DE102007017990A1

DE102007017990A1 - Solarkonzentrierende Absorber- und Speicheranlage

Info

Publication number: DE102007017990A1
Application number: DE102007017990A
Authority: DE
Inventors: Helmut Juran
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-04-14
Filing date: 2007-04-14
Publication date: 2008-10-16
Also published as: WO2008125085A3; DE112008001622A5; WO2008125085A2

Abstract

Solarkonzentrierende, der Sonne nachgeführte Absorber- und Speicheranlagen zur multifunktionalen Nutzung nach Stand der Technik (Solarblume), bestehend aus verspiegeltem konzentrierendem Trichter (1) (Blütenkelch), tragender Schale (2) mit integriertem multifunktional nutzbarem Absorbersystem (6), mit integriertem multifunktional nutzbarem Speichersystem (4) und verschiebbarem Massensystem (5) zur vorzugsweise 2-achsigen Sonnennachführung, gekennzeichnet dadurch, daß die Anlage ohne Unterstützungskonstruktion mit der tragenden Schale (2) direkt auf ebenem Untergrund (3) steht und sich ohne externe Einwirkung zur Sonne ausrichtet.

Description

Technisches Gebiet:

regenerative Energietechnik

Stand der Technik:
Die Nutzung der Solarenergie zur Erzeugung von Strom, Wärme oder Kälte kann nach Stand der Technik wirtschaftlich im Vergleich zu alternativen Energieversorgungen auf der Basis fossiler Brennstoffe selbst in kälteren Regionen erfolgen, wenn die entsprechend erforderlichen Umgebungseinflüsse gegeben sind.
Der allgemein angewendete Stand der Technik nutzt weitgehend den Einsatz von transparent isolierten Flachkollektoren oder Vakuumkollektoren zur Erzeugung von Wärme ohne Solarkonzentrierung und Sonnennachführung und damit sehr niedrigen durchschnittlichen Tageswirkungsgraden. Bei der Anwendung der Fotovoltaik wird in der Regel nur der Stromanteil ohne mehrfache Solarkonzentrierung genutzt, obwohl dies bei gleichzeitiger Nutzung der Wärme durch ein integriertes Kühlsystem zu mehrfach höheren Wirkungsgraden führen würde.
Mit einer technisch aufwendigen einachsigen Sonnennachführung einer nach dem Prinzip der Natur als Blume nachgebildeter solarkonzentrierender Solaranlage (Solarblume), die mechanikfrei im Wind pendelt und den Naturgewalten intelligent nachgibt, werden bereits Anlagen am Markt vertrieben, die sich vor allem zur Schwimmbadheizung hervorragend eignen.
Hierzu wird als Beispiel auf die Patentanmeldung Solarblume zur multifunktionalen Nutzung" mit Aktenzeichen 10 2006 002 011.1 hingewiesen, als auch auf die Ausführung nach Aktenzeichen 103 11 165.4.
Der Erfindung zugrundeliegendes Problem:
Die unter Solarblume vorher angeführte Techik hat nur eine automatische einachsige Sonnennachführung von Ost nach West, also vom Sonnenlauf der Morgen- bis zur Abendposition. Die Korrektur der Veränderung des Sonnenstandes über die Jahreszeit Winter/Sommer muß manuell erfolgen, da bei dieser Konstruktion der technische Aufwand einer ebenfalls automatischen Nachführung unwirtschaftlich ist.
Die ist technisch dadurch bedingt, daß die so ausgeführte Solarblume in einem Untergestell einachsig drehbar aufgehängt ist, die damit sämtliche statisch und dynamisch wirkende Kräfte aufnehmen muß. Eine zweiachsig ausgeführte Version würde den Aufwand für diese Unterstützungskonstruktion mehr als verdoppeln.
Erfindung:
Der erfinderische Unterschied zum bisherigen Stand der Technik liegt vor allem darin, daß die aufwendige Unterstützungskonstruktion, die eine der Sonne nachgeführte Speicher- und Kollektoranlage mit Solarkonzentrierung erfordert, völlig entfällt und diese Anlage ohne Unterstützungskonstruktion mit der die Anlage tragenden und hierfür konzipierten Speicherschale (2) direkt auf einen ebnenen, festen Untergrund (3) gestellt werden kann.
Erfinderisch kennzeichnend ist zudem, daß das integrierte Massenverschiebungssystem (5, 7, 8, 9) zur Schwerpunktverlagerung nach 4a und 4b so ausgeführt werden kann, daß gleizeitig eine 2- oder mehrachsige Sonnennachführung möglich ist.
Vorteilehafte Wirkung der Erfindung:
Durch die Eliminierung der Unterstützungskonstruktion wird der konstruktive Aufwand einer der Sonne nachgeführten Kollektor- und Speicheranlage weiter erheblich reduziert und dam auch der Materialaufwand und somit die Wirtschaftlichkeit erhöht.
