CH619769A5

CH619769A5 -

Info

Publication number: CH619769A5
Application number: CH552677A
Authority: CH
Inventors: Mario Dipl Ing Posnansky
Original assignee: Posnansky Mario; Raimann Bernardo
Priority date: 1977-05-03
Filing date: 1977-05-03
Publication date: 1980-10-15
Also published as: US4209222A

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Nutzbarmachung von Sonnenenergie gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei bekannten mittelgrossen und grossen Anlagen zum Ausnützen der Sonnenenergie wird durch die vielen Reflektoren eine relativ grosse Bodenfläche abgeschattet und diese Bodenfläche ist nicht ausgenützt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anlage zu schaffen, die gestattet, die von den Reflektoren abgeschattete Bodenfläche für andere Zwecke, insbesondere zum Ziehen von Pflanzen auszunützen.

Die erfindungsgemässe Anlage ist durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angeführten Merkmale gekennzeichnet.

Die Erfindung ist nachstehend mit Bezugnahme auf die Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Anzahl zylindrisch-parabolische Reflektoren, die auf einem Gerüst über dem Erdboden angeordnet sind, in vereinfachter Darstellung;

Fig. 2 eine einfache Darstellung einer Anlage zum Nutzbarmachen der Sonnenenergie mit einem Turm, an dessen Spitze ein Absorber für die Sonnenstrahlen angeordnet ist, zu dem hin eine Vielzahl auf einem Gerüst montierten Spiegel die Sonnenstrahlen reflektieren;

Fig. 3 zwei einzelne Reflektoren, die in je einer für Sonnenlicht durchlässigen Hülle angeordnet sind;

Fig. 4 eine graphische Darstellung des terristischen Sonnenspektrums;

Fig. 5 einen Querschnitt durch einen der Reflektoren gemäss der Fig. 1;

Fig. 6 einen Querschnitt durch einen Reflektor einer weiteren Ausführungsform und

Fig. 7 einen Teil eines flachen Reflektors.

Die Fig. 1 zeigt in vereinfachter Darstellung eine Anordnung von einer Anzahl parabolisch-zylindrischer Reflektoren 1, die weiter unten mit Bezugnahme auf die Fig. 5 näher beschrieben sind. Die Reflektoren 1 sind an Querträgern 2, von denen nur einer sichtbar ist, schwenkbar angeordnet und können mit Hilfe von nicht dargestellten Mitteln dem Stand der Sonne nachgeführt werden. Die Querträger 2 ruhen auf Stützen 3, die über Betonsockel 4 fest im Boden verankert sind.

Die Reflektoren 1 fokussieren einen Teil der einfallenden Sonnenstrahlen 5 auf je ein längs der Brennachse der Reflektoren 1 angeordnetes Rohr 6, wobei die reflektierte Sonnenstrahlung vom Rohr 6 oder ein im gläsernen Rohr angeordneten schwarzen Körper absorbiert wird. Ein durch das Rohr strömendes, flüssiges oder gasförmiges Medium nimmt die Wärme auf und führt sie zu einem nicht dargestellten Wärmespeicher oder zu einer nicht dargestellten Wärmekraftmaschine.

Bei den bisher bekannten Reflektoren wird die gesamte in sie einfallende Sonnenstrahlung auf das Rohr 6 fokussiert und die Bodenfläche unterhalb der Reflektoren ist vollkommen abgeschattet. Erfindungsgemäss sind zumindest einige der Reflektoren 1 so gebaut, dass sie den kurzwelligen Anteil der terristischen Sonnenstrahlung, d. h. die Strahlung mit einer Wellenlänge von beispielsweise 0,2 bis 0,75 [im durchlassen und nur den langwelligen Anteil der terristischen Sonnenstrahlung über einer Wellenlänge von etwa 0,7 jim zum Rohr 6 reflektieren.

Die Reflektoren 1 lassen enen Anteil der Sonnenstrahlung auf die unter ihnen liegende Bodenfläche gelangen, die für den Pflanzenwuchs förderlich ist. Die durch die Reflektoren 1 gewissermassen halbbeschattete Bodenfläche eignet sich daher insbesondere zum Züchten von Pflanzen, indem das für das Wachstum der Pflanzen notwendige kurzwellige Licht durchgelassen und die langwellige Strahlung, die das Ausdörren der Pflanzen beschleunigt, von den Pflanzen ferngehalten wird. Auf diese Weise wird der Wasserbedarf der Pflanzen auf ein Minimum reduziert.

