Qualitätssicherungsmaßnahmen bei der Herstellung ... · Fotogrammetrie Sekundärkonzentrator...
Transcript of Qualitätssicherungsmaßnahmen bei der Herstellung ... · Fotogrammetrie Sekundärkonzentrator...
FVS-Jahrestagung 2007
Qualitätssicherungsmaßnahmen bei der Herstellung solarthermischer
Kraftwerkskomponenten
Eckhard Lüpfert, Klaus Pottler, Steffen Ulmer, Robert Pitz-Paal, DLR
Wolfgang Schiel, sbp GmbH
Werner Platzer, Anna Heimsath, Fraunhofer ISE
FVS Jahrestagung 26. September 2007Produktionstechnologien für die Solarenergie
Solarthermische Kraftwerke –Technologieentwicklung zur Komponentenherstellung
und Logistik der Montage
FVS-Jahrestagung 2007
Technologien zur Solarthermischen StromerzeugungSolarturm Dish StirlingParabolrinnen
& Linear Fresnel
FVS-Jahrestagung 2007
EuroTrough-Prototyp: 6 Module
Solarkraftwerk Andasol: 7488 Module
Qualitätssicherungerforderlich
50 MW Andasol Kraftwerk:7.488 Konzentratormodule210.000 Spiegelfacetten840.000
Spiegelmontagepunkte
Beispiel EuroTrough: vom Prototyp zur industriellen Serienfertigung
FVS-Jahrestagung 2007
Qualitätssicherung Solarfeld-Fertigung– Solarkollektor-Fertigung:
Ungewöhnliche Genauigkeitsanforderungen
– Hohe Genauigkeit nötig für hohen Wirkungsgrad (95-98% Trefferquote)Empfindliche Verluste bei Abweichung
– Kombination konventioneller Prüfmethoden mit Digitalbild-Messungen
– Anwendbar auf • Montage Überwachung• Analyse von Prototypen und
Komponenten• Überprüfung des Solarfeld-Ertrages
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Qualitätssicherung bei der Solarfeld-FertigungMontagehilfen
MontagevorrichtungPylone
MontageüberwachungStahlstrukturenModuleKollektorenLoops
KomponentenprüfungSpiegelfacettenReceiverrohre
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Überprüfung der Montagevorrichtung (Site-Jig) geforderte Genauigkeit der Montagepunkte: < 0,5 mm
Montage-Vorrichtungen
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Einrichtung
Befestigung
Positionierung
Pyloneinrichtung: AufbausequenzEinrichtung der Pylone: 8112 Stück
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Tachymeter mit Zielverfolgung, Sensorkopf und Spezialsoftware
Pyloneinrichtung: Messkopf
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Überwachung der Stahlstruktur (ohne Spiegel), 7488 Stück
112 Spiegelhalterungen
Montageüberwachung
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mm
Höhenabweichung in mm
-3-2-10
123
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
lenght [mm]
rela
tive
heig
ht [m
m] structure 1
structure 2structure 3structure 4
Biegelinie
Stahlstruktur: Abweichung von den Sollhöhen
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Auswertung
Mess-System
DokumentationKollektor-Struktur
Stahlstruktur:Stationäres Messsystem QFoto
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Überprüfung komplettes Modul (mit Spiegeln)
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schnelle Messung der Moduloptik durch Beobachtung des Receiverabbildes,Messung aus der FerneAbweichungen von Spiegelkrümmung und Receiverlage liefern integrales Ergebnis
X
Z
Modulvermessung: Absorber-Reflexionsmethode
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mrad
Modulvermessung: Winkelabweichung Reflektor
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Interceptmessung mit Kamera-Target-Methode
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Fotogrammetrie Sekundärkonzentrator
Fresnel-Kollektor: Formanalyse Primär- und Sekundärkonzentrator
Deflektometrie und Fotogrammetrie: • Untersuchung der Spiegelform und
Justierung
• Berechnung und Messung der Strahlung in der Receiver-Ebene
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7.000 Messpunkte auf einer Fläche von 2.800 mm x 1.600 mm
• Spiegelform• Verformungen • Winkelabweichungen
