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Title:
DEVICE FOR CONCENTRATING LIGHT, PARTICULARLY SUNLIGHT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2006/005303
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a device for concentrating incident light (7), particularly sunlight, comprised of a number of adjacently arranged reflector units each having at least one displaceable reflective surface (2), a drive unit for displacing the reflective surface (2), and a control unit, which is connected to the drive units and designed so that it controls the drive units according the incidence of light in order to concentrate the incident light (7). The at least one reflective surface (2) of each reflector unit has a surface area ranging from 10-8 m2 to 0.5 m2, and can be displaced about at least two axes (3), and the drive units are provided in the form of microactuators.

Inventors:
ANSORGE FRANK (DE)
WOLTER JOERG (DE)
HANISCH HORST (DE)
HOFFSCHMIDT BERNHARD (DE)
REINL MARKUS (DE)
Application Number:
PCT/DE2005/001171
Publication Date:
January 19, 2006
Filing Date:
July 04, 2005
Export Citation:
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Assignee:
TEN FORSCHUNG EV FRAUNHOFER (DE)
ANSORGE FRANK (DE)
WOLTER JOERG (DE)
HANISCH HORST (DE)
HOFFSCHMIDT BERNHARD (DE)
REINL MARKUS (DE)
International Classes:
F24J2/54; F24S23/77; F24S50/20; G02B26/08; (IPC1-7): F24J2/16; F24J2/38; F24J2/54; G02B26/08
Domestic Patent References:
WO2003067304A12003-08-14
WO2001078096A22001-10-18
WO2002082161A22002-10-17
WO2003098125A12003-11-27
Foreign References:
US20030156337A12003-08-21
US6449079B12002-09-10
US4102326A1978-07-25
GB2094499A1982-09-15
US20040080806A12004-04-29
DE19729074A11999-03-11
US5347402A1994-09-13
US6227673B12001-05-08
US4172443A1979-10-30
US2471954A1949-05-31
US4110010A1978-08-29
US4063543A1977-12-20
GB2329976A1999-04-07
GB2255195A1992-10-28
US3982527A1976-09-28
EP0922914A21999-06-16
US6059250A2000-05-09
US20040070815A12004-04-15
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 1995, no. 08 29 September 1995 (1995-09-29)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 1997, no. 04 30 April 1997 (1997-04-30)
FUJITA H ET AL: "Micro actuators and their applications", MICROELECTRONICS JOURNAL, MACKINTOSH PUBLICATIONS LTD. LUTON, GB, vol. 29, no. 9, September 1998 (1998-09-01), pages 637 - 640, XP004129309, ISSN: 0026-2692
ISHIHARA H ET AL: "MICRO MECHATRONICS AND MICRO ACTUATORS", IEEE / ASME TRANSACTIONS ON MECHATRONICS, IEEE SERVICE CENTER, PISCATAWAY, NJ, US, vol. 1, no. 1, 1 March 1996 (1996-03-01), pages 68 - 79, XP000588548, ISSN: 1083-4435
WU M C ET AL: "Micromachined free-space integrated micro-optics", SENSORS AND ACTUATORS A, ELSEVIER SEQUOIA S.A., LAUSANNE, CH, vol. 50, no. 1-2, August 1995 (1995-08-01), pages 127 - 134, XP004303525, ISSN: 0924-4247
See also references of EP 1771687A1
Attorney, Agent or Firm:
Gagel, Roland (München, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Konzentration von einfallen dem Licht (7), insbesondere von Sonnenlicht, bestehend aus mehreren nebeneinander angeordneten Reflektorein¬ heiten mit jeweils mindestens einer bewegbaren reflek¬ tierenden Oberfläche (2) und einer Antriebseinheit zur Bewegung der reflektierenden Oberfläche (2) , und einer Steuereinheit, die mit den Antriebseinheiten verbunden ist und die derart ausgebildet ist, dass sie die An¬ triebseinheiten in Abhängigkeit des Lichteinfalls zur Konzentration des einfallenden Lichtes (7) steuert, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine reflektierende Oberfläche (2) einer jeweiligen Reflektoreinheit eine Fläche zwi¬ schen 10 m u uniidu. 0 υ,,53 r uni , , i XniIsobJJetJsiSoLJnXidUetUre e z swwixstsctJhiieenii 1 x0υ~" π inr und 104 m , aufweist und um mindestens 2 Achsen (3) be¬ wegbar ist, und dass die Antriebseinheiten Mikroaktuatoren sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit derart ausgebildet ist, dass die Reflektoreinheiten nach einem Sonnenstandsalgorithmus steuerbar sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit mit min¬ destens einem Strahlungssensor verbindbar ist, dass die Steuereinheit und der Strahlungssensor derart ausgebil¬ det sind, dass sie die Ermittlung des Sonnenstandes er¬ möglichen, und dass die Steuereinheit die Antriebsein¬ heiten und damit die reflektierenden Oberflächen (2) abhängig von dem mit dem Strahlungssensor erfassten Sonnenstand steuert.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikroaktuatoren hyd¬ raulische, insbesondere mikrofluidische Stellelemente sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikroaktuatoren piezo¬ elektrische Wandler sind oder zumindest einen piezo¬ elektrischen Wandler enthalten.
6. Vorrichtung nach einem der Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb der Reflektorein¬ heiten eine transparente Abdeckung (6) , insbesondere aus Glas oder Plexiglas, vorgesehen ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine seitliche Einfassung (5) und eine transparente Abdeckung (6) vorgesehen sind, die miteinander zum Schutz der Reflektoreinheiten verfügt sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektoreinheiten auf einer Bodenplatte (4) aufgebracht sind und zusammen mit der seitlichen Einfassung (5) und der daran angefügten transparenten Abdeckung (6) eine Baueinheit mit einer Bauhöhe von wenigen Millimetern bis einigen Dezimetern bilden.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein automatisches Reini gungssystem zur Reinigung der transparenten Abdeckung (6) vorgesehen ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente Abdeckung (6) ein oder beidseitig entspiegelt ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektoreinheiten in einer Ebene oder annähernd eben angeordnet sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektoreinheiten in einem Array (1) oder in mehreren Arrays angeordnet sind.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierende O berflache aus einem Einzelspiegel besteht, insbesondere aus einem eloxierten Aluminiumspiegel, einem Membran¬ spiegel oder einem silberbeschichteten Polymerspiegel, wobei der Einzelspiegel eben, zwei oder dreidimensio¬ nal geformt ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit der¬ art ausgeführt ist, dass die Reflektoreinheiten indivi¬ duell oder in Gruppen in mindestens zwei Achsen steuer¬ bar sind.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikroaktuatoren derart ausgebildet und angeordnet sind, dass sie bei einem Stromausfall die reflektierenden Oberflächen der Reflektoreinheiten in eine Ausgangslage bringen, in der keine konzentrierende Wirkung für das einfallende Licht auftritt.
16. Verwendung der Vorrichtung nach einem der An¬ sprüche 1 bis 15 zur Konzentration von Sonnenlicht bei Solaranlagen.
17. Verwendung der Vorrichtung nach einem der An Sprüche 1 bis 15 zur Konzentration von Licht aus Punkt¬ quellen, Linienquellen, oder Parallelstrahlungsquellen auf eine beliebige Geometrie.
Description:
Vorrichtung zur Konzentration von Licht, insbesondere von Sonnenlicht

