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Die vorliegende Erfindung befasst sich gemäß des Oberbegriffs der Hauptansprüche mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zur effizienten Speicherung von Solarenergie, insbesondere mit einer Vorrichtung in Kompaktbauweise, die geeignet ist, sowohl in der Haustechnik als auch in industriellen Anlagen zur Anwendung kommen.
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Eine derartige Vorrichtung zur Nutzung von Solarenergie ist aus der
DE 20 2006 009 998.0 bekannt. Diese Vorrichtung weist einen Solarkollektor auf, der die einstrahlende Sonnenenergie sammelt und sie an einen Absorptions- und Speicherkörper
3 mittels eines sogenannten Wärmetransportelements an einen Wärmespeicher weiterleitet und abgibt. Die in diesem Wärmespeicher gesammelte Wärmeenergie wird dann mit einem zweiten Wärmeleitelement über einen Wärmeschalter einem möglichen Verbraucher zugeführt. Mit dieser Vorrichtung wird das Problem gelöst, einem Verbraucher ohne wesentliche Zeitverzögerung mittels Einlegen eines Wärmeschaltorgans, das dem Wärmeverbraucher auch dann Wärme zuführt, wenn der Speicher die geforderte Temperatur noch nicht erreicht hat. Ein Aspekt dieser Vorrichtung ist darin zu sehen, dass das Wärmeleitelement direkt durch den Wärmespeicher geführt wird und nur bei nicht eingeschaltetem Verbraucher Wärme an den Wärmespeicher abgegeben wird. Dadurch kann die Wärmespeicherung sinnvoll und intelligent gesteuert und geregelt werden. Als nachteilig an dieser theoretischen Vorrichtung wird es empfunden, dass weder zum Wärmespeicher noch zu dem Energiekollektor ein konkreter Hinweis auf eine mögliche Ausführungsform der Vorrichtung gegeben wird, die eine Energiebilanz erlauben.
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Ferner ist aus der
WO 2007/093422 A1 ein photovoltaisches Konzentrationsmodul in einem Rahmen mit einer Vielzahl von Fresnel-Linsen bekannt geworden, die die solare Lichtstrahlung auf darunter angeordnete Solarzellen zur Erzeugung elektrischen Stromes konzentrieren, um dadurch einen erhöhten Wirkungsgrad der Solarzellen zu erzielen. Nachteilig daran ist es, dass diese Vorrichtung ausschließlich zur Stromerzeugung mit Solarzellen geeignet ist.
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Weiterhin ist aus der
EP 0 221 575 B1 eine Heizvorrichtung im Stand der Technik bekannt geworden, mit der der Wärmetransport von einem Wärmekollektor zu einem Wärmeverbraucher mit Hilfe einer bevorzugten Flüssigkeit transportiert wird, wobei es im Wesentlichen auf die geschickte Dimensionierung der Rohrleitungen in denen der Flüssigkeitstransport stattfindet, ankommt. Als nachteilig wird es gesehen, dass der Wärmetransport nur mit Flüssigkeiten durchgeführt werden kann, deren obere Temperatur stark eingeschränkt ist, was den Wirkungsgrad der Anlage beeinträchtigt.
