Stellio

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 Sonnenkolloquium
Köln, 06.07.2016
© Thorsten Denk
1. Stellio
2. Ausschreibungen für Turm-Solarkraftwerke
3. Heliostat-Abnahmeverfahren
4. Heliostat-Testplattform in Jülich
5. Ausblick
Übersicht
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1. Stellio
Heliostatentechnologie bedarf dringend der Innovation
Stellio-Konsortium
47,5 m² / 48,5 m²
Stellio: Aufbau und erste Tests
Steifere Struktur
Höhere Struktursteifigkeit | Kürzere Lastpfade | Weniger Verformung
Cost Benchmark Heliostat
Assembly and
Transport on
Site
16%
Foundation
11%
Metal Suport
Structure
20%
Drive and
Controls
45%
Reflector
Panels
8%
Analyse des aktuell meistgebauten Heliostaten
Herausforderung: Linearantriebe erlauben nur einen eingeschränkten Schwenkbereich
Nabe
Sekundärantrieb
Sekundärachse
Hauptachse
„‚Bumerang“
Primärantrieb
Pylon
Lösung: “Slope drive” mit angestellter Hauptachse
b
Horizontale
„slope“
Winkel
 Kostengünstiger
Antrieb
 Hohe Nachführgenauigkeit
durch Linearantriebe
 Spielfrei durch
Vorspannung
Higher Tracking Accuracy
Um Kollisionen zu vermeiden, muss ein Mindestabstand zwischen Heliostaten eingehalten werden.
Dieser ist durch rote Kreise
markiert.
Vorteil der “rundlichen” Form
2. Ausschreibungen für Turm-Solarkraftwerke
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?
Klare Definitionen sind erforderlich!
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3. Heliostat-Abnahmeverfahren
Bestimmung der Nachführgenauigkeit
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Auswertung der Strahlungsflussdichteverteilung Ermittlung ohne Sonnenlicht mittels
auf einem “Target” und vgl. mit synthetischer
Deflektometrie-Ergebnissen und „Ray-Tracing“
Verteilung
Zwei grundsätzliche Möglichkeiten zur Bestimmung der optischen Qualität
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 Update
Röger, 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
Flussdichtemessung
Simulation
 Realistische hochaufgelöste Simulation mit Deflektometrie möglich
B. Belhomme
S. Ulmer
Bestimmung der optischen Qualität ohne Sonnenlicht, Beispiel Heliostat CESA-1, PSA
Ergebnisse der Deflektometrie für Stellio (CSP Services)
4. Heliostat-Testplattform in Jülich
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.
max.150 m2
Weitere Informationen: Poster!
max.25 m2
Heliostat-Testplattform in Jülich
www.DLR.de • Chart 26
5. Ausblick
Benchmark Heliostat Field Layout
nHel = 22 762
Conventional Radial Stagger
sbpray Heliostat Field Layout
nHel = 22 312
Optimized Biomimetic Spiral
Efficiency increase 1.8 %
Heliostatfeldoptimierung 1/2
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Benchmark Heliostat Field
Layout (neff = 61,46%)
sbpray Heliostat Field Layout
(neff = 62,59%)
Heliostatfeldoptimierung 2/2 (Beispiel Blocking-Wirkungsgrad)
Vorserie für kommerzielles Projekt (5 Stellios nach Jülich)
•
Systemdemonstration & Qualifizierung Stellio
•
Optische Qualität
•
Nachführgenauigkeit
•
Kostenoptimierte Turmkonstruktionen
•
Simulationswerkzeuge & Systemanalyse
Gemeinsames Projekt HelikonturPlus (beantragt): sbp sonne & DLR & CSP Services
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Vielen
Dank!
www.Stellio.solar