DE10318036A1

DE10318036A1 - Solarenergiewandler mit Elektrolyseur

Info

Publication number: DE10318036A1
Application number: DE10318036A
Authority: DE
Inventors: Nikolaus Johannes Laing; Inge La Jolla Laing
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-04-19
Filing date: 2003-04-19
Publication date: 2004-11-04

Abstract

Eine mit der azimutalen Wanderungsgeschwindigkeit der Sonne rotierende, auf einem Wasserkörper schwimmende Plattform, die eine Vielzahl von Konzentratorlinsen trägt und eine gleichgroße Anzahl von Photozellen enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattform mit einem wasserspaltenden Elektrolyseur, der durch die Photozellen elektrisch gespeist wird, eine Einheit bildet.

Description

Die Erfindung betrifft Strahlungswandler für Sonnenenergie die mit Elektrolyseuren zur Wasserstoffgewinnung eine Einheit bilden.
Wünschenswert für die Energiewirtschaft der Zukunft ist die Nutzung der Sonnenenergie zur Spaltung von Wasser. Ein Nachteil bekannter Anlagen sind die Probleme der elektrischen Kette, bestehend aus der Reihenschaltung vieler Solarzellen, der Umwandlung des Stromes in Wechselstrom, der Transformation auf eine ökonomische Wechselspannung, der Fortleitung, der Erzeugung von Hochstrom und der Wiedergleichrichtung bei geringer Spannung und Verteilung des Gleichstroms auf Elektrolyseure.
Die Nachteile entfallen bei der erfindungsgemäßen Lösung, die darin besteht, dass Photozellen auf einer auf einer Wasserfläche schwimmenden Platform, die dem Azimut der Sonnenwanderung folgt, angeordnet sind und dass die Plattform einen Elektrolyseur enthält, dessen Elektroden mit den Photozellen unmittelbar galvanisch verbunden sind.
Da die optimale Spannung für die Spaltung des Wassers bei 1,25 bis 2,1 Volt liegt, schlägt die Erfindung vor, dass die Photozellen galvanisch mit den Elektrolyseurzellen verbunden werden. Durch diese Kombination entfallen alle stromwandelnden Bauelemente, die heute erforderlich sind.
Die Erfindung soll anhand von Figuren beschrieben werden:
1 zeigt eine Draufsicht auf eine schwimmende Plattform mit einer Elektrolyseurbatterie.
2 zeigt eine aus diesen Plattformen bestehende Energiefarm zur Wasserstoffgewinnung.
3 zeigt einen Trog, der von quadratischen Konzentratorlinsen bedeckt ist
4 zeigt einen Querschnitt durch einen Strahlungswandler, der einen optischen Diffusor, eine Multijunktionphotozelle und einen elektrisch isolierenden Wärmeleiter enthält.
5 zeigt das Schaltbild einer Gruppe, die aus parallelgeschalteten Photozellen und einer Anzahl von Elektrolyseurzellen besteht.
In der 1 ist in Draufsicht eine Solaranlage gezeigt, die aus einer großen Zahl von photovoltaischen Wandlern und aus Elektrolyseurzellen besteht. Die Plattform 1 ist von einem schwimmenden Ring 2 umgeben, und trägt ein mit dem Ring 2 verbundenes Skelett dessen Traversen 4 in Richtung der Bestrahlung verlaufen und zwischen sich Tröge 5 aufnehmen. Diese Tröge 5 sind mit konzentrierenden Flachlinsen abgedeckt. Die Brennpunkte, die durch die Flachlinsen erzeugt werden, gelangen auf einen in 4 beschriebenen Strahlungswandler 7. Der bei der Besonnung erzeugte Strom wird dem Elektrolyseur 8 zugeführt. Der Ring 2 wird durch drei Rollen 9, 10 und 11 zentriert. Ein Stepmotor, der von einem Sonnenfinder gesteuert wird, treibt eine Rolle 10 an. Diese überträgt die Drehbewegung durch Reibschluss auf den Ring 2, der dann mit der azimutalen Geschwindigkeit der Sonnenwanderung geschwenkt wird. Im Zentrum befindet sich ein Gehäuse 13, das die Elektrolyseurzellen enthält. Das Gehäuse 13 ragt wie auch die Strahlungswandler 7 in die Wasserschicht, wodurch die Verlustwänne auf die Wasserschicht 20 übertragen wird. Die Wasserzufuhr zum Elektrolyseur und die Ausleitung von Wasserstoff und Sauerstoff erfolgt über Leitungen, die zum Zentrum 14 der Plattform 1 führen und danach mit einem außerhalb der Plattform 1 liegenden Reinigungssystem 15 und einem Zwischenspeicher 16 verbunden sind.
2 zeigt eine Kraftwerksfarm, die auf einem flachen See 20 installiert ist. Die Plattformen 1 mit den Trögen 5 sind annähernd dicht bei dicht angeordnet und durch Rollen D, F, S, zentriert. Der Abstand von Plattform zu Plattform ist so gewählt, dass eine Bedienungsperson mit einer Anglerhose durch die Engstelle hindurchtreten kann.
3 zeigt einen Trog 5 dessen offene Seite 30 rechteckige, konzentrierende Flachlinsen 32 trägt. Der Trog ist um die horizontal verlaufende Achse 31 schwenkbar. Die Seite 30 weist zur Sonne. Der Trog wird durch einen Sonnenfinder gesteuert, der Sonnenelevation nachgeführt. Die Strahlungswandler 7 sind so angeordnet, dass sie teilweise in die Wasseroberfläche eintauchen, wenn die Elevation der Sonne +25° erreicht. Mit zunehmender Sonnenhöhe werden die Strahlungswandler 7 vollständig in den Wasserkörper 20 bewegt.
4 zeigt den Querschnitt durch einen Strahlungswandler 7. Im Inneren der Hülse 40 ist unter einem optischen Homogenisierer 41 eine Multifunktion Photozelle 42 angeordnet, es folgen ein die Wärmedehnung ausgleichender Körper 43 und ein Wär meleitkörper 44. Der Wärmeleitkörper 44 überträgt den Verlustwärmestrom auf den mit Rippen 45 besetzten Bereich der Hülse 40. Über die Rippen 45 gelangt der Wärmestrom in den Wasserkörper 20. Die Stromausleitung von der negativen Seite der Photozelle 42 erfolgt über den Leiter 46, die positive Seite der Photozelle ist mit dem die Wärmedehnung ausgleichenden Körper 43 verlötet. Sollen mehrere Photozellen 42 in Reihe geschaltet werden, so ist zwischen der Wärmequellenseite 47 des Wärmeleitkörpers 44 und dessen Wärmesenkenseite 48 eine Isolierschicht angeordnet, die die Hülse 40 von der Photozelle 42 elektrisch trennt.
5 zeigt schematisch einen Elektrolyseur 50. Im Gehäuse 51 sind die Elektroden 52 und 53 angeordnet, die in eine basische Lösung 54 eintauchen. Zwischen der positiven und der negativen Elektrode ist eine semipermeable Trennwand 55 angeordnet. Am höchsten Punkt erfolgt die Ausleitung des Wasserstoffgases von der Kathode und die des Sauerstoffs von der Annode. Der Laugenkreislauf wird durch den unteren Bereich des Elektrolyseurgehäuses 51 geleitet, wo der Verlustwärmestrom durch die Wandung des Gehäuses in den Wasserkörper 20 gelangt. Die Figur zeigt eine Schaltung, bei der keine Isolation zwischen der positiven Seite der Photozelle 42 und dem rippentragenden Bereich 45 der Hülse 40 erforderlich ist, denn die Spannung einer 3-schichtigen Multijunktionszelle beträgt 2,82 Volt, die optimale Spannung für die Elektrolyseurzellen liegt zwischen 0,5 und 1,3 Volt. Eine Photozelle bzw. eine parallel geschaltete Gruppe von Photozellen liefert eine ausreichend hohe Spannung für 2–4 Elektrolyseurzellen. Diese Schaltung erfordert also einen kleineren Aufwand als Anlagen mit Reihenschaltung der Photozellen.
Eine Alternative der Erfindung besteht darin, dass die Plattform, durch ein durch den Überdruck eines Gebläses erzeugtes Luftkissen angehoben wird. Die Wärmeabfuhr erfolgt bei solchen Konstruktionen über stark verrippte Kühlkörper, die einem Luftstrom ausgesetzt werden.