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Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, den Wirkungsgrad einer intelligent geregelten Solarenergiekollektion zu erhöhen und eine kompakte Bauweise gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen der Hauptansprüche gelöst. Weitere erfindungswesentliche Merkmale sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Erfindungsgemäß ist die Speichereinheit zur Speicherung solarer Energie mit einem Wärmespeicher, einem Solarkollektor und mindestens einem Absorber dadurch gekennzeichnet, dass der Absorber als schwarzer Strahler ausgebildet ist und der Wärmespeicher als Hochtemperaturspeicher ausgebildet ist, dem die im schwarzen Strahler erzeugte Wärme direkt zugeführt wird. Schwarze Strahler oder auch Hohlraumstrahler genannt, weisen einen Absorbtions- und Emissionsgrad von nahezu 1 auf. Für die Energieübertragung in der hier vorgestellten Bauform wurde dieser noch nicht eingesetzt. Ein weiterer kennzeichnender Aspekt der Erfindung ist darin zu sehen, dass der Solarkollektor als Sammellinse, z. B. eine Fresnel-Linse, ausgebildet ist, deren gebündelte Strahlung auf die Absorptionsfläche des schwarzen Strahlers fällt und so die Lichtstrahlung in Wärme umwandelt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Speicherung solarer Energie mit mindestens einem Solarkollektor und mindestens einem Wärmespeicher, sowie mindestens einem Absorber, ist gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
- – Sammeln solarer Strahlung mittels einer Fresnel-Linse; und
- – Fokussieren der solaren Strahlung auf eine kleine Fläche eines Absorbers, der als schwarzer Strahler ausgebildet ist; und
- – Abführen der erzeugten Wärmeenergie über mindestens ein Wärmeleitelement an einen Wärmespeicher und/oder über ein Wärmeschaltelement an einen Verbraucher.
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Dabei ist es vorteilhaft, dass ein gemeinsames Gehäuse vorgesehen ist, in dem mindestens ein Solarkollektor und mindestens ein Wärmespeicher angeordnet ist.
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Vorteilhaft ist es auch, den schwarzen Strahler durch mindestens eine sog. Strahlenfalle zu ersetzen mit einer möglichen Oberfläche im Hohlraumstrahler oder bei der möglichen Strahlenfalle.
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Vorteilhaft ist es ferner, dass mit dem Wärmespeicher mindestens ein Wärmeleitelement verbunden ist.
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Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass mit dem Wärmeleeitelement mindestens ein Wärmeschaltelement verbunden ist.
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Vorteilhaft ist es auch, dass die solare Strahlung konzentriert auf eine verhältnismäßig kleine Absorberfläche auftrifft, die Teil der Oberfläche des Wärmeträgermaterials ist.
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Vorteilhaft ist es ferner, dass das mindestens eine Wärmeleitelement in Wärme leitenden Kontakt mit dem Wärmespeicher steht.
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Vorteilhaft ist es weiterhin, dass das Wärmeleitelement aus einem Material hoher Wärmeleitfähigkeit, z. B. Kupfer, gefertigt ist. Da die Einheit ggf. der Sonne nachgeführt werden müssen, sind bewegliche Übergänge vom Speicher zum aufnehmenden Warmwasser bzw. Heizungssystem erforderlich. Eine Möglichkeit besteht in der Verwendung von flexiblen Kupferleitungen, wie diese in der Elektrotechnik verwendet werden. Bei geflochtenen Kupferlitzen ist der Querschnitt entsprechend berechenbar.
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Ein Vorteil besteht darin, dass die konzentrierte Solarstrahlung einen Raum durchläuft, in dem mindestens ein Reflexionselement, ähnlich einem Hohlspiegel, angeordnet ist.
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Ein weiterer Vorteil ist es, dass das Wärmespeichermaterial von mindestens einer Isolationsschicht umgeben ist.
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Vorteilhaft ist es auch, dass der Wärmefluss in und aus dem Wärmespeicher intelligent gemessen und/oder geregelt/gesteuert ist.
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Vorteilhaft ist es ferner, dass der Wärmespeicher als Speichermaterial mindestens ein Metalloxid, z. B. Aluminium-Oxid aufweist. Die auf diesem Gebiet selten eingesetzten Metalloxide Al2O3 (90%) und MgO (90%) weisen bessere Werte als Aluminium auf.
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Ferner ist es vorteilhaft auch, die erfindungsgemäße Einheit für solare Kühlsysteme und/oder Lüftungsanlagen heranzuziehen, d. h. alternativ zu dem Wärmeüberträger für Flüssigkeiten auch zur Erwärmung von Luftströmen, z. B. bei einem Haarfön, zu verwenden.
