Eine Solarempfängereinheit ist beispielsweise ein Solarturm eines solarthermischen Kraftwerks und dient in diesem Fall dazu, Solarstrahlung, die von einem vor dem Solarturm positionierten Heliostatenfeld bzw. Spiegelfeld auf einen Receiver des Solarturms gelenkt wird, so umzusetzen, dass ein durch die Strahlung erhitztes Wärme- trägermedium zur Erzeugung von Dampf genutzt werden kann, der eine Turbine eines konventionellen Kraftwerkteils antreibt, der Strom erzeugt. Der Solarturm hat beispielsweise eine Höhe von 50 m. Der Receiver ist im Kopfbereich des Solarturms an einer Bestrahlungsseite angeordnet, die dem Heliostatenfeld zugewandt ist und auf die zumindest ein Großteil der von den Heliostaten reflektierten Solarstrahlung trifft. Es ist zwar wünschenswert, dass die gesamte von den Heliostaten reflektierte Solarstrahlung auf den Receiver trifft. Dies ist in der Praxis aber nicht immer gewährleistet. Daher ist es erforderlich, an mindestens einer Bestrahlungsseite der Solarempfängereinheit eine Strahlungsschutzeinrichtung vorzusehen, die bestimmte Bereiche und bestimmte technische Einrichtungen der Solarempfängereinheit vor hoher Strahlungsleis- tung schützt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Solarempfängereinheit mit einer Strahlungsschutzeinrichtung zu schaffen, die in optimierter Weise an eine Gebäudekonstruktion der Solarempfängereinheit angebunden ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Solarempfängereinheit mit den Merkma- len des Patentanspruches 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird also eine Solarempfangereinheit vorgeschlagen, die eine Gebäude- bzw. Grundkonstruktion mit mindestens einer Bestrahlungsseite umfasst, an der ein Receiver für Solarstrahlung angeordnet ist, die von Heliostaten reflektiert wird. Der Receiver ist seitlich vorzugsweise zumindest weitgehend umlaufend von einer Strahlungsschutzeinrichtung begrenzt, die eine Trägeranordnung umfasst, die an der Gebäudekonstruktion befestigt ist und an der Dämmstoffpaneele befestigt sind, die jeweils eine Basisplatte aufweisen, auf der Dämmmaterial angeordnet ist.

Durch die Trägeranordnung, an der die Dämmstoffpaneele befestigt sind, ist eine optimierte Befestigung der Strahlungsschutzeinrichtung an der Gebäudekonstruktion und auch eine gute thermische Entkopplung zwischen der Strahlungsschutzeinrichtung und der Gebäudekonstruktion möglich. In den an den Receiver angrenzenden bzw. diesen umschließenden Bereichen der Bestrahlungsseite der Solarempfängereinheit, die im Betrieb einer hohen Strahlungsbelastung ausgesetzt sein können, ist damit ein Schutz gegen überhöhte und gegebenenfalls schädigende Temperaturen gewährleistet. Die Solarempfängereinheit nach der Erfindung ist beispielsweise als Solarturm oder Empfängerblock eines solarthermischen Kraftwerks ausgebildet. Mittels des Solarturms bzw. des Empfängerblocks wird eine Turbine eines konventionellen Kraftwerkteils angetrieben. Die Solarempfängereinheit kann aber auch Bestandteil eines Sonnenofens, einer Anlage zur thermischen Erzeugung von Wasserstoff und/oder Synthesegas oder einer sonstigen Anlage sein, bei der Solarstrahlung in gebündelter Weise genutzt wird.

