AT406212B - Solarstromgenerator - Google Patents

Description

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   Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwandlung von Sonnenlicht in speicherbare elektrische Energie. Durch die Verwendung von einem Hohlspiegel und Sammellinsen soll eine Anordnung erzeugt werden, die den Strahlengang des Lichts zuerst bündelt und nach dessen Durchgang durch eine mit Quecksilberdampf gefüllte Hochdruckkammer über eine Zerstreuungslinse (aus Quarz, um auch das UV-Licht durchzulassen) aufgefächert in eine mit Quecksilberdampf und Neon   gefollte   und innen verspiegelte Niederdruckkammer leitet, um abschliessend auf eine   Zink-Natriumpiatte   zu fallen.

   Durch den Lichtdruck werden Elektronen aus der Zink-Natriumoberfläche   getost   und Ober einen in kleinem Abstand über der   Zlnk-Natnumfläche   angebrachten auf positivem Potential befindlichen Kupferstreifen aus der Niederdruckkammer abgeleitet, um eine Batterie aufzuladen. 



   Der Stand der Technik ist einerseits vorgegeben durch die Methode, Sonnenlicht durch bestimmte Anordnung von Spiegeln so zu konzentrieren, dass damit Wasser- oder Quecksilberdampf erzeugt werden kann, der   z. B.   eine Turbine antreibt (Sonnenofen), andererseits durch die Ausnutzung des Photoneneffekts in der Photovoltaik. Ausserdem werden im Wandlungsprozess bestimmte Eigenschaften von Quecksilberdampf-Hoch- und Niederdrucklampen über photonische Vorgänge genutzt.

   Diese Vorgänge scheinen dem U S Patent Nr.   4, 313, 425 Crackle   et al. 2.   2. 1982   im allgemeinen Teil zu   ähneln, unterscheiden   sich aber im jeweils speziellen methodischen Bereich, für den Schutz begehrt wird
Der Vorgang der Anreicherung des UV-Anteils von Sonnenlicht durch den Einsatz einer Hochdruckkammer für Quecksilberionisation scheint dem Vorgang der Umwandlung von Sonnenlicht In UV-Licht einer bestimmten Frequenz über einen thermischen Sammler, einen Schwarzen Körper, in dem ein vaporisches Phasen material, unter anderem auch Quecksilber, ionisiert werden kann und dadurch UV-Licht aus dem Schwarzen Körper emittiert (Crackle, 1982), durch den Einsatz von Sonnenlicht und ionisiertem Quecksilber verwandt, dies ist aber eine Ähnlichkeit,

   die die vorliegenden Methoden ebenfalls mit der schon lange bekannten Erfindung des Sonnenofens gemeinsam haben. Auch dabei wird mit konzentriertem Sonnenlicht Quecksilber zur Verdampfung gebracht. 



   Allerdings unterscheidet sich der Vorgang der Verdampfung des Quecksilbers über einen Schwarzen Körper hinreichend stark von der vorgeschlagenen Lösung der vorliegenden Anmeldung über eine durch spezielle Anordnung von Sammellinsen erreichte besonders scharfe Fokussierung des Sonnenlichts in einer mit Quecksilber gefüllten Hochdruckkammer. Beim USPatent werden die Photonen einzig zur Erwärmung des Schwarzen Körpers genutzt, sie werden von seiner Oberfläche absorbiert Das emittierte Emissionsspektrum des Quecksilbers oder   Selens   über ein Fenster und Filter nach aussen zu leiten und in eine chemische Dissoziationszelle zu überführen ist die gewählte Methode, um eine dafür geeignete chemische Verbindung aufzulösen. 



  Sie erscheint den Thermischen Solaranlagen verwandt, wo ebenfalls die Hitze des Sonnenlichts über ein Zwischenmedium in speicherbare Energie überführt wird. Dass der Frequenzbereich des emittierten Spektrums durch Filter den geforderten chemischen Prozessen angepasst werden kann, ist interessant für die sehr spezifischen Aufgaben, denen dieser thermische Umwandler von Sonnenlicht in Hg-Spektrumslicht zugeführt werden kann. Die Photovoltaik im engeren Sinn gehört nicht zu diesen Aufgaben. 