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Im Folgenden wird anhand von Zeichnungen die Erfindung näher erläutert: Es zeigt
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1 eine schematische Darstellung der Speichereinheit (1) zur Speicherung solarer Energie mit einem Wärmespeicher (3), einem Solarkollektor (2) und mindestens einem Absorber (4);
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2 eine schematische Darstellung eines Wärmeleit-Schaltelements (10) in geöffneter (2a) und geschlossener (2b) Stellung;
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3 eine schematische Darstellung einer Speichereinheit (1) in einem geschlossenen Gehäuse (7).
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Die 1 zeigt eine schematische Darstellung der Speichereinheit 1 mit einem Solarkollektor 2, einen Wärmespeicher 3 und einen Absorber 4, die über ein Wärmeleitelement 8 und ein Wärmeschaltelement 10 an einen Verbraucher-Heizkreis 5 angeschlossen sind. Eine Schlüsselfunktion diesem System hat die Bündelung der Strahlung für die Übernahme der Energie. Für die Fokussierung der Sonnenstrahlung mittels Linsen bieten sich Fresnel-Linsen 9 als eine Ausführungsform an. Aufgrund der dünneren Bauform gegenüber vollständigen Linsen sind hiermit geringere Dicken und Herstellkosten möglich. Die Linse 9 besteht aus konzentrischen Ringen (hier nicht gezeigt), die von der optischen Achse ausgehen. Die Fresnel-Linse 9 ergibt sich aus den Randbereichen (gekrümmte Seite) einer normalen Linse. Das ist möglich, da die Brechung der Lichtstrahlen nur in diesen Randbereichen erfolgt. Der Brechungsindex und die Geometrie der Linse bestimmen die Fokussierung der Strahlung. Für handelsübliche Linsen werden die Brennweite (und der Durchmesser, die Dicke) direkt angegeben, z. B. für die Linse SC949 der Fa. Fresnel Optics GmbH mit einem Durchmesser von 201,8 mm und eine Brennweite von 97,1 mm. Der Brechungsindex des Materials PMMA ist mit 1,49 angegeben. Die Strahlung kann auch mit Hilfe eines Spiegels 14, 14' fokussiert werden. Parabolspiegel z. B. fokussieren die Strahlung wie die Linse in einem Brennpunkt. Bei der Entwicklung von Konzentratormodulen mit Fresnel-Linsen und reflektiver Sekundäroptik für die Photovoltaik werden Reflektoren 14 verwendet, um die Strahlung vor und nach dem Durchdringen der Linse 9 in den Brennpunkt zu lenken, falls der Eintrittswinkel der Strahlung auf die Linse um bis max. 15° abweicht. In dieser prinzipiellen Darstellung könnten die Reflektoren 14 ebenfalls den Eintrittswinkel vergrößern, Linsenfehler ausgleichen und zusätzliche diffuse Strahlung fokussieren. Bevor die gebündelte Strahlung auf die Absorptionsfläche 11 des schwarzen Strahlers bzw. Hohlraumstrahlers als Absorber 4 auftrifft, wird sie durch einen automatisches Verschlusselement 17 geführt, das z. B. mit einem Bimetall oder einer Solarzelle gesteuert wird.
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Für eine verlustarme Aufnahme der gebündelten Strahlung ist es grundsätzlich günstig, einen Hohlraumstrahler 4 zu verwenden, der nur eine kleine Öffnung hat. Die Strahlung wird dann im Inneren so oft reflektiert und dabei teilweise absorbiert, dass Sie praktisch nicht mehr heraus kommt. Dabei gerät sie mit den Wänden in ein thermisches Gleichgewicht. Für eine möglichst vollständige Absorption der Strahlung im Hohlraum werden als Geometrie ein Kegel bzw. eine spiralförmige Ausbildung bevorzugt. Das Verhältnis vom Durchmesser der Öffnung zur Höhe bzw. Länge für 50 Reflektionen wird z. B. mit 15 (Höhe: Durchmesser) angegeben.