Um dem Strahlungsschutz eine optimierte Formgebung und Orientierung verleihen zu können und um den Receiver gegenüber den Heliostaten optimiert ausrichten zu können, weist die Gebäudekonstraktion bei einer bevorzugten Ausführungsform des Solarturms nach der Erfindung eine Unterkonstruktion auf, an der die Trägeranordnung angeordnet ist. An dieser kann auch der Receiver befestigt sein. Beispielsweise stellt die Unterkonstruktion einen sogenannten primären Stahlbau dar, an dem die einen sogenannten sekundären Stahlbau darstellende Trägeranordnung befestigt ist. Die Unterkonstruktion bildet also eine Schnittstelle zum Bauwerk bzw. Grundkonstruktion der Solarempfängereinheit. Denkbar ist es auch, dass die Trägeranordnung an einen Betonbau oder ein Mauerwerk der Gebäude- bzw. Grundkonstruktion der Solarempfängereinheit angebunden ist. Zur einfachen Befestigung der Dämmstoffpaneele ist die Trägeranordnung vorzugsweise aus Stahlprofilen gebildet, die sich insbesondere in horizontaler Richtung erstrecken und zweckmäßigerweise Befestigungsstege aufweisen. Beispielsweise sind die Stahlprofile jeweils als sogenannte Doppel-T-Profile ausgebildet. Auch die Unterkonstrukti- on, die den primären Stahlbau bildet, kann Doppel-T-Profile umfassen, an denen die Doppel-T-Profile der Trägeranordnung befestigt sind.

Um thermische Verformungen der Strahlungsschutzeinrichtung bzw. der Trägeranordnung nicht auf die Gebäudekonstruktion zu übertragen, ist es vorteilhaft, wenn die Stahlprofile der Trägeranordnung jeweils über eine Fest-Los-Lagerung an der Gebäude- konstruktion bzw. der Unterkonstruktion befestigt sind. Beispielsweise ist die Fest-LosLagerung dadurch gebildet, dass die Stahlprofile der Trägeranordnung an zumindest einer Stelle starr mit der Gebäudekonstruktion bzw. der Unterkonstruktion verbunden sind und an zumindest einer weiteren Stelle ein Langloch aufweisen, das von einer mit der Gebäudekonstruktion bzw. Unterkonstruktion verbundenen Befestigungsschraube durchgriffen ist. Auf diese Weise ist eine durch Temperatureinflüsse bedingte Verformung, insbesondere eine Ausdehnung der Stahlprofile in den durch die Länge der Langlöcher vorgegebenen Grenzen möglich, ohne dass die jeweilige Befestigungsschraube in Erstreckungsrichtung der Langlöcher auf Scherung beansprucht werden würde. Das Festlager der Fest-Los-Lagerung ist insbesondere in den nahe an den Receiver liegenden Bereichen des jeweiligen Stahlpro fils angeordnet, wohingegen die durch das Langloch realisierte Lose-Lagerung in den dem Receiver abgewandten Endbereichen des jeweiligen Stahlprofils ausgebildet ist.

Um vertikal wirkende Kräfte aufnehmen zu können und so die Befestigungsschraube, die das jeweilige Langloch durchgreift, zu entlasten, weist die Unterkonstruktion für die Stahlprofile der Trägeranordnung jeweils mindestens eine Auflage auf, die vorzugsweise von einem an die Unterkonstruktion angeschweißten Blech gebildet ist. Vertikale Kräfte können damit über die Auflage abgestützt werden, so dass über die von der Befestigungsschraube gebildete Schraubverbindung nur in axialer Richtung der Schrau- ben wirkende Kräfte auf die Unterkonstruktion übertragen werden. Zur thermischen Trennung der Unterkonstruktion von der Trägeranordnung ist zwischen der Unterkonstruktion und der Trägeranordnung vorzugsweise ein Isoliermaterial angeordnet. Das Isoliermaterial ist beispielsweise aus einer keramischen Platte bzw. Schicht gebildet. Diese hat zweckmäßigerweise eine geringe thermische Leitfähigkeit, eine hohe Druckfestigkeit und eine hohe Temperaturbeständigkeit.

Die Anbindung der Dämmstoffpaneele an die Trägeranordnung erfolgt bei einer bevorzugten Ausführungsform des Solarturms nach der Erfindung über eine Klemmverbinderanordnung. Dies gewährleistet eine einfache Montierbarkeit der Dämmstoffpaneele und greift insbesondere an den Befestigungsstegen der Stahlprofile der Trä- geranordnung an.

Eine Klemmverbinderanordnung, mit der Toleranzen des Stahlbaus gegebenenfalls ausgeglichen werden können, umfasst beispielsweise einen mit einem Gewinde versehenen Stehbolzen, der an einer Rückseite des jeweiligen Dämmstoffpaneels angeordnet ist und einen Klemmbügel durchgreift, der an der Trägeranordnung anliegt und mittels einer Mutter gesichert ist.

Bei einer speziellen Ausführungsform des Solarturms nach der Erfindung ist das Dämmmaterial aus Fasermatten gebildet, deren Ebene rechtwinklig zur Ebene der jeweiligen Basisplatte angeordnet ist. Die Fasermatten sind insbesondere aus polykristallinen Keramikfasern gebildet und haben eine hohe Hitzebeständigkeit, die bis zu etwa 1400°C gehen kann. Fasermatten können derartig an der jeweiligen Basisplatte befestigt sein, dass keine Strahlung direkt auf die Befestigungsmittel auftrifft. Auch können gegebenenfalls auftretende Fugen zwischen den einzelnen Fasermatten eines Dämmstoffpaneels durch Verpressen des Materials geschlossen werden.

Bei einer alternativen Ausführungsform können als Dämmmaterial auch Keramikfaser- platten eingesetzt werden, deren Ebene parallel zur Ebene der Basisplatte angeordnet ist. Die Befestigung dieser Platten an einer Basisplatte des jeweiligen Paneels kann über Schraubverbindungen und/oder auch Ankerbolzen erfolgen.

Bei einer speziellen Ausführungsform der Solarempfängereinheit nach der Erfindung ist das Dämmmaterial mittels eines keramischen Klebers an der Basisplatte befestigt. Zusätzlich oder alternativ ist das Dämmmaterial mittels eines Durchsteckankers an der Basisplatte befestigt, der parallel zur Ebene der Basisplatte ausgerichtet ist und an Haltelaschen der Basisplatte fixiert ist. Insbesondere durchgreift der Durchsteckanker eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten Keramikfasermatten, die das Dämmmaterial bilden.

Zur besseren mechanischen Befestigung des Dämmmaterials mittels des keramischen Klebers kann zwischen dem Dämmmaterial und der Basisplatte, die insbesondere aus einem Blech gefertigt ist, ein Streckblech angeordnet sein.

Die Stirnseite der Strahlungsschutzeinrichtung kann eine hitzebeständige Beschichtung aufweisen, mit der die Dämmstoffpaneele versehen sind. Die hitzebeständige Beschichtung besteht insbesondere aus einem keramischen Material und versiegelt die offenen Seiten der Dämmstoffpaneelen und verhindert so ein tieferes Eindringen von Wasser und Licht. Die hitzebeständige Beschichtung bildet damit eine homogene Oberfläche der Strahlungsschutzeinrichtung. Vorzugsweise wird die hitzebeständige Beschichtung der Montage der einzelnen Dämmstoffpaneele an der Trägeranordnung nach Art eines Putzes appliziert.

Um die Witterungsbeständigkeit der Strahlungsschutzeinrichtung weiter zu erhöhen, können die Dämmstoffpaneele und/oder auch die hitzebeständige Beschichtung der Dämmstoffpaneele mit einer wasserabweisenden Imprägnierung versehen sein. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.

Ein Ausfuhrungsbeispiel einer Solarempfängereinheit nach der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 eine schematische Überblicksdarstellung eines solarthermischen Kraftwerks mit Solarturm;

Fig. 2 einen Kopfabschnitt des Solarturms mit Receiver und Strahlungsschutz; Fig. 3 eine Trägerkonstruktion für den Strahlungsschutz; Fig. 4 eine Verteilung von Dämmstoffpaneelen des Strahlungsschutzes;

Fig. 5 eine Anbindung einer Trägeranordnung des Strahlungsschutzes an eine Unterkonstruktion;

Fig. 6 die Art der Anbindung der Dämmstoffpaneele an die Trägeranordnung; Fig. 7 ein Dämmstoffpaneel in Alleinstellung; und

Fig. 8 die Anbindung von Keramikfasermatten an eine Basisplatte des Dämmstoffpaneels.

