Kristina Blume (DLR), Tim Schlichting (DLR), Ansgar Macke ...

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Kontakt: Institut für Solarforschung | Abteilung Qualifizierung | Jülich | Kristina Blume Telefon: 02203/601 4405 | E-Mail: [email protected] Institut für Solarforschung Mehrkamera-Photogrammetrie: Räumlich hochaufgelöste Einblicke in die Dynamik eines Heliostaten unter Windeinfluss Kristina Blume (DLR), Tim Schlichting (DLR), Ansgar Macke (CSP Services), Marc Röger (DLR) Heliostatverhalten unter Windeinfluss Heliostaten werden, wie andere Struk- turen auch, unter Windeinfluss zu Schwin- gungen angeregt, die zum Teil mit Verformungen einhergehen. Einblicke in dieses dynamische Verhalten liefert die grafische Aufbereitung der MK-PG- Messergebnisse: Grafische Darstellung des dyn. Verhaltens des Stellio-Heliostats (Überlagerung dreier Zeitschritte) Wie in Holmes [2] allgemein für Strukturen beschrieben, wird auch für einen Heliostat erwartet, dass sein Gesamtverhalten eine Überlagerung von zwei Schwingungen ist. Mit einer MK-PG-Messung kann jenes Verhalten für den Stellio-Heliostat veranschaulicht werden: Zeitl. Verlauf der z-Koord. (in Richtung optischer Achse) eines Messpunktes am Konzentratorrand Heliostat-Testplattform Das DLR Institut für Solartechnik bietet am Standort Jülich mit der Heliostat-Testplatt- form die Möglichkeit zur Untersuchung von Heliostaten, u.a. hinsichtlich [1]: der Form- und Strukturgenauigkeit Einflüsse externer Lasten Um die Auswirkungen speziell von Wind- lasten auf die optische Qualität und die Tracking-Genauigkeit zu untersuchen, wurde im BMWi geförderten Projekt HELIKONTURplus (0324053) ein Mehrka- mera-Photogrammetriesystem (kurz MK- PG-System) beschafft und erstmalig am Stellio-Heliostat (sbp sonne) eingesetzt. Mehrkamera-Photogrammetrie Eine Messung mittels des MK-PG-Systems beruht auf folgenden Schritten: 1. Fotografieren des Heliostats aus unter- schiedlichen Perspektiven mittels vier synchronisierter Kameras (max. 50 Hz). 2. Rekonstruktion der Geometrie aus den Aufnahmen an festgelegten diskreten Messpunkten zu jedem Zeitschritt. Das Messergebnis ist eine Punktwolke pro Zeitschritt mit dreidimensionalen Koordinaten jedes Messpunktes. Ultraschallanemometer Simultan zur MK-PG-Messung wird das Windfeld in unmittelbarer Nähe zum Heliostat mittels vier Ultraschallanemo- metern erfasst (2 x 2D und 2 x 3D). Stellio-Messung - Randbedingungen Die folgenden zwei Anteile tragen zum Gesamtverhalten bei: 1. Quasi-statisches Verhalten: Ein Tau- meln, das mit langsamen Windge- schwindigkeitsänderungen (im Bereich von Sekunden) korreliert. 2. Resonanzverhalten: Eine Zusammen- setzung von Eigenformen, die durch Anregung der Eigenfrequenzen hervorgerufen wird. Die Anregung der Eigenformen und eine räumlich unterschiedliche Verteilung von Windkräften führen zu Verformungen des Konzentrators und verringern seine opti- sche Qualität. Daneben führt die schwingungsbedingte Veränderung der Konzentratorausrichtung zu einem erhöhten Tracking-Fehler. Windinduzierter Tracking-Fehler Aus der windinduzierten Verdrehung des Konzentrators um seine drei Raumachsen lässt sich der windinduzierte Tracking- Fehler ableiten, der gerade einer Verdrehung um die x- und y-Achse entspricht. Die Konzentratorverdrehung lässt sich aus MK-PG-Messungen wie folgt ermitteln: 1. Die Punktwolken jedes Zeitschrittes werden auf eine Referenzpunktwolke transformiert. 2. Aus den Rotationsmatrizen werden die Drehwinkel ermittelt. Zeitl. Verlauf der Konzentratorverdrehung (Tra- cking-Fehler entspricht Verdr. um x- und y-Achse) Referenzen [1] Effertz, T. et al.: Aufbau einer Testplattform am Standort Jülich für die Qualifizierung von Heliostaten, 2016 [2] Holmes, J. D.: Wind Loading of Structures, CRC Press, 2015 Heliostat-Testplattform in Jülich und Aufbau des Mehrkamera-Photogrammetriesystems sowie Aufstellung zweier Windmessmasten mit insgesamt vier Ultraschallanemometern Elevation 45 ° Mittl. Anströmwinkel 4 ° Mittl. Windgeschwindigkeit 5,6 m/s Änderung der Windgeschw. +/- 2 m/s Δt = +5 s Δt = +1,6 s
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    18-Nov-2021
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Telefon: 02203/601 4405 | E-Mail: [email protected]
Institut für Solarforschung
Mehrkamera-Photogrammetrie: Räumlich hochaufgelöste Einblicke in die Dynamik eines Heliostaten unter Windeinfluss
Kristina Blume (DLR), Tim Schlichting (DLR), Ansgar Macke (CSP Services), Marc Röger (DLR)
Heliostatverhalten unter Windeinfluss
turen auch, unter Windeinfluss zu Schwin-
gungen angeregt, die zum Teil mit
Verformungen einhergehen. Einblicke in
grafische Aufbereitung der MK-PG-
Stellio-Heliostats (Überlagerung dreier Zeitschritte)
beschrieben, wird auch für einen Heliostat
erwartet, dass sein Gesamtverhalten eine
Überlagerung von zwei Schwingungen ist.
Mit einer MK-PG-Messung kann jenes
Verhalten für den Stellio-Heliostat
Achse) eines Messpunktes am Konzentratorrand
Heliostat-Testplattform
Standort Jülich mit der Heliostat-Testplatt-
form die Möglichkeit zur Untersuchung
von Heliostaten, u.a. hinsichtlich [1]:
• der Form- und Strukturgenauigkeit
lasten auf die optische Qualität und die
Tracking-Genauigkeit zu untersuchen,
HELIKONTURplus (0324053) ein Mehrka-
Stellio-Heliostat (sbp sonne) eingesetzt.
beruht auf folgenden Schritten:
schiedlichen Perspektiven mittels vier
2. Rekonstruktion der Geometrie aus den
Aufnahmen an festgelegten diskreten
Messpunkten zu jedem Zeitschritt.
Zeitschritt mit dreidimensionalen
Koordinaten jedes Messpunktes.
Heliostat mittels vier Ultraschallanemo-
Stellio-Messung - Randbedingungen
Gesamtverhalten bei:
schwindigkeitsänderungen (im Bereich
von Sekunden) korreliert.
Anregung der Eigenfrequenzen
räumlich unterschiedliche Verteilung von
sche Qualität.
Verdrehung um die x- und y-Achse
entspricht. Die Konzentratorverdrehung
ermitteln:
werden auf eine Referenzpunktwolke
Drehwinkel ermittelt.
cking-Fehler entspricht Verdr. um x- und y-Achse)
Referenzen
Testplattform am Standort Jülich für die
Qualifizierung von Heliostaten, 2016
Structures, CRC Press, 2015
Elevation 45 °
Δt = +5 s
Δt = +1,6 s