SOLARUX-Konzentrator System
Detaillierte Erklärung und Vergleich
mit anderen CSP Systemen
Solarux Makine Elektrik Elektron...
Die detailliert Erklärung von SOLARUX CSP Energieerzeugungssystems.
Wegen der hohen Energiepreise und wegen der fossilen U...
Beim SOLARUX-Konzentrator werden um die Sonnenstrahlen bündeln Flachspiegel verwendet. Wir erreichen mit kostengünstigem F...
Bei der Planung und Konstruktion ist haben wir immer preiswerte und einfache effiziente Lösungen gesucht und gefunden. Wir...
Die 3 mm Scheiben halten dies aus. Hier wird einen besondere Technik angewendet. Im Receiver sind 184 bewegliche Stifte. D...
Der SOLARUX-Konzentrator besteht hauptsächlich aus 4 Teilen, Unterturm, Oberturm, selbsttragende Spiegelträgerkonstruktion...
In Spiegelträgerkonstruktion befindet sich der Mechanismus für die vertikale Winkelverstellung. Dieser Mechanismus besteht...
Schubgewindewelle 10 mm. Dies 10 mm Verschiebung entspricht maximal eine Vertikalwinkelneigung von 0,1 Grad. Man erreicht ...
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Durch diese Technik entsteht auf dem Absorber einen Strahlenkonzentrationsgradient, in der Mitte höchste Strahlenkonzentra...
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Die von den einzelnen Einheiten gelesenen Daten werden hier alle 30 Sekunde Abgespeichert. Für spätere Statistiken oder Au...
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SOLARUX-Konzentratoren kann für die Stromerzeugung und für die Prozesswärmeerzeugung benutz werden. SOLARUX-Konzent...
1.) Bei Solarturmkraftwerk werden auf einen Grosse eben Fläche positionierten einzeln Spiegel auf eine Turm umgelenkt auf ...
4.) Die Paraboloidkraftwerke, auch Dish-Stirling- oder Dish-Farm-Anlagen genannt, sind Paraboloidspiegel zweiachsig drehba...
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3.) Die Fresnel-Kollektoranlagen
Hier wird die Nachführung über eine Achse gesteuert. Bis zu %30 Energieverlust gegenüber ...
4.) Die Paraboloidkraftwerke, auch Dish-Stirling
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SOLARUX-Konzentratoren und Vergleich mit den anderen CSP Systemen.
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Beim SOLARUX-Konzentrator werden im Gegensatz zu den anderen Systemen Flachspiegel verwende...
Aus diesem Grund sagen wir „nicht echte 2 Achsenführung“. Es gibt keine Untersuchungen dafür dass wegen der Lage der Spieg...
Fresnelkollektoranlage: Bei dieser Anlagentype kann wegen der 1 Achse Sonnenachführung die Leistungsminderung bis %30 sein...
Beim Parabolrinnenkraftwerk werden Wärmeübertragungsöle unter Druck verwendet hier kann man bis zu 550 C kommen. Der Öldru...
Wenn bei den Parabolrinnenkraftwerk und bei der Fresnelkollektoranlage in der Produktionslinie ein Problem bezüglich Spieg...
Bus anschließen. Der Überwachungsrechner würde die Einheit wieder erkennen. Der gesamte Bus würde nicht zusammenbrechen. D...
Voraussichtliche Herstellungskosten =320.000.000€
Auf Jahresproduktion bezogener Herstellungspreis =2.0 €/kWh
Fresnelkolle...
FAZIT:
Nach unserer Meinung ist der SOLARUX-Konzentrator eine echte Alternative zu den vorhandenen CSP Systemen.
Dipl.-Ing...
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Zum Schluss fügen wir ein Informationsblatt über dem Pionier der Sonnenenergie
Augustin MOUCHOT (1823-1912), Französischer...
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SOLARUX CSP System Detaillierte Erklärung und Vergleich mit anderen CSP Systemen

  1. 1. SOLARUX-Konzentrator System Detaillierte Erklärung und Vergleich mit anderen CSP Systemen Solarux Makine Elektrik Elektronik San. ve Tic. Ltd.Şti. 1248 Sok. No:14 TR-35100 Yenisehir Izmir Türkiye Telefon: 0090 (0) 232 458 12 53 Telefax: 0090 (0) 232 458 12 56 GSM : 0090 (0) 533 955 91 91 http://www.solarux.com.tr info@solarux.de Datum 28.06.2012 1
  2. 2. Die detailliert Erklärung von SOLARUX CSP Energieerzeugungssystems. Wegen der hohen Energiepreise und wegen der fossilen Ursprungs der Energiequellen haben wir diesen Forschungsauftrag bei der TÜBITAK Fraunhofer Institute) angefangen und erfolgreich abgeschlossen. Unser Ziel war der Zurzeit auf dem Weltmarkt existierenden Verfahren eine technologisch gleichwertige Produkt zu entwickeln. Dabei war für uns wichtig dass das Produkt preislich noch günstiger zu seinen Konkurrenten sein sollte. Daraus ist preislich günstig, technisch sogar in einigen Bereichen überlegenem Produkt entstanden. Von der Technik her sollte dieser Konzentrator in Industrieländer in Schwellländer und gut entwickelten Drittweltländer auch gebaut werden. Aus diesem Grund haben wir immer preiswerte und einfache effiziente Lösungen gesucht und gefunden. Unser Konzentratoren sind %100 aus türkischer Herstellung. Unser kW/h Herstellungskosten ist um Faktor 3 niedriger als die zurzeit existierenden Systeme. Die Energieausbeute pro m2 ist sogar höher als zu den Solarturmkkraftwerk, Parabolrinnenkraftwerk, Fresnelkollektoranlage. Dies wird zum Schluss beim Vergleich der Systeme ausführlich erläutert. Das Lebensdauer der mir SOLARUX-Konzentrator aufgebaute Elektrizitätswerk schätzen wir 50 Jahre. Da im System alle Konzentratoren autonom arbeiten und die alle einzelne Elemente des Konzentrators einzeln ausgetauscht werden, kann man von so einer hohen Lebensdauer sprechen. Alle Spiegelsegmente können im laufenden Betrieb ausgetauscht und der Konzentrator gewartet werden. Man braucht für die Wartung von einzelnen Konzentratoren die Anlage nicht ausschalten. Alle Konzentratoren sind an dem System Parallel geschaltet und jede Zeit kann im laufenden Betrieb die einzelnen Konzentratoren aus dem System getrennt und wieder angeschlossen werden. 2