   In der   Photovolbik,   also der direkten Umwandlung photonischer Energie in elektrische durch Herauslösen von Elektronen aus einem metallischen Atomverband durch die Aufprallenergie der Photonen und der Ableitung dieser Elektronen, besteht das Problem einer hohen Energiegewinnung darin, dass das Material, das die Elektronen schon bei Photoneneinschlag im sichtbaren Bereich   löst, z. B.   Natrium oder andere Alkalimetalle, dies nicht im erforderlich hohen Ausmass leistet und die etwas edleren Metalle wie etwa Zink Elektronen überhaupt erst durch höherfrequentes Licht im UV-Bereich ablösen lassen. 



   Das Umwandeln von Sonnenlicht in thermische Energie, deren Umwandlung in lonisationsenergie für Hg, das im   UV-Bereich   emittiert und die Umleitung dieser Strahlung auf eine Metallplatte (wie bei Crackle beschrieben) wäre natürlich auch eine denkbare Lösung dieses Problems.

   Sie wird aber so nicht praktiziert, denn klarerweise ist der   Energiegewmn   daraus, wenn der Faktor Zeit bei dieser Umsetzung der Photonenenergie eine Rolle spielt, erheblich geringer (und kaum in einem vernünftigen Bereich umsetzbar) im Vergleich zu einer chemischen Dissoziationszelle mit der speziellen Metallplatte aus Strontiumtitanat und der mit ihr leitend verbundenen Platinelektrode, die die chemischen Verbindungen lösen und damit zu einem späteren Zeitpunkt   als potentielle chemoelektrische   Energie schnellen und hohen Energieumsatz wie in der Brennstoffzelle ermöglichen.

   Die thermische Umwandlung des Sonnenlichts in 

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 photochemische Energie über Zerlegung von Verbindungen bringt in der Ausgangslage der völligen Absorption der Photonen im Schwarzen Körper zwar zu einem späteren Zeitpunkt mehr Energie, hat aber einen anderen technischen Hintergrund als die herkömmliche Photovoltaik Im "Background of the invention" ist diese Aufgabenstellung der photochemischen Zerlegung von Verbindungen klar formuliert, deren Komponenten über Brennstoffzellen natürlich einer elektrischen Nutzung zugeführt werden können. 



   Bei der vorliegenden Aufgabenstellung wird aber der Photoneneffekt der herkömmlichen Photovoltaik über photonische Vorgange einer nutzbaren Erhöhung zugeführt, die Im Kurzzeitbereich weit über die thermische Umwandlung von Sonnenlicht hinausgehen kann und ausserdem den Raumbedarf z. B. bei Solarmoblien stark verringern sollte. 



   Die Charakteristik dieser neuartigen Methode ist es, Sonnenlicht durch den auf spezielle Weise schärfst fokussierten Durchgang einer Quecksilberdampfhochdruckzelle sehr schnell Im hochfrequenten Bereich anzureichern, durch Spiegelung zwischen zwei Umkehrprismen, deren unteres   halbdurchlässig   ist, kohärent zu machen und dadurch Lichtamplifikation durch stimulierte Aussendung von Strahlung zu ermöglichen und durch die weitere Ausbreitung In einer nachgeordneten innen verspiegelten   Niederdruckquecksilberdampfzelle   durch   Stossionisatton   und Glimmentladung weiterhin den hochfrequenten Lichtanteil zu erhöhen und damit die Elektronenablösung aus einer Platte mit einer wohldosierten Zink-Natriumlegierung zu einem stark anwachsenden Ereignis zu machen. 



   Die Anordnung der drei Sammellinsen (wie in der Zeichnung unter dem Bezugszeichen 2 demonstriert) soll dem einfallenden Sonnenlicht ohne das dafür notwendige   Material   eine sehr dicke und stark fokussierende Sammellinse simulieren, die aufgrund der Anordnung nicht zur Gänze ausgeführt werden muss, ein weiterer Beitrag, um mit Materialeinsparung hohe Leistung trotz geringem Gewicht und geringem Raumbedarf zu erreichen. 



   Der Vorteil der in dickem Glas eingeschlossenen nachgeordneten durchsichtigen Dampfhochdruckzelle besteht darin, dass die in ihr fokussierte Sonnenstrahlung das Hg sehr viel schneller ionisiert und zur Emission anregt als bei einer anderen Lösung und dass diese Ionisierung aufgrund des hohen Drucks auch bei nachlassender Einstrahlungsleistung länger anhält als bel jeder anderen Methode. 



