Sekundärreflektor einer Solarthermieanlage

Abstract

Ein Parabolrinnenkollektor welcher zur Energiegewinnung die direkte Sonneneinstrahlung nutzt, ist ein Solarkraftwerk vom Typ der CSP-Systeme. Eine großflächige Anlage, mit einer Spannweite von mehreren Metern, besitzt die Aufgabe die Sonnenstrahlen auf einen relativ kleinen Absorberrohrdurchmesser im Vergleich zu ihrer Aperturweite zu konzentrieren. Aus der Summe der auftretenden Fehlerquellen folgt die eigentliche Problemstellung der Arbeit, nämlich die Sonnenstrahlen möglichst exakt in den Querschnitt des Absorberrohres zu konzentrieren. Eine der Möglichkeiten zur Konzentrationsgradsteigerung stellt die Verwendung eines Sekundärreflektors dar, welcher die verloren gehenden Strahlen erneut durch seine Sekundärreflexion zum Absorber konzentriert. Die optischen Wirkungsgradverluste können durch Strahlverfolgungssimulationen mit einem sogenannten Raytracing-Programm ausgewertet werden. Das Ergebnis ist ein selbstständig entwickelter Matlabcode, welcher den optischen Wirkungsgrad einer 2-dimensonal aufgebauten Solarthermieanlage berechnen kann. Mit dem Programm werden die einzelnen Konzentrationsfehler der Strahlen separat betrachtet und ihre Auswirkungen in Abhängigkeit des Sonnenstandes ausgegeben. Aufbauend auf diese Erkenntnisse wird eine Optimierung für gängige Sekundärreflektorformen durchgeführt und die geeignetste Querschnittskontur ausgewählt. Abschließend kann für die betrachtete Anlage aufgezeigt werden, dass der Sekundärreflektor eine Leistungssteigerung über dem betrachteten Sonnenstandsbereich bewirkt. Ausgehend von der Konstruktionsgrundlage der bestehenden Anlage, erfolgt die Auslegung und Konstruktion einer geeigneten Sekundärreflektorbaugruppe, die über die Absorberrohrbefestigungspunkte installiert wird.

A parabolic trough collector which uses direct solar radiation to generate energy is a solar power plant of the CSP system type. A large surface system, with a span of several meters, have the task to concentrate the sun rays on a relatively small absorber tube diameter in comparison to their aperture width. The problem of this paper follows from the total amount of the error sources and is to concentrate the sun rays as exactly as possible into the focus point of the absorber tube. One of the possibilities is the use of a secondary reflector to increase the concentration, which concentrates the lost rays again by its secondary reflection to the absorber. The optical efficiency losses can be evaluated by raytracing simulations with an existing program. The result of this paper is an own developed Matlabcode, which can calculate the optical efficiency of a solar thermal system that can build in a 2-dimensonal shape. With the program the individual concentration errors of the rays are considered separately and their output effects depended on the position of the sun. Based on these findings, an optimization is carried out for common secondary reflector shapes and the most suitable cross section contour is selected. Finally, it can be shown that the secondary reflector causes an increase in performance over the considered sun altitude range. Starting from the design basis of the existing system, the design and construction of a suitable secondary reflector assembly is carried out, which is installed via the absorber tube mounting points.