  3. 3. Beim SOLARUX-Konzentrator werden um die Sonnenstrahlen bündeln Flachspiegel verwendet. Wir erreichen mit kostengünstigem Flachspiegel einen Parabelspiegeleffizient für ein sehr günstiges Preis-Leistungs-Verhältnis. Die SOLARUX-Konzentrator ist aus Trapezförmigen Spiegelfacetten (Flachspiegel) aufgebaut und die Spiegelfacetten haben aller anderen Abmessungen. Diese Spiegelfacetten sind auf der selbsttragende Konstruktion so positioniert das alle die kommenden Sonnenstrahlen voll auf den Receiver umlenken. Das heißt die Spiegelfacetten sind in form von Trapez, die haben alle andere Abmessungen aber alle Spiegelfacetten bestrahlen den Receiver voll. Der Trick ist dabei, ein kreisförmiger Receiver wird von trapezförmigen Spiegelfacetten bestrahlt aber das Ergebnis ist kreisförmige Vollbestrahlung. Zusätzlich was Besonderes an dem Konzentrator ist, die Anordnung und die Winkeln von einzelnen Facettenspiegel werden nicht extra eingestellt, weil der selbsttragende Rahmen schon bei der Herstellung die entsprechende Winkeln und Position für jeweilige Spiegelfacetten hat. Man muss nach dem Aufbau von Gesamtkonstruktion wie ein Puzzle die Spiegel einfach auf dem Rahmen an den entsprechende Stelle mit Eckschrauben befestigen. Dann lenken alle unterschiedlichen trapezförmigen Spiegelfacetten die Sonnenstrahlen voll auf den Receiver um. Die Anzahl der Spiegelfacetten können je nach zu erreichender Höchsttemperatur zwischen 24-1080 variieren. Der SOLARUX-Konzentrator kann bis 24 Meter Durchmesser hergestellt werden. Am 25 Februar 2012 um 11 55 Uhr beim Sonnigen Wetter ist die gemessene Temperatur auf dem Absorber 550 C dir. Die gemessene direkte Sonnenstrahlungsmenge war 900 W/m2. Was ist an dem SOLARUX-Konzentrator anderes. Beim Solarux-Konzentrator werden im Gegensatz zu anderen Systemen als reflektierende Fläche flache, trapezförmige Spiegelfacetten verwendet worden. Dadurch haben wir eine sehr große Kostenersparung gegenüber von vorhandenen Systemen erreicht. 3
  4. 4. Bei der Planung und Konstruktion ist haben wir immer preiswerte und einfache effiziente Lösungen gesucht und gefunden. Wir haben hier uns an inländischen Produkten orientiert. Dadurch haben wir wieder eine große Kostenersparung gegenüber von vorhandenen ausländischen Systemen erreicht. Die Softwareprogrammierung ist in Delphi und in C Programmiersprachen gemacht worden. Die Astronomische Azimut- und Elevationswinkelberechnung der Sonnenstrahlen, ist nach den Methode Astronomical Almanac programmiert worden. Der Astronomical Almanac sind ein offizielles Astronomisches Jahrbuch der internationalen Astronomie (Internationale Astronomische Union, IAU) und der Geowissenschaften (Internationale Union für Geodäsie und Geophysik, IUGG). Sie werden in den USA (United States Naval Observatory) und in London (Her Majesty's Stationery Office) herausgegeben und bilden zusammen mit den Ephemeriden des Sternkatalogs FK6 das raumfeste Bezugsystem der Himmels- und Erdwissenschaften. Das NETwork zwischen Zentralrechner und Einzelnen SOLARUX-Konzentratoren ist mit I2C Protokoll aufgebaut worden. Die entsprechende Mess-, Steuerungs- und Regelungssoftware ist in Delphi und in C geschrieben worden. Die Überwachung und die Datenerfassung des Betriebes kann über Internet Online kontrolliert werden. Bei der Datenerfassung und Speicherung der Daten kann man zwischen ORACLE und MySQL auswählen. Bei der Nachführung für Azimut- und Elevationswinkeln erreichen wir mathematisch 0.01 Grad technisch 0.2 Grad Winkelgenauigkeit. Da der Receiver nicht weit von den Spiegelreflektorflächen befindet, ist diese Genauigkeit vollkommen ausreichend. Der Receiver ist in Zylinderform aufgebaut und herrscht einen Unterdruck von 0.01 mbar, dies wir kontunierlich mit einer Vakuumpumpe erreicht. Dadurch vermeiden wir die Wärmeverluste durch die Wärmeübertragung. Die Glasscheiben von dem Receiver sind 3 mm dick und die haben eine Gesamtfläche ca. 1.2 m2. Dadurch kommen auf beide Scheiben wegen des Atmosphärendrucks eine Kraft ca. 120 kN. 4
  5. 5. Die 3 mm Scheiben halten dies aus. Hier wird einen besondere Technik angewendet. Im Receiver sind 184 bewegliche Stifte. Diese Stifte unterstützen die beiden Glasscheiben gegen die Zerstörung durch Atmosphärendruck. Die alle Lösungen sind in der Firma Solarux entwickelt und getestet und erfolgreich angewendet worden. Welche Lösungen hat die Firma SOLARUX im Gesamtsystem entwickelt. 1.) Mechanische und Entwurf technische Lösungen. 2.) Thermodynamische Lösungen. 3.) Optische Lösungen. 4.) Elektrische Lösungen. 5.) Elektronische und Kontroller technische Lösungen. 6.) Materialmäßige Lösungen. 7.) Programmierung technische und Network technische Lösungen. Alle SOLARUX-Konzentratoren sind an das Gesamtsystem parallel angeschlossen. Der Konzentrator kann bei laufendem Betrieb jede Zeit aus dem Gesamtsystem entfernt oder wieder angeschlossen werden. Dies macht das Gesamtsystem nicht so Störanfällig. 1.) Mechanische und Entwurf technische Lösungen 5
  6. 6. Der SOLARUX-Konzentrator besteht hauptsächlich aus 4 Teilen, Unterturm, Oberturm, selbsttragende Spiegelträgerkonstruktion und der Receiver. (siehe Patentanmeldung Figur 1) Der Unterturm ist mit Betonfundament an Boden fest geankert. Der Oberturm ist mit 8 verstellbaren Schrauben an den Unterturm fest verbunden. Die Spiegelträgerkonstruktion ist mit dem Oberturm Horizontal drehbar verbunden. Dadurch erreicht man die horizontale Winkeleinstellung der Spiegelfacetten. Die Spiegelträgerkonstruktion ist in sich vertikal verstellbar, dadurch erreicht man die vertikale Winkeleinstellung der Spiegelfacetten. Durch die 8 verstellbaren Schrauben kann man die Justierung von Oberturm und gleichzeitig auch von Spiegelträgerkonstruktion vornehmen. Wenn z.B. der Unterturm nicht ganz mit 90 Grad an das Betonfundament geankert, ist kann man mit der Verstellung von 8 Schrauben dies für den Oberturm erreichen. In Oberturm befindet sich der Mechanismus für die Horizontalen Winkelverstellung. Dieser Mechanismus besteht aus einem Asynchronmotor und 2 in Reihe geschalteten Scheckengetrieben (unten wie im Bild). Das 2. Schneckengetriebe treibt die Antriebswelle von der Spiegelträgerkonstruktion. Die beiden Getriebe haben eine Untersetzung von 60/1. Dadurch erreicht man eine Gesamtuntersetzung von 3600/1. Das heißt wenn der Asynchronmotor eine volle Umdrehung macht ändert sich der Horizontalewinkel um 0.1 Grad. Man erreicht damit dass der Asynchronmotor wie bei Servomotoren der Fall ist nicht winkelmäßig sondern umdrehungmäßig angesteuert wird. Das macht die Steuerung von Asynchronmotor leichter und den Motorkontroller günstiger. 6
  7. 7. In Spiegelträgerkonstruktion befindet sich der Mechanismus für die vertikale Winkelverstellung. Dieser Mechanismus besteht aus einem Asynchronmotor und 2 symmetrisch in Reihe geschalteten Scheckengetrieben. Die 2 symmetrisch angeordneten Schneckengetrieben schieben bzw. ziehen die beiden Schubgewindewellen für die Vertikalenwinkelverstellung zuständig sind an (unten wie im Bild). Man erreicht mit dieser symmetrischen Anordnung einen Synchronlauf von beiden Schneckengetrieben. Der Trick ist hier die Wellen drehen sich nicht, sondern die Gewindemutter in den seitlichen Schneckengetrieben schieben die beiden Schubgewindewellen. Weil die beiden seitlichen Schneckengetriebe fliegend gelagert sind können sie Ihre Winkel relativ zu Spiegelträgerkonstruktion ändern. Man kann bei großen SOLARUX-Konzentratoren die Anzahl der seitlichen Schneckengetrieben 4, 6, 8, 10, 12 erhöhen dadurch erreicht man bei den großen SOLARUX-Konzentratoren 4, 6, 8, 10, 12 Schubgewindewellen die den vertikalen Winkel verstellen. Vorteil man hat hohe Knickwiderstandskraft bei hohen Windlasten. Alle seitlich symmetrischen Getrieben bzw. Schubgewindewellen werden nur mit einem Motor synchron angetrieben. Bei dem Prototyp SOLARUX-Konzentrator haben wir 2 Schubgewindewellen. Für die Vertikalwinkelverstellung haben die Antriebsgetriebe und die beiden seitlichen symmetrischen Getrieben jeweils eine Untersetzung von 10/1. Dadurch erreicht man eine Gesamtuntersetzung von 100/1. Die Schubgewindewelle hat eine Gewindesteigung von 1/10. Das heißt wenn der Asynchronmotor für die Vertikalverstellung 100 Umdrehung dreht verschiebt sich die 7
