Entwicklung einer Simulationssoftware und eines Verfahrens zur Bestimmung der initialen Heliostatausrichtung mittels eines digitalen Magnetkompasses

Kurzfassung

Diese Arbeit widmet sich der Entwicklung einer Simulationssoftware und eines Verfahrens zur Vermessung der initialen Heliostatausrichtung mittels eines digitalen magnetischen Kompasses. Es wird ein Sensormodul mit Sensorik zur Erfassung der Azimutausrichtung anhand des Erdmagnet- und der Elevationsausrichtung anhand des Erdschwerefeldes verwendet. Die Arbeit bezieht sich gezielt auf die AusraKam Heliostate am Solarkraftwerk in Jülich und deren definiertes Geometriemodell. Zu diesem Modell wird eingehend die Mathematik für die Berechnung der Heliostatausrichtung dargelegt. Darauf aufbauend werden die Berechnungen von Vektoren, wie dem Sonnen- und Reflexionsvektor, im Kontext der Heliostate und des Solarkraftwerks gezeigt, die in einer Simulationssoftware mit grafischer Darstellung umgesetzt werden. Durch einen Abgleich der Software mit der Heliostatfeldsteuerung und ausgerichteter Heliostate werden die Berechnungen überprüft und sie bildet daraufhin ein wichtiges Instrument für Entwicklung des Messverfahrens. Des Weiteren wird der zum zeitlichen Beginn dieser Arbeit bereits vorhandene Messaufbau eingehend untersucht und von ihm ausgehende magnetische Störungen auf die Messung identifiziert. Mittels einer neuen Anordnung der Komponenten auf der Messvorrichtung werden diese minimiert und Messungen mit der Halterung auf der Spiegeloberfläche am Heliostaten durchgeführt. Durch einen Vergleich der gemessenen Spiegelausrichtungen mit den berechneten Ausrichtungen der Simulationssoftware werden weitere magnetische Störeinflüsse, die durch den Stahlrahmen des Heliostaten hervorgerufen werden und Auswirkungen auf die Vermessung des Azimutwinkels haben, sichtbar. Es wird gezeigt, dass bei der Messung der Elevationswinkel keine signifikanten Störeinflüsse wirken und daher die Azimutmessung detaillierter betrachtet. Mit einem neuen provisorischen Messaufbau wird der Abstand des Sensors zum Heliostaten erhöht und dadurch die magnetischen Störeinflüsse auf das Sensormodul verringert. Eine statistische Auswertung der gemessenen und der standardmäßig angenommenen initialen Azimutwinkel zeigt im Vergleich, dass durch die Messungen keine signifikanten Verbesserungen erzielt werden.