Claims

Eine mit der azimutalen Wanderungsgeschwindigkeit der Sonne rotierende, auf einem Wasserkörper schwimmende Plattform, die eine Vielzahl von Konzentratorlinsen trägt und eine gleichgroße Anzahl von Photozellen enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattform mit einem wasserspaltenden Elektrolyseur, der durch die Photozellen elektrisch gespeist wird, eine Einheit bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Verlustwänne der Photozellen in den die Plattform tragenden Wasserkörper geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlustwärme des Elektrolyseurs ebenfalls in den Wasserkörper eingeleitet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet dass die Rückseiten der Photozellen mit dem Wasserkörper wärmeleitend verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Photozellen parallelgeschaltet ist und dass die parallelgeschalteten Photozellen eine Gruppe, die aus einer geringeren Anzahl von Elektrolyseurzellen besteht, speisen.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Elektrolyseurzellen größer ist, als die Anzahl der Gruppen parallelgeschalteter Photozellen.
Vorrichtung nach Anspruch 5; dadurch gekennzeichnet, dass die Photozellen parallel geschaltet sind und mindestens zwei in Reihe geschaltete Elektrolyseurzellen speisen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserzufuhr zum Elektrolyseur und die Ausleitung von Wasserstoff und Sauerstoff über flexible Verbindungsleitungen erfolgt, die über das Zentrum der Plattform geleitet werden und danach durch stationäre Leitungen zu Einrichtungen außerhalb der Plattform führen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Flachlinsen konzentrierte Strahlenbüschel auf einem Glaskörper auftreffen, der die Strahlen der runden Fokalfläche auf eine rechteckige Austrittsfläche isotrop verteilt und dann auf die Photozelle leitet.
Vorrichtung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Plattform während der Sonnenscheinperiode im Uhrzeigersinn geschwenkt wird und während der übrigen Stunden des Tages so geschwenkt wird, dass der Wind bis nahe an die Oberfläche des Wasserkörpers gelangen kann.
Vorrichtung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Photozellen und die Elektrolyseurzellen in Reihe geschaltet werden und dass die Verlustwärme der Photozellen durch einen großflächigen Kühlkörper geleitet wird, der eine erste wärmeleitende, großflächige Vorrichtung enthält, die thermisch mit der Wärmequelle kommuniziert und über eine dünne Isolierschicht den Wärmestrom auf eine zweite Wärmeleitvorrichtung mit annähernd gleicher Fläche überträgt, die mit der Wärmesenke wärmeleitend verbunden ist, so dass die Wärmesenke von der Wärmequelle elektrisch getrennt ist.