  8. 8. Schubgewindewelle 10 mm. Dies 10 mm Verschiebung entspricht maximal eine Vertikalwinkelneigung von 0,1 Grad. Man erreicht damit dass der Asynchronmotor wie bei Servomotoren der Fall ist nicht winkelmäßig sondern umdrehungmäßig angesteuert werden kann. Das macht die Steuerung von Asynchronmotor leichter und den Motorkontroller günstiger. Die Montage des Spiegelsystems auf der Baustelle ist im Gegensatz zu anderen Systemen noch leichter und schneller. Wegen der Sonderlösungen bei der dem SOLARUX-Konzentrator braucht man bei der Montage nicht hoch Qualifizierte Mitarbeiter. Das System ist wie IKEA Baukastensystem gebaut. Es sind alle Schraubverbindungen eventuelle Schweißarbeiten bei der Montage fällt nicht an. Der Monteur muss sich nur an die einfachen Zusammenbauzeichnungen halten. Nur die Endjustierung muss nachher von Fachkräften durchgeführt werden. Dadurch sinken auch die Montagekosten. 2.) Thermodynamische Lösungen Bei dem SOLARUX-Konzentrator konstruierte Sonnenstrahlenwärmeaustauscher (Receiver) kann von Herstellungsmethode und von Konstruktion her sehr günstig hergestellt werden. Bei den anderen Systemen um Wärmeverluste bei den Receivern zu vermeiden Dauervakuum angewendet. Dies verursacht 8
  9. 9. wegen der hohen Anforderungen zu Abdichtung hohe Herstellungskosten. Bei dem SOLARUX-Konzentrator wird Vakuum mit Hilfe eine Vakuumpumpe erzeugt. Dadurch sind die kleine Abdichtungsprobleme bei der Herstellung ist nicht so wichtig. Wenn wegen dieser Abdichtungsprobleme oder wegen Mikrorisse im Material der Vakuumdruck ansteigt, schaltet sich die Vakuumpumpe ein und der erforderliche Vakuumdruck wird wieder hergestellt. Eine Vakuumpumpe kann hunderte von SOLARUX-Konzentratoren versorgen. Dadurch sinken auch die Herstellungskosten. Die gesamte Verrohung wird Koaxial durchgeführt. Das heißt die Rohre für die kalte Seite von Wärmeübertragungsöl und die die Rohre heiße Seite von Wärmeübertragungsöl werden zusammen durch einem Rohr der noch größere Durchmesser hat koaxial geführt. In dem Grosseren Rohr herrscht ein Unterdruck 0.01 mbar. Diese Unterdruck baut wieder der Vakuumpumpe auf der auch gleichseitig für Unterdruck von Receiver zuständig ist. Dadurch erreicht man eine sehr effektive und preisgünstige Isolierung. Wenn bei den Übergangsflanschen zwischen den Rohren Mikro-Undichtigkeiten vorhanden sein sollte dies kann durch Vakuumpumpe kompensiert werden. Bei so einem System ist der Schwachpunkt ist die Glasscheibe von dem Receiver. Wenn die Glasscheibe aus irgendeinem Grund zerstört wird, wird der Unterdruckkreis mit Einwegventilen von Gesamtunterdruckkreis und Wärmeölkreis wird mit T-Ventilen von Gesamtölkreis getrennt die übrigen SOLARUX-Konzentratoren und der Betrieb Läuft in so einem Fall weiter. 3.) Optische Lösungen. Bei dem SOLARUX-Konzentrator wird im Gegensatz zu anderen Systemen Flachspiegel verwendet. Diese Spiegel sind bei der Herstellung gegenüber gebogenem Spiegel noch günstiger. Die geometrische Form von flachem Spiegel ist Trapezförmig. Diese Trapezspiegel werden auf den Kreissegmenten von innen nach außen bei unterschiedlichen Winkeln angeordnet. Diese Kreissegmente werden Kreisförmig nebeneinander angeordnet. Wegen der unterschiedlichen Winkel der Trapezspiegel sind alle Spiegel auf eine Heizfläche gerichtet. Nach dem Aufbau von Schüsselkonstruktion kann man die Spiegelfacetten wie ein Puzzle einfach auf dem Rahmen an den entsprechende Stelle mit Eckschrauben befestigen. Dann lenken alle unterschiedlichen trapezförmigen Spiegelfacetten die Sonnenstrahlen voll auf den Receiver um. Die Spiegelfacetten haben Trapezform und alle haben andere Abmessungen aber alle Spiegelfacetten bestrahlen wegen der unterschiedlichen Montagewinkel den Absorber voll. Da alle Trapezspiegel in Kreisform angeordnet sind erreicht man dass der kreisförmiger Absorber von trapezförmigen Spiegelfacetten bestrahlt aber das Ergebnis ist kreisförmige Vollbestrahlung ist. 9
  10. 10. Durch diese Technik entsteht auf dem Absorber einen Strahlenkonzentrationsgradient, in der Mitte höchste Strahlenkonzentration nach außen wird die Strahlenkonzentration weniger. Das Wärmeübertragungsöl wird von innen nach außen in spiralförmigen Kanal gefördert dadurch entsteht auf dem Absorberfläche eine annähernd konstante Oberflächentemperatur. Durch den Absorber fördert eine Pumpe das Wärmeübertragungsöl. Dieses Öl erwärmt sich unter Atmosphärendruck bis zu 345C und anschließend mit einem Wärmeaustauscher wird von dem Öl Wärme entzogen. Man kann mit dieser Wärme Dampf erzeugen oder die Energie als Prozesswärme verwenden. Als Wärmeübertragungsöl wird Therminol 66 verwendet. Die Anzahl der Spiegelfacetten hängt von der angestrebten Temperatur ab. Zum Beispiel wenn man einen SOLARUX-Konzentrator mit 72 Kreissegmenten baut kommt man auf eine Spiegelanzahl 1080, man kann mit diesem Konzentrator Temperaturen bis zu 2000 C erreichen. 4.) Elektrische Lösungen Bei dem SOLARUX-Konzentrator für die Sonnennachführung verwendete Motoren sind preisgünstige Asynchronmotoren. Diese Motoren erfüllen die Aufgabe, die bei den anderen Nachführungssystemen die teuren Schritt- und Servomotoren bewältigen. Die Genauigkeit ist ausreichend beträgt und 0.1 Grad. Durch diese Sonderlösung konnte man Asynchronmotoren einsetzen und die Kosten senken. Bei dem SOLARUX-Konzentrator wird die vertikale Winkeleinstellung mit Hilfe von Gewindestangen ausgeführt. Bei den anderen Systemen wird dies mit Hilfe von teueren Linearmotoren gemacht. Die Bewegungsmöglichkeit von diesen Linearmotoren ist begrenzt. Bei großem Schüsseldurchmesser braucht man auch Linearmotoren mit größerer Bewegungsmöglichkeit. Bei dem Linearmotoren ab 1 Meter Bewegungsmöglichkeit ist dies eine Sonderfertigung und dadurch steigen auch die Herstellungskosten. Bei der dem SOLARUX-Konzentrator gewählte Gewindestangen kann man als Meterware herstellen und in gewünschte Länge schneiden. Diese Gewindestangen sind kalt geformt oder gerollt. Kalt geformte, gerollte Gewinde gegenüber geschnittenen wesentliche Vorteile: höhere Dauerhaltbarkeit, glättere Oberfläche, wirtschaftlichere Fertigung, deswegen sind sie auch Preisgünstig. 10
  11. 11. Bei dem SOLARUX-Konzentrator wird die horizontale Winkeleinstellung wieder mit Asynchronmotoren durchgeführt. Die Genauigkeit der Winkelverstellung mit Asynchronmotoren beträgt 0.1 Grad. 5.) Elektronische und Kontroller technische Lösungen. Der Hauptrechner ist an alle Überwachungsrechner über Network zusammen verbunden Jede Überwachungsrechner kann bis zu 128 Stück SOLARUX-Konzentrator überwachen. Jede SOLARUX-Konzentrator hat eigene Kontroller arbeitet im Gesamtsystem Autonom und wird über 2 Achsen sonnennachgeführt. Bei einem Störfall trennt der Kontroller den Konzentrator von Gesamtsystem automatisch. Nach der Trennung sind Wärmeölanschlüsse und Unterdruckanschlüsse von dem Gesamtsystem ausgekoppelt und der Konzentrator wird zur Sonnenaufgangposition gedreht und gestoppt. Gleichzeitig gibt eine Fehlermeldung an den Überwachungsrechner. Durch diese autonome Arbeitweise kann das restliche Gesamtsystem weiterlaufen. Man kann dann den Störfall beseitigen und SOLARUX-Konzentrator wieder an dem laufendem Gesamtsystem anklinken. Der Kontroller berechnet anhand der Zeit und Ortskoordinaten den horizontalen und den vertikalen Sonneneinstrahlungswinkeln. Diese beiden Winkel sind Soll-Winkeln Gleichzeitig liest der Kontroller über 2 Absolut-Drehgeber die Ist-Winkeln, wenn eine Abweichung vorhanden ist, werden die Asynchronmotoren aktiviert. Die Motoren laufen so lange bis die Differenz zwischen Soll- und Ist-Winkeln kleiner als 0.2 grad sind. Parallel dazu wird von dem Kontroller die Öleingangstemperatur, die Ölausgangstemperatur, Absorbermittelpunkttemperatur, und die Öldurchflussmenge Pumpenmotordrehzahl gemessen. Wenn die gemessene Ölausgangstemperatur die vorgegeben Solltemperatur übersteigt wird vorerst durch Verstellung von Pumpenmotordrehzahl die Öldurchflussmenge vergrößert wenn es dies auch nicht reicht wird der SOLARUX-Konzentrator von der Sonne weggedreht. Alle 30 Sekunden fragt der Überwachungsrechner die Daten von einzelnen Konzentratoren ab und Speichert die Daten für den Fernzugriff. Thermische Leistung, Öleintritts- und Ölaustrittstemperaturen, Druck, Öl-Durchflussmenge, Windgeschwindigkeit, Strahlungsstärke usw. 11
  12. 12. Alle diese Daten werden von dem Hauptrechner abgerufen gesammelt und bewertet. Bei einem großen Störfall oder wenn es nötig ist kann der Überwachungsrechner entweder einzeln oder alle SOLARUX-Konzentrator auf einmal abschalten und an Sonnenaufgangsposition versetzen. Alle beschilderten Lösungen sind Hardware- und Softwaremäßig bei der Firma SOLARUX entwickelt worden. 6.) Materialmäßige Lösungen. Bei dem SOLARUX-Konzentrator verwendete Bleche und Profile sind aus St37 und aus St52. Da wir keine Sonderstähle verwendet haben konnten wir den Herstellungspreis reduzieren. Nur für die Wärmeölförderung haben wir bei den Übergangsstellen biegsame Chromrohre verwendet. Diese Rohre halten 650 C Temperatur aus. Durch diese biegsamen Rohre konnten wir das Wärmeübertragungsöl von Absorber bis Außerhalb SOLARUX-Konzentrator Nahtlos befördern. Für die Absorberoberfläche haben wir eine spezielle Lackschicht verwendet. Diese Schwarze Lackschicht verträgt Temperaturen bis zu 1350 C. Als Wärmeübertragungsöl wird Therminol 66 eingesetzt. 7.) Programmierung technische und Network technische Lösungen. Der Hauptrechner ist an alle Überwachungsrechner mit Ethernet verbunden. Man kann die Daten von Hauptrechner über Internet abfragen. Der Hauptrechner fragt periodisch die Systemdaten von dem Überwachungsrechner ab und speichert sie. Die Überwachungsrechner fragen gleichzeitig in periodischen Abständen von den SOLARUX-Konzentratoren die Systemdaten wie Thermische Leistung, Öleintritts- und Ölaustrittstemperaturen, Druck, Öl-Durchflussmenge, Windgeschwindigkeit, Strahlungsstärke usw. ab. Die Daten werden gleichzeitig in dem Überwachungsrechner abgespeichert. Die Kommunikation zwischen den Überwachungsrechner und SOLARUX-Konzentratoren läuft eigen entwickelten I2C Langstrecken-Network. Diese Network System haben wir mit der Unterstützung von PHILIPS Forschungsabteilung in Paris, entwickelt. Vorteil von diesem Network ist die Kontroller in den 12
  13. 13. Konzentratoren beschäftigen sich nicht mit dem Datenfluss im Network. Für die Datenkommunikation im Network sind Spezielle I/O Bausteine zuständig. Wenn Daten für den Kontroller angekommen sind gibt der I/O Bausteinen einen Interrupt zu dem Kontroller. Da die gesamte Kommunikation im Network mit I2C I/O-Bausteinen stattfindet und dieses Kommunikationsprotokoll als Hardware im I/O Bausteinen fest verdrahtet ist kann das Network nicht zusammenbrechen. Das heißt man kann im laufenden Betrieb an dem Network den Kontroller von dem Konzentrator anschließen oder trennen. Das gesamte Network bleibt stabil. Das ist wichtig wenn man einige SOLARUX-Konzentratoren vom Gesamtsystem für kurze zeit entfernen und wieder anschließen will. Bei diesem I2C Network können an einem CAT5 Kabel bis zu 1024 Stück SOLARUX-Konzentratoren angeschlossen werden. Der CAT5 Kabel kann bis zu 5000 m lang sein. Wir begrenzen uns wegen der zu übertragenen Datenmenge auf 128 Stück SOLARUX-Konzentratoren. An dem Hauptrechner können bis zu 1024 Überwachungsrechner angeschlossen werden. Das ergibt nachher maximal 131072 Stück SOLARUX-Konzentratoren. Wenn man überlegt dass jede Konzentrator bis zu 200 m2 Spiegelfläche haben kann, dies ist mehr als ausreichend. Der Kontroller übernimmt bei dem SOLARUX-Konzentratoren alle Mess-, Steuer- Regelung-, Datenerfassungs- und Datenübertragungsaufgaben. Dadurch arbeitet jede Konzentrator im Gesamtsystem Autonom. Wenn der Kontroller nötig hält, kann der Kontroller den Konzentrator vom Gesamtsystem energetisch trennen. Die entsprechende Meldung geht dann an den Überwachungsrechner. Die Überwachungs- und die Datenerfassungssoftware ist mit der Programmiersprache Delphi geschrieben worden. Bei der Kontrollerprogrammierung ist die Programmiersprache „C“ verwendet worden. Als Datenbank können wir ORACLE oder MySQL einsetzen. Unten werden die einzelnen Module des Gesamtpaketes erläutert. 1.) SOLARUX-Konzentratoren Planungssoftware. 13
  14. 14. Die Planung kann man nach den Anforderungen von Kunden gezielt durchführen. Man gibt den Spiegeldurchmesser (in diesem Fall 4000 mm) die Anzahl von den Spiegelsegmenten (in diesem Fall 24). Die Entfernung von dem Absorber zu dem Mittelpunkt des Spiegels (in diesem Fall 1600 mm). Dann berechnet das Programm alle nötigen Daten für die Herstellung von diesem SOLARUX-Konzentratoren. Hier werden die Abmessungen und die Winkel- und Lagepositionen einzelnen Spiegelfacetten berechnet, die Abmessungen und das Zuschnittbild für den Laser- bzw. Plasmaschneidmaschine von dem einzelnen Spiegelfacettenträger berechnet. Die optimale Abmessungen von dem Absorber berechnet, Die maximale zu erwartende Temperatur errechnet, der maximal zu erreichende thermische Leistung errechnet und noch einige thermische und konstruktionstechnische Berechnungen durchgeführt. 14
  15. 15. Man kann nach der Berechnung direkt die Spiegelfacetten und die Spiegelträgerbleche zuschneiden. Man hat dann in ein paar schritten mit flachen Glassspiegel einen Quasi-Parabelspiegel der eine bestimmte Durchmesser hat konstruiert. Solche große Parabelspiegel kann man aus Glassspiegel wegen der Abmessungen nicht herstellen. Aus Glanzfolie oder aus blankem Aluminium geformte Spiegel haben kurze Lebensdauer da die Folien und Aluminiumblech gegenüber Umwelteinflüsse sehr empfindlich sind. Korrosion, Zerkratzung, Oxidation usw. Bei der Herstellung- und Wartungskosten ist SOLARUX-Konzentratoren um Faktor 3 geringer als Parabelspiegel. 2.) SOLARUX-Konzentratoren Testsoftware. Bei dieser Software kann man die Einzelnen SOLARUX-Konzentratoren testen. Bei dem Test werden die Absorbertemperaturen, Wärmeöleintritttemperaturen und Wärmeölaustrittstemperaturen, Die gemessenen und berechneten Azimut und Elevationswinkel, Pumpenmotordrehzahl und noch andere Größen gemessen uns gespeichert. Für die Sonnennachführung gibt man die Ortskoordinaten, Längengrad und Breitengrad und den Ortszeit an. Dann werden die Elevations- und Azimutwinkeln berechnet und der SOLARUX-Konzentratoren mit Hilfe von Asynchronmotoren der sonne nachgeführt. 3.) Gesamtsystem Überwachungs- und Datenerfassungssoftware. Von den Überwachungsrechnern werden alle 30 Sekunden die wichtigsten Daten von den einzelnen Konzentratoren wie thermische Leistung, Öleintrittsund Ölaustrittstemperaturen, Druck, Öl-Durchflussmenge, Windgeschwindigkeit, Strahlungsstärke usw. gelesen und in einem Datenbank gespeichert. Die aktuellen werten von den jeweiligen Konzentratoren werden direkt auf dem Bildschirm angezeigt. 4.) Die Datenarchivierungssoftware 15
  16. 16. Die von den einzelnen Einheiten gelesenen Daten werden hier alle 30 Sekunde Abgespeichert. Für spätere Statistiken oder Auswertungen kann jederzeit auf die Daten zurückgegriffen werden. 16
  17. 17. 17
  18. 18. Märkte SOLARUX-Konzentratoren kann für die Stromerzeugung und für die Prozesswärmeerzeugung benutz werden. SOLARUX-Konzentratoren können bei den Vorhandenen Erdgas- oder Kohlekraftwerken als Unterstützung eingesetzt werden. Da kann man die Energiekosten teilweise reduzieren. Das System kann auch in Golfstaten für die Trinkwassergewinnung aus dem Meerwasser eingesetzt werden. SOLARUX-Konzentratoren und vergleichbare andere CSP Systeme. SOLARUX-Konzentratoren ist ein neues System für die Stromerzeugung aus der Sonnenenergie. Es gibt von Prinzip her keinen vergleichbaren System in der Welt der zurzeit als Anlage arbeitet. Um das zu zeigen haben wir das untere Foto. Diese Fotoaufnahme ist im Oktober 2011 gemacht worden. Das Foto zeigt die Sonnenergie-Testgelände von EU in “PLATA SOLAR DE ALMERIA”. Hier kann man alle aktuellen Systeme in der Welt sehen. Wie man sieht ist ein vergleichbares System wie SOLARUX-Konzentratoren gibt es auf dem Gelände nicht. Es gibt zurzeit unterschiedliche CSP Systeme. Diese unterschiedlichen Methoden auf dem Foto sehr gut zu sehen.Die Laufende Nummer für die Systeme haben wir von dem Foto übernommen. 1.) Solarturmkraftwerke 2.) Parabolrinnenkraftwerke3.) Fresnel-Kollektoranlagen 4.) Paraboloidkraftwerke, Dish-Farm-Anlagen Alle diese Systeme erzeugen Energie durch die Konzentration von Sonnenstrahlen. Diese Systeme haben untereinander Vorteile und Nachteile. 18
  19. 19. 1.) Bei Solarturmkraftwerk werden auf einen Grosse eben Fläche positionierten einzeln Spiegel auf eine Turm umgelenkt auf dem Turm befindet sich ein Absorber und mit Hilfe von Absorber werden Energie und daraus Strom erzeugt. Wegen der große Entfernungen einzelne Spiegel zu dem Turm bekommt man Probleme bei der Fokussierung auf dem Absorber. Durch die konstruktionsbedingte Fehler kann es auch sein das die abgelenkte Sonnenstrahlen nicht den Absorber treffen. Ein 0,5 Grad Ablenkung mach schon beim 500 Meter Entfernung eine abweichen von 4-5 Meter. Noch ein großes Problem ist das bei windigem Wetter durch Pendeln der Spiegel die Sonnenstrahlen nicht mehr den Turmabsorber treffen. Wenn ein windiges Wetter ist, bei Solarturmkraftwerk kann es sein das die Leistung plötzlich bis zu 30 % sinkt. Das Liegt daran das die entfernten Spiegel Schwierigkeiten haben den Absorber am Turm zu fokussieren. 2.) Bei Parabolrinnenkraftwerke ist die Sonnennachführung läuft über eine Achse dadurch hat man hier bis zu 30 % Energieverlust gegenüber 2 Achsen Sonnennachführung. Die Gesamtkonzentration ist nicht so hoch wie bei den 2 Achsen geführte Systeme. Eine der größten Probleme ist die Undichtigkeiten beim dem Übergangsstellen zwischen Absorber. Mit laufende zeit treten an den Flanschstellen Undichtigkeiten auf. Noch ein Problem ist die Temperaturkontrolle des Öles im Absorber. Da die Absorber hintereinander geschaltet und die Gesamtlänge sehr lang ist muss die Temperatur so geregelt werden das beim Austritt das Öl die maximale Temperatur erreicht. Es kann aber vorkommen das Öl schon in der Mitte des Bündels seine höchste Temperatur bekommt und dann fängt es an zu verdampfen. Dies ist unerwünscht und kann das gesamte System in sehr große Gefahr bringen. 3.) Die Fresnel-Kollektoranlagen: Eine Weiterentwicklung der Parabolrinnen sind die so genannten Fresnel-Spiegel-Kollektoren. Mehrere ebenerdig angeordnete parallele, ungewölbte Spiegelstreifen (nach dem Prinzip einer Fresnel-Linse) reflektieren die einfallende Direktstrahlung des Sonnenlichts auf das Absorberrohr. Die Streifen werden über eine Achse nachgeführt dadurch hat man hier bis zu 30 % Energieverlust gegenüber 2 Achsen Sonnennachführung. Die Gesamtkonzentration ist nicht so hoch wie bei den 2 Achsen geführte Systeme. Ein zusätzlicher Sekundärspiegel hinter dem Rohr lenkt die Strahlung auf die Brennlinie. Hier kann man Dampftemperatur bis 300 C erreichen. 19
