DE102010024681A1

DE102010024681A1 - Autarkes Energieversorgungs-System

Info

Publication number: DE102010024681A1
Application number: DE102010024681A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-06-23
Filing date: 2010-06-23
Publication date: 2011-12-29

Abstract

Es ist die Aufgabe und das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Autarkes Energieversorgungs-System kostengünstig umzusetzen, um regenerative solare Energie so effektiv einzusetzen, dass zusätzlicher Einsatz von fossilen und/oder anderen Brennstoffen nicht mehr notwendig ist. Diese Aufgabe wird mittels einem Autarken Energieversorgungs-System (AEVS) gelöst, das mindestens einen Hochtemperatur-Festkörper-Wärmespeicher (2) aufweist, mit mindestens einer isolierten Solarabsorber-Einheit (4), die verbunden ist/sind mit mindestens einer Wärme-Übertragungs-Einheit (5), welche auch zur Wärmeverteilung innerhalb der Wohneinheit (1) verwendet werden kann. Das AEVS wird so konstruktiv ausgelegt, dass die im Sommer gespeicherte solare Strahlungsenergie soviel und solange gespeichert wird, damit die Wärme-Energie-Versorgung der Wohneinheit (1) auch über die Wintermonate gesichert ist, wobei die zur Verfügung gestellte Wärme-Energie nach entsprechender Umwandlung auch in anderen Energieformen vorliegen kann.

Description

ZUGEHÖRIGES TECHN. GEBIET
Die Erfindung betrifft ein Autarkes Energieversorgungs-System, das dafür sorgen kann, den Energiebedarf einer Wohneinheit für das ganze Jahr ausschliesslich mit der solaren Strahlungsenergie abzudecken, die während der Sommermonate gespeichert wird.
STAND DER TECHNIK
Bisher bekannt sind Hochtemperatur-Speicher-Systeme, die Prozesswärme einer Hochtemperatur-Solaranlage tageweise zwischenspeichern sollen, um eine bessere Auslastung des Turbinen-Generators zu erreichen.
Ebenfalls bekannt sind grosse Wasser-Wärmespeicher, die aber weder wegen des Mediums Wasser nicht mit Hochtemperatur arbeiten, noch die Wärme lange genug speichern können. Hierbei werden zur solaren Warmwasseraufheizung etwa 1000 l-Speicher installiert, die tageweise schlechtes Wetter ohne Sonneneinstrahlung überbrücken können.
MÄNGEL/NACHTEILE SdT
Diese bekannten Systeme können folgende Funktionen nicht erfüllen:

