Entwicklung und Erprobung eines Messsystems zur kontinuierlichen Strahlungsmessung an Strahlungsempfänger solarer Turmkraftwerke

Abstract

Mit dem Hintergrund der momentanen Entwicklung kommerzieller solarer Turmkraft-werke und den dadurch erforderlichen Verbesserungen bisheriger Systeme wurde in dieser Arbeit das Ziel gesetzt, ein neues Messsystem zur Messung der Flussdichte-verteilung auf Strahlungsempfängern solarer Turmkraftwerke zu entwickeln, in der Programmiersoftware MATLAB zu implementieren, zu analysieren und dadurch wei-tere Verbesserungen zu identifizieren. Prinzipiell wendet das neue Messverfahren ähnlich wie das auf der PSA erprobte Schwenkbalken-Verfahren die indirekte Kame-ra-Target-Methode anstelle der direkten Messung mittels mehrerer Radiometer an mit dem Ziel, eine Vereinfachung und bessere Wirtschaftlichkeit gegenüber den bis-herigen Verfahren zu erreichen. Vorüberlegungen zu verschiedenen Fehlereinflüssen auf die Messergebnisse erga-ben die Anforderungen an die zu verwendenden Komponenten, einen geeigneten Standort für den Messaufbau sowie die nötigen im Programm zu integrierenden Schritte. Dazu gehören die perspektivische Entzerrung der Kameraaufnahmen, die Korrektur der durch die unregelmäßige Receiveroberfläche bedingte Inhomogenität der Reflexionsgrade durch eine Korrekturmatrix sowie eine abschließende Kalibrati-on mittels eines vor dem Receiver montierten Radiometers. Anhand von ersten Messungen wurde der Einfluss der Winkelabhängigkeit der Re-flexionseigenschaften der nicht ideal diffusen Oberfläche des Receivers untersucht. Die Reflexionseigenschaft wird sowohl durch die Einfallswinkel der Strahlen, d. h. durch die Positionen der Heliostaten im Feld als auch durch den Beobachtungswin-kel der Kamera beeinflusst. Dabei wurde erkannt, dass für extreme Winkelbereiche Korrekturfaktoren notwendig sind, um Reflexionsunterschiede auszugleichen. Von entscheidender Bedeutung für die Aussagekraft der Messergebnisse ist die Kor-rekturmatrix, da sie sich auf alle nachfolgenden Schritte auswirkt. Durch die Berech-nung der Korrekturmatrix aus dem Quotient von simulierter zu gemessener Bestrah-lungsstärke tragen alle ungenauen Eingangsdaten zu Abweichungen in der Korrek-turmatrix bei. Der bisherige Stand des Messverfahrens reicht daher noch nicht aus, um eine Aussage über die Eignung und Qualität zu treffen. Allerdings werden im Ver-lauf der Arbeit die Grundlagen geschaffen, um aufbauend auf den hier gefundenen Ergebnissen und Verbesserungsvorschlägen in Zukunft eine Optimierung des Mess-verfahrens zu erreichen.