Höhere Energieausbeute dank kamerabasierter 3D In-line Inspektion von Solarparabolspiegeln

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1 Schnell, einfach, genau und hoch zuverlässig Höhere Energieausbeute dank kamerabasierter 3D In-line Inspektion von Solarparabolspiegeln Weltweit steigt der Bedarf an Solarparabolspiegeln, die für die Nutzung der Sonnenenergie zum Einsatz kommen. Für eine wirtschaftliche Fertigung erfordern immer höhere Taktzahlen eine automatische 3D In-line Inspektion der Spiegel. Dafür bieten kamerabasierte Methoden deutliche Vorteile gegenüber der Lasermesstechnik hinsichtlich Schnelligkeit, Einfachheit und Genauigkeit. Energie wird immer teurer. Dazu wächst die Sorge vor einer von Menschen verursachten Klimaerwärmung, unter anderem aufgrund von gestiegenen Kohlendioxidemissionen. Von diesen Entwicklungen profitiert die Solarbranche, die sich derzeit an einer nahezu ungebremsten Aufwärtsentwicklung erfreuen kann. Mit der Solartechnik wird die Einstrahlung der Sonne für die Energiegewinnung nutzbar gemacht. Eine vor allem in sonnenintensiven Gegenden weit verbreitete Methode für die Nutzung der Sonnenenergie basiert auf dem Einsatz von Solarparabolspiegeln. Diese fokussieren das direkte Sonnenlicht auf flüssigkeitsgefüllte Receiverpipes. Über klassische Turbinentechnik wird die so gewonnene thermische Energie in elektrischen Strom umgewandelt. Weltweit wächst der Bedarf an diesen Parabolspiegeln. Die Anforderungen an die Produktion mit immer kürzeren Taktzeiten steigen daher erheblich. Seite 1

2 Solarparabolspiegel bestehen aus vier Teilen, von denen je zwei gleich sind die beiden äußeren und die beiden inneren Spiegel. Diese werden zu einer Parabel zusammengesetzt. Die Abmessungen der einzelnen Spiegelsegmente beträgt ca mm. Im Montagezustand werden sie zu langen Rinnen zusammengesetzt. Die Fertigung der Solarparabolspiegel muss ständig überprüft werden. Dabei werden die Fertigungstoleranzen gemessen. Für die Inspektion dieser Spiegel kamen bisher oft Lasersysteme zum Einsatz. Doch für eine automatische 3D In-line Messung, also einer Messung in der laufenden Produktion direkt in der Anlage integriert, sind diese Systeme zu langsam. Mit FORMSCAN-Solar steht nun ein System zur Verfügung, welches die hohen Anforderungen der Solarparabolspiegelproduktion ohne Einschränkungen erfüllt. Das System besteht aus Standard- Komponenten, die eine flexible und einfache Anpassung an die jeweiligen Produktionsgegebenheiten ermöglichen. Gemessen werden die Abweichung des Spiegelwinkels vom Sollwert (Fokusabweichung). Dies ist der Abstand, an dem ein parallel einfallender Sonnenstrahl am Fokuspunkt vorbei geht. Dieser darf nicht größer als der Radius des Rohres sein. Neue Maßstäbe in Bezug auf Genauigkeit Typischerweise wird der Spiegel vermessen, bevor die Spiegelschicht aufgebracht wird, d. h. als Glasscheibe. Es ist jedoch auch möglich, verspiegelte Scheiben zu messen. Das System wird normalerweise als In-line-System in einer Spiegelproduktion eingesetzt und setzt dabei neue Maßstäbe hinsichtlich der Genauigkeit. Die Zykluszeit für einen kompletten Spiegel beträgt nur etwa 20 s. Das kamerabasierte Inspektionssystem ist damit wesentlich schneller als die Lasertechnik, Seite 2

3 mit der bei geringerer Geschwindigkeit typischerweise nur ein Inspektionsraster von 50 mm erreicht wird. Deflektometrisches Messverfahren Das Messverfahren ist ein deflektometrisches Verfahren, welches sich besonders gut für Winkelmessungen eignet. Es wird das sich spiegelnde Bild eines Referenzmusters mit Kameras betrachtet. Aus der Verzerrung des Musters werden die Messgrößen bestimmt. Typischerweise hat das System vier Kameras und zwei Beleuchtungseinheiten. Die Scheiben werden nicht in Einbaulage, sondern in Produktionslage gemessen. Sie befinden sich also mit der offenen Seite nach oben, sozusagen in der Schüssellage. Außer einer Beleuchtung für das Referenzmuster benötigt das System keine weiteren Beleuchtungseinrichtungen. Die Methode erlaubt eine sehr genaue Vermessung der Scheibe. Mit einem einfach aufzubauenden System wird eine schnelle Messung im Produktionstakt ermöglicht. Am Messsystem selbst befinden sich keine bewegten Teile. Für genaue Ergebnisse sorgen ausgefeilte Software- Algorithmen, in denen viel Branchen-Know-how integriert ist. Fazit Die kamerabasierte In-line Inspektion von Solarparabolspiegeln ist einfacher, schneller und genauer als vergleichbare Laser- Messverfahren. Die hohe Zuverlässigkeit des Systems sorgt für eine dauerhaft hohe Prüfqualität. Der Anwender profitiert von dem herausragenden Kosten-Nutzen-Verhältnis. Die aus der Prüfung gewonnenen Daten können auch zur Produktionsoptimierung genutzt werden. Seite 3

4 Bild 1: SolarThermal_1.jpg Guter Fokus Mehr Wärme Höhere Energie: Parabolspiegel im Einsatz zur Energiegewinnung Bild 3: SolarThermal_2.jpg Die Fokuslinie sicher erkennen: System zur InProcess Inspektion von Parabolspiegel-Glas auf beste Fokussierfähigkeit Seite 4

5 Bild 3: SolarThermal_3a SolarThermal_3b.jpg Vermessenes Parabolspiegelglas und dessen Bewertung im Falschfarbenbild: je dunkler die Farbgebung, desto besser ist die Konzentration der Strahlen auf die Fokuslinie Bild 4: SolarThermal_4a_d SolarThermal_4b_d.jpg Prinzipbilder zu Darstellung der energetischen Bedeutung schlecht reflektierter Strahlung bei Parabolspiegeln Seite 5