Technisches Anwendungsgebiet Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrich- tung zur Konzentration von einfallendem Licht, insbe¬ sondere von Sonnenlicht, bestehend aus mehreren neben¬ einander angeordneten Reflektoreinheiten mit jeweils mindestens einer bewegbaren reflektierenden Oberfläche und einer Antriebseinheit zur Bewegung der reflektie- renden Oberfläche, und einer Steuereinheit, die mit den Antriebseinheiten verbunden ist und die derart ausge¬ bildet ist, dass sie die Antriebseinheiten in Abhängig¬ keit des Lichteinfalls zur Konzentration des einfallen¬ den Lichtes steuert.

Die vorliegende Vorrichtung kommt hauptsächlich in der Solarenergietechnik, insbesondere zur Konzentration von Sonnenlicht bei solarthermischen oder photovoltai- schen Anlagen zur Energiegewinnung oder zur dezentralen solaren Kraftwärmekopplung zur Anwendung. Die Vorrich¬ tung ermöglicht die Konzentration von Sonnenlicht auf eine beliebige Geometrie, beispielsweise einer zweidi¬ mensionalen Absorberfläche einer Solaranlage oder eines näherungsweise eindimensionalen Röhrenabsorbers, wie er von Parabolrinnenkonzentratoren bekannt ist.

Stand der Technik Gattungsgemäße Vorrichtungen wurden insbesondere nach der ersten Ölkrise (1973/74) entwickelt, als welt- weit Forschungsprogramme zur Energieerzeugung aus sola¬ rer Strahlung umgesetzt wurden. Die Forschung und Ent- wicklung konzentrierte sich dabei u.a. auf solarthermi¬ sche Anlagen zur Nutzbarmachung der Energie des Sonnen¬ lichts. Bei den dabei entwickelten Anlagen kann zwi¬ schen punkt- und linienkonzentrierenden Anlagen unter- schieden werden.

Zu den linienkonzentrierenden Anlagen zählen die so genannten Parabolrinnenkonzentratoren, wie sie bei¬ spielsweise aus DE 197 44 767 C2 oder US 44 23 719 her- vorgehen, bei denen die einfallende parallele Sonnen¬ strahlung durch eine oder mehrere parabelförmig reflek¬ tierende Oberflächen linienförmig auf ein Absorberrohr, beispielsweise beschrieben in DE 102 31 467 B4, kon¬ zentriert wird. Parabolrinnenkonzentratoren werden in so genannten SEGS Kraftwerken (Solar Energy Generating Systems) eingesetzt, welche Leistungen in der Größen¬ ordnung von 50 MW und darüber erreichen.

Das Absorberrohr ist dabei meist mit einem eva- kuierten Glashüllrohr umgeben. Ein Querschnitt durch einen Parabolrinnenkonzentrator ist in der Figur 3 dar¬ gestellt. Sie zeigt, wie einfallendes paralleles Licht 7 durch die parabelförmig geformte spiegelnde Oberflä¬ che 2 auf das Absorberrohr 8 reflektiert wird. Das Ab- sorberrohr 8 ist umgeben von dem evakuierten Glashüll¬ rohr 9. Das Absorberrohr 8, bzw. das Glashüllrohr 9, wird dabei je nach Größe des Parabolrinnenkonzentrators alle 2 bis 6 Meter von einer Halterung gestützt. Gleichzeitig ist das Glashüllrohr 9 an dieser Stelle in der Regel über einen Faltenbalg mit dem Absorberrohr 8 verbunden. Dieser Bereich wird bei den heutigen Para¬ bolrinnenkonzentratoren mit der gleichen Strahlungs¬ dichte beaufschlagt, wie der dazwischen liegende Be¬ reich. Dies hat den Nachteil, dass zum einen die Strah- lungsenergie, da sie nicht auf das Absorberrohr trifft, so gut wie nicht genutzt wird und zum anderen die Me¬ tallverbindungen stark thermisch beansprucht werden, was zu Ausfällen (Bruch des Glashüllrohrs) gerade an diesen Stellen führt.

Ein weiterer Nachteil resultiert daraus, dass die heute bekannten Parabolrinnenkonzentratoren nur in ei¬ ner Achse gemäß dem momentanen Sonnenstand geneigt oder gedreht werden. Dadurch geht an den Enden des Parabol- rinnenkonzentrators durch den nicht senkrechten Einfall der Strahlung in der axialen Richtung des Parabolrin- nenkonzentrators immer ein Teil der Strahlung verloren.

Zu den punktkonzentrierenden Anlagen zählen bei¬ spielsweise solarthermische Kraftwerke. Sie bestehen heute meist aus einer Vielzahl von Reflexionseinheiten, den so genannten Heliostaten, die das Sonnenlicht punktförmig, d.h. auf eine kleine Fläche eines Absor- bers, konzentrieren, dem Absorber selbst, welcher in erster Näherung als Wärmeübertrager (Wärmetauscher) be¬ trachtet werden kann, der die konzentrierte Sonnen¬ strahlung absorbiert und die Energie einem Wärmeträger¬ medium, beispielsweise Wasser, Luft, Salzschmelze oder Thermoöl, zuführt, und einer Steuereinheit, die die re¬ flektierende Fläche der Heliostaten dem Sonnenstand entsprechend ausrichtet. Mit dem Wärmeträgermedium wird ein konventioneller Wärmekraftprozess betrieben. Die dabei entstehende Wärme und der Prozessdampf können ge- speichert, ausgekoppelt und in Strom umgewandelt wer¬ den.

Die bekannten Heliostaten von solarthermischen An¬ lagen weisen zumindest eine, meistens mehrere reflek- tierende Oberflächen (Spiegel) mit einer Spiegelfläche von mehreren Quadratmetern bis in die Größenordnung von 100 Quadratmetern und mehr auf. Der Aufbau eines Heli¬ ostaten umfasst heute zumeist eine Stahlträgerkonstruk- tion, die die Wind- und Gewichtslasten aufnimmt. Daran montiert ist eine oder sind mehrere spiegelnde Oberflä¬ chen, die in der Regel aus einer rückseitig verspiegel¬ ten Glasplatte bestehen. Als weitere reflektierende E- lemente sind mit Silber beschichtete Polymere und Dünn- glasspiegel bekannt. Die Stahlträgerkonstruktion ist dabei mit einer Anlenkung mit entsprechendem Antrieb verbunden, die Bewegungen der Stahlträgerkonstruktion um eine oder zwei unabhängige Achsen ermöglicht. Die Steuereinheit steuert die Anlenkung der Stahlträgerkon- struktion der jeweiligen Heliostaten in Abhängigkeit des Sonnenstandes derart, dass das Sonnenlicht immer auf die Absorberfläche konzentriert wird. Die Anlenkung der Stahlträgerkonstruktion selbst ist in der Regel in der Höhe von mehreren Metern über dem Erdboden, bei- spielsweise an einem vertikalen Mast, montiert. Die heute verwendeten Glasspiegel weisen aus Festigkeits- gründen eine Dicke von 3 mm bis 5 mm auf. Die Dimensio¬ nierung der Stahlträgerkonstruktion ergibt sich aus der maximalen Windgeschwindigkeit, bei der die Spiegel noch zum Einsatz kommen sollen, wobei noch eine ausreichende Steifigkeit der Konstruktion zum Zweck der eindeutigen Abbildung der reflektierten Sonnenstrahlung auf die Ab¬ sorberfläche gegeben sein muss. Die maximale Windge¬ schwindigkeit für den Betrieb der heute bekannten HeIi- ostate liegt zwischen 40 und 50 km/h. Bei höheren Wind¬ geschwindigkeiten müssen sie in eine die Windlast redu¬ zierende Stellung gebracht werden. In Figur 4 sind fünf bekannte Formen von Heliosta¬ ten dargestellt, die zur Konzentration von Sonnenstrah¬ lung entwickelt wurden. Die unterschiedlichen Größen der dargestellten Heliostaten geben die Größenrelatio- nen wieder. Dabei reicht die realisierte Spiegelfläche von einigen Qudratmetern bis zu ca. 150 qm pro Heli¬ ostat.

In Figur 5 ist das Prinzip eines an sich bekannten Solarturmkraftwerkes dargestellt. Es zeigt ein Array von auf der Erdoberfläche angeordneten Heliostaten 10 , deren reflektierende Oberflächen 2 in der Kontur eines Paraboloiden angeordnet sind, der für einfallendes pa¬ ralleles Sonnenlicht 7 einen Fokalpunkt 11 der reflek- tierten Strahlung auf der Absorberfläche besitzt.

Nachteilig an den bekannten Parabolrinnenkon- zentratoren wie auch an den bekannten Heliostaten ist zudem, dass sie einen erheblichen Aufwand für die Rei- nigung der Anlagen erfordern, da die großen Spiegelflä¬ chen häufig nur über Hebebühnen für das Reinigungsper¬ sonal erreichbar sind.

Neben den angegebenen Nachteilen weisen die be- schriebenen, heute in der Solarenergietechnik einge¬ setzten Konzentratoren für Sonnenlicht, insbesondere die verwendeten Heliostate, hohe Material- und Herstel¬ lungskosten sowie ein hohes Gewicht auf. Betrachtet man das spezifische Gewicht in Bezug auf die Spiegelober- fläche der heute üblichen Heliostate, dann liegt dieses zwischen 25 kg/m2 und 60 kg/m2 Spiegeloberfläche. Die¬ ses Gewicht basiert auf der notwendigen Steifigkeit der Heliostate und kann bei gleichen oder ähnlichen Ausfüh¬ rungsformen aus statischen Gründen kaum gesenkt werden. Versuche mit Leichtbaumaterialien erbrachten wegen der damit einhergehenden höheren Materialkosten keine sig¬ nifikanten Vorteile.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Konzentration von einfal¬ lendem Licht, insbesondere von Sonnenlicht derart aus¬ zubilden, dass die aufgeführten, sich aus dem Stand der Technik ergebenden Nachteile vermieden werden und die Vorrichtung ein geringeres, auf die reflektierende Flä¬ che bezogenes, spezifisches Gewicht aufweist und kos¬ tengünstiger herstellbar ist.

