Typ

Praktikum (Master), Maximale Teilnehmerzahl: 3

Problem

Bei einem Solarturmkraftwerk bündeln mehrere Hundert planare Spiegel das Sonnenlicht auf einen Turm, auf dem ein Absorber angebracht ist. Der Absorber gibt die Wärme an ein Medium (z.B. Wasser) ab, um durch eine Turbine elektrische Energie zu gewinnen. Je nach Anordnung der Spiegel blockieren und verschatten diese sich gegenseitig, was Auswirkungen auf den Wirkungsgrad (und damit die Kosten) des Solarturmkraftwerks hat. Ziel ist es, eine optimale Anordnung der Spiegel zu finden, so dass die kostbare Sonnenstrahlung so effizient wie möglich genutzt werden kann. Dazu muss zunächst ein Modell erstellt werden, welches die Sonnenstrahlung und deren Reflexion an den Spiegeln abbildet.

Aufgabe

In diesem Projekt sollen die Studierenden in einer Dreiergruppe die optische Modellierung eines Solarturmkraftwerks erarbeiten und programmieren. Die Studierenden sollen dabei eigenständig einen Strahlverfolgungsalgorithmus entwerfen, der in Abhängigkeit vom Sonnenstand die eingehende Strahlung am Absorber bestimmt, unter Berücksichtigung der Verschattung und Blockierung der Spiegel untereinander. Da dieser Algorithmus später zur Optimierung genutzt werden soll, muss diese Methode durch Nutzung geeigneter Datenstrukturen (wie beispielsweise k-d Bäume zur Suche der nächsten Spiegelnachbarn) so effizient wie möglich gestaltet werden. Die Programmierung soll in C++ erfolgen. Das Modell wird von Grund auf eigenständig erstellt, das keiner Benutzung externer Software bedarf. Die Strahlverfolgung kann, muss aber nicht, visualisiert werden (mit z.B. OpenGl für C++).

Zum Ende des Projektes soll die erarbeitete Modellierung in einer kurzen Ausarbeitung auf zwei bis vier Seiten zusammengefasst und durch einen 30 minütigen in Englisch oder Deutsch gehaltenen Vortrag vorgestellt werden.

Mögliche Erweiterung des Projekts

Das Problem kann auf einen Hang erweitert werden, so dass also die Spiegel nicht nur in der x-y Ebene, sondern durch Hinzunahme der dritten Dimension auch in der Höhe angeordnet sein können. Bisherige Aufstellungsalgorithmen betrachten nur die Anordnung in der Ebene.

Voraussetzungen

Die Studierenden sollen in C++ programmieren können und sich mit Datenstrukturen (wie beispielsweise k-d Bäumen) auskennen.

Betreuung

Das Projekt wird betreut durch Prof. Dr. E. Abraham sowie durch Pascal Richter vom Lehrstuhl CCES Mathematik bei Prof. Dr. M. Frank. Bei Fragen zu dem Projekt bitte Pascal Richter kontaktieren.