Die tragende Schale (2) ist bereits von Prinzip äußerst stabil gegen äußeren und/oder inneren Druck, als auch gegenüber statisch und dynamisch einwirkenden Kräften und eignet sich weiter ideal zur Integration eines oder mehrrer Speichersysteme für Wärme oder Kälte (Latentspeicher) (4), zur Einbringung eines Absorbersystems (6), einer aktiven Verstellmasse (5, 7, 8, 9) und weiterer damit gegen außen geschützte Bauteile, wie Pumpen, Stellmotoren, Kälteanlage oder Wärmepumpe, Rohrleitungen und Armaturen, Elektronik und Verkabelungen.
Zudem wird der Aufwand der Isolierung dieser Bauteile sehr gering und die Verbindungswege zwischen den einzelnen. Bauteilen sehr klein. Die Kühlung von eingebrachten Fotovoltaikpanels und die damit erzielte Abwärmenutzung ist durch den darunter liegenden Speicher äußerst einfach, da die Fotovoltaikpanels entsprechend der Solarkonzentration ohnehin eine vielfach höhere Solarenergieausbeute erlauben.
Bezeichnung und Beschreibung der grafischen 1 bis 4
1 – Prinzipdarstellung einer mobil transportierbaren und mobil aufstellbaren und beweglichen Absorber- und Speicheranlage mit konzentrierendem Trichter (1), der als 8 Spiegelplatten dargestellt ist und auf einer Schalentragekonstruktion (2) befestigt ist, die auf ebener Grundfläche (3) steht und in der ein Speichersystem (4) und ein Balancesystem durch Massenverschiebung (5) integriert ist.
2a – Die Figur zeigt im Querschnitt die diese Neuheit definierenden Hauptbauteile. Hierbei stellt der solarkonzentrierende Trichter (1) mit dem solaren Absorbersystem (6) aus Kollektor oder Voltaikpanel, das Strom und die Abwärme durch eine integrierte Kühlung und integrierte Speicherung (4) nutzbar macht, das konstrultiv erforderliche Massensystem dar, der Speicher (4) als Wärmespeicher, transparenter Speicher oder Elerktrospeicher (Akku) ausgeführt, das stabilisierende Massensystem und die mobil bewegliche Masse (5) das aktive Massensystem, das im übrigen ebenfalls als Speicher ausgeführt werden kann. Alle 3 Systeme haben einen gemeinsamen Schwerpunkt. Wenn dieser durch die Bewegung der aktiven Masse (5) verschoben wird, wird sich die Gesamtanlage seitlich neigend bewegen. Dies ist allerdings nach dieser dargestellten Ausführung nur möglich, wenn das spezifische Gewicht der aktiven Masse (5) wesentlich höher ist, als das der Speichermasse (4).
2b – Die Figur zeigt die durch die Verschiebung der aktiven Masse (5) geneigte Anlage. Damit wird deutlich, daß mit diesem erfinderisch neuem System eine solarkonzentrierende Absorber- und Speicheranlage völlig ohne externen Mechanismus über ein solares Sensorsystem zur Sonne ausgerichtet werden kann und damit auch mit der Sonne mit- geführt werden kann.
3 – Die Figur zeigt, daß das erfinderisch Kennzeichnende dieses neuen Prinzips unabhängig ist von der individuellen Konstruktionsform der Anlage, insbesondere bezüglich der Form und Ausführung des solaren Absorbersystems (6) und der Größe und Form der die Anlage tragenden Schalenbauweise (2).
4a – Es ist natürlich auch möglich, ohne Wertminderung des erfinderischen Prinzips die aktive Massenverschiebung (5) individuell durch eine mechanische oder hydraulische Konstruktion vorzunehmen. Die Figur zeigt als Prinziperklärung die getrennt von der stabilisierenden Speichermasse angebrachte aktive Massenverschiebung durch ein hydraullisches Pumpsystem zwischen rund um die Anlage angebrachte Behälter. Vorzugsweise können dies 4 Behälter sein, angebracht an den 4 Himmelsrichungen, wobei die Behälter Süd (9) und Nord (7) hydraulisch verbunden die Solarausrichtung der Winkeleinstrahlung Winter/Sommer vornehmen und die Behälter West (8) und Ost (nicht sichtbar) die Solarausrichtung der Sonnenbewegung von morgens bis abends vornehmen. Diese Figur zeigt alle Behälter mit gleichem Füllevel. Also ergibt sich in diesem Zustand keine Kippbewegung der Anlage,
4b – Das Bild zeigt die Neigungsverstellung Richtung Süden, weil die Flüssigkeit des Behälters Nord (7) in den Behälter Süd (9) gepumpt wurde. Der Behälter West (8) zeigt keine Füllstandsveränderung. Also kann auch keine Bewegung der Anlage über die Ost/Westrachse erfolgt sein. Die Darstellung entspricht dem Prinzip einer Zweiachsigen Sonnennachführung.

