Stellio - Ein neuartiger Heliostat und Messverfahren für seine Qualifizierung

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1 Stellio - Ein neuartiger Heliostat und Messverfahren für seine Qualifizierung Gerhard Weinrebe (sbp), Thomas Keck (sbp), Finn von Reeken (sbp), Verena Göcke (sbp), Marc Röger (DLR), Timo Effertz (DLR) 19. Kölner Sonnenkolloquium Köln,

2 1. Stellio Thorsten Denk 2. Ausschreibungen für Turm-Solarkraftwerke 3. Heliostat-Abnahmeverfahren 4. Heliostat-Testplattform in Jülich 5. Ausblick Übersicht 2

3 1. Stellio

4 Heliostatentechnologie bedarf dringend der Innovation

5 Stellio-Konsortium

6 Stellio: Aufbau und erste Tests 47,5 m² / 48,5 m²

7 Höhere Struktursteifigkeit Kürzere Lastpfade Weniger Verformung Steifere Struktur

8 Cost Benchmark Heliostat Assembly and Transport on Site 16% Drive and Controls 45% Foundation 11% Metal Suport Structure 20% Reflector Panels 8% Analyse des aktuell meistgebauten Heliostaten

9 Herausforderung: Linearantriebe erlauben nur einen eingeschränkten Schwenkbereich

10 Nabe Sekundärachse Hauptachse Bumerang Sekundärantrieb Primärantrieb Pylon Lösung: Slope drive mit angestellter Hauptachse Horizontale b slope Winkel

11 Kostengünstiger Antrieb Hohe Nachführgenauigkeit durch Linearantriebe Spielfrei durch Vorspannung Higher Tracking Accuracy

12 Um Kollisionen zu vermeiden, muss ein Mindestabstand zwischen Heliostaten eingehalten werden. Dieser ist durch rote Kreise markiert. Vorteil der rundlichen Form

13 2. Ausschreibungen für Turm-Solarkraftwerke

14 Windgeschwindigkeit Wie gemittelt: 3s-Böe, 1-min-Mittelwert, 10-min Mittel,? In welcher Höhe gemessen? Optische Qualität Standardabweichung oder RMS? Abweichung Oberflächennormale oder reflektierter Strahl? 1D oder 2D? Wie gemessen: Deflektometrie oder Kamera/Target? Einfluss Windgeschwindigkeit? Nachführgenauigkeit Standardabweichung oder RMS? Abweichung Oberflächennormale oder reflektierter Strahl? 1D oder 2D? Mittelungszeitraum? Welche / wie viele Positionen (Sonne hoch oder tief )? Einfluss Windgeschwindigkeit? Energiebedarf Wie messen? Wie mitteln: Kleine Heliostatengruppe oder ganzes Feld? Klare Definitionen sind erforderlich! 16

15 3. Heliostat-Abnahmeverfahren

16 Bestimmung der Nachführgenauigkeit 18

17 Auswertung der Strahlungsflussdichteverteilung auf einem Target und vgl. mit synthetischer Verteilung Ermittlung ohne Sonnenlicht mittels Deflektometrie-Ergebnissen und Ray-Tracing Zwei grundsätzliche Möglichkeiten zur Bestimmung der optischen Qualität

18 Grundsätzliche Herangehensweise: Bestimmung der optischen Qualität ohne Messungen mit Sonnenlicht 1. Definition der Idealform (parabolisch / sphärisch / flach / ) 2. Messung der Konturabweichungen (slope deviations) in horizontaler und vertikaler Richtung, z. B. durch Deflektometrie / Fotogrammmetrie / Laser Radar für einen Elevationswinkel: SDx und SDy (relativ zur Idealform) RMS Werte 3. Messung der Formabweichung (shape) für verschiedene Konzentratororientierungen z.b. mittels Fotogrammmetrie 4. [Formabweichung in Abhängigkeit von Temperatur und Wind ] Mittels Raytracing werden alle anderen Parameter ermittelt (z. B. total, BQ, 90%- Radius, Flussdichteprofile, ) SolarPACES Guideline (Towards a Guideline for Heliostat Performance Testing - An Update Röger, Marc (2015), SolarPACES Task III Meeting, 12. October 2015, Cape Town, South Africa. 20

19 SolarPACES Guideline: Ermittlung der optischen Qualität durch Messverfahren ohne Sonnenlicht

20 Flussdichtemessung Simulation Realistische hochaufgelöste Simulation mit Deflektometrie möglich B. Belhomme S. Ulmer Bestimmung der optischen Qualität ohne Sonnenlicht, Beispiel Heliostat CESA-1, PSA

21 Ergebnisse der Deflektometrie für Stellio (CSP Services)

22 4. Heliostat-Testplattform in Jülich

23 Neue Testeinrichtung ab 2016 Kurz- und Langzeittests, Systemdemonstration Messungen gemäß der Guideline for Heliostat Performance Testing, SolarPACES-Task-III Zusätzlich dynamische Deflektometrie zur Messung der dynamischen Verformungen unter Wind. Weitere Informationen: Poster! max.25 m 2 max.150 m 2 Heliostat-Testplattform in Jülich Chart 26

24 5. Ausblick

25 Benchmark Heliostat Field Layout n Hel = sbp ray Heliostat Field Layout n Hel = Conventional Radial Stagger Optimized Biomimetic Spiral Heliostatfeldoptimierung 1/2 Efficiency increase 1.8 % 28

26 Benchmark Heliostat Field Layout (n eff = 61,46%) sbp ray Heliostat Field Layout (n eff = 62,59%) Heliostatfeldoptimierung 2/2 (Beispiel Blocking-Wirkungsgrad)

27 Vorserie für kommerzielles Projekt (5 Stellios nach Jülich) Systemdemonstration & Qualifizierung Stellio Optische Qualität Nachführgenauigkeit Kostenoptimierte Turmkonstruktionen Simulationswerkzeuge & Systemanalyse Gemeinsames Projekt HelikonturPlus (beantragt): sbp sonne & DLR & CSP Services 30

28 Vielen Dank!

29