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Im Vergleich zu konventionellen Kollektoren, wo große Absorberflächen auch große Verluste bewirken gibt es beim vorliegenden System nur eine kleine Öffnung zum Hohlraum im Wärmespeicher. Die weitere Fläche um den Wärmespeicher 4 ist mit einer Isolationsschicht 15 isoliert. Dadurch wird die beim konventionellen Kollektor anfallende Konvektion, Reflektion und Wärmestrahlung am Absorber wesentlich reduziert. Um die Wärmeabstrahlung vom Absorber 4 im Kollektor zu verringern, werden selektive Absorbermaterialien (z. B. Cermet, Tinox) eingesetzt. Diese Materialien nehmen Strahlung der Sonne mit dem Hauptteil im Wellenlängenbereich kleiner 2 μm gut auf und geben nur wenig eigene Wärmestrahlung im Wellenlängenbereich oberhalb von 2 μm ab. Die Absorbtionskoeffizienten von diesen Materialien sind etwas geringer. Ein Hohlraum nimmt die Strahlung unabhängig von der Wellenlänge vollständig auf. Der Hohlraumstrahler 4 ist umgeben von einem Wärmespeicher 3, der aus einem gut Wärme leitendem Material, z. B. Metall oder ein Metalloxid, wie beispielweise Aluminiumoxid (Al2O3), gefertigt ist. Um die Wärmeverluste möglichst gering zu halten, ist der Festkörper-Wärmespeicher 3 von einer Isolationsschicht 15 umgeben, die weitgehend die Wärmestrahlung nach außen an die Umgebung verhindert. Voraussetzung für einen wirtschaftlichen Einsatz der Speichereinheit 1 ist die Reduzierung der Verluste auf ein Minimum zu bringen. Eine Möglichkeit, Verluste gering zu halten, ist das System konstruktiv mit einer kleinen Oberfläche zu gestalten, möglichst als eine kompakte Einheit 1. Ebenfalls wesentlich für die Reduzierung der Verluste ist die Isolierung gegen konvektive Wärmeübertragung und die bereits oben erwähnte Wärmestrahlung und Wärmeleitung. Bei der Konvektion wird Wärme von einem festen Körper an eine strömende Flüssigkeit oder Gas übertragen. Der übertragene Wärmestrom hängt von folgenden Kenngrößen ab:
- – dem Wärmeübergangskoeffizienten (α in W/(K m2)) der von den verschiedensten Einflussgrößen des Überganges abhängt, z. B. Strömung, Geometrie etc.,
Einflussgrößen des Überganges abhängt, z. B. Strömung, Geometrie etc.,
- – der Fläche (A in m2) bzw. in unserem Fall dem Querschnitt des Wärmeleiters, durch
den die Wärme zum Warmwasser- oder Heizungssystem übertragen werden soll,
- – dem Temperaturgefälle (Tw-Tf in K), als Voraussetzung für die Wärmeübertragung.
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Die Konvektion kann durch konstruktive Maßnahmen verringert werden. Dieses kann durch Unterbrechen der thermischen Transporte erfolgen, beispielsweise durch einschließen der Luft in kleinen Poren (Styropor). Ebenfalls kann Konvektion durch Erzeugung eines Vakuums vermieden werden. Wärmestrahlung kann durch eine metallische Beschichtung vermieden werden, wie dieses beispielsweise bei der Thermoskanne oder beim Isolierstoff WDS® Lambdaflex® Super der Fa. Porextherm der Fall ist. Der Isolierstoff ist ein Wärmedämmstoff aus silikatischen Substanzen, die in ein Aluminium-Folienverbundsystem eingeschweißt sind. Für die Isolierung werden also Materialien mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit gesucht. Der o. g. Isolierstoff der Fa. Porextherm besitzt eine Wärmeleitfähigkeit von 0,034 W/(m K) bei 400°C (0,041 W/(m K) bei 600°C). Der Isolierstoff Vacupor der Fa. Porextherm weist eine noch geringere Leitfähigkeit von 0,019 W/(m K) auf, ist jedoch nur bis 120°C einsetzbar. Eine Alternative ist eine Isolierung mit einem Vakuum oder mit Gasen, die eine Wärmeleitfähigkeit von 0,005 ... 0,58 W/(m K) aufweisen.