Darstellung der Erfindung Die Aufgabe wird mit der Vorrichtung gemäß Patent¬ anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der Beschreibung, insbesondere den Ausführungsbeispielen zu entnehmen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Konzentrati¬ on von einfallendem Licht, insbesondere von Sonnen¬ licht, besteht aus mehreren nebeneinander angeordneten Reflektoreinheiten mit jeweils mindestens einer beweg¬ baren reflektierenden Oberfläche und einer Antriebsein- heit zur Bewegung der reflektierenden Oberfläche, und einer Steuereinheit, die mit den Antriebseinheiten ver¬ bunden ist und die derart ausgebildet ist, dass sie die Antriebseinheiten in Abhängigkeit des Lichteinfalls zur Konzentration des einfallenden Lichtes steuert. Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die mindes¬ tens eine reflektierende Oberfläche einer jeweiligen Reflektoreinheit eine Fläche zwischen 10"8 m2 und 0,5 m2, insbesondere zwischen 10'8 m2 und 10"4 m2, aufweist und um mindestens 2 Achsen bewegbar ist, und dass die Antriebseinheiten Mikroaktuatoren sind.

Durch den Einsatz von Mikroaktuatoren zur Bewegung der mindestens einen reflektierenden Oberfläche einer Reflektoreinheit in mindestens zwei unabhängigen Achsen und die Verwendung von kleinen reflektierenden Flächen zwischen 10"8 m2 und 0,5 m2, sind die Reflektoreinheiten der vorliegenden Vorrichtung mit geringen Bauhöhen von wenigen Millimetern bis zu einigen Dezimetern herstell¬ bar.

Als Mikroaktuatoren können bspw. an sich bekannte hydraulische, insbesondere mikrofluidische Stellelemen- te zum Einsatz kommen. Darüber hinaus kann der Mikroak- tuator auch ein piezoelektrischer Wandler sein oder zu¬ mindest einen piezoelektrischen Wandler enthalten. Die Mikroaktuatoren sind mit einer Steuereinheit verbunden und werden von dieser gesteuert. Die Mikroaktuatoren bewegen nach einem entsprechenden Signal der Steuerein¬ heit die reflektierende Oberfläche einer Reflektorein¬ heit in eine gewünschte Stellung. Durch die damit ein¬ hergehende Änderung des Winkels zwischen der Einfalls¬ richtung des einfallenden Lichts und der reflektieren- den Oberfläche kann die Richtung der reflektierten Strahlung direkt beeinflusst und gesteuert werden.

In einer vorteilhaften Weiterbildung sind die Mikroaktuatoren derart ausgebildet und angeordnet, dass sie bei Stromausfall die reflektierenden Oberflächen der Reflektoreinheiten in eine Ausgangslage bringen, in der keine konzentrierende Wirkung für einfallende Licht auftritt. Diese Ausgangslage kann eine horizontale Lage sein. Dies verhindert ein Überhitzen der Absorberflä¬ che.

