Strahlungsflussdichtemessung am Rohrreceiver eines Solarturms mittels Reflexion am Absorber

Abstract

Der Receiver ist eine wesentliche Komponente der Solarturmanlage. Das Verhältnis aus einfallender Strahlungsleistung zur auftreffenden Fläche wird als Bestrahlungsstärke, Strahlungsflussdichte oder auch Flussdichte bezeichnet. Eine Messung dieser Strahlungsflussdichteverteilung auf der Absorberoberfläche ist von Interesse, da hierdurch Receivereffizienz ermittelt und Heliostat-Zielpunkt-Steuerung verbessert werden können. Zur Messungen der Strahlungsflussdichteverteilung kann man sich die Reflexion des Absorbers zu Nutze machen. Dabei wird durch eine Kamera die reflektierte Strahlung aufgenommen und zusammen mit den Reflexionseigenschaften der Absorberoberfläche durch eine Software in eine Flussdichteverteilung umgerechnet. Am DLR wurde in der Vergangenheit das Scan-Verfahren zur zur Bestimmung der Reflexionseigenschaften des Absorbers entwickelt und patentiert. Hierbei folgt auf ein Überstreichen des Absorbers mit einem Lichtfleck bei gleichzeitiger hochfrequenter Serienbildaufnahme eine speziell gestaltete Bildauswertung. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde das Scan-Verfahren erstmalig an einem Rohrreceiver und dabei erstmalig mit einem Scheinwerfer bei Dunkelheit erprobt. Um das Verfahren testen zu können, wurde zunächst ein geeigneter Rohrreceiver weiterentwickelt. Der Rohrreceiver wurde in einer CAD-Softwareumgebung in Kooperation mit Fertigungspartnern modelliert, bevor seine Komponenten gefertigt und zusammengesetzt wurden. Damit ist der Rohrreceiver für Versuche zur Flussdichtemessung ohne aktive Rohrkühlung einsatzbereit und die weiteren Schritte zur Integration der Wasserkühlung vorbereitet. Für Versuche im Anschluss an diese Arbeit wurde eine Buchse zur sicheren Positionierung eines Radiometers im Strahlungsfeld konstruiert. Die Absorberscans wurden am zuvor entwickelten Rohrreceiver mit einem Scheinwerfer von zwei verschiedenen Positionen im Heliostatenfeld bei gleichzeitiger Serienbildaufnahme durchgeführt. Die ermittelten Reflexionseigenschaften wurden, um eine Flussdichtemessung nachzustellen, auf ein Einzelbild bei Bestrahlung des Absorbers durch einen Scheinwerfer angewandt. Die Ergebnisse der Arbeit legen nahe, dass das Scan-Verfahren zur Anwendung an Rohrreceivern prinzipiell geeignet ist. Der Scheinwerfer als Lichtquelle wird für kurze Distanzen ebenfalls als geeignet eingestuft, und muss für größere Distanzen zum Absorber im Hinblick auf kommerzielle Kraftwerke weiter untersucht werden.