In Fig. 1 ist ein solarthermisches Kraftwerk 10 dargestellt, welches ein aus einer Vielzahl von Heliostaten 12 gebildetes Spiegelfeld 14 und einen eine Solarempfängereinheit darstellenden Solarturm 16 umfasst, der vor dem Spiegelfeld 14 angeordnet ist und in dessen Richtung von der Sonne 18 ausgehende Strahlung mittels der Heliostaten 12 in konzentrierter Weise reflektiert wird. Der Solarturm 16 weist zur Aufnahme der konzentrierten Strahlung einen Receiver 20 auf, in dem Luft erhitzt wird, die in einem Luftkreislauf 22 zirkuliert wird und/oder aus der Umgebung angesaugt wird. In dem Luftkreislauf 22 ist ein Dampfkessel 24 angeordnet, der auch einem Dampfkreislauf 26 zugeordnet ist und in dem zum Antreiben einer Turbine 28 heißer Dampf erzeugt wird. Die Turbine 28 treibt einen Generator 30 an, mittels dessen Strom erzeugt wird, der über eine Leitung 32 einem Stromnetz zugeführt wird. Der die Turbine 28 durchströmende Dampf wird in einem stromab der Turbine angeordneten Kondensator 36 verflüssigt. Das Kondensat wird mittels einer Pumpe 38 wieder dem Dampfkessel 24 zugeführt. Der Kondensator 36 ist in einem Kondensatorkreislauf 40 mit einem mit der Umgebungsluft in Verbindung stehenden Rückkühler 42 verbunden. Zum Betreiben des Kondensatorkreislaufs 40 weist dieser des Weiteren eine Pumpe 44 auf.

Mit Hilfe der Heliostaten 12 ist es möglich, die von der Sonne 18 abgegebene Strahlung in bis zu 1000-fach konzentrierter Weise an dem Receiver 20 zu bündeln. Der Receiver 20 bewirkt, dass die Luft in dem Luftkreislauf 22 stromauf des Dampfkessels 24 und aus der Umgebung angesaugte Luft durch die so eingestrahlte Sonnenenergie Wärme aufnimmt und auf Temperaturen von 600°C bis 800°C erhitzt wird. Diese Wärme wird zum einen an den Dampfkessel 24 und zum anderen an einen Wärmespeicher 46 weitergegeben, mittels dessen eine Dampferzeugung in dem Dampfkessel 24 in Phasen möglich ist, in denen keine Sonnenstrahlung auf den Receiver 20 trifft.

Wie Fig. 2 zu entnehmen ist, weist der Solarturm 16 einen Solarturmkopf 48 auf, in dessen Bereich der Receiver 20 an einer Bestrahlungsseite 50 des Solarturms 16 mittig angeordnet ist. Der Receiver 20 hat eine Stirnseite, die gegenüber der Vertikalen geneigt ist. Wie des Weiteren Fig. 2 zu entnehmen ist, ist an der Bestrahlungsseite 50 im Bereich des Solarturmkopfes 48 eine Strahlungsschutzeinrichtung 52 angeordnet, die den Receiver 20, der einen rechteckigen Grundriss hat, umlaufend begrenzt und sich bis an die seitlichen Ränder der Bestrahlungsseite 50 erstreckt. Die Strahlungsschutzein- richtung 52 dient dazu, konzentrierte Solarstrahlung, die nicht direkt auf den von dem Receiver 20 gebildeten, zentralen Zielbereich trifft, von einer Gebäude- bzw. Grundkonstruktion 54 fernzuhalten und die dort herrschenden Temperaturen auf ein technisch sinnvolles Maß zu begrenzen. Im Normalbetrieb kann auf die Strahlungsschutzeinrichtung 52 konzentrierte Solarstrahlung mit einer Leistungsdichte von beispielsweise bis zu 500 kW/m ² treffen. In einem Störfall kann die auftreffende Strahlungsdichte auch kurzzeitig bis zu 950 kW/m ² betragen, was ohne Strahlungsschutzeinrichtung die Funktion des Solarturms beeinträchtigen könnte.

