Optische Qualifizierung von Heliostatfeldern für Forschung und Industrie

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1 Folie Kölner Sonnenkolloquium Optische Qualifizierung von Heliostatfeldern für Forschung und Industrie Felix Göhring, Nils Ahlbrink, Eckhard Lüpfert, Amadeus Rong, Marc Röger, Peter Schwarzbözl (DLR), Ansgar Macke (CSPS)

2 Folie 2 Deflektometrie: Prinzip und Messaufbau Kamera Projektionswand Heliostat r a a n i Projektor Solarturm

3 Folie 3 Hardwarekonzept automatisches Messsystem Richtantenne AP Switch VGA 1000 Mb Ethernet WiFi n Com. Via Matlab (Java) WiFi antenna connection Solarturm PanTiltHead control Richtantenne Antenne AP Switch Leitstand AP Switch Heliostat SCADA

4 Folie 4 Messgenauigkeiten und -geschwindigkeiten Aufnahmezeit: <1 Min. pro Messung Auswertezeit: <1 Min. pro Messung (bei höchster Auflösung) Maximale Auflösung: bis zu 1 Millionen Messstellen pro Spiegel Messfehler: <0,2 mrad (abhängig von Messaufbau)

5 Folie 5 Beispiel: Heliostatfeldertüchtigung Bestandsheliostate 1 Facette Vollst. Verklebung des Stahlrahmens mit Spiegel neue Heliostate 4 gecantete Facetten mit exakt einstellbarer Fokallänge Punktuelle Verklebung mittels Keramikpads

6 Folie 6 Anwendung: Rückmeldung an Installationsprozess Je nach Fertigungsverfahren untersch. Möglichkeiten der Rückmeldung an den Installationsprozess Abweichung der Spiegelform in mm kann direkt von der Justagestation übernommen und umgesetzt werden RMS y-direction 1,088 mrad

7 Folie 7 Beispiel: Identifikation systematischer Fehler in der Fertigung RMS y-direction 1,088 mrad RMS y-direction 1,015 mrad RMS y-direction 1,074 mrad gute Ergebnisse, aber Verbesserung möglich!

8 Folie 8 Beispiel: Korrektur systematischer Fehler RMS y-direction 1,088 mrad RMS y-direction 1,088 mrad weitere Verbesserung erreicht RMS y-direction 0,589 mrad

9 Folie 9 Anwendung: Qualitätsvergleich und -abnahme von Heliostaten und Heliostatfeldern Vergleich gleicher als auch unterschiedlicher Spiegel untereinander durch das flächenunabhängige Maß Slope Deviation Heliostatabnahmen mittels eines Leistungskriteriums In Kombination mit gemessenen Trackinggenauigkeiten können simulationsgestützt Leistungsabnahmen gesamter Heliostatfelder durchgeführt werden

10 Folie 10 Beispiel: Heliostatabnahme mittels Leistungskriterium

11 Folie 11 Beispiel: Heliostatabnahme mittels Leistungskriterium

12 Folie 12 Beispiel: Heliostatabnahme mittels Leistungskriterium 2,5 m * 2,5 m 5,94 kw 94,4 % der Interceptleistung W/m² 2,0 1, ,0 0, y[m] 0-0, ,0-1, ,0-2 -1,5-1,0-0,5 0 0,5 1,0 1,5 2,0 x [m] 0

13 Folie 13 Anwendung: Zielpunktoptimierung intercept -0,5%, efficiency +8,5% Problem: Optimale Verteilung der Heliostatbilder auf der Receiverapertur Vereinfachung durch Diskretisierung: Optimale Zuordnung der Heliostaten auf ein Zielpunktgitter nicht (in akzeptabler Zeit) analytisch lösbar Heuristischer Algorithmus basierend auf Schwarmintelligenz (Nachahmung des Verhaltens von Ameisen bei der Futtersuche)

14 Folie 14 Anwendung: Zielpunktoptimierung Pheromone Heliostaten Zielpunkte

15 Folie 15 Anwendung: Zielpunktoptimierung 6 Zielpunkte Ausgangssituation Intercept: Zielpunkte neue Heliostaten Intercept: Zielpunkte neue Heliostaten + Optimierung Intercept: Zielpunkte neue Heliostaten + Optimierung Intercept: Zielpunkte neue Heliostaten + Optimierung Intercept: 0.861

16 Folie 16 Anwendung: Planung von Experimenten Modellierung in STRAL mit aktuellen Heliostatdaten intercept 850 kw peak flux 980 kw/m²

17 Folie 17 Anwendung: Planung von Experimenten Service: Übergabe der Testeinrichtung (z.b. FE des STJ, SSPS-CRS auf PSA) in virtueller Form an externen Experimentator im Vorfeld der eigentlichen Messkampagne für Auslegung des Experimentalreceivers Auslegung des Strahlungsschutzes Heliostatauswahl Zielpunktwahl Identifikation möglicher kritischer Zustände

18 Folie 18 Ausblick Auslegung von kommerziellen Kraftwerken basierend auf gemessenen Heliostatoberflächen Bau einer Kleinserie unter kommerziellen Bedingungen Qualifizierung: Deflektometrie Tracking- Genauigkeit zufällige Verteilung der gemessenen Heliostateigenschaften Optimierung der Heliostatpositionen und deren Zielpunkte

19 Folie 19 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit