Prüfmethoden für die geometrische Qualität von Solar-Konzentratoren

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1 Prüfmethoden für die geometrische Qualität von Solar-Konzentratoren Eckhard Lüpfert CSP Services GmbH 15. Kölner Sonnenkolloquium DLR Institut für Solarforschung Köln, 12. Juni 2012

2 Konzentrierende Solarkraftwerke Vortrag Sonnenkolloquium Köln 12. Juni

3 Geometrische Qualität worauf kommt es an? Ausrichtung der Spiegel-Elemente Form der Spiegel Eigengewicht, Durchbiegung Geometrie der Unterstruktur Geometrie von Verbindungselementen Haltekräfte, Klebekräfte Steifigkeit, Formstabilität des Gesamtsystems Positionierung des Absorbers Größe des Absorbers Nachführung Reibung, Windlasten, Schwerpunkt Entfernung der Sonne, Geographie Vortrag Sonnenkolloquium Köln 12. Juni

4 aber wie genau bitte? Kriterien kostengünstig treffgenau Trefferquote (Intercept-Faktor) 95-98% in 2-4-fachem Sonnendurchmesser (20-40 mrad) in allen Betriebspositionen Vortrag Sonnenkolloquium Köln 12. Juni

5 Gesamt-Strahlaufweitung als Kriterium Spiegelkontur, Aufweitung, Absorber-Position, Nachführgenauigkeit σ 2 total = σ 2 sun + σ 2 optical σ λ( φ) = (1 σ 2 optical sun, line = 4σ = φ 2tan σ 2 x, contour φ 2 sunshape 2 cosθ + σ )tan 2 2 x, spec θ + λ( φ)(4σ 2 y, contour + σ 2 y, spec ) + σ 2 displ + σ 2 track

6 Einflüsse Geometrie (Parabolrinne) quadratische Gewichtung Sigma total = 6-8 mrad Spiegelform Strahlaufweitung 31% 41% Spiegelhalterung Absorber Abweichung Kollektortorsion (Lasten) Nachführ-Justage 3% 6% 3% 6% 10% 0% Nachführ-Regelung Sonne Vortrag Sonnenkolloquium Köln 12. Juni

7 Intercept-Faktor auf Target Vortrag Sonnenkolloquium Köln 12. Juni

8 Ray-Tracing Parabolrinne - Akzeptanz-Funktion Fraction of Absorbed Rays Sigma total Acceptance Acceptance Angular deviation in mrad

9 Intercept-Faktor hängt von Präzision und Konzentration ab Intercept Factor γ Ø80 Ø75 Ø Precision σ total in mrad

10 Qualitätskontrolle in der Modulfertigung QDec-M und QFoto-R, automatische Messung Loading and transport to solar field Buffer Quality inspection Mirror assembly Optical Measurement Turning and buffering Collector structure assembly Quelle: Solarmillennium QDec-M (Defl.) Montage-Linie Parabolrinnen QFoto-R Vortrag Sonnenkolloquium Köln 12. Juni

11 Qualitätskontrolle mit Photogrammetrie in der Kollektormontage (Rinnen, Heliostate) Automatische Qualitätssicherung in der Serienproduktion Vortrag Sonnenkolloquium Köln 12. Juni

12 QDec Messprinzip für Spiegelform Kamera Projektionswand Spiegel r α α n i Projektor

13 Deflektometrie an Heliostaten 13

14 Anwendung bei Parabolrinnen-Spiegeln Qualitätskriterium: Spiegelform RP3 Steigungsabweichung SDx = 1.4 mrad Fokusabweichung FDx =5.8 mm Intercept-Faktor 99.98% (Laser) 99.0% (Sonne) Vortrag Sonnenkolloquium Köln 12. Juni

15 QDec: Formmessung von Konzentratorspiegeln Automatische Produktionskontrolle zur Sicherstellung der Spiegelform Hochauflösendes, optisches Messverfahren Auswertungs- und Bewertungssoftware zur Optimierung und Dokumentation der Produktionsqualität Vortrag Sonnenkolloquium Köln 12. Juni

16 Deflektometrie: Flexibel einsetzbar Konzentratoren Einzelspiegel Fresnel Dish Heliostate Dish Parabolrinne Vortrag Sonnenkolloquium Köln 12. Juni

17 Deflektometrie Analyse der gesamten Kollektor-Geometrie Vortrag Sonnenkolloquium Köln 12. Juni

18 Steigungsabweichung Parabolrinnenmodul Qualitätskennzahlen: SDx in mrad Vortrag Sonnenkolloquium Köln 12. Juni

19 Ausrichtung der Spiegel SDx in mrad Vortrag Sonnenkolloquium Köln 12. Juni

20 Intercept-Faktor Auswertung bei konkreten Annahmen für die Nachführung Intercept-Faktor 99 % ( Laser ) % (senkrechte Sonne) Vortrag Sonnenkolloquium Köln 12. Juni

21 Einfluss der Qualität auf den Ertrag des Kraftwerks 106% 6 104% 102% annual electricity 4 2 Intercept Factor 100% 98% 96% 94% 92% 90% inner mirror overall outer mirror annual income M income 88% % % % Focus Deviation FDx in mm Vortrag Sonnenkolloquium Köln 12. Juni

22 Zusammenfassung Geometrische Qualität ist entscheidend für Wirkungsgrad und Produktion Markterfolg der Qualität bei Konkurrenz Geometrische Qualität ist relevant bei Spiegel Kollektorstruktur und Absorbergeometrie Montage der Kollektoren Nachführung Berührungslose optische Messverfahren haben sich aus DLR-Entwicklungen heraus international etabliert Fotogrammetrie Deflektometrie Bewertungskriterium: Richtungsabweichung der reflektierten Strahlen SDx, FDx Standard-Messsysteme sind in der Praxis und Forschung erfolgreich etabliert Qualitätszertifikate, Prüfberichte (QUARZ-Zentrum) Produktionskontrolle, Qualitätskontrolle, Qualitätsspezifikationen Vortrag Sonnenkolloquium Köln 12. Juni