Messtechnologie zur präzisen Sonnennachführung

Messtechnologie zur präzisen Sonnennachführung
Messtechnik für Sonnennachführsysteme mit MagLine und Inklinometer
19.02.2016 | Die Energiegewinnung mittels Solarthermie ist eine altbekannte Technik. Bereits im frühen 19. Jahrhundert wurden erste Experimente zur Nutzung der Sonnenenergie durchgeführt. Heute ist die Erzeugung von Strom und Wärme aus Sonnenkraft nicht mehr aus dem Mix der regenerativen Energiequellen wegzudenken.

Die Sonnenkraft gilt als die vielversprechendste Art der Energiegewinnung, die den Bedarf der Erde um ein Vielfaches decken kann.
 
Weltweit sind inzwischen über 150 Solarthermie-Anlagen in Betrieb, im Bau oder in fortgeschrittener Planung. Wenn sämtliche Anlagen wie geplant realisiert werden, entspricht dies einer Gesamtkapazität von 14,5 Gigawatt. Die größten Ausbaupotenziale weisen momentan Spanien sowie die U.S.A. auf.
 
Die SIKO fertigt seit Jahrzehnten innovative Längen- und Winkelmesssysteme für verschiedenste Anwendungsgebiete. In den Sonnenwärmekraftwerken werden Messsysteme eingesetzt, die zur Produktgruppe MagLine gehören. Die dazugehörigen Sensoren arbeiten nach einem magnetischen Messprinzip, absolut und berührungslos.
 
Magnetisch statt mechanisch
Magnetische Messgeräte ersetzen zunehmend konventionelle Systeme und werden zur Erfassung linearer und radialer Positionen, Winkelwerte und Drehzahlen eingesetzt. Das Kernstück eines solchen Messsystems bildet ein fest an der jeweiligen Maschine montiertes Magnetband. Dieses Magnetband ist mit einem Code versehen, welches bei der Messung von einem Magnetsensor völlig berührungslos abgetastet wird und so die jeweilige Position ermittelt. Die integrierte Elektronik errechnet daraufhin die Weg- oder Winkelinformation und stellt sie wahlweise als Absolutwert oder als Inkrementalsignale zur Verfügung. „Durch den berührungslosen Ablauf der Messung treten keinerlei Verschleißerscheinungen an unseren Geräten auf“, fasst Kerstin Graw, Produktmanagerin MagLine der SIKO, zusammen. Dies spart Wartungs- und Erstattungskosten und macht die Messsysteme wirtschaftlich besonders rentabel.
 
Einfache Montage
Das Magnetband der MagLine-Produkte lässt sich absolut individuell auf den spezifischen Kundenwunsch konfigurieren. Die Installation erfolgt schnell und einfach durch Kleben, Klemmen oder Verschrauben. Ein Leseabstand von bis zu 2 mm vereinfacht dabei die Montage wesentlich. Zur Montageüberwachung sowie der Installation ist es außerdem möglich, Sensoren mit Diagnose-LEDs anzubringen. Die blinkenden LEDs warnen vor einem zu hohen Band-Sensorabstand.

Zwei unterschiedliche Systemtypen
Die magnetischen Messsysteme der MagLine-Produktgruppe werden in zwei Kategorien unterteilt: inkremental oder absolut. Das inkrementale System erfordert einen absoluten Referenzpunkt. Die Spiegel müssen also zunächst bis zum Anschlag bewegt und referenziert werden. Beim absoluten System hingegen ist der aktuelle Positionswert an jeder Stelle im kodierten Magnetband „absolut“ hinterlegt und steht dadurch sofort nach dem Einschalten des Systems wieder zur Verfügung.
 