1. Autarke Energieversorgung.
2. Ganzjahres-Energie-Speicherung.
3. Möglichkeit der Energieumwandlung.

TECHN. PROBLEMSTELLUNG/AUFGABE
Es ist die Aufgabe und das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Autarkes Energieversorgungs-System kostengünstig umzusetzen, um regenerative solare Energie so effektiv einzusetzen, dass zusätzlicher Einsatz von fossilen und/oder anderen Brennstoffen nicht mehr notwendig ist.
MITTEL ZUR LÖSUNG/LÖSUNG
Diese Aufgabe wird mittels einen Autarkes Energieversorgungs-System (AEVS) gelöst, das mindestens einen Hochtemperatur-Festkörper-Wärmespeicher (2) aufweist, mit mindestens einer isolierten Solarabsorber-Einheit (4), die verbunden ist/sind mit mindestens einer Wärme-Übertragungs-Einheit (5), welche auch zur Wärmeverteilung innerhalb der Wohneinheit (1) verwendet werden kann. Das AEVS wird so konstruktiv ausgelegt, dass die im Sommer gespeicherte solare Strahlungsenergie soviel und solange gespeichert wird, damit die Wärme-Energie-Versorgung der Wohneinheit (1) auch über die Wintermonate gesichert ist, wobei die zur Verfügung gestellte Wärme-Energie nach entsprechender Umwandlung auch in anderen Energieformen vorliegen kann.
FUNKTIONBESCHREIBUNG AM BEISPIEL
Die Funktionsweise des AEVS soll im folgenden anhand einer Neubau-Wohneinheit sowie einer Wohneinheit aus Altbestand erläutert werden.
Wird bereits in der Planungsphase das AEVS integriert, so wird der relativ schwere Hochtemperatur-Festkörper-Wärmespeicher (2) im unteren Hausteil aufgebaut und die Wohneinheit um ihn herumgebaut (1A), während die isolierte Solarabsorber-Einheit (4) auf dem Dach platziert wird. Die Verbindung zwischen beiden stellt die Wärme-Übertragungs-Einheit (5) dar, die auch dafür verwendet werden kann, die Wärme innerhalb der Wohneinheit (1) zu verteilen (1B). Alle Bauteile müssen besonders nach aussen hin sehr gut isoliert sein, damit idealerweise die Verlustwärme ausschliesslich als Nutzwärme innerhalb der Wohneinheit eingesetzt wird. Darüberhinaus wird eine sehr grosse Speicherkapazität benötigt, um die Langzeitspeicherung über das Jahr hinweg zu realisieren. Dies wird gewährleistet durch ein Festkörperspeichermedium, welches eine hohe Wärmespeicherkapazität und eine hohe Wärmefestigkeit aufweist und die damit zusammenhängende ausreichend grosse konstruktive Auslegung. Die Wärme-Übertragungs-Einheit (5) arbeitet nicht mit Wärmetransport über den Umweg des Massen-Transports eines Mediums (heutiger SdT), sondern allein durch Wärmeleitung, was zwar wesentlich träger ist, aber dafür ohne jegliche bewegte Teile auskommt und somit wartungsfrei ist.
Bei Wohneinheiten aus dem Altbestand bietet sich desweiteren die Möglichkeit an, den Hochtemperatur-Festkörper-Wärmespeicher (2) seitlich an einer ungenutzten Hauswand zu installieren, während die Solarabsorber-Einheit (4) sich im Dachbereich der Wohneinheit (1) befindet (2). Der Hochtemperatur-Festkörper-Wärmespeicher (2) kann dort je nach Platzverhältnissen und baulichen Gegebenheiten entweder ganz, teilweise oder nicht im Erdreich bzw. Fundament versenkt werden.