Wie insbesondere Fig. 4 zu entnehmen ist, umfasst die Strahlungsschutzeinrichtung 52 eine Vielzahl von nebeneinander und übereinander angeordneten Dämmstoffpaneelen 56, die jeweils eine Grundfläche von etwa 600 mm x 600 mm haben.

Zur Anbindung der Dämmstoffpaneele 56 an die Gebäudekonstruktion 54 des Solarturms 16 ist die Gebäudekonstruktion 54 mit einer Unterkonstruktion 58 versehen, die stirnseitig Stahlträger 60 umfasst, die zumindest weitgehend in vertikaler Richtung verlaufen und jeweils aus einem Doppel-T-Profilträger gebildet sind. Die Unterkon- struktion 58 stellt eine Schnittstelle zur Anbindung der Strahlungsschutzeinrichtung 52 an den Solarturm 16 dar.

An den Stahlträgern 60 ist eine Trägeranordnung 62 befestigt, die aus sich in horizontaler Richtung erstreckenden Stahl-Doppel-T-Trägern 64 gebildet ist. Die Unterkonstruktion 58 bildet also einen primären Stahlbau und die Trägeranordnung 62 bildet einen sekundären Stahlbau für die Strahlungsschutzeinrichtung 52. Die Doppel-T-Träger sind jeweils über eine Fest-Los-Lagerung an den Stahlträgern 60 der Unterkonstruktion 58 befestigt, und zwar derart, dass die Doppel-T-Träger 64 jeweils mit einem nahe einer Längsmittelebene des Solarturms 16 angeordneten Stahlträger 60 der Unterkonstruktion 58 starr verbunden sind und die Doppel-T-Träger 64 zur Anbindung an einen bezogen auf die Längsmittelebene außen liegenden Stahlträger 60 jeweils zwei Langlöcher 66 aufweisen, die jeweils von einer Befestigungsschraube 68 durchgriffen sind, die in ein korrespondierendes Gewinde des jeweiligen Stahlträgers 60 eingreift. Damit kann eine Längenausdehnung der Doppel-T-Träger infolge einer Temperaturerhöhung ausgeglichen werden, ohne dass resultierende Kräfte auf die Unterkonstruktion 58 übertragen werden. Zur Aufnahme von in vertikaler

Richtung wirkenden Kräften sind an die Stahlträger 60 Bleche 70 angeschweißt, die als Auflage dienen, über die sich die Doppel-T-Träger 64 der Trägeranordnung 62 jeweils im Bereich der Los-Lagerung abstützen.

Zur thermischen Entkopplung zwischen Trägeranordnung 62 und der Unterkonstruktion 58 ist zwischen den Doppel-T-Trägern 64 und den Stahlträgern 60 jeweils ein Isoliermaterial 72 angeordnet, das aus einer keramischen Platte gebildet ist.