  20. 20. 4.) Die Paraboloidkraftwerke, auch Dish-Stirling- oder Dish-Farm-Anlagen genannt, sind Paraboloidspiegel zweiachsig drehbar auf einem Gestell montiert. Diese reflektieren das Sonnenlicht auf einen im Brennpunkt angebrachten Wärmeempfänger. Diese Bauform ist sehr kompakt – die Spiegel werden mit Durchmessern von drei bis 25 Metern ausgeführt, womit Leistungen von bis zu 50 kW pro Modul erreichbar sind. Bei der Einsatzentscheidung von CSP Systemen ist das größte Hindernis sind die Herstellungskosten. SOLARUX-Konzentratoren haben gegenüber oben erwähnten Systemen preislich und in vielen Bereichen Vorteile. In der unteren Tabelle sind die 4 Systeme gegenüber gestellt und verglichen. 1.) Solarturmkraftwerke. Zurzeit das Modernste Solarturmkraftwerk ist GEMASOLAR in Spanien Im Oktober 2011 im Betrieb genommen erreich eine Temperatur von 550 C. Die elektrische Leistung ist 20 MW. Die Spiegel sind Helisotaten, die Gelände 185 Hektar groß, Turmhöhe ist 140 Meter. Alle Helisotaten haben GPS. Wenn die Sonne nicht vorhanden ist kann die Energie für 15 Stunden gespeichert und Strom erzeugt werden. Hier ist das Problem der Wind. Das gesamte System kann durch das Pendeln von einzelnem Helisotaten bis zu %30 Energieverlust haben. Bei den entfernten 20
  21. 21. Helisotaten treffen dann die Sonnenstrahlen den Absorber auf dem Turm nicht. Das System arbeitet mit flüssigen Salz, der Salz hat sehr korrosiven Wirkungen deswegen müssen viele teile aus dem teueren Edelstahl hergestellt werden. Wenn die Sonne nicht vorhanden ist muss das gesamte System bei einer Temperatur von 300 C gehalten werden. Dies verbraucht ca. 15 % jährliche Stromproduktion der Anlage. Wenn aus irgendeinem technischen Grund in der Anlage ein defekt vorkommt und der Salz in Leitungen fest wird ist in Extremfall das gesamte System für immer Ausschuss. Die Anlage kann man nicht mehr in Betrieb nehmen, muss abgeschrieben werden. Das ist die größte Angst von den Versicherungsfirmen die solche Anlagen versichern. Jahresproduktion 110 GWh, Anlagenpreis 230 Million EURO. 2.) Parabolrinnenkraftwerke Zurzeit das Modernste Parabolrinnenkraftwerk ist ANDASOL in Spanien 7 Stunden Energiespeicherung von ANDASOL-System kostet 50 Mil. € extra Leistung 50 MW, Spiegelfläche 510 Hektar. Gelände 2000 Hektar, Stromproduktion 160 GWh, Anlagenpreis 320 Mil. €. 21
  22. 22. 3.) Die Fresnel-Kollektoranlagen Hier wird die Nachführung über eine Achse gesteuert. Bis zu %30 Energieverlust gegenüber über 2 Achsen geführten Anlagen. Das Wasser wird direkt verdampf. Hier hat man wieder Fokussierung Probleme, ein großer Teil der Sonnenstrahlen trifft das Rohr nicht und man braucht ebene Fläche. Man kann Temperaturen bis 250C - 300C erreichen. Da das System mit Direktverdampfung arbeitet ist Energiespeicherung nicht möglich. In der Nacht wird das System abgeschaltet und muss nächsten Tag um zu Strom produzieren sich wieder Warmlaufen. Dies führt wieder zusätzlicher Energieverlust. Zurzeit die Modernste Fresnelkollektoranlage ist “PUERTO ERADO 2” in Spanien Leistung: 30 MW, Spiegelfläche 300.000 m2, Gelände 600.000 m2, jährliche Stromproduktion 50 GWh, Anlagenpreis 70 Million €. 22
  23. 23. 4.) Die Paraboloidkraftwerke, auch Dish-Stirling Hier Braucht man hohe Temperaturen um die Strilingmotor zu betreiben. Die Temperaturen sind zwischen 700C-800 C. Diese Temperaturen kann man immer nicht erreichen. Deswegen findet die Stromproduktion in einem kleinen Zeitraum statt. Die Herstellung von dem Parabelspiegel ist auch sehr kostspielig. Unter 700 C Temperatur wird das System abgeschaltet. Zurzeit die Modernste Dish-Stirlinganlage ist “ “Maricopa Solar Project ” in Amerika Leistung: 1.5 MW, Spiegelanzahl 60 Stück, Jede Einheit produziert Maximum 25 kW Strom, Die Anlage ist als Testanlage gebaut und kann kein kommerzielle Anlage betrachtet werden. Deswegen wird beim Vergleich nicht in betrachtet gezogen. 23
  24. 24. SOLARUX-Konzentratoren und Vergleich mit den anderen CSP Systemen. 12 13 Lfd. Nr. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Herstellungskosten pro kWh/a Herstellungskosten pro kW für Prozesswärme Vergleich Verwendete Spiegeln SonnennachFührung Minderleistung gegenüber SOLARUXKonzentratoren Receiver/ Absorber Wärmeübertragungsmedium Maximal erreichbare Temperatur. Baugeländeeigenschaften Modulare Aufbaumöglichkeit Energiespeicherungsmöglichkeit Für die Steuerung verwendete Motoren Mess-, Steuer,Regelungs,Datenerfassungs system 2.1 €/kWh 2.0 €/kWh 1.40 €/kWh 0,50 €/kWh Es ist nicht rentabel Es ist nicht rentabel Parabolrinnenkraftwerke gewölbten Spiegeln über 1 Achse Es ist nicht rentabel 0.15 €/kWh thermisch FresnelKollektoranlagen Flachspiegeln SOLARUXKonzentratoren Flachspiegeln über 1 Achse über 2 Achsen %30 %30 - Rohrförmig unter Vakuum Rohrförmig ohne Vakuum Zylinderförmig unter Vakuum 700 -800 C Wärmeübertragungsöl 0 0 550 -600 C Wasser, Wasserdampf 0 0 250 -300 C WärmeÜbertragungsöl, Luft 0 0 350 -2000 C Muss ebene, flache Gelände Muss ebene, flache Gelände Muss ebene, flache Gelände nein nein nein ebene, flache, steile, felsige, gebirgige Gelände ja ja ja nein ja Servo, Step, Linear Servo, Step, Linear Servo, Step, Linear Asynchronmotoren RS485 Network RS485 Network RS485 Network Ethernet, I2C Network Solarturmkraftwerke gewölbten Spiegeln oder Flachspiegeln über 2 Achsen, aber nicht echte leichter Wind 5-10 % mäßiger Wind 10-20 % frischer Wind 20-35 % Quadradförmig, ohne Vakuum offene Absorber Luft, flüssiges Salz 0 0 24
  25. 25. Lfd. Nr. 1: Verwendete Spiegel Beim SOLARUX-Konzentrator werden im Gegensatz zu den anderen Systemen Flachspiegel verwendet. Die Flachspiegel sind preisgünstiger als die gewölbten Spiegel. Die verwendeten Flachspiegel sind aus der türkischen Produktion und die sind für Solarenergie und für Außeneinsatz hergestellt worden. Die sind von der Qualität her genauso gut wie die Spiegel der Firma FLABEG (liefert viele große CSP Systeme) aber preislich sind die Spiegel %60 günstiger. Die Spiegel werden in der Türkei von der Firma Pasabahce hergestellt und die sind schon im Einsatz. Lfd. Nr. 2: Sonnenachführung SOLARUX-Konzentrator wird über 2 Achsen der Sonne nachgeführt. Im Gegensatz zur Parabolrinnenkraftwerk und Fresnelkollektoranlage hat bis %30 Mehrleistung. Beim Solarturmkkraftwerk haben wir oben „nicht echte 2 Achsen Sonnennachführung“ geschrieben. Der Grund ist, die von Helisotaten auf dem Turmabsorber abgelenkte Strahlenleistung ist nicht das gleiche wie in dem Moment vorhandene Strahlungsstärke multipliziert mit der Gesamtspiegelfläche. Da gibt es 2 Gründe: 1.) Wenn man auf das Foto von GEMASOLAR anschaut sieht man wegen der Lage der Spiegel kann man während Tagesscheindauer nicht ganzer Zeit die Sonnenstrahlen auf dem Turm lenken. Morgen Früh bis eine gewisse Uhrzeit und Abend Spät ab eine gewisse Uhrzeit werden viele Spiegel dies nicht tun können. 2.) Die alle Helisotaten lenken die Sonnenstrahlen auf dem Turm nicht mit voller Spiegelfläche sondern mit der Projektionsfläche. Angenommen die Sonne steht horizontal 45 Grad und die senkrechte Strahlungsstärke 1000 W/m2. Da alle Helisotaten in diesem Zeitpunkt zum dem Absorber auf dem Turm andere Koordinaten und Winkel haben, können vielleicht ein Paar Helisotaten pro m2 Spiegelfläche an dem Turm 1000 W/m2 ablenken. Die restlichen Helisotaten variieren zwischen 0 W/m2-1000 W/m2 abgelenkte Leistung 25