   Nach dieser ersten schnellen Verstärkung des hochfrequenten Bereichs der einfallenden Strahlung kommt es durch Spiegelung zwischen zwei Umkehrprismen, deren unteres (in Einfallsrichtung der Sonnenstrahlung gesehen)   halbdurchlässig   ist, zu einer stehenden Welle, (der ersten Voraussetzung für kohärentes Licht), bis sie, nachdem es dadurch möglicherweise zu einer stimulierten Aussendung der Strahlung und einer Lichtverstärkung gekommen ist, das untere Prisma durchbricht. Dies ist die zweite Stufe der Lichtverstärkung hoher Frequenz. 



   Die dritte Stufe der Verstärkung des hochfrequenten Anteils erfolgt in einer innen verspiegelten Niederdruckkammer, die mit einem Quecksilber-Neon-Gemisch gefüllt ist. Aufgrund der hochfrequenten Einstrahlung in diese Kammer kommt es zur Stossionisation der Metall- und Edelgasatome, wodurch es über Glimmentladung zu einer nochmals vermehrenden Aussendung von ultraviolettem Licht kommt
Das in der Niederdruckkammer befindliche Licht hat jetzt einen sehr hohen   UV-Anteil   und fällt sehr dicht auf eine Bodenplatte, die durch die Legierung oder auch blosse Mischung eines Alkalimetalls mit einem unedlen Metall wie Zink hergestellt, sowohl für sichtbares als auch ultraviolettes Licht gut geeignet ist zur Elektronenablösung in grosser Menge,

   da die Austrittsarbeit im Vergleich zu einer blanken   Zinkflache   sehr stark heruntergesetzt ist und die Nachteile einer reinen Alkalimetalloberfläche minimiert werden. 



   Der Vorteil der gesamten Anordnung ergibt sich nicht nur als die   Möglichkeit,   den hochfrequenten Anteil der Sonnenstrahlung kontinuierlich zu erhöhen, sondern auch aus der nicht auszuschliessenden Möglichkeit, dass es durch Kohärenzierung sogar zu einer zusätzlichen diskontinuierlichen Lichtamplifikation kommt
Gegenüber einer gewöhnlichen   Solarzellenanordnung   besteht der Vorteil z B In einem ermöglichten geringeren Flächenbedarf für Zwecke des   Solarantriebs,   der bisher nur über grosse Panels eine vernünftige Leistung hergibt

Claims (5)

1. Patentansprüche : 1. Solarstromanlage in der mittels konzentrierter Sonnenlichtstrahlen, die auf eine mit Quecksilber gefüllte Kammer (3) geleitet werden, durch lonisation UV - Strahlen erzeugt werden, die gegebenenfalls nach Durchgang durch optische Linsen einer Kammer (5) zugeführt werden, In der sich eine Platte (6) befindet, die im Wege der UV - Strahlen liegt und In dieser Kammer eine weitere Elektrode (7) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte und die weitere Elektrode ein fotovoltaisches Element bilden, wobei sich in der Kammer ein Neon - Quecksilbergemisch befindet, das durch die der Kammer zugeführte UV - Strahlung ionisiert wird.
2. 2. Solarstromanlage, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die lonisierungskammer (5) innen verspiegelt ist.
3. 3. Solarstromanlage, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckkammer (3) zwischen zwei Umkehrprismen (8. 9) angeordnet ISt, wobei das der lonisierungskammer (5) näher gelegene Prisma (9) halb durchlässig ist.
4. 4. Solarstromanlage nach Anspruch 1, mit einem Hohlspiegel (1) zur Konzentration der Sonnenlichtstrahlen auf die Hochdruckkammer (3), dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlspiegel im Bereich seines Poles eine Durchgangsöffnung für die von einem im Spiegelbrennpunkt angeordneten Spiegel reflektierten Sonnenstrahlen aufweist, wobei hinter der Durchgangsöffnung des Hohlspiegel und vor der Hochdruckkammer (3), gegebenenfalls vor dem Umkehrprisma (8), ein Linsensystem (2) zur Fokussierung des durch die Durchgangsöffnung des Hohlspiegel (1) eintretenden Lichtes auf die Hochdruckkammer (3) angeordnet ist.
5. 5. Solarstromanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Linsensystem (2) aus Sammellinsen besteht, wobei die Aquatorebenen aufeinanderfolgender Sammellinsen jeweils senkrecht aufeinanderstehen.