An den Doppel-T-Trägern 64 der Trägeranordnung 62 sind, wie Fig. 6 zu entnehmen ist, die Dämmstoffpaneele 56 jeweils über mindestens eine Klemmverbinderanordnung 74 befestigt. Jedes Dämmstoffpaneel 56 ist an zwei übereinander angeordneten Doppel- T-Trägern 64 jeweils mittels einer Klemmverbinderanordnung 74 befestigt. Die jeweilige Klemmverbinderanordnung 74 umfasst einen Stehbolzen 76, der an der Rückseite einer Basisplatte 78 des jeweiligen Dämmstoffpaneels 56 rechtwinklig absteht und als Gewindebolzen ausgebildet ist. Der jeweilige Stehbolzen 76 durchgreift einen Klemmbügel 80, der sich einerseits an der Rückseite der jeweiligen Basisplatte 78 und andererseits an dem jeweiligen Doppel-T-Träger 64 abstützt. Des Weiteren durchgreift der Stehbolzen 76 einen Positionierbügel 82, der seitlich an dem jeweiligen Doppel-T-Träger 64 anliegt. Der Klemmbügel 80 und der Positionierbügel 82 sind mittels einer Mutter 84 gesichert, so dass die Basisplatte 78 bzw. das jeweilige Dämm- stoffpaneel 56 an der Trägeranordnung 62 fixiert ist. Die Klemmverbinderanordnung 74 ist also nach Art einer sogenannten Lindapter-Klemmverbindung ausgebildet und kann Wärmedehnungen der Dämmstoffpaneele 56 aufnehmen, so dass keine Spannungen von dem jeweiligen Dämmstoffpaneel 56 auf die Trägeranordnung 62 übertragen werden.

Wie Fig. 7 zu entnehmen ist, weisen die Dämmstoffpaneele 56 an der der Trägeranordnung 62 abgewandten Seite auf den Basisplatten 78 jeweils ein Streckblech 86 auf, das über aufgeschweißte Stifte an der ein Blechpaneel bildenden Basisplatte 78 befestigt ist.

Auf dem jeweiligen Streckblech 86 ist Dämmmaterial 88 angeordnet, das, wie Fig. 8 zu entnehmen ist, aus einem Stapel von Keramikfasermatten 90 gebildet ist, die aus Aluminiumoxid- und/oder Silikatfasern gefertigt sind und deren Ebene jeweils rechtwinklig zur Ebene der Basisplatte 78 angeordnet ist. Die Keramikfasermatten 90 sind einerseits über einen nicht näher dargestellten keramischen Kleber auf dem Streckblech 86 bzw. der Basisplatte 78 des Dämmstoffpaneels 56 und andererseits mittels eines Durchsteckankers 92 an der Basisplatte 78 befestigt. Der Durchsteckanker 92 durchgreift die Keramikfasermatten 90 rechtwinklig zu deren Ebenen und ist damit parallel zur Ebene der Basisplatte 78 ausgerichtet. In seinen Endbereichen ist der Durchsteckanker 92 jeweils an einer Haltelasche 94 fixiert, die an der Basisplatte 78 ausgebildet ist.

Die Dämmstoffpaneele 56 sind an der der Unterkonstruktion 58 abgewandten Seite in ihrer Gesamtheit mit einer hitzebeständigen, gegebenenfalls mehrlagigen Beschichtung aus einem keramischen Material versehen, das auch Fugen zwischen den einzelnen Dämmstoffpaneelen 56 ausfüllt. Zur Erhöhung der Witterungsbeständigkeit ist die hitzebeständige Beschichtung des Weiteren mit einer nicht näher dargestellten Imprägnierung versehen.

Bezugszeichenliste

Kraftwerk 70 Blech

Heliostaten 72 Isoliermaterial

Spiegelfeld 74 Klemmverbinderanordnung

Solarturm 76 Stehbolzen

Sonne 78 Basisplatte

Receiver 80 Klemmbügel

Luftkreislauf 82 Positionierbügel

Dampfkessel 84 Mutter

Dampfkreislauf 86 Streckblech

Turbine 88 Dämmmaterial

Generator 90 Keramikfasermatte

Leitung 92 Durchsteckanker

Kondensator 94 Haltelasche

Pumpe

Kondensatorkreislauf

Rückkühler

Pumpe

Wärmespeicher

Solarturmkopf

Bestrahlungsseite

Strahlungsschutzeinrichtung

Gebäudekonstruktion

Dämmstoffpaneel

Unterkonstruktion

Stahlträger

Trägeranordnung

Doppel-T-Träger

Langloch

Befestigungsschraube