Optische Modellierung und numerische Optimierung der konzentrierten Strahlungsverteilung auf einem neuartigen Solarstrahlungsempfänger

Abstract

Solare Turmkraftwerke mit Salzschmelze als Wärmeträgerfluid bieten durch die gute Speicherfähigkeit des Salzes eine Möglichkeit die thermische Stromerzeugung von der solaren Einstrahlung zeitlich zu entkoppeln und so der Fluktuation in der Stromerzeugung entgegen zu wirken und die Volllaststundenzahl gerade nach Sonnenuntergang zu erhöhen. Das am DLR entwickelte STERN-Konzept, welches sich aktuell in der Entwicklungsphase befindet, soll die Investitionskosten des Kraftwerks durch eine Kostenreduktion des Receivers senken. In dieser Arbeit wurden ein effizientes optisches und thermisches Modell des neuen Receiverdesign entwickelt, um dieses zu bewerten. Die Temperaturlimitierungen der Materialien wurden über ein Modell auf lokale Flussdichtebegrenzungen auf der Absorberoberfläche übertragen. Diese Modelle wurden in einen heuristischen Optimierer eingebunden, um die absorbierbare Leistung des Receivers unter Berücksichtigung von Flussdichtlimitierungen zu maximieren. Die sicher absorbierbare Leistung des neuen STERN-Konzepts bzw. der erreichbare Interceptwert, also das Verhältnis aus absorbierter zu der gesamten einfallenden Leistung, wurde mit dem aktuellen Stand der Technik dem externen Receiver verglichen. Weiterhin wurden Geometrievariationen für die Stützstrukturen sowie der Panele des STERNReceivers durchgeführt, und damit die kritische Stellen, welche den Interceptwert und damit den Wirkungsgrad des Receivers beeinflussen identifiziert, damit diese in dem weiteren Entwicklungsprozess des STERN-Receivers berücksichtigt werden.