Prüfmethoden für die geometrische Qualität von Solar ... · Geometrische Qualität – worauf...
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Prüfmethoden für die geometrische Qualität von Solar-Konzentratoren
Eckhard Lüpfert CSP Services GmbH
15. Kölner Sonnenkolloquium
DLR Institut für Solarforschung Köln, 12. Juni 2012
Konzentrierende Solarkraftwerke
Vortrag Sonnenkolloquium Köln 12. Juni 2012 2
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 2012 3
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 2012 4
Gesamt-Strahlaufweitung als Kriterium
– Spiegelkontur, Aufweitung, Absorber-Position, Nachführgenauigkeit – σ2
total = σ2sun + σ2
optical
θ
σσ
θφφλ
σσσσφλσσσ
φ
cos2
tan)tan2
1()(
)4)((4
,
2
2
222,
2,
2,
2,
2
sunshapelinesun
trackdisplspecycontouryspecxcontourxoptical
=
−=
+++++=
Einflüsse Geometrie (Parabolrinne) quadratische Gewichtung Sigmatotal = 6-8 mrad
Vortrag Sonnenkolloquium Köln 12. Juni 2012 6
41%
0%10%6%
3%6%
3%
31%
Spiegelform
Strahlaufweitung
Spiegelhalterung
Absorber Abweichung
Kollektortorsion (Lasten)
Nachführ-Justage
Nachführ-Regelung
Sonne
Intercept-Faktor auf Target
Vortrag Sonnenkolloquium Köln 12. Juni 2012 7
Ray-Tracing Parabolrinne - Akzeptanz-Funktion
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
-40 -20 0 20 40
Angular deviation in mrad
Frac
tion
of A
bsor
bed
Ray
s Sigma totalAcceptanceAcceptance
Intercept-Faktor hängt von Präzision und Konzentration ab
0.75
0.80
0.85
0.90
0.95
1.00
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Precision σtotal in mrad
Inte
rcep
t Fac
tor
γ
Ø80
Ø75
Ø70
Qualitätskontrolle in der Modulfertigung QDec-M und QFoto-R, automatische Messung
Montage-Linie Parabolrinnen
Optical Measurement
Collector structure assembly
Mirror assembly
Quality inspection
Loading and transport to solar field
Turning and buffering
Buffer
Quelle: Solarmillennium
QFoto-R QDec-M (Defl.)
Vortrag Sonnenkolloquium Köln 12. Juni 2012 10
Qualitätskontrolle mit Photogrammetrie in der Kollektormontage (Rinnen, Heliostate)
• Automatische Qualitätssicherung in der
Serienproduktion
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Projektor
Kamera
Spiegel
Projektions- wand
α
α
i
n
r
QDec Messprinzip für Spiegelform
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Deflektometrie an Heliostaten
Anwendung bei Parabolrinnen-Spiegeln Qualitätskriterium: Spiegelform RP3
Vortrag Sonnenkolloquium Köln 12. Juni 2012 14
Steigungsabweichung SDx = 1.4 mrad
Fokusabweichung FDx =5.8 mm
Intercept-Faktor 99.98% (Laser) 99.0% (Sonne)
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 2012 15
Deflektometrie: Flexibel einsetzbar
Dish
Einzelspiegel
Heliostate
Konzentratoren
Fresnel
Dish Parabolrinne Vortrag Sonnenkolloquium Köln 12. Juni 2012 16
Deflektometrie Analyse der gesamten Kollektor-Geometrie
Vortrag Sonnenkolloquium Köln 12. Juni 2012 17
Steigungsabweichung Parabolrinnenmodul Qualitätskennzahlen: SDx in mrad
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Ausrichtung der Spiegel SDx in mrad
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Intercept-Faktor Auswertung bei konkreten Annahmen für die Nachführung
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Intercept-Faktor 99 % („Laser“)
97-98 % (senkrechte Sonne)
Einfluss der Qualität auf den Ertrag des Kraftwerks
-18
-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
82%
84%
86%
88%
90%
92%
94%
96%
98%
100%
102%
104%
106%
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
M€
inco
me
Inte
rcep
t Fac
tor
Focus Deviation FDx in mm
inner mirror
outer mirroroverall
annual electricity
annual income
Vortrag Sonnenkolloquium Köln 12. Juni 2012 21
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
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