Entwicklung eines Kalibriersystems mit kalorimetrischem Messprinzip für solare Strahlungsflussdichtemessungen

Abstract

In dieser Arbeit wurde ein Kalibriersystem für solare Strahlungsflussdichtemessungen ausgelegt, konstruiert und in Betrieb genommen. Auf Basis des SunCatch II, eines vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt entwickelten Strahlungsflussdichte- Messgerät mit kalorimetrischem Messprinzip, Konnte für die Forschungsebene des Solarturm Jülich das SunCatch STJ entwickelt werden. Im Rahmen der Arbeit konnte das System hinsichtlich Messtechnikeinsatz und Kosten optimiert werden.Die Montage des Messsystems erfolgt durch den Austausch eines Strahlungselementes der Forschungsebene. Das Messsystem beinhaltet neben dem SunCatch STJ die Montagemöglichkeit von weiteren Strahlungsflussmesssensoren. Das SunCatch STJ wurde in der konstruktiven Auslegung seiner Bestandteile an die Leistungsbereiche der Forschungsebene angepasst. Entscheidend dafür waren Aperturgröße der Blende und Abmessungen des Absorbers.Aufgrund hoher Fertigungskosten des SunCatch II-Absorbers besteht ein hohes Einsparpotential in der Verwendung eines Absorbers aus Aluminium, der mittels 3D-Druck hergestellt wird, und im SunCatch STJ Verwendung fand. Der Aufbau des SunCatch STJ zeigte, dass die Absorberkosten um 70% gesenkt werden konnte.Im Rahmen der Arbeit wurde eine Alternative zur kostenaufwendigen, präzisen Zahnradpumpe des SunCatch II untersucht und in Form einer Zwischentanklösung gefunden. Diese wurde im SunCatch STJ aufgrund des Montageaufwandes nicht verwirklicht. Hier konnte eine kostengünstige Präzisionspumpe beschafft werden. Es wurde eine Messtechnik zur Signalerfassung und -aufbereitung aufgebaut. Alle notwendigen Signale werden in einem LabVIEW-Programm eingelesen und umgerechnet. Die Messgenauigkeit konnte um 50 −90% verbessert werden. Im Hochleistungsstrahler des DLR erfolgte die Inbetriebnahme des Messsystems. Hier konnte die die Funktionalität des Messsystems bestätigt werden. Der Vergleich zur Strahlungsflussmessung im Hochleistungsstrahler zeigte eine Ungenauigkeit von ± 5%.