Über dem die Stützen 3 und die Querträger 2 umfassenden Gerüst kann ein Glasdach 7 angeordnet sein, wie dies in der Fig. 1 strichpunktiert angedeutet ist. Das in der Fig. 1 dargestellte Gebäude kann auch eine Werkhalle sein, in welcher bei Tageslicht gearbeitet wird, wobei aber die Wärmestrahlung von den Arbeitsplätzen ferngehalten und zur Aufbereitung von Warmwasser oder zur Gewinnung anderer Energieformen benützt wird. Durch das Fernhalten der Wärmestrahlung von den Arbeitsplätzen erübrigt sich in den meisten Fällen eine Kühlung der Arbeitsräume.

In der Fig. 2 ist rein schematisch ein Sonnenkraftwerk dargestellt. Die Sonnenstrahlen werden über eine Vielzahl von fast ebenen Spiegeln 8 auf einen einzigen Absorber, welcher in einer Kuppel 9 eines Turmes 10 angeordnet ist, reflektiert. Jeder Spiegel 8 ist auf einem Support 11 schwenkbar montiert und mit nicht dargestellten Mitteln dem Sonnenstand nachführbar, damit die von ihm reflektierten Sonnenstrahlen 12 auf den genannten Absorber auftreffen. Bei den bekannten Sonnenkraftwerken der oben angeführten Art, wird eine riesige Bodenfläche durch die Spiegel 8 abgeschattet, wobei diese Bodenfläche nicht ausgenützt ist. Wird aber erfindungsgemäss wenigstens ein Teil der Spiegel 8 so ausgebildet, dass sie die kurzwellige Sonnenstrahlung durchlassen und nur die langwelligen Strahlen reflektieren, so kann wenigstens ein Teil der beschatteten Bodenfläche beispielsweise zur Züchtung von Pflanzen verwendet werden. Dabei sind die Supports 11 auf einem aus Längsträgern 13 und Querträgern 14 gebildeten Rost befestigt. Der Rost wird mittels Stützen 15 auf einem Abstand gegenüber der Bodenfläche gehalten, so dass zwischen demselben und dem Boden ein bequem begehbarer Zwischenraum vorhanden ist. In der Zeitschrift «Solar Energy Digest», Ausgabe 8, Nr. 2 vom Februar 1977, ist ein Sonnenkraftwerk beschrieben, das in Kalifornien gebaut wird und aus Sonnenenergie elektrische Energie von 10 MW erzeugen wird. Als Reflektoren werden von Boeing Engineering entwickelte Heliostate 16 verwendet, die in der Fig. 3 in sehr vereinfachter Form gezeichnet sind. Eine Vielzahl solcher Heliostate reflektiert die Sonnenstrahlen zu einem Absorber, welcher ähnlich wie in der Fig. 2

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dargestellt, auf einem Turm angeordnet ist.

Eine die Sonnenstrahlen reflektierende Folie 17 ist an einem lëichten kreuzförmigen Träger 18 aufgespannt. Der Träger 18 ist über ein Kugelgelenk 19 mit einem Support 20 verbunden. Nicht dargestellte Mittel gestatten, den Helio- s stat dem Sonnenstand nachzuführen, damit die von ihm reflektierten Sonnenstrahlen zum nicht gezeichneten Absorber gelangen. Der Support 20 und die Folie 17 sind in einem beinahe kugelförmigen Dom 21 aus für Sonnenstrahlen durchlässigem Material angeordnet, um die Folie 17 vor io Witterungseinflüssen und Niederschlägen zu schützen.

Es wird nun vorgeschlagen, die Supports 20 nicht direkt im Boden zu verankern, sondern dieselben auf einen aus Längsträgern 22 und Querträgern 23 gebildeten Rost zu befestigen, welcher Rost mittels Stützen 24 gegenüber der be- 15 schatteten Bodenfläche in einem genügenden Abstand gehalten wird, so dass die beschattete Bodenfläche bequem begehbar ist. Die Folie 17 ist mit einer Schicht versehen, die für kurzwelliges Licht durchlässig ist und die den langwelligen Anteil der Sonnenstrahlung zum genannten Absorber reflek- 2o tiert. Dadurch kann die sonst nutzlos beschattete Bodenfläche zum Ziehen von Pflanzen ausgenützt werden.

