steigen. Eine besondere Rolle wird dabei die Solarenergie einnehmen, da die auf die Erde einstrahlende Solarenergiemenge den jährlichen weltweiten Bedarf an Primärenergie um ein Vieltausendfaches übersteigt. Ein Prinzip zur Nutzung dieser Energieform ist die Konzentration der einfallenden Solarstrahlung zur Erhöhung der Energiedichte. Neueste Entwicklungen im Bereich der konzentrierenden Solarsysteme sind pneumatische Solarkonzentratoren. Da diese aus leichteren und kostengünstigeren Materialien bestehen als konventionelle Konzentratoren, können Betriebs- sowie Investitionskosten gesenkt werden. Um die Effizienz eines konzentrierenden Solarsystems zu optimieren, ist die Kenntnis des Konzentrationsverhaltens im Fokalbereich von großer Bedeutung. Bezugnehmend auf jene Tatsachen beschreibt die vorliegende Arbeit die Konzeption, den Aufbau und die Inbetriebnahme eines Messsystems zur Ermittlung der Intensitätsverteilung in konzentrierenden Solarsystemen.<br />Der gesamte Messaufbau ist in einen pneumatischen Solarkonzentrator, konkret den Prototypen I des Heliotube der Firma Heliovis AG, integrierbar. Kapitel 1 gibt eine Einführung in die Solarenergietechnik, beschreibt pneumatische Solarkonzentratoren allgemein und im Speziellen den Heliotube. In Kapitel 2 werden die grundlegenden Gesetzmäßigkeiten, die zum Verständnis der Arbeit notwendig sind, erläutert. Einen Überblick über unterschiedliche Methoden zur Messung der Strahlungsflussdichte in der Solartechnik gibt Kapitel 3. Kapitel 4 beschreibt die Konzeption und die Komponenten des Versuchsaufbaus. Des Weiteren werden der gesamte Versuchsstand und die Komponenten zur Kalibrierung erklärt. In Kapitel 5 wird die Ermittlung der Intensitätsverteilung im Fokalbereich am Beispiel eines Parabolspiegelversuchsstandes erläutert. Abschließend wird in Kapitel 6 die Arbeit zusammengefasst und es werden Vorschläge für die Verbesserung und zukünftige Einsatzmöglichkeiten des Versuchsaufbaus erörtert.

Due to dwindling fossil energy sources the importance of renewable energy will increase significantly in the future. In this case solar power will play a key role, because the amount of energy irradiated on the earth's surface by the sun is thousands of times higher than the annual worldwide primary energy consumption. A principle to use this energy is the concentration of incident solar radiation to increase the energy density. New developments in the field of concentrated solar systems are pneumatic solar concentrators.<br />Considering the fact that they consist of lighter and much more inexpensive materials than conventional concentrators, it is possible to reduce operating and investment costs. To optimize the efficiency of a concentrated solar system the concentration ratio in the focal region is very important. Accordingly this diploma thesis describes the concept, the design and the initial operation of a measurement system to detect the intensity distribution of a concentrated solar system. The whole measurement setup should be capable of being integrated in a pneumatic concentrator. Chapter 1 gives an introduction to solar power technology and describes pneumatic solar concentrators in general and especially the Heliotube.<br />In Chapter 2 the basic principles, necessary for understanding the work, are explained. An overview of different methods to measure the flux density in solar power technology gives chapter 3. Chapter 4 describes the conception and the components of the experimental setup. Furthermore the whole test station and the calibration components are illustrated.<br />In Chapter 5 the detection of the intensity distribution in the focal region is exemplified on a parabolic collector test rig. Concluding chapter 6 summarizes the work and gives suggestions for the improvement of further capabilities of the test station.