Strahlungsflussdichtemessung mittels Reflexion an Solartürmen - Inbetriebnahme und Nutzung eines wassergekühlten Rohrreceivers

Abstract

Um die Leistungsfähigkeit einer Solarturmanlage verbessern und beurteilen zu können, ist die Messung der Strahlungsflussdichte (= flächenbezogene Strahlungsleistung) an der Absorberfläche des Receivers erforderlich. Bei einem aussichtsreichen Verfahren wird durch eine Kamera die reflektierte Strahlung am Absorber gemessen. Anschließend kann durch Berechnungen mit einer Software auf die Flussdichteverteilung geschlossen werden. Dafür sind exakte Daten der orts- und richtungsabhängigen Reflexionseigenschaften des Receivers notwendig. Vielversprechend erscheint das vom DLR entwickelte und patentierte Scan-Verfahren, welches im Rahmen des TubeMon Projektes an Rohrreceivern weiterentwickelt und mit Scheinwerfern erprobt wird. Hierzu wurde ein wassergekühlter Rohrreceiver gefertigt. Bislang wurde der Rohrreceiver nur nachts mit einem Scheinwerfer für erste Vortests bestrahlt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Messsystem installiert und erprobt, welches basierend auf Radiometermessungen und Fokusverschiebungen die Flussdichteverteilung über der Absorberfläche eines Rohrreceivers ermitteln kann. Es dient als Referenz zum kamerabasierten Flussdichtemessverfahren, das die Reflexion am Absorber nutzt, und kann auch für dessen Kalibrierung verwendet werden. Um die Messdaten zu erfassen und die benötigten Versuche zu ermöglichen, wurde der Rohrreceiver zunächst um eine Wasserkühlung und Messtechnik erweitert. Anschließend wurden Versuche an neun Tagen durchgeführt. Es wurden Scans mit einzelnen Heliostaten bei Tag durchgeführt. Der Receiver wurde mit bis zu 73 Heliostaten bestrahlt. Durch Verschiebungen des Strahlenfokus wurde das Referenz-Messverfahren erprobt. Bei Nacht wurde das Scanverfahren mit einem Scheinwerfer durchgeführt. Bei den Versuchen lag der Schwerpunkt der Tätigkeit im Rahmen dieser Arbeit im Receiverbetrieb, dem Durchführen der Referenzmessungen und der Bedienung des Scheinwerfers. Einsatz und Auswertung der Flussdichtemessung mit dem kamerabasierten Verfahren lagen in der Zuständigkeit von Judith Zöller, die hierüber eine Bachelorarbeit verfasst hat. Aus dem Vergleich der Messwerte der vier eingesetzten Radiometer hat sich ergeben, dass größtenteils eine systematische Abweichung vorliegt, welche grundsätzlich korrigierbar ist. Beim Vergleich der Ergebnisse von Kameramessung und Radiometermessung wurde eine gute Übereinstimmung der gemessenen Einstrahlungsleistung, aber signifikante lokale Abweichungen festgestellt. Für letztere wurden Erklärungshypothesen aufgestellt. Im Rahmen dieser Arbeit konnte nur ein Teil der durchgeführten Versuche ausgewertet werden. Im Anschluss an diese Arbeit können die übrigen Versuche ausgewertet werden. Innerhalb der nächsten 12 Monate sind sowohl an einem Rohrreceiver des Forschungsprojekts HPMS-II als auch am Receiver des kommerziellen Solarturmkraftwerks in Ashalim die Anwendung und weitere Entwicklung der betrachteten Flussdichtemesstechnik geplant.