Die Sonnenstrahlen einfangen
Im solarthermischen Kraftwerk messen die MagLine-Sensoren den Winkel der Reflektoren und geben so der nachgeschalteten Regelung die benötigte Positionsrückmeldung, also den Ist-Wert. Im Regler sind die benötigten Winkel (= Sollwert) in Abhängigkeit zur Tageszeit und folglich auch des Sonnenstands hinterlegt. Die Kollektoren können jede beliebige Position annehmen und somit ideal der Sonnenbewegung folgen.
Das Ergebnis der Messung ist in Echtzeit verfügbar und erfolgt sehr präzise auf bis zu 10 µm. Die SIKO-Sensoren zeichnen sich durch eine hohe System- und Wiederholgenauigkeit aus. Dadurch können die Spiegel schnell und dynamisch nach dem Sonnenstand ausgerichtet werden und so viel Sonnenwärme wie möglich einfangen. Die Direktstrahlung der Sonne wird dann von den Kollektoren auf sogenannte Absorber reflektiert, dort gebündelt und aufgenommen.

SIKO-Messsysteme bei Parabolrinnenkraftwerken in der Praxis
Die SIKO-Messsysteme sind generell für Solartürme und Parabolrinnenkraftwerke geeignet. „Insbesondere in der weit verbreiteten Parabolrinnentechnik, rund 94 Prozent der weltweit installierten Anlagen arbeiten nach diesem Prinzip, sind unsere Geräte bereits in mehreren Kraftwerken erfolgreich und seit vielen Jahren im Einsatz. Sie sorgen für eine optimale Ausrichtung der Sonnenkollektoren“, berichtet Kerstin Graw. In den Kraftwerken Extresol und Termosol, in der spanischen Region Extremadura gelegen, sowie in Manchasol (Region Kastilien) wurden rund 4.500 MSK5000-Sensoren verwendet. Der MSK5000 ist ein berührungslos messender Lesekopf mit integrierter Auswerteelektronik und digitalem Signalausgang. Er wird zusammen mit dem Magnetband MB500 verwendet. Kerstin Graw erklärt: „Die Magnetbänder sind durch Klebemontage sehr einfach zu installieren und werden mit einem Trägerband aus Stahl fest verbunden.“

Der Inklinometer IK360 – eine weitere SIKO-Lösung
Mit dem neuen Neigungssensor IK360 setzt SIKO insbesondere bei den weit verbreiteten Parabolrinnenkraftwerken weitere Akzente. Er arbeitet mit der Absolutmesstechnik, wobei die natürlich vorkommende Gravitationskraft genutzt wird. Weiterhin überzeugen die hohe Systemgenauigkeit von 0,1° sowie die Auflösung von 0,01°. Kerstin Graw: „Die bedeutendsten Vorteile des neuen SIKO-Inklinometers sind die extrem hohe Schutzart IP69k und die einfache Drei-Punkt-Montage ohne Justierung auf weitere Systemkomponenten.“

Einsatz unter schwierigen Bedingungen
Aufgrund des Bedarfs nach vielen Sonnentagen sind Solarthermikanlagen vor allem in warmen Regionen, wie in Spanien oder auch Australien und in der Wüste Kaliforniens, zu finden. Die Messgeräte der SIKO sind für die schwierigen klimatischen Bedingungen bestens ausgestattet: Hohe Temperaturen bis zu 70° C (optional auch bis zu 125°C) stellen kein Problem dar. Außerdem sind die Messsysteme durch ihre kompakte Bauart extrem robust gegen Stöße oder Vibrationen sowie unempfindlich gegenüber Staub und Sand: ein weiteres wichtiges Kriterium für den Einsatz im Wüstengebiet. Neben der kompakten Bauweise, die das Gerät überaus platzsparend macht, trägt auch die einfache Handhabung dazu bei, dass SIKO-Messsysteme als optimale Lösung für schwierige Einsatzbedingungen bekannt sind. „Wir bringen unsere Geräte fortlaufend auf den neuesten Stand der (Mess-)Technik und suchen immer wieder spannende Einsatzgebiete, wie in diesem Fall die Solarbranche“.

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