Die reflektierende Oberfläche einer Reflektorein- heit ist dabei in der bevorzugten Ausführungsform eben ausgebildet und besteht aus einem Einzelspiegel, insbe¬ sondere aus einem eloxierten Aluminiumspiegel, einem Membranspiegel oder einem silberbeschichteten Polymer¬ spiegel. In weiteren Ausführungsformen kann die spie- gelnde Oberfläche unterschiedlich zwei- oder dreidimen¬ sionale geformt sein, bspw. konkav gekrümmt oder ge¬ wölbt sein. Im letztgenannten Fall tritt durch die Re¬ flexion an der reflektierenden Oberfläche eine zusätz¬ liche Konzentration des einfallenden Lichtes auf.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst mehrere nebeneinander angeordnete Reflektoreinheiten. Die Re¬ flektoreinheiten sind dabei vorzugsweise in einem oder mehreren Arrays horizontal oder ebenerdig bzw. nur leicht geneigt angeordnet und fest montiert. Die Steu¬ ereinheit ist derart ausgeführt, dass sie die zu Arrays zusammengefassten Reflektoreinheiten, d.h. die jeweili¬ gen Antriebseinheiten individuell oder in Gruppen in mindestens zwei unabhängigen Bewegungsachsen steuert. Damit die Vorrichtung erfindungsgemäß als Konzentrator für Licht einsetzbar ist, müssen die einzelnen reflek¬ tierenden Oberflächen gemäß der bestehenden, festen An¬ ordnungsgeometrie der Reflektoreinheiten und der Pro¬ jektionsfläche abhängig von einer ggf. variablen Posi- tion der Lichtquelle, bspw. der Sonne, gesteuert wer¬ den. Die Steuereinheit ist daher in einer Ausführungs- form zur Kompensation des variablen Sonnenstandes der¬ art ausgebildet, dass sie die Mikroaktuatoren und damit die reflektierenden Oberflächen der Reflektoreinheiten nach einem Sonnenstandsalgorithmus steuert . In einer vorteilhaften Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrich¬ tung wird der aktuelle Sonnenstand von der Steuerein¬ heit mittels eines oder mehrerer dafür geeigneter Strahlungssensoren ermittelt und zur Steuerung der Mikroaktuatoren verwendet .

Durch die gegenüber den bekannten Heliostaten ver¬ gleichsweise geringe Bauhöhe, verlieren die von den Re- flektoreinheiten bei Installation in freier Umgebung aufzunehmenden Windlasten ihren wesentlichen Einfluss auf die Dimensionierung der Reflektoreinheiten hin¬ sichtlich Materialauswahl und Strukturfestigkeit. Hier¬ durch werden vor allem Gewichtseinsparungen und damit erhebliche Kosteneinsparungen bei der Herstellung er¬ zielt.

Aufgrund der bevorzugten ebenen Anordnung der Re¬ flektoreinheiten kann oberhalb der Reflektoreinheiten zum zusätzlichen Schutz gegen Windeinfluss, Verschmut¬ zung oder andere Umwelteinflüsse eine lichttransparente Abdeckung installiert werden. Zudem können seitliche Einfassungen vorgesehen werden, die zum besseren Schutz der Vorrichtung mit der transparenten Abdeckung verfügt werden können. Die transparente Abdeckung sollte vor¬ teilhafterweise ein- oder beidseitig verspiegelt sein.

Darüber hinaus ist es möglich, die Vorrichtung als komplette Baueinheit aufzubauen. Dabei sind die Reflek- toreinheiten auf einer Bodenplatte montiert und diese bildet zusammen mit daran fest verfügten seitlichen Einfassungen und der transparenten Abdeckung eine Bau¬ einheit mit einer Bauhöhe von wenigen Millimetern bis einigen Dezimetern. Zur Reinigung der transparenten Abdeckung kann in einer weiteren vorteilhaften Ausbildung ein automati¬ sches oder halbautomatsich.es Reinigungssystem vorgese- hen werden.

Hauptanwendungsgebiet der vorliegenden Vorrichtung ist die Solarenergietechnik. Darüber hinaus ist sie auch für optische Anlagen zur Bildprojektion, bspw. für Werbezwecke oder zur Tageslicht-Leitung und Tageslicht- Lenkung in Gebäuden einsetzbar.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist gegenüber dem Stand der Technik zusammenfassend folgende Vorteile auf:

Bei Solarturmanlagen hängt heute die Variabilität der Strahlungsflussverteilung auf der Absorberfläche von der Größe des Strahlungsbildes eines einzelnen Heliostaten auf der Absorberfläche ab. Je kleiner das Bild ist, umso besser können gewünschte meist möglichst homogene Strahlungsflussverteilungen unter extremen Einstrahlungsbedingungen erzielt werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung erfüllt die Bedin¬ gung eines kleinen Strahlungsbildes im besonderen Maße durch die sehr kleinen und flachen Einzelspie¬ gel .

