Automatisierte hochaufgelöste Vermessung der Spiegelfehler von Heliostaten Steffen Ulmer*, Marc Röger Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) e.V.,Institut für Technische Thermodynamik, Solarforschung, Plataforma Solar de Almería, Apartado 39, 04200 Tabernas, Spanien Zusammenfassung Optische Messsysteme für solare Turmkraftwerke können bei der Heliostat-Entwicklung, bei der Facetten- und Heliostat-Montage und für einen sicheren, effektiven Betrieb des Solarfelds eingesetzt werden. Das Projekt SAPHIR hat zum Ziel, ein solches Messsystem, basierend auf der Raster-Reflexionsmethode und ergänzt durch photogrammetrische Methoden, zu entwickeln. Durch die neuartige Messmethode und die weitgehende Automatisierung ermöglicht es eine wirtschaftliche, hochaufgelöste Vermessung der Spiegelfehler von Heliostaten und dient damit als Grundlage für kostengünstige Optimierungen, zur exakteren Modellierung zur Ertragsvorhersage und zur Endabnahme von Heliostatfeldern. Dies soll zu einer signifikanten Ertragssteigerung des Kraftwerks mit geringerem Ertragsrisiko und zu reduzierten Kosten für die Fertigungskontrolle beitragen. 1 Einführung und Ziele Für eine erfolgreiche Markteinführung von solaren Turmkraftwerken ist sowohl eine Unterstützung bei der Heliostat-Entwicklung, bei den Methoden zur Facetten- und Heliostat-Montage (Canting) sowie bei Strategien für einen effektiven und sicheren Betrieb des Heliostatenfeldes notwendig. Die dafür notwendigen Messmittel stehen in den geplanten Kraftwerksprojekten in Südspanien und Deutschland bisher nicht in der gewünschten Weise zur Verfügung. Das DLR entwickelt daher innerhalb des Projekts SAPHIR für die einzelnen Aspekte verschiedene, sich ergänzende optische Messverfahren. Mit Hilfe der Raster-Reflexionsmethode (RRM) können Spiegelfehler von Heliostaten in hoher Auflösung gemessen werden. Das dient zur Feststellung von systematischen Fehlern, erleichtert und optimiert die Facetten- Montage und -Justage und sichert die Qualität des Heliostatenfeldes bereits vor der Inbetriebnahme des Solarkraftwerkes. Die RRM wird voraussichtlich in der Lage sein innerhalb einer Nacht vollautomatisch mehrere hundert Heliostate hochaufgelöst und hochgenau zu vermessen. Weitere Fragestellungen sind u. a. die Konzentratorverformung unter Gravitation bei verschiedenen Elevationen, für deren Beantwortung photogrammetrische Methoden erarbeitet werden. Für hohe Betriebssicherheit und Effizienz aufgebauter Heliostatenfelder wird eine ergänzende Messmethode entwickelt, die die Heliostat-Nachführung automatisch überprüft. 2 Messung der Spiegelfehler Zur Qualifizierung und Optimierung von Heliostatfeldern und für das Canting der Facetten muss die Spiegelform großer Flächen hochaufgelöst und schnell vermessen werden. Dafür dient die sich in der Entwicklung befindliche Raster-Reflexionsmethode, die auf der Bilderkennung von im Heliostat reflektierten definierten Linienmustern und deren Verzerrungen basiert [1] . Den benutzten Messaufbau zeigt Bild 1, bestehend aus einem Projektor im Feld, der bei Nacht eine Serie von kodierten Streifenmustern auf eine Fläche am Turm projiziert und einer Kamera auf dem Turm, die Bilder von den gespiegelten Streifenmustern (Bild 2) aufnimmt. Heliostat Target Projektor Kamera Turm Bild 1: Skizze des Messaufbaus zur hochaufgelösten Spiegelvermessung mit der Raster-Reflexionsmethode Bild 2: Beispiel eines im Heliostat gespiegelten horizontalen Streifenmusters Bild 3: Messergebnis, dargestellt als Spiegelfehler in Elevationsrichtung in mrad * Korrespondenzautor: Telefon: +34 950387935; Fax: +34 950365313; e-mail: steffen.ulmer@dlr.de