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Um die im Wärmespeicher 3 gespeicherte Wärme bei Gebrauch ableiten zu können, steht ein Wärmeschaltelement 10 mit einem Wärmeleitelement 8 in engem thermischen Kontakt, wobei das Wärmeleitelement 8 sowohl starr als auch flexible ausgebildet werden. Mit dem Wärmeschaltelement 10 wird der Wärmefluss aus dem Wärmespeicher 3 gesteuert oder geregelt, je nach dem, ob beim Verbraucher 16 als Wärmetauscher Wärme benötigt wird oder nicht. Das Wärmeleitelement 8 ist ebenfalls von einer Isolierschicht 15' umgeben, um bei der Wärmeleitung mögliche Verluste gering zu halten. Die Materialien sind hier ähnlich wie die zur Isolierung des Wärmespeichers 3. Das Wärmeleitelement 8 gibt also bei Bedarf Wärme an einen handelsüblichen Wärmetauscher 16 ab, der in einem Gehäuse 18 außerhalb der Speichereinheit 1 angeordnet ist. Mit dem Wärmetauscher 16 ist eine Zuleitung 19 verbunden, die beispielsweise dem Wärmetauscher Kaltwasser zuführt, das auf eine vorbestimmte Temperatur gebracht wird, um dann über eine elektronisch/elektrische Steuerung 20 einem möglichen Heizkreis 5 zugeführt werden zu können. Zusätzlich ist dem Wärmetauscher 16 bzw. dem Heizkreis 5 eine Zusatzheizung 21 zugeschaltet, die bei Bedarf durch die Steuerung fehlende Wärme erzeugt und sie dem System über eine Ablaufleitung 22 zuführt.
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Die 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Wärmeschaltelementes 10 in geöffnetem Zustand (2a.) und in geschlossenem Zustand (2b.). Die Energie aus dem Wärmespeicher 3 muss entsprechend dem Bedarf des aufnehmenden Verbrauchers 16 im System abgegeben werden. Dafür muss die Wärmeleitung geregelt und/oder geschaltet werden. Eine Option ist die Realisierung mit Flüssigkeits- oder Neigungsschaltern, ähnlich den Schaltern aus der Elektrotechnik. Als Flüssigkeit könnte wegen der hohen Temperaturen Thermoöl genutzt werden. Alternativ könnte auch ein Festkörper zum Schalten eingesetzt werden. Das Schalten erfolgt über das Verändern der Fläche und Länge des Schaltermediums. Die Ansteuerung der Schalter würde dann über Servostellantriebe von der Heizungsregelung bzw. -steuerung erfolgen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die sich gegenüberliegenden Wärmeleitungen 23, 23' mittels einer Flüssigkeit 24, z. B. Thermoöl, oder eines festen Mediums geöffnet oder geschlossen. Im geöffneten Zustand des Wärmeschaltelementes 10 werden die Kontakte 25, 25' der Wärmeleitungen 23, 23' nicht von der Flüssigkeit 24 berührt, während die beiden Kontakte 25, 25' in geschlossenem Zustand von der Flüssigkeit berührt werden und somit ein Wärmefluss in beiden Richtungen stattfinden kann. Der rechteckige Körper 26 symbolisiert ein Tauchelement, das beim Eintauchen in den Behälter 27 die Flüssigkeit verdrängt, wodurch der Pegel ansteigt und so die Kontakte 25, 25' mit einander verbindet. Entsprechend der Eintauchtiefe des Tauchelementes 26 steigt oder fällt der Pegel der Flüssigkeit 24 in dem Behälter 27, so dass allein dadurch die fließende Wärmemenge gesteuert oder geregelt werden kann.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel stellt ein sog. Wärmerohr (Heatpipe) dar, das gezielt aktiviert und deaktiviert wird. Das Wärmerohr ist ein Rohr, in dem auf der warmen Seite z. B. Kühlmittel verdampft und mittels Konvektion zur kühlen Seite strömt. Wenn die Flüssigkeit am kühlen Ende wieder kondensiert, fließt das Kondensat durch Kapillarwirkung wieder zurück zur Verdampfungszone und der Prozess beginnt erneut. Die Kapillarwirkung wird z. B. durch ein feines Drahtmaschennetz an der Innenwand des Rohrs erreicht, die ein vollständiges benetzen des Netzes und der Innenwand durch die Kühlflüssigkeit ermöglichen sollten. Nach dem Wärmeleitschalter muss die Wärme dann über einen Wärmetauscher 16 die Brauchwasser- und Heizungsanlage angebunden werden. Diese Einheit muss so ausgelegt werden, dass die maximal zulässige Temperatur des Wärmeträgermediums der Anlage nicht überschritten wird. Die Speichereinheit 1 wird dann als Speicherkollektor zur Brauchwassererwärmung oder zur solaren Zuheizung in ein Brauchwasser- oder Heizungssystem integriert. Ideal wäre, wenn damit im Brauchwasser- und Heizungssystem kein Speicher mehr erforderlich ist und die Heizungsanlagen in der Nähe der Speichereinheit 1 platziert ist, wie es z. B. bei Heizungszentralen im Dachboden der Fall ist.
