Model heliostatu je uvedena v této práci. Astigmatismus, který snižuje účinnost heliostatu prostřednictvím rozšíření ohniska na cíle v závislosti na úhlu dopadu slunečního světla na heliostat, vede k negativním vlivem pro vysokoteplotní aplikace. Za účelem boje proti astigmatismu, tvar heliostatu se musí měnit v závislosti na úhlu dopadajícího slunečního záření. Matematický model změny tohoto tvaru je vytvořen, aby zabránit energetickým ztrátám prostřednictvím koncentrace slunečných paprsků v ohniskové skvrně bez ohledu na úhel dopadu. Metoda sledováni 'Cílové zarovnání' se vztahuje na tento typ heliostat. S využitím metody konečných prvků (FEM), strukturální mechanický model zařízení je navržena tak, aby bylo možné porovnání s požadavky na ideální tvar popsaných matematickým modelem. Pro stanovení kvality prototypu zařízení, který byl dimenzován pomoci modelu FEM, provádí se měření prototypu pomoci deflektometrie. Druhá metoda, která se používá při validaci heliostatu je fotogrammetrie.
Anotace v angličtině
A model of a heliostat device is presented in this work. An astigmatism problem, which impacts on efficiency through enlargement of the focal spot at the target in dependence of the incident angle of the sunlight of the heliostat, leads to detrimental effect for high temperature applications. In order to combat astigmatism the shape of the heliostat has to change in dependence to the incident angle of the solar radiation on the heliostat, a mathematical model of this shape changing heliostat's reflecting surface is created to avoid such losses and concentrate solar rays in a dense focal spot irrespective of incident angle. A 'target-aligned' tracking method is applicable to this type of heliostat. With use of finite element method (FEM) a structural mechanics model of the heliostat is designed to compare with the ideal shape requirements described by the mathematical model. For determining of quality of heliostat a prototype, which has been dimensioned implementing the FEM model, deflectometry measurements are performed on a constructed prototype. The second technique that is used in heliostat validation is photogrammetry.
Klíčová slova
Heliostat, Astigmatismus, Metoda sledování 'Cílové zarovnání', Metoda konečných prvků, Fotogrammetrie, Deflektometrie.
Model heliostatu je uvedena v této práci. Astigmatismus, který snižuje účinnost heliostatu prostřednictvím rozšíření ohniska na cíle v závislosti na úhlu dopadu slunečního světla na heliostat, vede k negativním vlivem pro vysokoteplotní aplikace. Za účelem boje proti astigmatismu, tvar heliostatu se musí měnit v závislosti na úhlu dopadajícího slunečního záření. Matematický model změny tohoto tvaru je vytvořen, aby zabránit energetickým ztrátám prostřednictvím koncentrace slunečných paprsků v ohniskové skvrně bez ohledu na úhel dopadu. Metoda sledováni 'Cílové zarovnání' se vztahuje na tento typ heliostat. S využitím metody konečných prvků (FEM), strukturální mechanický model zařízení je navržena tak, aby bylo možné porovnání s požadavky na ideální tvar popsaných matematickým modelem. Pro stanovení kvality prototypu zařízení, který byl dimenzován pomoci modelu FEM, provádí se měření prototypu pomoci deflektometrie. Druhá metoda, která se používá při validaci heliostatu je fotogrammetrie.
Anotace v angličtině
A model of a heliostat device is presented in this work. An astigmatism problem, which impacts on efficiency through enlargement of the focal spot at the target in dependence of the incident angle of the sunlight of the heliostat, leads to detrimental effect for high temperature applications. In order to combat astigmatism the shape of the heliostat has to change in dependence to the incident angle of the solar radiation on the heliostat, a mathematical model of this shape changing heliostat's reflecting surface is created to avoid such losses and concentrate solar rays in a dense focal spot irrespective of incident angle. A 'target-aligned' tracking method is applicable to this type of heliostat. With use of finite element method (FEM) a structural mechanics model of the heliostat is designed to compare with the ideal shape requirements described by the mathematical model. For determining of quality of heliostat a prototype, which has been dimensioned implementing the FEM model, deflectometry measurements are performed on a constructed prototype. The second technique that is used in heliostat validation is photogrammetry.
