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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von Strom durch Konzentrieren und Verstärken von Sonnenlicht.
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2. Erörterung von Stand der Technik
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Erneuerbare Energien haben erhöhte Beachtung gefunden, da sie fossile Brennstoffe wie Kohle, Erdöl und Erdgas, die nur begrenzt vorhanden sind, und Atomenergie, die schreckliche Umweltschäden verursachen kann, ersetzen können. Erneuerbare Energien sind unter Anderem kinetische Energie, thermische Energie und Lichtenergie, die durch Wasserkraft, Windkraft, Gezeitenkraftwerke und Sonnenlicht erzeugt werden können. Unter diesen ist die bedeutendste erneuerbare Energie das Sonnenlicht, das unerschöpflich vorhanden und umweltfreundlich ist.
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Ein solares Stromerzeugungssystem, das Sonnenlicht nutzt, erzeugt elektrische Energie, indem direkt thermische Energie des Sonnenlichts genutzt wird oder indem mittels der thermischen Energie eine Turbine in Drehung versetzt wird. Solche solaren Stromerzeugungssysteme werden hauptsächlich in Häusern, Gebäuden, Fabriken, Kraftwerken und Ähnlichem eingesetzt, um Wärme und elektrische Energie zu liefern.
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Da jedoch ein solares Stromerzeugungssystem die Installation eines Solarkollektorpaneels oder eines solaren Wärmekollektors im Freien erforderlich macht, hat es den Nachteil, dass eine große Fläche erforderlich ist, um eine große Menge Energie zu erzeugen, und anfänglich hohe Installationskosten anfallen. Da ein solares Stromerzeugungssystem schwer ist, ist zudem der Installationsort beschränkt. Zudem ist es im Fall der Polarregionen, die weniger Sonnenlicht erhalten, unmöglich, durch Einsatz eines solaren Stromerzeugungssystems ausreichend Energie zu erhalten.
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Kurzfassung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Stromerzeugung durch Verstärken von Sonnenlicht, das wegen Miniaturisierung keine Anforderungen an den Installationsraum stellt und kostengünstig zu installieren ist sowie reichlich Energie erzeugen kann.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Stromerzeugung durch Verstärken von Sonnenlicht geschaffen, mit einem Sonnenlichtverstärkungsmittel, das zum Sammeln und Verstärken von Sonnenlicht konzipiert ist, einem Energiespeichermittel, das zum Tragen des Sonnenlichtverstärkungsmittels und zum Speichern elektrischer Energie sowie thermischer Energie, die von den Sonnenlichtverstärkungsmitteln erzeugt wurde, konzipiert ist, wobei das Sonnenlichtverstärkungsmittel ein erstes Rohr, das aus metallischem Material ist und zum Aufnehmen eines gasförmigen, flüssigen, gelartigen oder festen Wärmetransfermediums konzipiert ist, ein zweites Rohr, das dazu konzipiert ist, das erste Rohr zu umschließen, ein solares Photovoltaikmodul, das zwischen dem ersten Rohr und dem zweiten Rohr installiert ist, eine Sonnenlichtverstärkungsscheibe, die mit konkaven Spiegeln oder konvexen Linsen, die vorgegebene Form haben, versehen ist und zur Verstärkung von Sonnenlicht an dem äußeren Umfang des zweiten Rohrs angebracht ist, aufweist, und wobei die Sonnenlichtverstärkungsscheibe mehrere Lichtsammelscheiben enthält, die aus konkaven Spiegeln oder konvexen Linsen gebildet sind, und die konkaven Spiegel oder konvexen Linsen der Lichtsammelscheiben Größen haben, die in radialer Richtung von der Außenseite des zweiten Rohrs zu dessen Innenseite größer oder kleiner werden.
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Bevorzugt sind die konkaven Spiegel oder die konvexen Linsen der Sonnenlichtverstärkungsscheibe aus transparentem Material geformt, das wärmebeständig ist, und so geformt sind, dass sie separat an der Lichtsammelscheibe angebracht und von ihr abgenommen werden können.
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Bevorzugt kann das Photovoltaikmodul mit mehreren Solarzellen versehen sein, die einander überlappend auf konzentrischen Kreisen zwischen dem ersten Rohr und dem zweiten Rohr angeordnet sind, wobei ein Rohr zwischen den Solarzellen angeordnet ist und das Rohr sowie das erste Rohr einen Vorsprung zur Wärmeübertragung haben.
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Das Energiespeichermittel kann eine Rotationseinheit, die drehbar das Sonnenlichtverstärkungsmittel trägt, und einen Heißwassertank, der von der thermischen Energie des Sonnenlichtverstärkungsmittel aufgeheiztes Wasser speichert, aufweisen, wobei der Heißwassertank eine Einlassöffnung, durch die Wasser eingeleitet wird, und eine Auslassöffnung, durch die erhitztes Wasser abgelassen wird, haben kann.
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Bevorzugt enthält das Energiespeichermittel einen Heißwasserversorgungsanschluss, durch den beheiztes Wasser von dem Heißwassertank an einen externen Boiler abgegeben werden kann.
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Bevorzugt enthält das Energiespeichermittel eine Dampfauslassöffnung, durch die Hochdruckdampf von dem Heißwassertank an eine externe Turbine abgegeben werden kann.
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Bevorzugt kann das Energiespeichermittel ein Ladeteil, das mehrere Speicherbatterien aufweist, die von dem Photovoltaikmodul erzeugte elektrische Energie speichern, und einen Wandler, der die Stromcharakteristik der von dem Photovoltaikmodul erzeugten Energie ändert, enthalten.