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Die 3 zeigt eine Speichereinheit 1 in einem Gehäuse 7, das die einzelnen Komponenten der Einheit integriert. Die Vorrichtung besteht einem Gehäuse 7, in das auf einer Seite ein Strahlungskollektor 2 angeordnet ist, der die Solarstrahlung aufnimmt, sie bündelt und auf einen bestimmten Punkt innerhalb des Gehäuses 7 fokussiert. Durch Ausbildung des Absorbers als schwarzer Körper sollen die bei konventionellen Kollektoren auftretenden Reflektions- und Abstrahlungsverluste verringert werden. Im Fokus dieses Strahlenbündels ist ein sog. schwarzer Strahler 6 angeordnet, in dessen Hohlraum die gesamte Solarstrahlung der Sammellinse 2 eingestrahlt wird. Entsprechend der Kirchhoff'schen Gesetze wird die Strahlung zumindest nahezu in Wärme umgewandelt, die an einen Hochtemperatur-Wärmespeicher 3 abgeführt wird. Der Hochtemperatur-Wärmespeicher 3 besteht aus einem Material hoher Wärmekapazität, z. B. einem Metalloxid (Aluminiumoxid). Ein wesentliches Merkmal der Vorrichtung ist, dass der Wärmeträger keine Flüssigkeit (Fluid), sondern einen Festkörper mit hoher Wärmeleitfähigkeit ist (vorzugsweise Kupfer) und die Wärme vom Absorber 4 ohne dass Hilfsenergie erforderlich ist, mittels Wärmeleitung 8 zum Speicher 3 und zum Verbraucher 16 bzw. Heizkreis 5 transportiert wird. Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist eine direkte wärmeleitende Verbindung mittels eines Wärmeleitelementes 8 zwischen Kollektor über ein Wärmeschaltelement 10 zum Verbraucher, sodass der Verbraucher 16 bei leerem Speicher auch direkt vom Kollektor mit Wärme versorgt werden kann. Die auftreffende Strahlungsenergie wird mit einem Konzentrator auf eine kleine Absorberfläche konzentriert, die Teil der Oberfläche des Wärmeträgermaterials ist. Damit kann die in Wärme umgewandelte solare Strahlung direkt zum Verbraucher 16 geleitet werden. Wird dieser Wärmetransport durch einen Schalter 10 unterbrochen, fließt die Wärme in einen, den Wärmeträger umgebenden, Hochtemperaturspeicher 3 aus festem Material. Durch Einsatz eines festen Speichermaterials mit hoher spezifischer Wärmekapazität sollen hohe Speichertemperaturen und damit eine große Energie-Speicherdichte ermöglicht werden. Erreicht werden die hohen Temperaturen durch Konzentration der Sonnenstrahlung. Durch die kleine Absorberfläche des schwarzen Strahlers 6 werden die Wärmeverluste infolge Konvektion verringert.
