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Stellio - Ein neuartiger Heliostat und
Messverfahren für seine Qualifizierung
Gerhard Weinrebe (sbp), Thomas Keck (sbp), Finn von Reeken (sbp), Verena Göcke (sbp),
Marc Röger (DLR), Timo Effertz (DLR)
19. Kölner SonnenkolloquiumKöln, 06.07.2016
Übersicht
1. Stellio
2. Ausschreibungen für Turm-Solarkraftwerke
3. Heliostat-Abnahmeverfahren
4. Heliostat-Testplattform in Jülich
5. Ausblick
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© Thorsten Denk
1. Stellio
Heliostatentechnologie bedarf dringend der Innovation
Stellio-Konsortium
Stellio: Aufbau und erste Tests
47,5 m² / 48,5 m²
Höhere Struktursteifigkeit | Kürzere Lastpfade | Weniger Verformung
Steifere Struktur
Analyse des aktuell meistgebauten Heliostaten
Foundation11%
Metal Suport Structure
20%
Reflector Panels
8%
Drive and Controls
45%
Assembly and Transport on
Site16%
Cost Benchmark Heliostat
Herausforderung: Linearantriebe erlauben nur einen eingeschränkten Schwenkbereich
Lösung: “Slope drive” mit angestellter Hauptachse
Hauptachse
Sekundärachse
„slope“Winkel
Pylon
Primärantrieb
Sekundärantrieb
b
Horizontale
„‚Bumerang“
Nabe
Higher Tracking Accuracy
Kostengünstiger
Antrieb
Hohe Nachführ-
genauigkeit
durch Linear-
antriebe
Spielfrei durch
Vorspannung
Vorteil der “rundlichen” Form
Um Kollisionen zu vermeiden, muss ein Mindestabstand zwischen Heliostaten eingehalten werden.
Dieser ist durch rote Kreise markiert.
2. Ausschreibungen für Turm-Solarkraftwerke
Klare Definitionen sind erforderlich!
Windgeschwindigkeit
• Wie gemittelt: 3s-Böe, 1-min-Mittelwert, 10-min Mittel, …?
• In welcher Höhe gemessen?
Optische Qualität
• Standardabweichung oder RMS?
• Abweichung Oberflächennormale oder reflektierter Strahl?
• 1D oder 2D ?
• Wie gemessen: Deflektometrie oder Kamera/Target?
• Einfluss Windgeschwindigkeit?
Nachführgenauigkeit
• Standardabweichung oder RMS?
• Abweichung Oberflächennormale oder reflektierter Strahl?
• 1D oder 2D ?
• Mittelungszeitraum?
• Welche / wie viele Positionen (Sonne hoch oder tief…)?
• Einfluss Windgeschwindigkeit?
Energiebedarf
• Wie messen?
• Wie mitteln: Kleine Heliostatengruppe oder ganzes Feld?
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3. Heliostat-Abnahmeverfahren
Bestimmung der Nachführgenauigkeit
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Auswertung der Strahlungsflussdichteverteilung
auf einem “Target” und vgl. mit synthetischer
Verteilung
Zwei grundsätzliche Möglichkeiten zur Bestimmung der optischen Qualität
Ermittlung ohne Sonnenlicht mittels
Deflektometrie-Ergebnissen und „Ray-Tracing“
Grundsätzliche Herangehensweise: Bestimmung der optischen Qualität ohne Messungen
mit Sonnenlicht
1. Definition der Idealform (parabolisch / sphärisch / flach / … )
2. Messung der Konturabweichungen (slope deviations) in horizontaler und vertikaler
Richtung, z. B. durch Deflektometrie / Fotogrammmetrie / Laser Radar für einen
Elevationswinkel:
SDx und SDy (relativ zur Idealform)
RMS Werte
3. Messung der Formabweichung (shape) für verschiedene Konzentratororientierungen
z.B. mittels Fotogrammmetrie
4. [Formabweichung in Abhängigkeit von Temperatur und Wind ]
Mittels Raytracing werden alle anderen Parameter ermittelt (z. B. total , BQ, “90%-
Radius”, Flussdichteprofile”, …)
SolarPACES Guideline (Towards a Guideline for Heliostat Performance Testing - An UpdateRöger, Marc (2015) , SolarPACES Task III Meeting, 12. October 2015, Cape Town, South Africa.
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SolarPACES Guideline: Ermittlung der optischen Qualität durch Messverfahren ohne Sonnenlicht
Bestimmung der optischen Qualität ohne Sonnenlicht, Beispiel Heliostat CESA-1, PSA
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Realistische hochaufgelöste Simulation mit Deflektometrie möglich
SimulationFlussdichtemessung
B. BelhommeS. Ulmer
Ergebnisse der Deflektometrie für Stellio (CSP Services)
4. Heliostat-Testplattform in Jülich
Heliostat-Testplattform in Jülich
www.DLR.de • Chart 26
max.150 m2
max.25 m2
Neue Testeinrichtung ab 2016
Kurz- und Langzeittests,
Systemdemonstration
Messungen gemäß der
„Guideline for Heliostat
Performance
Testing, SolarPACES-Task-III“
Zusätzlich dynamische Deflektometrie
zur Messung der dynamischen
Verformungen unter Wind.
Weitere Informationen: Poster!
5. Ausblick
Heliostatfeldoptimierung 1/2
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Benchmark Heliostat Field Layout
nHel = 22 762
sbpray Heliostat Field Layout
nHel = 22 312
Conventional Radial Stagger Optimized Biomimetic Spiral
Efficiency increase 1.8 %
Heliostatfeldoptimierung 2/2 (Beispiel Blocking-Wirkungsgrad)
Benchmark Heliostat Field
Layout (neff = 61,46%)
sbpray Heliostat Field Layout
(neff = 62,59%)
Gemeinsames Projekt HelikonturPlus (beantragt): sbp sonne & DLR & CSP Services
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Vorserie für kommerzielles Projekt (5 Stellios nach Jülich)
• Systemdemonstration & Qualifizierung Stellio
• Optische Qualität
• Nachführgenauigkeit
• Kostenoptimierte Turmkonstruktionen
• Simulationswerkzeuge & Systemanalyse
Vielen
Dank!
www.Stellio.solar