Stellio - Ein neuartiger Heliostat und

Messverfahren für seine Qualifizierung

Gerhard Weinrebe (sbp), Thomas Keck (sbp), Finn von Reeken (sbp), Verena Göcke (sbp),

Marc Röger (DLR), Timo Effertz (DLR)

19. Kölner SonnenkolloquiumKöln, 06.07.2016

Übersicht

1. Stellio

2. Ausschreibungen für Turm-Solarkraftwerke

3. Heliostat-Abnahmeverfahren

4. Heliostat-Testplattform in Jülich

5. Ausblick

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© Thorsten Denk

1. Stellio

Heliostatentechnologie bedarf dringend der Innovation

Stellio-Konsortium

Stellio: Aufbau und erste Tests

47,5 m² / 48,5 m²

Höhere Struktursteifigkeit | Kürzere Lastpfade | Weniger Verformung

Steifere Struktur

Analyse des aktuell meistgebauten Heliostaten

Foundation11%

Metal Suport Structure

20%

Reflector Panels

8%

Drive and Controls

45%

Assembly and Transport on

Site16%

Cost Benchmark Heliostat

Herausforderung: Linearantriebe erlauben nur einen eingeschränkten Schwenkbereich

Lösung: “Slope drive” mit angestellter Hauptachse

Hauptachse

Sekundärachse

„slope“Winkel

Pylon

Primärantrieb

Sekundärantrieb

b

Horizontale

„‚Bumerang“

Nabe

Higher Tracking Accuracy

Kostengünstiger

Antrieb

Hohe Nachführ-

genauigkeit

durch Linear-

antriebe

Spielfrei durch

Vorspannung

Vorteil der “rundlichen” Form

Um Kollisionen zu vermeiden, muss ein Mindestabstand zwischen Heliostaten eingehalten werden.

Dieser ist durch rote Kreise markiert.

2. Ausschreibungen für Turm-Solarkraftwerke

Klare Definitionen sind erforderlich!

Windgeschwindigkeit

• Wie gemittelt: 3s-Böe, 1-min-Mittelwert, 10-min Mittel, …?

• In welcher Höhe gemessen?

Optische Qualität

• Standardabweichung oder RMS?

• Abweichung Oberflächennormale oder reflektierter Strahl?

• 1D oder 2D ?

• Wie gemessen: Deflektometrie oder Kamera/Target?

• Einfluss Windgeschwindigkeit?

Nachführgenauigkeit

• Standardabweichung oder RMS?

• Abweichung Oberflächennormale oder reflektierter Strahl?

• 1D oder 2D ?

• Mittelungszeitraum?

• Welche / wie viele Positionen (Sonne hoch oder tief…)?

• Einfluss Windgeschwindigkeit?

Energiebedarf

• Wie messen?

• Wie mitteln: Kleine Heliostatengruppe oder ganzes Feld?

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3. Heliostat-Abnahmeverfahren

Bestimmung der Nachführgenauigkeit

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Auswertung der Strahlungsflussdichteverteilung

auf einem “Target” und vgl. mit synthetischer

Verteilung

Zwei grundsätzliche Möglichkeiten zur Bestimmung der optischen Qualität

Ermittlung ohne Sonnenlicht mittels

Deflektometrie-Ergebnissen und „Ray-Tracing“

Grundsätzliche Herangehensweise: Bestimmung der optischen Qualität ohne Messungen

mit Sonnenlicht

1. Definition der Idealform (parabolisch / sphärisch / flach / … )

2. Messung der Konturabweichungen (slope deviations) in horizontaler und vertikaler

Richtung, z. B. durch Deflektometrie / Fotogrammmetrie / Laser Radar für einen

Elevationswinkel:

SDx und SDy (relativ zur Idealform)

RMS Werte

3. Messung der Formabweichung (shape) für verschiedene Konzentratororientierungen

z.B. mittels Fotogrammmetrie

4. [Formabweichung in Abhängigkeit von Temperatur und Wind ]

Mittels Raytracing werden alle anderen Parameter ermittelt (z. B. total , BQ, “90%-

Radius”, Flussdichteprofile”, …)

SolarPACES Guideline (Towards a Guideline for Heliostat Performance Testing - An UpdateRöger, Marc (2015) , SolarPACES Task III Meeting, 12. October 2015, Cape Town, South Africa.

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SolarPACES Guideline: Ermittlung der optischen Qualität durch Messverfahren ohne Sonnenlicht

Bestimmung der optischen Qualität ohne Sonnenlicht, Beispiel Heliostat CESA-1, PSA

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Realistische hochaufgelöste Simulation mit Deflektometrie möglich

SimulationFlussdichtemessung

B. BelhommeS. Ulmer

Ergebnisse der Deflektometrie für Stellio (CSP Services)

4. Heliostat-Testplattform in Jülich

Heliostat-Testplattform in Jülich

www.DLR.de • Chart 26

max.150 m2

max.25 m2

Neue Testeinrichtung ab 2016

Kurz- und Langzeittests,

Systemdemonstration

Messungen gemäß der

„Guideline for Heliostat

Performance

Testing, SolarPACES-Task-III“

Zusätzlich dynamische Deflektometrie

zur Messung der dynamischen

Verformungen unter Wind.

Weitere Informationen: Poster!

5. Ausblick

Heliostatfeldoptimierung 1/2

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Benchmark Heliostat Field Layout

nHel = 22 762

sbpray Heliostat Field Layout

nHel = 22 312

Conventional Radial Stagger Optimized Biomimetic Spiral

Efficiency increase 1.8 %

Heliostatfeldoptimierung 2/2 (Beispiel Blocking-Wirkungsgrad)

Benchmark Heliostat Field

Layout (neff = 61,46%)

sbpray Heliostat Field Layout

(neff = 62,59%)

Gemeinsames Projekt HelikonturPlus (beantragt): sbp sonne & DLR & CSP Services

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Vorserie für kommerzielles Projekt (5 Stellios nach Jülich)

• Systemdemonstration & Qualifizierung Stellio

• Optische Qualität

• Nachführgenauigkeit

• Kostenoptimierte Turmkonstruktionen

• Simulationswerkzeuge & Systemanalyse

Vielen

Dank!

www.Stellio.solar