DE10132901A1

DE10132901A1 - Solarwasserheizer für polnahen Einsatz

Info

Publication number: DE10132901A1
Application number: DE10132901A
Authority: DE
Inventors: Nikolaus Laing
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-07-06
Filing date: 2001-07-06
Publication date: 2003-01-16

Abstract

Ein Sonnenenergie-Kollektor zur Hochaufheizung von Wasser aus einem isolierten Wassertank, bestehend aus einem rotierbaren Schlitten auf dem der Tank und eine Vielzahl von annähernd vertikal ausgerichteten Konzentratoren montiert sind.

Description

Die Bestrahlungsstärke pro Quadratmeter und Jahr erreicht an den Polen den Maximalwert. Aufgrund der Dicke der Eisschicht ist die Bestrahlungsstärke am Südpol noch höher als am Nordpol. Diese extreme Bestrahlungsstärke ist von besonderer Bedeutung für die Aktivitäten am Südpol, wo das Neutrinoprojekt mit hunderten von kilometertiefen Bohrungen im Eis riesige Wärmemengen erfordert.
Die Erfindung betrifft Solarwasserheizer zur Erzeugung von 95°C heißem Wasser, die den besonderen Anforderungen des Südpoles gerecht werden. Eine erste Forderung ist auf die Bildung von Schneeschichten, die den Strahlengang behindern, gerichtet. Eine zweite Forderung betrifft fast senkrecht verlaufende Konzentratoren. Diese müssen einen möglichst kleinen Widerstandsbeiwert aufweisen, da die Windgeschwindigkeiten bis zu 28 m/sec. erreichen. Eine dritte Forderung betrifft die sichere Fixierung des Solarwasserheizers auf der ebenen Schneeoberfläche.
Die Erfindung zeigt eine Lösung, die diesen Forderungen gerecht wird.
Gemäß der Erfindung bilden, wegen der horizontnahen Bestrahlung (11° bis 23°), vertikal ausgerichtete Kollektoren zwei Gitter, bei denen der Abstand der einzelnen Kollektoren von stromlinienförmigem Querschnitt jeweils so breit ist, wie der einzelne Kollektor und der Abstand der beiden Gitter in Einstrahlungsrichtung voneinander so groß gewählt wird, daß der Luftwiderstand von senkrecht zur Windrichtung verlaufenden Gittern ein Minimum erreicht. Der Nasenbereich der Konzentratoren besteht aus einer elliptisch verformten Fresnellinse, wodurch der schneetragende Wind laminar bleibt, so daß Schneeaufbau vermieden wird. Im Fokalbereich ist eine evakuiertes Kollektorrohr angeordnet, in dem sich das geschwärzte, vom Wasser durchströmte Rezeptorrohr befindet.
Die Erfindung soll anhand von Figuren beschrieben werden.
Fig. 1 zeigt den Solarwasserheizer von der Sonnenseite aus gesehen,
Fig. 2 zeigt den Solarwasserheizer von der Rückseite aus gesehen,
Fig. 3 zeigt einen Horizontalschnitt durch die Kollektoren.
Die Fig. 1 und 2 zeigen den Aufbau. Der Solarwasserheizer weist zwei Konzentratorgitter 1 und 2 auf, die zur Sonne gerichtet sind. Die gesamte Einheit ruht auf einem ringförmigen Schlitten 4 und weist im Zentrum einen im Schnee eingelassenen Ring 3 auf, mit dem der Solarwasserheizer durch Bolzen 6 verbunden ist. Soll der Solarwasserheizer verschoben werden, so sind die Bolzen 6 zu lösen. Der Solarwasserheizer läßt sich dann über den Ring 3 hinweg verschieben. Im Zentrum befindet sich ein Wassertank 5, der einen Sack für Kaltwasser und einen für Heißwasser enthält. Zur Drehung um die Hochachse sind auf gegenüberliegenden Seiten Getriebemotore 7 im Schnee befestigt, die über eine Kette 8 den auf dem Schlitten 4 gelagerten Solarwasserheizer mit einer Winkelgeschwindigkeit von 0,25 Grad pro Minute der Sonne nachführen.
Fig. 2 zeigt den Solarwasserheizer von der sonnenabgewandten Seite. Hier ist der Tank 5 erkennbar, der aus einer hochisolierenden Hülle besteht, in der sich die zwei Säcke wechselweise mit kaltem und auf 98°C erwärmtem Wasser füllen. Unter dem Tank 5 liegt ein Ring 14, der die erwähnten Bolzen 6 trägt. Die beiden Konzentratorgitter 1 und 2 sind durch Streben 15 auf dem ringförmigen Schlitten 4 abgestützt.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt in einer Horizontalebene durch die Konzentratoren 17. Im Betrieb kommen die Sonnenstrahlen aus der Richtung der Pfeile 9. Sie werden durch die gebogenen Fresnellinsen 10 auf das Rezeptorrohr 11 konzentriert, das in einem Glasrohr verläuft. Ein Wasserrohr 12 ist in einer hochisolierenden Schicht 13 eingebettet. Bei Windgeschwindigkeiten, die den Solarwasserheizer umwerfen könnten, wird das Konzentratorgitter senkrecht zur Windrichtung geschwenkt. Der Widerstandsbeiwert der beiden Konzentratorgitter 1 und 2 liegt bei c_w = 0,16, während der Widerstandsbeiwert eines flächenhaften Konzentrators bei c_w = 0,92, also bei annähernd dem sechsfachen Wert liegen würde. Die beiden Gitter 1 und 2 sind um eine halbe Konzentratorbreite versetzt.

Claims

1. Solarwasserheizer für polnahen Einsatz, der täglich eine Umdrehung um die Hochachse erfährt, gekennzeichnet durch vertikal verlaufende Konzentratoren (1, 2), die von einem kreisförmigen Schlitten (4) getragen werden.

2. Solarwasserheizer für polnahen Einsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentratoren (17) ein Gitter (1, 2) bilden und zueinander in Einstrahlungsrichtung einen Abstand aufweisen.

3. Solarwasserheizer für polnahen Einsatz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentratoren (17) zwei Gitter bilden, die um eine halbe Konzentratorbreite zueinander versetzt sind.

4. Solarwasserheizer für polnahen Einsatz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentratoren (17) einen stromlinienförmigen Quer schnitt aufweisen.

5. Solarwasserheizer für polnahen Einsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ring (3) in den Schnee eingelassen wird, über den hinweg der Solarwasserheizer geschoben werden kann und daß der Solarwasserheizer mit dem Ring verbindbar ist.

6. Solarwasserheizer für polnahen Einsatz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung das Konzentratorgitter (1, 2) der Sonne nachführt und dieses bei starkem Wind senkrecht zur Windrichtung dreht.