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Durch Zusammenlegung von Kollektor und Speicher und infolge des festen Wärmeträgers entfällt quasi der komplette Solarkreislauf mit seinen Rohrleitungen, Pumpen, dem Wärmeträgerfluid und dem zentralen Warmwasserspeicher. Dadurch entfallen auch deren Wartung und Überwachung, die Antriebsenergie für die Pumpen sowie die Wärmeverluste der Leitungen und des zentralen Speichers. Ein Verdampfen oder Einfrieren des Wärmeträgers ist nicht mehr möglich.
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Die vorliegende Erfindung einer neuartigen Speichereinheit 1 für hohe Temperaturen beinhaltet zusammenfassend im Wesentlichen
- – eine Konzentrationeinrichtung der Strahlung über z. B. Spiegel und/oder Linsen in einen Hohlraumstrahler, der Energie aufnimmt und (fast) nichts zurückstrahlt;
- – die Speicherung mit hohen Temperaturen, um eine große Wärmemenge bei geringerem Materialeinsatz zu speichern;
- – Weiterleitung über einen Wärmeleiter (fest, flexibel oder flüssig);
- – Wärmeleitung wird über einen Wärmeleitschalter gesteuert (eine Wärmeleitung erfolgt durch Herstellen einer wärmeleitenden Verbindung z. B. mit Thermoöl oder einem festen Wärmeleiter);
- – bei der Wärmeabgabe zum Wärmetauscher muss beachtet werden, dass die max. Temperatur zur Übergabe an das Wasser < 100°C (Siedepunkt bei Umgebungsdruck) ist. Das wird durch die entsprechende Dimensionierung des Wärmeleiters erreicht;
- – die Minimierung der Verluste wird erreicht durch eine nicht modulare kompakte Bauweise (ger. Oberfläche für Kollektor mit Speicher), entsprechender Isolierung für die höheren Temperaturen, kleiner Öffnung beim Kollektor, automatische Isolierung der Öffnungsgrade bei Unterbrechung der Energiezufuhr.
- – Die Steuerung des Systems zur Wärmeabgabe für unterschiedliche Anwendungen/Speichersituationen: Einfamilienhäuser, Mehrfamilienhäuser, Industrie, Warmwasser oder/und Heizungssystem oder direkte Abgabe von Prozesswärme für höhere Temperaturen, solare Kühlung;
- – Für unterschiedliche Positionierungen/Einbausituationen: im „schrägen” Dach, auf dem „schrägen” Dach, auf einem Flachdach, im Kniestock, im Drempel, mit/ohne Gehäuse, mit/ohne Nachführung, mit/ohne nachgeführten Spiegeln, kaskadiert, etc.
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Dabei treten eine Reihe von Vorteilen gegenüber herkömmlichen Systemen oder Anlagen wie folgt auf:
- – Nähere Energieertrag je Fläche, geringere Investitionen, weniger Verluste (gegenüber konventionellen Kollektoren, keine Konvektion, erheblich geringere Wärmeabstrahlung, keine Reflektion am Absorber);
- – Beim der Speichereinheit 1 treten Kollektorstillstände (oder auch Stagnation genannt) nicht auf, da dem Speicher die Energie direkt über die Strahlung zugeführt wird. Diese größere Verfügbarkeit erhöht den solaren Ertrag entsprechend und ist ein weiterer wesentlicher Vorteil gegenüber konventionellen Kollektoren.
- – Geringer Wartungsaufwand; und
- – aufgrund der kompakten Bauart der Speichereinheit 1 treten keine Zirkulationsverluste beim Wärmetransport von einem Kollektor zum Speicher auf (eine Einheit);
- – ferner ist für die gesamte Einheit 1 kein Frostschutz erforderlich;
- – Die Kosten von Al2O3 sind z. Zt. 20% der Kosten von Aluminium. Im Vergleich zu anderen Speichermöglichkeiten ist die Speicherung in einem Festkörper bei hohen Temperaturen aufgrund der hohen Energiedichte, geringen Kosten sowie der einfacheren Handhabung eine sehr attraktive Variante.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202006009998 [0002]
- WO 2007/093422 A1 [0003]
- EP 0221575 B1 [0004]
