Prüfstände für Receiver von Parabolrinnenkraftwerken B. Schiricke, E. Lüpfert, J. Pernpeintner, N. Lichtenthäler, A. Macke

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1 Prüfstände für Receiver von Parabolrinnenkraftwerken B. Schiricke, E. Lüpfert, J. Pernpeintner, N. Lichtenthäler, A. Macke

2 Parabolrinnenreceiver Zentrale Leistungsmerkmale: Geringe thermische Verluste Hohe Absorption Prüfstände ThermoRec SolaRec ElliRec Folie 2

3 Qualitätsparameter von Receivern Mechanische Stabilität Optische Eigenschaften: Transmissionsgrad des Glashüllrohres τ g (λ) Absorptionsgrad des Absorberrohres α abs (λ) Thermische Verluste: Wärmeleitung (Bellows, Stützen) Wärmestrahlung Optischer Wirkungsgrad η opt,rec = P abs / P treffend Gesamtverluste (T abs -T amb ) Thermische Verluste: P th,loss (T abs -T amb ) Folie 3

4 Messung der thermischen Verluste (ThermoRec) Stationärer Zustand: T abs = konst.: P th,loss (T abs -T amb ) = elektrische Heizleistung Spezifische spezifische thermische Verluste in [W/m] Temperaturdifferenz zur Umgebung in [K] K Folie 4

5 Solarer Receiver Prüfstand (SolaRec) Messung von: η opt,rec und Gesamtverluste (T abs -T amb ) Zwei Receiver gleichzeitig Vergleichsmessung 2-achsige Nachführung Fokallänge = 0,8 m Aperturfläche = 2.3 m * 5 m Solare Einstrahlung durch Abschattungssystem steuerbar Kollektorspezifische Verluste bekannt Folie 5

6 Qualifizierung der SolaRec-Konzentratoren Geometrie - Interceptfaktor Reflexionsgrad γ 1 = 0,981 ρ SWD = 0,78 γ 2 = 0,985 Konzentratorwirkungsgrad η kon bekannt Bestimmung der eingestrahlten Leistung Folie 6

7 SolaRec - 1. Option: Kalter Test Wasser (mit ~T amb ) fließt durch Absorberrohr Keine thermischen Verluste Steigerung des Wärmeüberganges des Wassers Absorberrohr Verdrängungskörper Wasser Messung: Temp. Erhöhung Volumenstrom absorbierte Leistung Opt. Receiver- Wirkungsgrad Einfallende Solarstrahlung, η kon bekannt η opt,rec Folie 7

8 SolaRec - 2. Option: Heißer Test Absorberrohr mit Solarstrahlung heizen Rohr mit Luft gefüllt, isoliert Stationärer Zustand: T abs = konst.: Gesamtverluste (T abs -T amb ) = P in η kon ( = einfallende Solarstrahlung * Konzentratorwirkungsgrad) P th,loss (T abs -T amb ) = P in η kon η opt,rec η opt,rec aus kaltem Test P th,loss (T abs -T amb ) Vergleichsmöglichkeit: SolaRec mit anderen Messungen von P th,loss Folie 8

9 Sonnensimulator Receiver Prüfstand (ElliRec) Ziel: η opt,rec im Labor messen Unabhängig von Sonne Einfacher Schneller Möglichkeit Dauertests Geometrie aus Raytracing: Homogene Flussdichteverteilung über 5m Länge Folie 9

10 Sonnensimulator Receiver Prüfstand (ElliRec) HMI-Lampen Leistungsklassen: 1,2 kw 2,5 kw 4 kw P in η kon T in, T out P in P th,loss V & Messung der absorbierten Leistung ~ η opt,rec Folie 10

11 ElliRec Exemplarische Ergebnisse absorbierte Leistung [kw] ; delta T [K] ; Volumenstrom [100 l/h] T_out - T_in [K] Volumenstrom [100 l/h] 1 absorbierte Leistung [kw] 0 16:30 16:35 16:40 16:45 16:50 16:55 17:00 17:05 17:10 17:15 Zeit Folie 11

12 ElliRec Exemplarische Ergebnisse abgeführte Leistung (relativer Vergleich) Bisher nur relative Messungen von η opt,rec Receiver 1, Messung 1 Receiver 1, Messung 2 Receiver 2, Messung 1 Receiver 2, Messung 2 Receiver 3, Messung 1 Receiver 3, Messung 2 =1.0 Receiver 3, nach Aus- & Wiedereinbau Sehr gute Reproduzierbarkeit Hohe Messempfindlichkeit Folie 12

13 Zusammenfassung Thermischer Receiver Prüfstand (ThermoRec) Elektrische Heizung Messung von P th,loss (T abs -T amb ) Solarer Receiver Prüfstand (SolaRec) Solare Bestrahlung Messung von η opt,rec Gesamtverluste (T abs -T amb ) Sonnensimulator Receiver Prüfstand (ElliRec) Lampen unabhängig von der Sonne Reproduzierbare Testbedingungen von konzentrierter Strahlung auf Fokallinie Relative Messung von η opt,rec Validierung SolaRec und ElliRec zur Zeit in Arbeit Absolute Messung von η opt,rec im ElliRec Folie 13

14 Folie 14