Die Fig. 4 zeigt die graphische Darstellung der Strahlungsintensität in Funktion der Wellenlänge l des terristischen Sonnenspektrums. Wenn beispielsweise für die die 25 Sonnenstrahlen reflektierenden Teile der Reflektoren ein Glasträger verwendet wird, der mit einer selektiven Schicht aus einem Material überzogen ist, das unter der Bezeichnung «Calflex 81 Kl» durch die Firma Balzers AG in Balzers/FL, hergestellt und auf den Markt gebracht wird, so werden die 30 kurzwelligen Strahlen von 0,2 bis 0,7 fim bis zu 90 % durchgelassen und die langwelligen Strahlen von 0,75 bis mindestens 2,5 /xm praktisch vollständig reflektiert. Bezogen auf die Fig. 4 heisst dies, dass die sichtbare Strahlung mit Wellenlängen links der gestrichelt gezeichneten Geraden 25 durch- 35 gelassen und die Wärmestrahlung mit grösseren Wellenlängen, rechts der Geraden 25, reflektiert werden. Die durch die Gerade 25 unterteilte Fläche, die durch die Kurve 26 und die Abszisse begrenzt ist, entspricht den Strahlungsenergieanteilen, die von der Folie durchgelassen bzw. reflektiert 4Q werden, wobei das Verhältnis von durchgelassener Strahlungsenergie zu reflektierter Strahlungsenergie etwa 45 zu 55 ist.

Die Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch einen der Reflektoren 1 der Anordnung gemäss der Fig. 1. Die Reflektoren 1 besitzen an jeder Stirnseite eine Seitenwand 27, die ge- 4S meinsam mit Längsgliedern 28, 29 und 30 einen Käfig bilden, in dem mehrere parabolisch geformte Spiegelsegmente 31 gehalten sind. Auf den Aussenseiten jeder Seitenwand 27, von denen in der Fig. 5 nur eine sichtbar ist, ist je ein Zahnrad 32 starr an der betreffenden Seitenwand befestigt. Durch eine50 Öffnung 33 im Zentrum des Zahnrades 32 und eine entsprechende Öffnung in der Seitenwand 27 erstreckt sich das Rohr 6 längs der Brennlinie des Reflektors 1 zum Führen eines Wärmeträgers durch den Wirkungsbereich des Reflektors. Die Rohre 6 der Reflektoren 1 sind starr mit den Quer- 55 trägem 2 des Gerüstes, das in der Fig. 1 dargestellt ist, verbunden. Die Reflektoren 1 sind um die Rohre 6 schwenkbar angeordnet. Die einzelnen Rohre 6 der Reflektoren 1 sind in Reihe hintereinander geschaltet, so dass der Wärmeträger durch sämtliche Rohre 6 hindurch fliesst. Mittels Zahnstan- 6<> gen 34, die ganz oder nur teilweise mit Verzahnungen 35 versehen sind und die mit den Zahnrädern 32 kämmen, wird eine synchrone Schwenkbewegung aller Reflektoren 1 erreicht, indem mittels auf einer Welle 36 angeordneten weiteren Zahnrädern 37 die Zahnstangen 34 bezogen auf die Fig. 5 nach links, bzw. nach rechts verschoben werden. Der nicht dargestellte Antrieb der Welle 36 wird durch eine nicht gezeichnete Stellvorrichtung gesteuert, und zwar in Abhängigkeit des Sonnenstandes. Von den genannten Zahnstangen 34 ist in der Fig. 5 nur eine einzige gezeichnet.

Die parabolisch geformten Spiegelsegmente 31 umfassen je eine lichtdurchlässige Tragschicht 38, vorzugsweise aus Glas, auf welcher die oben angeführte Schicht 39 aus «CALFLEX 81 Kl» aufgetragen worden ist.