Durch eine ebenerdige bzw. nur leicht geneigte aber feste Montage der Refektoreinheiten verlieren die Windlasten ihren wesentlichen Einfluss auf die Di- mensionierung der Refektoreinheit, wodurch die Re- fektoreinheiten auch bei höheren Windgeschwindigkei¬ ten zum Einsatz kommen können und die Effizienz von Solaranlagen erheblich gesteigert wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht eine Re¬ duktion des Gewichts und damit des Materialaufwands auf wenige kg/qm Spiegeloberfläche und bietet da¬ durch ein hohes Kostenreduktionspotential,

Bei einem Stromausfall fahren die einzelnen reflek¬ tierenden Oberflächen bspw. in eine horizontale Aus¬ richtung zurück und defokussieren die Abbildung (Strahlung auf der Absorberfläche) . Hierdurch ver¬ ringern sich die Anlagenkosten bspw. eines Solar- thermischen Kraftwerks, da auf eine schnelle Not- stromversorgung für die Reflektoreinheiten verzich¬ tet werden kann. Die schnelle NotStromversorgung ist bei den heutigen Heliostaten erforderlich, da diese bei Stromausfall in ihrer Position verharren, was zur Zerstörung des dann ungekühlten Absorbers führen kann. Zusätzlich werden bauliche Maßnahmen ergrif¬ fen, um den Absorber zu kühlen.

Durch die erzielbare flache Bauweise wird eine In¬ tegration des Konzentrators als Fassadenelement oder Dachelement ermöglicht. Hierdurch ergeben sich völ¬ lig neue Anwendungen z.B. bei der Tageslichtnutzung über Light-Pipes.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist bereits in kleinen Baugrößen von wenigen Quadratmetern in der Lage, hohe Konzentrationen von Licht (>l000kw/m) in variablen Brennpunkten zu erzeugen. Hierdurch wird es erstmalig möglich, kleine dezentrale Kraftwerks- einheiten (z.B. mit Sterling Motor) zu schaffen, die auf Schräg- und Flachdächern zur Kraftwärmekopplung eingesetzt werden können.

Wegen der nahezu horizontalen Anordnung der Reflek¬ toreinheiten und der beschriebenen Verkapselung las- sen sich diese einfach mit einem automatischen Rei¬ nigungsSystem reinigen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht wie schon ausgeführt eine nahezu beliebige Ausleuchtung einer Bildfläche. Hierdurch eignet sie sich beson¬ ders für die Kombination mit Solarzellen zur foto¬ elektrischen Stromerzeugung aus konzentrierter So¬ larstrahlung, da sie hinsichtlich der Strahlungs¬ dichte eine nahezu homogene Ausleuchtung der Solar- Zeilen garantiert. Lässt sich der Energieeintrag pro Zelle oder einer Anzahl von Zellen erfassen, z.B. durch Widerstandsmessung, dann kann die Strahlungs- flussverteilung auf die Zellen über die Ansteuerung der einzelnen Reflektoreinheiten gemäß einer optima- len energetischen Nutzung der Strahlung gesteuert werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich auch zur Erzeugung einer linienförmigen Abbildung der einfallenden Strahlung, wie dies in Parabolrinnen- konzentratoren der Fall ist. Mit der erfindungsgemä¬ ßen Vorrichtung kann die Strahlung zu jeder Zeit so gelenkt werden, dass alle Strahlung ausschließlich auf das Absorberrohr fällt und die Faltenbalgverbin- dungen von der Bestrahlung ausgenommen werden. Der heutige Verlust durch die Bestrahlung der Faltenbäl¬ ge entspricht etwa 5% der konzentrierten Strahlung eines Parabolrinnenkraftwerks.

Da heute bekannte Parabolrinnenkonzentratoren nur in einer Achse gemäß dem momentanen Sonnenstand ge- neigt/gedreht werden, geht an den Enden des Parabo- rinnenkonzentrators durch den nicht senkrechten Ein¬ fall der Strahlung in der axialen Richtung des Para- bolrinnenkonzentrators immer ein Teil der Strahlung verloren. Auch dies lässt sich durch die erfindungs- gemäße Vorrichtung durch Steuerung der einzelnen re¬ flektierenden Oberflächen vermeiden.