Spiegelform: Hochauflösende Fotogrammetrie
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flächig aufgelöste Ergebnisse:
• Messung der Form, der Formabweichung
• Berechnung des Intercept-Faktors
• Überlagerung mehrerer Fehlereinflüssez.B. Nachführung
Bewertung der Spiegelform mitMessung und Raytracing
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Bewertungsgrößen: Intercept-Faktor und Gesamt-Qualität (EuroTrough Kollektor)
0.75
0.80
0.85
0.90
0.95
1.00
0 2 4 6 8 10 12 14
σ total in mrad
Inte
rcep
t fac
tor
γ
σ2total = σ2
sun + σ2optical
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Weitere Anwendungen Deflektometrie
Rinnen, Heliostate, DishesSpiegelfacetten
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Untersuchung von Heliostaten im Solarfeld
Heliostat
Target
Projektor
Kamera
Turm
Messung vom Turm:
• automatischer Messablauf
• Ermittlung der Korrektur-Parameter
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Form-Messung der Primärspiegel eines Fresnelkollektors
Vermessung unter Produktionsbedingungen
• Spiegelform entscheidend für optische Konzentration
• Produktionsprobleme müssen schnell erkannt werden
• Hohe Genauigkeit• geringer Platzbedarf• unabhängig von Lichtschwankungen
=> Kameravermessung mit Bildauswertung
Streifenreflektometrische Apparatur ZEBRA (Fraunhofer ISE)
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Formtreue der Primärspiegel
Vermessung des FRESDEMO Kollektors
• Vermessung vor Ort inklusive Spiegeltransport ca. 30 Minuten
• Vermessung mit kalibriertem LCD-Bildschirm (aktive Sinusstreifenmustern – Ortsfrequenz)
• Auswertung in transversale Richtung (Spiegelkrümmung)
• Gradienten • Form durch Integration
=> Leichte Abweichung von Idealform schnell erkannt
Randbereich flacher als erwartet
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Akzeptanz bei SekundärkonzentratorenWelche Strahlung aus welcher Richtung trifft den Absorber?
• Farbkodierung des Receiverrohres• Fotografie Receiver in Strahlrichtung • Auswertung der Vielfachreflexionen • Gewichtung Primärbild, Reflexion• Flächenanteil des Absorberrohres an
Apertur ergibt Akzeptanz
• Variation über Strahlrichtung ergibt Winkelabhängigkeit der Akzeptanz
• Vergleich mit Raytracing
Identifikation problematischer Einfallswinkel
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
-1.2 -0.8 -0.4 0 0.4 0.8 1.2 1.6 2 2.4 2.8x [m]
Acc
epta
nce
Measured dataRaytracing
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Langzeitbeständigkeit von optischen Schichtsystemen
Spektralverhalten von Absorber- und Spiegelschichten
• Beeinflussung des Spektralverhalten durch Produktionsbedingungen (Tempern)
• Veränderung durch Umwelteinflüsse (Temperatur / Feuchte / Strahlung)
• Beschleunigte Alterung im Labor vs. Langzeiterfahrungen im realen Betrieb
Beschleunigte Belastungstests im Labor ermöglichen relative Vergleiche
Verschiebung der spektrale Reflexion bei temperaturbehandelten Absorbern resultiert in höherer Absorption und niedrigerer Emission
1 100.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
AM1,5 (direkt) spektrale Dichte 450°C
Ref
lexi
on
Wellenlänge µm
frisch α= 92%; ε (450°C)= 21%getempert α= 94%; ε (450°C)= 18%
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ZusammenfassungSolarfeld-Fertigung: Ungewöhnlich hohe Genauigkeitsforderungen für hohen WirkungsgradMesstechnik verfügbar für
Geometrie: Fotogrammetrie, Absorber-Reflexionsmethode, Streifen-ReflexionIntercept: Kamera-Target-MethodeFlussdichte: Parascan, Ray-Tracing
Anwendbar auf Analyse von Prototypen und Komponenten MontageüberwachungÜberprüfung des Solarfeld-Ertrages nach Fertigstellung, Optimierung
Messung optischer Eigenschaften nach Alterungstests
Finanzielle Förderung: Bundesumweltministerium