  26. 26. Aus diesem Grund sagen wir „nicht echte 2 Achsenführung“. Es gibt keine Untersuchungen dafür dass wegen der Lage der Spiegel wie viel Sonnenenergie im Tagesablauf nicht benutzt werden kann. Aber wir gehen davon aus je nach Jahreszeit dass 20-30 % Tagesausbeute dadurch verloren gehen. So ein Nachteil hat SOLARUX-Konzentrator nicht, da der Konzentrator immer die Sonne auf 2 Achsen senkrecht verfolgt. Lfd. Nr. 3: Minderleistung gegenüber SOLARUX-Konzentratoren. Solarturmkkraftwerk: Bei diesem System können die Helisotaten bis zu 500 m Weit von dem Turm entfernt sein. Beim Wind wegen des Pendels der einzelne Helisotaten gibt es Schwierigkeiten dass die Helisotaten den Absorber auf dem Turm nicht fokussieren können. Zum Beispiel eine 0.5 Grad Winkelabweichung beim 500 Meter Entfernung ist ca. 4.5 Meter Abweichung am Turm. Da tausenden Spiegel pendeln sinkt die Leistung rapide ab. Da jede Anlage wegen der Gelände und Turmhöhe Windverhältnisse anderes ist kann man keine einheitliche Untersuchung machen. Wir gehen aber davon aus dem bei leichtem Wind 5-10 % bei mäßigem Wind 10-20 % und bei frischer Wind 20-30 % Leistungsminderung zu rechnen ist. Dies bestätigt auch Solarturmkraftwerke in Amerika. Dort kann man beim windigen Tagen die Anlagen bis späteren Morgenstunden nicht am Netz anschließen. Der Grund ist man erreicht nicht die erforderliche Leistung für den Netzanschluss. Beim SOLARUX-Konzentrator. gibt es so ein Nachteil nicht. Beim starken Wind pendeln die Konzentratoren natürlich auch aber wegen des anderen Prinzips gibt es hier keine Folgen. Erstens der SOLARUX-Konzentrator hat ein sehr robusten Unterturm (4 Säulen) zweitens Receiver/Absorber ist auf dem Konzentrator fest montiert und hat ein Abstand je nach dem Spiegeldurchmesser 2-6 Meter. Wenn der Konzentrator pendelt, pendelt der Receiver/Absorber mit. Das heißt wegen der geringen Abstand von Konzentrator zum Receiver/Absorber, ist die Abweichung von Sonnenstrahlen 1-2 cm. Da wir den Absorber von berechnetem Durchmesserwert her 2 cm größer herstellen dadurch treffen die Strahlen immer den Absorber. Beim Solarturmkkraftwerk kommen noch die Verluste die wegen der „nicht echte 2 Achsenführung“ dies beträgt nach unserer Einschätzung 20-30 % Tagesausbeute je nach der Jahreszeit. Parabolrinnenkraftwerk: Bei dieser Anlagentype kann wegen der 1 Achse Sonnenachführung die Leistungsminderung bis %30 sein. 26
  27. 27. Fresnelkollektoranlage: Bei dieser Anlagentype kann wegen der 1 Achse Sonnenachführung die Leistungsminderung bis %30 sein. Lfd. Nr. 4: Receiver/Absorber. Beim SOLARUX-Konzentrator und bei dem Parabolrinnenkraftwerk ist der Absorber unter Vakuum. Dies verhindert die Wärmeverluste durch Wärmeübertragung. Beim Solarturmkkraftwerk und Fresnelkollektoranlage ist der Absorber nicht im Vakuum sondern die haben Kontakt mit der Atmosphäre, infolgedessen sind die Verluste über freie Konvektion und Wärmeübertragung sehr hoch. Lfd. Nr. 5: Wärmeübertragungsmedium. Beim SOLARUX-Konzentrator für die Wärmeübertragung Therminol 66 verwendet. Beim Solarturmkkraftwerk wird Luft oder flüssiges Salz verwendet. Das Salz bringt bei hohen Temperaturen materialbedingte Probleme. Beim Parabolrinnenkraftwerk wird auch Wärmeübertragungsöl verwendet. Beim Fresnelkollektoranlage wird für die Wärmeübertragung Wasser benutzt. Wegen der hohen Drücke kann man die Anlage maximal bis 300 C betrieben. Lfd. Nr. 6: Maximal erreichbare Temperatur.. Beim SOLARUX-Konzentrator kann man Temperaturen 350 C - 2000 C erreichen. Die Wärmeübertragungsöle kann man bei Atmosphärendruck bis 350 C verwenden (hier ist die technische Grenze). Deswegen haben wir die maximale Einsatztemperatur von dem SOLARUX-Konzentrator bei 350 C begrenzt. Wenn man anderes Wärmeübertragungsmedium z.B. 60% NaNo3 + 40% KNO3 verwendet kann man bis 590 C bei Atmosphärendruck arbeiten. Nachteilig ist, man muss die Anlage immer über 222 C halten (erstarren von 60% NaNo3 + 40% KNO3). Beim Solarturmkkraftwerk ist die Maximale Temperatur die man erreichen kann 700C-800 C. Wegen der vorher erwähnten Windprobleme sind höhere Temperaturen nicht möglich. Man kann kurzeitig vielleicht höhere Temperaturen erreichen aber man kann danach keine Anlage Auslegen. 27
  28. 28. Beim Parabolrinnenkraftwerk werden Wärmeübertragungsöle unter Druck verwendet hier kann man bis zu 550 C kommen. Der Öldruck ist in diesem Moment 12-14 Bar um dies zu ermöglichen ist en sehr hohe technische Aufwand und hohe Ausgaben nötig. Ein Ölleck bei diesen Temperaturen verursacht sofort einen Brand. Beim Fresnelkollektoranlage wegen dem hohem Dampfdruck 300 C Temperaturen bis wirtschaftlich. Lfd. Nr. 7: Baugeländeeigenschaften Der SOLARUX-Konzentrator kann auf alle Geländearten wie ebene, flache, steile, felsige, gebirgige Baufläche aufgebaut werden. Bei den Solarturmkkraftwerk, Parabolrinnenkraftwerk, Fresnelkollektoranlage braucht man unbedingt eine gerade ebene Baufläche. Die ebenen Flächen werde hauptsächlich für den Landwirtschaft benutzt und die sind teuere Flächen. Man kann als ebene Fläche auf der Wüste die Anlagen auch bauen. Hier gibt es aber einige Probleme. Erstens gibt es in vielen Länder keine Wüste zweitens haben diese Anlagen wegen der Wüstenstürme und durch die Zerkratzung von Spiegelflächen hohe Wartungskosten drittens wegen der Kühlung fehlt Wasser dadurch sinkt der Wirkungsgrad der Anlage, viertens wegen der Leitungsverluste bis zum Verbraucher entstehen zusätzliche Kosten. Ideale Gelände für solche Anlagen sind eigentlich die Berge. In den Bergen braucht man in der Regel für ein Grundstück nicht viel bezahlen und die Sonnenstrahlen sind 10 % -15 % intensiver als in der Wüste (kein Staub). Weil die Luft auch reiner ist, sind die Wartungskosten auch geringer, die Spiegel verschmutzen nicht so schnell. In den Sonnengürtelländern haben die Berge ab einer gewissen Höhe Schnee und Wasser gibt es auch reichlich. Lfd. Nr. 8: Modulare Aufbaumöglichkeit. Nur der SOLARUX-Konzentrator kann Modular aufgebaut werden. Wenn beim modularen Aufbau ein Konzentrator ausfällt, kann das restliche System weiter laufen. Also gibt es keine Betriebsunterbrechung. 28