Als weitere Möglichkeit, unabhängig von der Art der Wohneinheit, kann ein komplettes AEVS mit Abstand von der Wohneinheit (1) weg platziert werden, wobei die Wärme-Übertragungs-Einheit (5) nicht mehr die Aufgabe hat, die Solarabsorber-Einheit (4) mit dem Hochtemperatur-Festkörper-Wärmespeicher (2) zu verbinden, sondern diesen mit der Wohneinheit (1) (4). Dies hat den grossen Vorteil, dass keine baulichen Veränderungen an der Wohneinheit (1) vorgenommen werden müssen.
Auch eine Kombination der oben genannten Einzelkomponenten und deren Positionierung lässt sich je nach optimaler Auslegung entsprechend umsetzen, wie z. B. 3.
Um die Autarkie zu erreichen, gibt es auch die Notwendigkeit der Stromerzeugung. Das AEVS ermöglicht dies in Verbindung mit einer Wärme-Spannung-Wandler-Einheit, wobei verschiedenen Systeme einsetzbar sind, wie ein Thermo-Elektro-Generator, der den Seeberg-Effekt ausnutzt, oder auch die Verwendung von Photovoltaik-Einheiten, die die IR-Strahlung des Hochtemperatur-Festkörper-Wärmespeicher (2) zur Spannungserzeugung verwenden.
Mit diesem erzeugten Strom können dann zu jeder Tages- und Jahreszeit verschiedene elektrische Standardgeräte betrieben werden.
Bei entsprechender Auslegung der Leistung besteht hiermit zusätzlich die Möglichkeit, die Batterien eines entsprechendes Elektro- oder Hybridfahrzeug im Ruhezustand aufzuladen.
Ein wichtiger Grund für hohe Verbrauchsspitzen im heutigen Stromversorgungsnetz ist der synchrone Einsatz von Elektroherden zur Mittagszeit. Dies ist aus energetischer Sicht eine grosse Energieverschwendung, da der Wirkungsgrad der gesamten Prozesskette sehr gering ist.
Das AEVS geht hierfür den direkten Weg und stellt über eine Thermoschleuse die Möglichkeit der Essenszubereitung direkt mit Wärme zur Verfügung z. B. mit kleinen Ofensteinen, die bereits seit einigen Jahrhunderten bekannt sind. Hierbei wird auf jeden Essplatz ein heisser Ofenstein platziert, auf dem ähnlich wie beim Fondue individuell und frisch alle Sorten von Gemüse, Fleisch und Fisch gegart bzw. gebraten werden können; ein Fest für jeden Gourmet. Am besten reicht man hierzu einen trockenen Rotwein z. B. einen Negro D'Avola.
Ebenfalls kann über eine Thermoschleuse im Hochtemperatur-Bereich bei Bedarf der Hochtemperatur-Festkörper-Wärmespeicher (2) mit zusätzlichem Speichermaterial be- oder entladen werden, um mit „aufgeladenem” d. h. heissem Material oder „entladenem” d. h. kaltem Speichermaterial die Temperatur des Gesamt-Systems den Anforderungen anzupassen. Mit entsprechend gut isolierten Transportbehältern kann somit ein dezentrales Verteilen der Wärmeenergie umgesetzt werden.
Um in altem Wohneinheits-Bestand den Umbauaufwand zu minimieren, besteht die Möglichkeit, über ein entsprechendes Wärmetauschsystem die bestehende Wasser-Heizungsanlage weiterhin zu verwenden, wobei der Heizkessel nicht mit konventionellen Energieträgern befeuert wird, sondern an den Hochtemperatur-Festkörper-Wärmespeicher (2) direkt oder indirekt thermisch angeschlossen wird.
VORTEILE:
Folgende Vorteile lassen sich zusammenfassen:

