Vermessung der optischen Präzision eines Parabolrinnenspiegels

Abstract

Auf der Suche nach wirtschaftlicheren Möglichkeiten, Solarenergie für die Energiegewinnung zu nutzen, entwickelte das Wiener Start-Up-Unternehmen SOLABOLIC GmbH unter der Leitung von DI Ahmed Adel eine neue Generation an Parabolrinnenkollektoren. Er hatte die Idee eines Spannsystems, das ähnlich wie bei einer Tragseilbrücke eine Gleichlast aufbringt, um die Parabolform der Spiegeloberfläche zu erzeugen. Im Zuge dieser Entwicklung stellte sich die Notwendigkeit, die Präzision der Parabolrinnenkollektoren zu messen und eine Aussagekraft über den Wirkungsgrad zu treffen. Des Weiteren sollte eine Messmethode bei der Montage der Kollektoren zum Einsatz kommen, um das entwickelte Spannsystem ausreichend genau zu adjustieren. Die Messmethode soll möglichst einfach und günstig gehalten werden und vor Ort bei der Montage und Justierung eines Spiegels anwendbar sein. Aus diesen Anforderungen wurde eine Messmethode entwickelt, die, ähnlich wie es in der Spiegeloptik üblich ist, über die Verzerrungen eines Bildes eine Aussage über die Präzision des Spiegels trifft. Das Prinzip der Methode funktioniert so, dass ein genau definiertes Rechteckmuster vor dem Spiegel, an seiner Trägerstruktur, angebracht wird. Mit einer Kamera werden Fotos des reflektierten Bildes gemacht. Aus diesen Messfotos werden mit einer eigens entwickelten Messsoftware aus den Verzerrungen des Rechteckmusters die Winkelfehler des Spiegels berechnet. Eine genaue Beschreibung der Software in der Arbeit soll ein späteres Weiterentwickeln der Software ermöglichen. Die Messmethode wurde an einem Prototypen der Firma SOLABOLIC GmbH erprobt und konnte aussagekräftige Ergebnisse liefern, die von ähnlichen Erkenntnissen aus einer FEM-Simulation bekräftigt werden. Die Vermessung des Spiegels wurde mit Fotos und Screenshots dokumentiert. So werden in der Arbeit alle Schritte, die zur Vermessung eines Spiegels notwendig sind, soweit dokumentiert, dass ein Benutzer ohne Matlab-Kenntnisse die Messmethode anwenden kann. In einer Simulation wurde durch die Auswertung computergenerierter Messbilder eine Aussage über den maximalen Messfehler der Software getroffen. Des Weiteren werden Lösungsansätze geliefert, um die Messgenauigkeit weiter steigern zu können.

Looking for opportunities to use solar energy in an economic way, the Viennese start up company SOLABOLIC Gmbh, with DI Ahmed Adel as CEO, developed a new generation of parabolic-trough collectors. They had the idea of a tensioning system, which applies a constant load to produce the parabolic shape of the mirror surface, similar to a cable bridge. During this development, there was a need to measure the precision of the parabolic-trough collectors and to make a statement about their efficiency. For the assembly of the collectors a measuring method should be used, which allows to precisely adjust the tensioning system. The measuring method is supposed to be kept as simple and affordable as possible, so it can be used for on-site assembly. From these requirements, a measurement method has been developed which, similar to the one used in mirror optics, makes a statement about the precision of the mirror via the distortions of an image. The basic principle is the following: A precisely defined rectangular pattern is attached in front of the mirror to his structure. Then a camera is used to take pictures of the reflected (rectangular) image. The angle errors of the mirror can then be calculated from these images (distortions of the rectangular pattern) with a specially developed software. This software is described in this thesis in order to enable further development. In addition, a detailed description - with photos and screenshots - of the steps needed to measure a parabolic-trough collector is attached. It is therefore also possible for a user without Matlab knowledge to apply this measuring method. The measuring method was tested on a prototype of SOLABOLIC GmbH and was able to provide meaningful/significant/conclusive results which are confirmed by similar findings from an FEM simulation. With a simulation study the maximum measurement error was estimated. In this, artificial computer-generated measurement images were generated and evaluated under different scenarios. Furthermore, ideas are provided in order to further increase the measuring accuracy.