Klíčová slova
Heliostat, Astigmatismus, Metoda sledování 'Cílové zarovnání', Metoda konečných prvků, Fotogrammetrie, Deflektometrie.
Goal:
In a novel heliostat development project at Fraunhofer ISE a reflector material sheet is required which can withstand continuous elastic deformation in 2 dimensions to various extents. This improved heliostat device will lead to a focal spot of higher concentration (lower diameter) independent of the direction on solar incidence. Within the project several heliostat prototypes will be constructed in laboratory scale.
Assignment:
Familiarization with basic principles of the heliostat.
Implementation of mathematical model of reflective surface of the heliostat for astigmatism effect elimination.
FEM modeling of elastic deformation of heliostat‘s mirror plate.
Installation of heliostat prototype on basis of results obtained from FEM model optimization.
Development of photogrammetry principle for evaluation of deformed shape of reflective surface of the heliostat prototype.
Performing the validation of shape deformation of the prototype with use of deflectometry technique and implemented photogrammetry algorithm.
Data management and comparison of measured and FEM simulated results with theoretical approximation.
Documentation of performed analysis.
Zásady pro vypracování
Goal:
In a novel heliostat development project at Fraunhofer ISE a reflector material sheet is required which can withstand continuous elastic deformation in 2 dimensions to various extents. This improved heliostat device will lead to a focal spot of higher concentration (lower diameter) independent of the direction on solar incidence. Within the project several heliostat prototypes will be constructed in laboratory scale.
Assignment:
Familiarization with basic principles of the heliostat.
Implementation of mathematical model of reflective surface of the heliostat for astigmatism effect elimination.
FEM modeling of elastic deformation of heliostat‘s mirror plate.
Installation of heliostat prototype on basis of results obtained from FEM model optimization.
Development of photogrammetry principle for evaluation of deformed shape of reflective surface of the heliostat prototype.
Performing the validation of shape deformation of the prototype with use of deflectometry technique and implemented photogrammetry algorithm.
Data management and comparison of measured and FEM simulated results with theoretical approximation.
Documentation of performed analysis.
Seznam doporučené literatury
\renewcommand{\labelenumi}{[\arabic{enumi}]}
K.-K. Chong and M. H. Tan, "Comparison Study of Two Different Sun-Tracking Methods in Optical Efficiency of Heliostat Field," International Journal of Photoenergy, no. Panagiotis Lianos, 2012.
A. Heimsath, P. Werner, T. Bothe and W. Li, "Characterisation of optical components for linear fresnel collectors by fringe reflection method". 14th Biennal SolarPACES Symposium, 2008.
T. Luhmann, S. Robson, S. Kyle and I. Harley, in Close Range Photogrammetry, Dunbeath, Whittles Publishing, 2006.
J. Duffie, W.A. Beckman, "Solar Engineering of Thermal Processes". Wiley Publishing, 2013, ISBN: 978-0-470-87366-3.
Seznam doporučené literatury
\renewcommand{\labelenumi}{[\arabic{enumi}]}
K.-K. Chong and M. H. Tan, "Comparison Study of Two Different Sun-Tracking Methods in Optical Efficiency of Heliostat Field," International Journal of Photoenergy, no. Panagiotis Lianos, 2012.
A. Heimsath, P. Werner, T. Bothe and W. Li, "Characterisation of optical components for linear fresnel collectors by fringe reflection method". 14th Biennal SolarPACES Symposium, 2008.
T. Luhmann, S. Robson, S. Kyle and I. Harley, in Close Range Photogrammetry, Dunbeath, Whittles Publishing, 2006.
J. Duffie, W.A. Beckman, "Solar Engineering of Thermal Processes". Wiley Publishing, 2013, ISBN: 978-0-470-87366-3.
Přílohy volně vložené
2 CD
Přílohy vázané v práci
ilustrace, grafy, tabulky
Převzato z knihovny
Ano
Plný text práce
Přílohy
Posudek(y) oponenta
Hodnocení vedoucího
Záznam průběhu obhajoby
Průběh obhajoby je zveřejněn pouze přihlášenému uživateli.