Mini-Spiegel-Array f

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Mini-Spiegel-Arrayfürsolarthermische Kraftwerke
Markus SauerbornSolar-Institut JülichB.
Hoffschmidt, J. Göttsche, S. SchmitzCh.
Rebholz, F. Ansorge, D. IflandProjekt
gefördert durch das BMU (FKZ 16UM0074)
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Mini-Spiegel-Array

• Ziel
• Entwicklung Mini-Spiegel-Array (flacher Heliostat)

• Aufgabe
• Entwicklung 1. Demonstrator
• Mini-Spiegel-Array (in Box)
• Antrieb Miniatur-Aktoren
• Wirkungsgrad große Heliostate
• Technische Prüfung des Demonstrators unter der
  Künstlichen Sonne des SIJ i. A.
• Theoretische Systemanalyse für Solarturmkraftwerke
  
• Erste Analyse zur Kostenentwicklung
• Ökobilanz i. A.

• Partner
• Solar-Institut Jülich (SIJ) / FH-Aachen Jülich
• Fraunhofer Institut für Zuverlässigkeit und
  Mikrointegration (Fh-IZM) Oberpfaffenhofen
• Institut für Technische Thermodynamik DLR
  Stuttgart

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Problemstellung

• Stromentstehungskosten für Solarkraftwerke
  wesendlich durch Baukosten definiert
• Spiegelfeld 30 - 50 der Gesamtkosten

Maximales Kostenreduktionspotenzial des
Heliostatenfeldes (Stand der Technik
Massenproduktion)
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Mini-Spiegel-Array (MSA)

• 1. Demonstrator-Version
• 25 kleine Spiegel
• Spiegelgröße (10 x 10)cm
• Boxgröße (60 x 60)cm
• hochtransparentes Solarglass als Abdeckung
• Bewegungssystem untereinander verbundene,
  parallele Ständer

Aktuell Demonstratorbau in Zeitverzug

• Entwicklungsziel MSA (langfristig)
• gt 100 kleine Spiegel
• Spiegelgröße (10 x 10)cm - (20 x 20)cm
• Boxgröße bis (200 x 200)cm
• Gewicht Tragbar für 2 Personen

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VermessungssystemKünstliche Sonne des SIJ

• Sonnen-Beleuchtungs-Simulation
• Paralleler Strahl
• Sonnenverlauf
• Beleuchtungs-Einheit
• Lampe Parabolspiegel
• LASER-System
• Bewegungs-System
• Rotationskranz / Horizontal (Azimut)
• Teleskop-Arm / Höhenstand (Elevation)
• elektr. Antriebe mit CAN-Bus
• Programmierbare Software-Steuerung

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Optische Verluste von Heliostaten für
Solarturmkraftwerke

• Spiegelreflektivität
• Absorption (Atmosphäre)
• Kosinusverluste
• Shading (Verschattung) und Blocking (Abblocken)
• Spilling (Nachführgenauigkeit)

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Theoretische Systemanalyse (DLR)Performance
Grenzen Vergleich mit klassischem Heliostat

• Vergleich der Ausbeute über Tag MSA -
  Referenz-Heliostat
• gt verringerter Wirkungsgrad
• des MSA um bis 30 pro m²
• vergrößerte Aufstellfläche
• Kostenanalyse?

Reflektionseffizienz als Funktion der
Box-Orientierung für definierte Position im Feld
gt optimale Ausrichtung
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Ökonomische Betrachtung (Berechnungsmodul)
Ökologische Betrachtung (in Arbeit)
- Ziel MIPS-Analyse nach dem Wuppertal
Institut - Aktuelle Auslegung des Demonstratorts
lässt noch keine sinnvolle Bewertung für hoch
skalierten Prototypen zu
Aluminiumeinsatzes in den Baugruppen des MSA 
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Zusammenfassung

• Ein Mini-Spiegel-Array Konzept für
  Solarthermische Anwendungen wird für das
  Heliostatenfeld von Solarthermischen
  Turmkraftwerken untersucht
• Theoretische Systemanalysis (bei gleicher
  Spiegelfläche)
• Erstes Analysemodul bzgl. Stromgestehungskosten
  erstellt
• Technische Bewertung mit der Künstlichen Sonne im
  SIJ sind i. A.
• Ökobilanz i. A.
• Ergebnisse
• gt reduzierte Reflektionseffizienz (-30) mit
  Vergleich zum klassischen Heliostat
• gt aber mehr Spiegelfläche pro Feldfläche
  möglich
• gt geringere Kosten pro m² möglich
• gt weitere Optimierungen der technischen
  Eigenschaften und bei der Herstellung sind
  absehbar
• gt ökonomische Betrachtung relativiert den
  schlechteren Wirkungsgrad
• gt Weitere Simulationen zur Feldauslegung
  erforderlich
• gt Weiterentwicklung zum Prototyp

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Danke für die Aufmerksamkeit!