Bachelor/Masterarbeit: Messung der Leistung konzentrierter

Bachelor/Masterarbeit: Messung der Leistung konzentrierter
Solarstrahlung in einem Sonnenofen (Measurement of the power of
concentrated solar light in a solar furnace)
In konzentrierenden solarthermischen Turmkraftwerken wird konzentriertes Sonnenlicht von einem
thermischen Receiver an einer Turmspitze absorbiert, in welchem eine Flüssigkeit
(Wärmeträgerfluid) auf möglichst hohe Temperaturen erwärmt und dann in einem Tank gespeichert
wird, der thermisch isoliert ist. Diese thermische Energie wird zur Stromerzeugung an einen
Dampfkraftprozess übertragen. Solarthermische Kraftwerke können so auch in Phasen ohne
Sonnenschein Strom erzeugen.
Die Effizienz solcher Kraftwerke
kann durch den Einsatz bestimmter
flüssiger
Metalle
als
Wärmeträgerfluide
gesteigert
werden, da diese bei höheren
Temperaturen und bei stärker
konzentriertem
Sonnenlicht
eingesetzt werden können, als
konventionelle
Wärmeträgermedien.
Am Karlsruher Flüssigmetallabor
KALLA (Campus Nord) wird
gegenwärtig die Eignung von einer 1Solarofen mit Heliostat und konzentrierendem Parabolspiegel, in dessen
Brennpunkt der thermische Receiver platziert ist. (Solar furnace with heliostat
eutektischen Mischung aus Blei- mirror and parabolic concentrating mirror. In its focal point the thermal
Bismut erprobt. Hierzu wird in der receiver will be located.)
SOMMER-Anlage
mit
großen
Spiegeln das Sonnenlicht auf eine Leistungsdichte von 1 MW/m² konzentriert und von einem
Receiver im Technikumsmaßstab (100cm², 10kWth) bei über 600°C absorbiert.
Für den sicheren Betrieb und die Bestimmung des
Wirkungsgrades des Receivers ist es erforderlich, die
Leistung der einfallenden Strahlung und ihre
Verteilung auf der Oberfläche der Rohre des
Receivers zu bestimmen. Zu diesem Zweck wurde in
zwei Vorgängerarbeiten bereits ein Messsystem
konzipiert und umgesetzt. Es nutzt einen
mechanisch bewegten „Heat Flux Microsensor“
(HFM) zur Messung der lokalen Intensität.
2 errechnete Flussdichte verteilung auf der ReceiverOberfläche. (Calculated flux distribution on the receiver
surface plane.)
Im Rahmen dieser Arbeit soll mithilfe dieses
Messsystems
die
Flussdichteverteilung
der
SOMMER-Anlage charakterisiert werden. Zuvor
muss die Mechanik optimiert und die Auswertungs-Routine erweitert werden: Mithilfe eines
geeigneten Integrations-Verfahrens muss aus den lokalen Werten, die durch den Sensor gemessen
werden, die einfallende Gesamtleistung ermittelt werden. Die daraus resultierende Unsicherheit
muss quantifiziert und in die Unsicherheitsanalyse des gesamten Systems einbezogen werden.
Anschließend erfolgt die Messung der Leistung zu verschiedenen Tageszeiten und unter
verschiedenen Konfigurationen der Spiegel der SOMMER-Anlage.
Die Ergebnisse sollen sorgfältig im Rahmen der schriftlichen Abschlussarbeit dokumentiert und in
einem Vortrag präsentiert werden.
(In concentrating solar thermal power plants, concentrated solar light is absorbed by a thermal
receiver at the tip of a tower. A heat transfer fluid is heated to high temperatures in the receiver
tubes and then stored in an insulated tank. The stored heat is transferred to a power block for
electricity generation. CSP plants can therefore generate electricity even during times without sun
shine.
The efficiency of such power plants can be increased by utilizing certain liquid metals as heat transfer
fluids. Compared to conventional heat transfer fluids, these metals allow operation at higher
temperatures and higher light concentration factors.
At the Karlsruhe liquid metal laboratory (KALLA) the suitability of a lead bismuth eutectic alloy is
investigated. In the so-called SOMMER plant large mirrors apply a flux density of 1 MW/m² onto the
model receiver surface (100cm², 10kWth) at around 600°C.
For safe operation of the thermal receiver and to determine its thermal efficiency, the power of the
solar light and its distribution on the receiver surface has to be measured. For this purpose, in two
preceding Master theses a measuring device has been designed and built. It utilizes a “Heat Flux
Micro Sensor” (HFM) for the local measurement of solar intensity.
In this work that system shall be used to characterize the flux distribution in the SOMMER plant.
First, the mechanics of the system must be optimized and the data processing must be extended.
From the locally measured intensities the total incoming solar power must be derived via a suitable
integration method. The uncertainty of this approach must be considered in the overall uncertainty
of the total device. Finally the flux in the SOMMER plant has to be determined at different times of
the day and different mirror configurations.
The results of this campaign are to be presented in a written report and an oral presentation.)

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