Der wie oben beschrieben ausgebildete Reflektor 1 teilt die in den Reflektor gelangende Sonnenstrahlung, welche durch die beiden Pfeile 40 angedeutet ist, in einen kurzwelligen Anteil, Pfeile 41, und in einen langwelligen Anteil,

Pfeile 42, auf. Der kurzwellige Anteil tritt praktisch ungehindert durch den Reflektor 1 hindurch und gelangt auf die darunter liegende Bodenfläche. Der langwellige Anteil wird auf das Rohr 6 fokussiert und erhitzt den durch das Rohr 6 strömende Wärmeträger.

Die Fig. 6 zeigt eine extrem leichte Ausführungsform eines Reflektors, welcher zum Anbringen unter einem Schutzdach aus Glas bzw. durchsichtigem Material vorgesehen ist. Dieser Reflektor besitzt drei Längsglieder 43, 44 und 45, deren Enden an zwei Seitenwänden 46 befestigt sind, von denen in der Fig. 6 nur eine sichtbar ist. Die Randbereiche einer relativ steifen Folie 47 sind in Längsnuten 48 in den Längsgliedern 43 und 44 gehalten, so dass die Folie 47 gewölbt ist und im wesentlichen die Form eines zylindrischen Parabolspiegels aufweist. Die Folie 47 hat ähnliche optische Eigenschaften, wie die oben genannte Schicht aus «CALFLEX 81 Kl» und auf dem Markt unter der Bezeichnung «Tedlar-Folie» erhältlich. Längs der Brennlinie des durch die Folie 47 gebildeten teilweise durchlässigen Reflektors erstreckt sich ein Rohr 49, in dem die vorzugsweise flüssigen Wärmeträger vorwiegend durch die von der Folie 47 reflektierten langwelligen Strahlungsanteil erwärmt wird, siehe Pfeile 50, während der durch die Pfeile 51 angedeutete kurzwellige Strahlungsanteil zur unter dem Reflektor liegenden Bodenfläche gelangt. Auf den Aussenseiten der Seitenwände ist je ein Zahnrad 52 befestigt, wobei das Rohr 49 sich durch eine Öffnung 53 in den Seitenwänden 46 und der Zahnräder 52 erstreckt. Der in der Fig. 6 dargestellte Reflektor kann mittels einer in der Fig. 5 sichtbaren Zahnstange dem Sonnenstand nachgeführt werden.

In der Fig. 7 ist ein Teil eines Spiegels 8, wie er in der Anlage gemäss der Fig. 2 verwendet wird, dargestellt. Eine Folie 54, die z. B. die oben angeführten «Tedlar-Folie» sein kann oder Folie mit einer Schicht aus einem Material, das ähnliche selektive Eigenschaften aufweist, wie die genannte «Tedlar-Folie», ist über einen Gitterrost 55 gespannt. Der Gitterrost kann aus Gründen der mechanischen Festigkeit aus Metall hergestellt sein, wobei der grösste Teil der kurzwelligen Strahlung durch den Spiegel zur darunterliegenden Bodenfläche gelangt. Der Gitterrost kann auch aus Glas bestehen, so dass praktisch der ganze kurzwellige Anteil der Sonnenenergie zur Bodenfläche gelangt.

Die Mittel zum Nachführen der Spiegel und der Heliostate 16 nach dem Stand der Sonne sind bekannt und daher hier nicht näher beschrieben.

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3 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Anlage zur Nutzbarmachung von Sonnenenergie, mit einer Vielzahl von dem Sonnenstand nachführbaren Reflektoren zum Fokussieren der Sonnenstrahlen auf wenigstens einen Wirkbereich, wobei die Reflektoren auf einem Gerüst angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Reflektoren und dem Erdboden am Gerüst ein begehbarer Zwischenraum vorhanden ist, und dass zumindest ein Teil der Reflektoren zum Ausnützen der von ihnen beschatteten Bodenfläche zum Ziehen von Pflanzen eine für einen Teil des Spektrums der Sonnenstrahlung durchlässige Schicht (17; 39; 47; 54) aufweist.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass die genannte Schicht für Strahlungen mit kleineren Wellenlängen als 0,75 /im durchlässig ist und Strahlungen von mehr als 0,75 /im mehrheitlich reflektiert.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass die genannte Schicht auf einem gitterförmigen Rost (55) angeordnet ist.

4. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass die genannte Schicht auf einem durchsichtigen Träger (38), z. B. aus Glas oder Quarzglas, angeordnet ist.