1. Autarke Bereitstellung von Energie.
2. Ganzjahres-Energie-Speicherung.
3. Möglichkeit der Energieumwandlung.
4. Ausschliesslicher Einsatz von regenerativer Energie möglich.
5. CO₂-Neutralität möglich.
6. Robuste Konstruktion durch passive Wärmespeicherung und -leitung.
7. Langlebigkeit durch Einsatz von Nicht-bewegten Bauteilen.
8. Kostengünstig durch lange Lebensdauer und geringern „Return-of-Invest”.
9. Einsatzmöglichkeit in bestehenden Wohneinheiten.
10. Einsatzmöglichkeit in Neubauten.

VERWENDUNG
Selbstverständlich ist das Autarke Energieversorgungs-System nicht auf die beschriebenen Anwendungsbereiche beschränkt, sondern kann überall dort installiert werden, wo es von Vorteil ist, Wärmeenergie zu zu speichern, um diese zu einem späteren Zeitpunkt wieder bedarfsgerecht in das jeweilige Energie-System einzuspeisen. Insofern ist das Autarke Energieversorgungs-System universell einsetzbar.

Claims

Autarkes Energieversorgungs-System (AEVS), aufweisend mindestens einen Hochtemperatur-Festkörper-Wärmespeicher (2), mit mindestens einer isolierten Solarabsorber-Einheit (4), die verbunden ist/sind mit mindestens einer Wärme-Übertragungs-Einheit (5), welche auch zur Wärmeverteilung innerhalb der Wohneinheit (1) verwendet werden kann. Das AEVS wird so konstruktiv ausgelegt, dass die im Sommer gespeicherte solare Strahlungsenergie soviel und solange gespeichert wird, damit die Wärme-Energie-Versorgung der Wohneinheit (1) auch über die Wintermonate gesichert ist, wobei die zur Verfügung gestellte Wärme-Energie nach entsprechender Umwandlung auch in anderen Energieformen vorliegen kann.
Autarkes Energieversorgungs-System nach Anspruch 1, bei dem der Hochtemperatur-Festkörper-Wärmespeicher (2) sich im unteren Bereich der Wohneinheit (1) befindet, d. h. bei Wohn-Altbeständen z. B. im Keller-Bereich und bei Neubauten z. B. im Fundament-Bereich bzw. hierin integriert ist; während die Solarabsorber-Einheit (4) sich im Dachbereich der Wohneinheit (1) befindet.
Autarkes Energieversorgungs-System nach Anspruch 1, bei dem der Hochtemperatur-Festkörper-Wärmespeicher (2) sich ausserhalb, aber direkt an der Wohneinheit (1) befindet, d. h. z. B. seitlich an der Wetterfront bzw. Brandschutzmauer, und entweder ganz, teilweise oder nicht im Erdreich bzw. Fundament versenkt ist; während die Solarabsorber-Einheit (4) sich im Dachbereich der Wohneinheit (1) befindet.
Autarkes Energieversorgungs-System nach Anspruch 1, bei dem der Hochtemperatur-Festkörper-Wärmespeicher (2) sich ausserhalb, aber nicht direkt an der Wohneinheit (1) befindet, d. h. z. B. im Garten-, Garagen- oder Bewirtschaftungsbereich, und entweder ganz, teilweise oder nicht im Erdreich bzw. Fundament versenkt ist; während die Solarabsorber-Einheit (4) sich auf dem Hochtemperatur-Festkörper-Wärmespeicher (2) befindet.
Autarkes Energieversorgungs-System nach Anspruch 1.–4., bei dem sich die Positionen, Verbindungen und konstruktive Auslegung als eine Kombination der vorgenannten Ansprüche ergeben.
Autarkes Energieversorgungs-System nach Anspruch 1.–5., bei dem sich im oder am Hochtemperatur-Bereich eine Energie-Wandler-Einheit befindet, die die thermische Energie in elektrische Energie umwandelt, um ein Standard-Stromnetz von z. B. 220 V Wechselstrom zu versorgen, z. B. durch Thermo-Elektro-Generatoren oder Photovoltaik-Einheiten.
Autarkes Energieversorgungs-System nach Anspruch 1.–6., bei dem sich im oder am Hochtemperatur-Bereich eine Energie-Wandler-Einheit befindet, die die thermische Energie in elektrische Energie umwandelt, um ein Standard-Stromnetz von z. B. 220 V Wechselstrom zu versorgen, das wiederum dazu eingesetzt werden kann, die Batterien eines Elektro- oder Hybrid-Fahrzeugs aufzuladen.
Autarkes Energieversorgungs-System nach Anspruch 1.–5., bei sich im Hochtemperaturbereich ein zusätzlicher Flüssigkeitskreislauf befindet, der wiederum eine Verbindung zum Niedrigtemperatur-Wasserkreislauf (Wasser-Heizungskreislauf) aufweist, um bestehende oder neue Standard-Heizungselemente verwenden zu können.
Autarkes Energieversorgungs-System nach Anspruch 1.–5., bei sich im Hochtemperatur-Bereich eine Schleuse befindet, die die Funktion der Essens-Aufbereitung zur Verfügung stellt, d. h. mit der gespeicherten Wärme gekocht werden kann.
Autarkes Energieversorgungs-System nach Anspruch 1.–5., bei sich im Hochtemperatur-Bereich eine Schleuse befindet, die bei Bedarf mit zusätzlichem Speichermaterial be- oder entladen werden kann, um mit „aufgeladenem” d. h. heissem Material oder „entladenem” d. h. kalten Speichermaterial die Temperatur des Gesamt-Systems den Anforderungen anzupassen.