Auf Grund der planar ausgerichteten Bauweise und der kleinen Spiegelflächen ergibt sich eine Gewichtsre¬ duzierung, wodurch sich völlig neue Anwendungsgebie¬ te erschließen. Die Nutzung im häuslichen Bereich zur dezentralen Energie- und Wärmeversorgung wird möglich, da die Reflektoreinheiten platzsparend und ohne die Notwendigkeit einer massiven Unterkonstruk¬ tion auf Dachflächen montiert werden können.

Durch die Fähigkeit, das reflektierte Licht besser konzentrieren und leiten zu können, wird eine Effi¬ zienzsteigerung erreicht. Dadurch kann Spiegelfläche eingespart werden bzw. mit der gleichen Spiegelflä¬ che eine höhere Lichtausbeute erzielt werden.

Die Reflektoreinheiten können durch die erheblich reduzierten Windlasten auch bei höheren Windge¬ schwindigkeiten betrieben werden, wodurch sich Mög- lichkeiten des Einsatzes an der Küste oder im Offs- hore-Bereich ergeben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des durch die Ansprüche vorgegebenen Schutzbereichs an¬ hand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Dabei zeigt

Fig. Ia arrayförmige Anordnung von Reflektoreinheiten mit quadratischen reflektierenden Oberflä¬ chen, Fig. Ib,c Querschnitte durch das Array der Figur Ia entlang der Schnittlinien A-A (Figur Ib) und B-B (Figur Ic) ,

Fig. 2 schematische Darstellung des Strahlengangs bei der Konzentration von einfallendem paral¬ lelem Licht nach Reflexion an den reflektie¬ renden Oberflächen der Reflektoreinheiten,

Fig. 3 schematische Querschnittsdarstellung eines Parabolrinnenkonzentrators mit Strahlengang (Stand der Technik) ,

Fig. 4 schematische Darstellung bekannter Heliosta¬ ten (Stand der Technik) , und

Fig. 5 schematische Darstellung eines solarthermi¬ schen Kraftwerks mit angeordneten Heliostaten und einer erhoben angebrachten Absorberfläche (Stand der Technik) .

Wege zur Ausführung der Erfindung

In Figur Ia ist eine erfindungsgemäße arrayförmige Anordnung von Reflektoreinheiten 1 mit einzelnen quad¬ ratischen, reflektierenden Oberflächen 2 schematisch dargestellt. Die reflektierenden Oberflächen 2 der ein- zelnen Reflektoreinheiten 1 sind um zwei unabhängige Bewegungsachsen 3 bewegbar. In den Figuren Ib und Ic sind die Stellungen der einzelnen reflektierenden Oberflächen 2 entlang der Schnittlinien A-A und B-B durch das Array der Reflek- toreinheiten 1 für den Fall einer nahezu punktförmigen Konzentration des einfallenden parallelen Lichts darge¬ stellt. Die Reflektoreinheiten 1 sind auf einer Boden¬ platte 4 montiert. Das Array der Reflektoreinheiten 1 ist von einer seitlichen Umrandung 5 und einer transpa¬ renten Abdeckplatte 6 umfasst, die miteinander und mit der Bodenplatte 4 fest verfügt sind. Die Figur 2 zeigt schematisch den gemäß der Abbildungen Ib und Ic auftre¬ tenden Strahlengang.

Die Reflektoreinheiten können bei weiteren, nicht dargestellten Anwendungen der erfindungsgemäßen Vor¬ richtung durch eine entsprechend ausgebildete Steuer¬ einheit einzeln oder in Gruppen so angesteuert werden, das aus beliebigen Strahlungsquellen wie Punktstrahlern (Glühbirne) Röhrenstrahlern (Leuchtstoffröhre) oder pa¬ rallelem Licht (Sonne) Abbildungen mit nahezu beliebi¬ ger Geometrie (punktförmig, rechteckig, linienförmig, unterbrochene Linien etc.) erzeugt wird.

Die Figuren 3 bis 5 stellen Vorrichtungen des Standes der Technik dar und wurden bereits in der Be¬ schreibungseinleitung näher erläutert. Bezugszeichenliste

I Array von Reflektoreinheiten 2 Reflektierende Oberfläche 3 Unabhängige Bewegungsachsen 4 Bodenplatte 5 Seitliche Umrandung / Einfassung 6 Abdeckplatte 7 Einfallendes (paralleles) Licht 8 Absorberrohr 9 Glashüllrohr 10 Array von Heliostaten II Fokalpunkt