  29. 29. Wenn bei den Parabolrinnenkraftwerk und bei der Fresnelkollektoranlage in der Produktionslinie ein Problem bezüglich Spiegel, Antriebsmotor, Absorber vorkommen muss die gesamte Produktionslinie ausgeschaltet werden. Das kann auch einen großen Leistungsverlust für das Gesamtsystem bedeuten. Beim SOLARUX-Konzentrator System wird der defekte Konzentrator aus dem System genommen und das Gesamtsystem läuft weiter. Wegen des Ausfalls von einem Konzentrator ist die Leistungsminderung nicht so hoch wie in gesamte Linie. Beim Solarturmkkraftwerk ist der Ausfall von einzelne Helisotaten nicht so schlimm, aber hier ist die größte Gefahr wenn im Turm irgendwelche Probleme bezüglich Absorber auftreten dann muss die gesamte Anlage ausgeschaltet werden. Beim SOLARUX-Konzentrator müssen nur der defekte Absorber oder andere Einheiten, die defekt sind aus dem System genommen werden. In so einem Fall läuft die die Gesamtanlage weiter. Lfd. Nr. 9: Energiespeicherungsmöglichkeit Beim SOLARUX-Konzentrator, Solarturmkkraftwerk, Parabolrinnenkraftwerk, gibt es Möglichkeiten für die Energiespeicherung. Bei der Fresnelkollektoranlage wird der Wasserdampf direkt benutzt, deswegen gibt es keine Möglichkeit bezüglich der Energiespeicherung. Lfd. Nr. 10: Für die Steuerung verwendete Motoren. Beim SOLARUX-Konzentrator werden für die Steuerungsaufgaben günstige Asynchronmotoren und deren Kontroller verwendet. Bei dem Solarturmkkraftwerk, Parabolrinnenkraftwerk und bei der Fresnelkollektoranlage werden Step-, Servo-, Linearmotoren verwendet. Solche Motoren und deren Kontroller sind erheblich teurer als Asynchronmotoren. Lfd. Nr. 11: Mess-, Steuer-, Regelungs-, Datenerfassungssystem Beim SOLARUX-Konzentrator setzen wir für Mess-, Steuer-, Regelungs-, Datenerfassungsaufgaben ein von uns entwickelten auf dem I2C Bus System basiertem System ein. Bei unserem Bussystem kann man die Einheiten im System im laufenden Betrieb ohne weiters aus dem Bus trennen oder wieder am 29
  30. 30. Bus anschließen. Der Überwachungsrechner würde die Einheit wieder erkennen. Der gesamte Bus würde nicht zusammenbrechen. Das kann man mit USBGeräten am PC vergleichen. Man kann auch die USB-Geräte ohne weiters an den PC anschließen oder trennen. Die gesamte Hardware bezüglich Kontroller, Mess- und Steuereinheiten ist unsere eigene Entwicklung. Bei dem Solarturmkkraftwerk, Parabolrinnenkraftwerk und bei der Fresnelkollektoranlage werden hauptsächlich auf RS485 basierte Bussysteme und verschiedene Kontroller und Sensorik verwendet. Lfd. Nr. 13: Herstellungskosten pro kWh/a. Die Anlagen haben unterschiedliche Eigenschaften, einige Anlagen haben Energiespeichermöglichkeiten. Wenn wir wie bei der Fotovoltaik und der Windenergie den spezifischen Preis auf die Anlagenspitzenleistung beziehen, bekommen wir hier ein falsches Bild. Wir beziehen den spezifischen Preis auf die Jahresarbeit, die die Anlage geleistet hat. Im Endeffekt zahlt man die Anlage nicht mit Spitzenleistung sondern mit erwirtschaftetem kWh Strom zurück. Solarturmkkraftwerk: GEMASOLAR jährliche voraussichtliche Produktion=110 GWh/a Voraussichtliche Herstellungskosten =230.000.000€ Auf Jahresproduktion bezogener Herstellungspreis =2.1 €/kWh Parabolrinnenkraftwerk: ANDASOL jährliche voraussichtliche Produktion =160 GWh/a 30
  31. 31. Voraussichtliche Herstellungskosten =320.000.000€ Auf Jahresproduktion bezogener Herstellungspreis =2.0 €/kWh Fresnelkollektoranlage: PUERTO ERADO 2 jährliche voraussichtliche Produktion =50 GWh/a Voraussichtliche Herstellungskosten =70.000.000€ Auf Jahresproduktion bezogener Herstellungspreis =1.40 €/kWh System : SOLARUX-Konzentrator (siehe Investitions- und Rentabilitätsanalyse für 2 MW Anlage) jährliche voraussichtliche Produktion =5.302.800 kWh/a Voraussichtliche Herstellungskosten =2.675.000 € Auf Jahresproduktion bezogener Herstellungspreis =0.50 €/kWh Wie man oben auch leicht sehen kann hat SOLARUX System im Gegensatz zu anderen Systemen einen sehr großen Preisvorteil. Lfd. Nr. 14: Herstellungskosten pro kWh für Prozesswärme Die Erzeugung von Prozesswärme ist außer beim SOLARUX-Konzentrator nicht rentabel. 0.15 €/kWh thermisch 31
  32. 32. FAZIT: Nach unserer Meinung ist der SOLARUX-Konzentrator eine echte Alternative zu den vorhandenen CSP Systemen. Dipl.-Ing. Tufan Bayram SOLARUX-Konzentrator: Datum Ort Uhrzeit Wetterlage Lufttempertur Strahlungsstärke Erreichte Temperatur Dokumentiert von : : : : : : : : 25.02.2012 İzmir / Kemalpaşa 55 11 sonnig 0 16 C 2 900 W/m 5500 C Prof Dr. Ahmet Korhan Binark Marmara Üniversitesi Teknoloji Fakültesi Dekanı, Fachbereich Maschinenbau 32
  33. 33. 33
  34. 34. 34
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  40. 40. Zum Schluss fügen wir ein Informationsblatt über dem Pionier der Sonnenenergie Augustin MOUCHOT (1823-1912), Französischer Professor und Erfinder erklärt in 1869 " wenn die Industrie in unseren Klimas vermeiden kann, die solare Hitze direkt zu benutzen, wird es notwendigerweise einen Tag passieren, wo es gut gezwungen sein wird, zur Arbeit der natürlichen Kräfte zurückzukommen, wegen des Mangels an Brennstoffe. Dass die Vorräte an Kohle und Öl zu der Industrie ihre enorme wärmeerzeugende Kraft wieder eine lange Zeit geben, kein Zweifel daran. Aber diese Vorräte werden sich zweifellos erschöpfen: ist Holz nicht seltener als einmal geworden, obwohl es erneuerbar ist ? Warum wäre es einen Tag nicht der gleiche Weg mit Aktien von Brennstoffe, wo man so beträchtlich zeichnet, ohne welchen der Leere zu füllen, die darin erscheint ?[...] Man muss schließen, dass es umsichtig und weise ist, in dieser Hinsicht auf einer Irreführungssicherheit nicht schlafend zu werden. " 1878 stellte er auf der Pariser Weltausstellung eine Solar-Dampfmaschine Seine Erfindungen wurden auf der Pariser Weltausstellung von 1878 mit einer Gold-medaille ausgezeichnet.Leider musste er seine Versuche abbrechen. Nachdem Frankreich günstigere Kohle- lieferungen aus England ausge-handelt und die Transport- infrastruktur verbessert hatte, wurde die damalige Suche nach alternativen Energien nicht mehr für wichtig erachtet und die finanzielle Unter- stützung seitens der Regierung eingestellt.Vollständig während der ersten industriellen Revolution, 150 Jahre vor den Ereignissen dass die Welt weiß oder bald durchmachen wird, sagt Professor MOUCHOT die Krise vorher, die wesentlich in der massiven und blinden Zuflucht zu den fossilen Energien enthält. Aber er schlug auch einen großen Teil der Lösung vor. Heute ist die Menschlichkeit bei der Stunde Energiespareinlagen, von der Qual, die vom klimatischen Erwärmung aufwärts erzeugt wird, (und, besonders, durch die mittelfristige Müdigkeit des fossilen Öles!) ; wie Professor MOUCHOT erklärte, muss der Mann sich zuwenden, um was die Natur ihm von üppiger und ökologisch anbietet: die Sonnenenergie. 40

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