1: solarkonzentrierender Trichter, dargestellt aus 8 zusammengefügten Reflektorplatten mit Spiegelfächen auf der Innenseite des Trichters
2: Schalenkonstruktion zur festen Aufstellung auf ebenem Untergrund (3) mit integrierterm Speicher (Wärme- oder Kälte durch Latentsystem) (4), aktiver Massenverschiebungsmasse (5) und aufgesetztem solarkonzentrierendem Trichter (1)
3: ebene Untergrundfläche zur Anlagenaufstellung
4: bewegungsstabilisierende Speichermasse wie Warmwasser oder Eis als Latentspeicher
5: mechanisch bewegte feste Bewegungsaktivmasse oder hydraulisch bewegte flüssige Bewegungsaktivmasse
6: Solarenergie absorbierende Systeme wie Naktabsorber, Kollektoren mit transparenter Wärmedämmung oder Voltaikpanels zur Erzeugung von Strom, wobei die Abwärme durch ein integriertes Kühl- und Speichersystem voll genutzt werden kann.
7: hydraulischer Massenausgleichsbehälter Nord
8: hydraulischer Massenausgleichsbehälter West
9: hydraulischer Massenausgleichsbehälter Süd

Claims

Solarkonzentrierende Absorber- und Speicheranlage, gekennzeichnet dadurch, daß die gesamze Kollektor- (6) und Speicheranlage (4), als auch der solarkonzentiernede Trichter (1) in und auf einer Speicherschale (2) montiert sind, die durch integrierten Massenausgleich (5, 7, 8, 9) beweglich auf ebenem Fundament steht.
Solarkonzentrierende Absorber- und Speicheranlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß das integrierte Massenausgleichssystem (4, 7, 8, 9) eine Bewegung der Anlage über mehrere Achsen zuläßt, indem in Reservoiren eingebrachte Flüssigkeit (7, 8, 9) oder beweglich angebrachte Gewichte über mindestens 2 Drehachsen in vornehmlich horizontaler Richtung hin- und herbewegt werden, sodaß der Gesanmtschwerpunkt der Anlage auch in die Richtung der bewegten Masse verlagert wird und damit die Anlage sich gezielt nach Sonnenstand orientierend in diese Richtung leicht kippend bewegt.
Solarkonzentrierende Absorber- und Speicheranlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß die aktive Verstellmasse (5) die im Speicherraum oder Speicher (4) integriert ist, ebenfalls als Wärme-, Kälte- oder Elektrospeicher (Akku) ausgeführt ist.