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Bevorzugt weist der Heißwassertank einen ersten Tank, der heißes Wasser speichert, das durch die thermische Energie des Sonnenlichtverstärkungsmittels aufgeheizt wurde, und einen zweiten Tank, der um den ersten Tank herum angeordnet ist und warmes Wasser speichert, das eine niedrigere Temperatur als das heiße Wasser des ersten Tanks hat, auf.
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Bevorzugt enthält das Energiespeichermittel eine Hochdruckdüse, die in das Energiespeichermittel eingebaut ist, sich bei Gebrauch nach Außen erstreckt und Reinigungswasser auf die Oberfläche des Sonnenlichtverstärkungsmittels spritzt.
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Bevorzugt können das erste und das zweite Rohr horizontal oder vertikal angeordnet sein, um von der Rotationseinheit drehbar zu sein.
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Wenn das Sonnenlichtverstärkungsmittel vertikal angeordnet ist, kann ein trichterförmiges Lichtsammelteil, dessen Fläche sich nach oben vergrößert, an einem oberen Ende des Sonnenlichtverstärkungsmittels installiert werden, und eine oder mehrere Sonnenlichtverstärkungsscheiben können an der Oberfläche des Lichtsammelmitglieds angebracht werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die oben genannten und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für Fachleute besser verständlich, indem deren Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben werden. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine Vorrichtung zur Stromerzeugung durch Verstärkung von Sonnenlicht gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht,
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2 eine perspektivische Explosionsdarstellung, die schematisch ein Sonnenlichtverstärkungsmittel in der Vorrichtung zur Stromerzeugung durch Verstärkung von Sonnenlicht gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht,
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3 eine Schnittansicht des Sonnenlichtverstärkungsmittels in einer Vorrichtung zur Stromerzeugung durch Verstärkung von Sonnenlicht gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
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4a bis 4d Ansichten, welche die Form konvexer Linsen in einer Sonnenlichtverstärkungsscheibe veranschaulichen und eine einzelne plankonvexe Linse darstellen,
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5a bis 5d Ansichten, welche die Form konvexer Linsen in der Sonnenlichtverstärkungsscheibe veranschaulichen und eine multikonvexe Linse darstellen,
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6 eine perspektivische Explosionsdarstellung, die schematisch die Vorrichtung zur Stromerzeugung durch Verstärkung von Sonnenlicht gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht,
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7 eine perspektivische Explosionsdarstellung, die schematisch eine Speicherbatterie und ein Photovoltaikmodul des Sonnenlichtverstärkungsmittels in der Vorrichtung zur Stromerzeugung durch Verstärkung von Sonnenlicht gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht,
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8 eine Schnittansicht, die schematisch das Photovoltaikmodul des Sonnenlichtverstärkungsmittels in einer Vorrichtung zur Stromerzeugung durch Verstärkung von Sonnenlicht gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt,
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9 eine perspektivische Ansicht, die schematisch die Vorrichtung zur Stromerzeugung durch Verstärkung von Sonnenlicht gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt, und
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10 eine perspektivische Ansicht, die schematisch die Vorrichtung zur Stromerzeugung durch Verstärkung von Sonnenlicht gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
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Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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Wie die 1 bis 3 zeigen, enthält eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Stromerzeugung durch Verstärkung von Sonnenlicht ein Sonnenlichtverstärkungsmittel 100, das Sonnenlicht sammelt und verstärkt, sowie ein Energiespeichermittel 200, welches das Sonnenlichtverstärkungsmittel 100 trägt und elektrische sowie thermische Energie speichert. Das Sonnenlichtverstärkungsmittel 100 hat hierbei eine im Wesentlichen zylindrische Struktur und enthält ein erstes Rohr 110, ein zweites Rohr 120, ein Photovoltaikmodul 130 und eine Sonnenlichtverstärkungsscheibe 140.
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Das erste Rohr 110 enthält ein gasförmiges, flüssiges, gelartiges oder festes Wärmetransfermedium. Das Wärmetransfermedium wird durch Sonnenlicht auf eine vorgegebene Temperatur oder höher aufgeheizt. Das erste Rohr 110 kann aus metallischem Material sein, beispielsweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, um Wärme von dem Sonnenlicht zu übertragen. Das erste Rohr 110 kann auch aus einer nicht-metallischen Mischung hergestellt sein, die wärmebehandelt wurde, um wärmebeständig zu sein, beispielsweise einem Kohlenstoffmaterial, insbesondere Graphen.
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Das zweite Rohr 120 hat im Wesentlichen dieselbe Form wie das erste Rohr 110, einen größeren Durchmesser als das erste Rohr 110 und umgibt das erste Rohr 110. Das heißt, das erste Rohr 110 ist in dem zweiten Rohr 120 angeordnet. Das zweite Rohr 120 kann aus durchsichtigem Material hergestellt werden. Zudem kann das zweite Rohr 120 aus einer nicht-metallischen Mischung sein, die wärmebehandelt wurde, um wärmebeständig zu sein, beispielsweise aus Kohlenstoffmaterial, insbesondere Graphen.
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Das Photovoltaikmodul 130 ist zwischen dem ersten Rohr 110 und dem zweiten Rohr 120 angeordnet und erzeugt elektrische Energie durch den photovoltaischen Effekt mittels Sonnenlicht, das auf die Oberfläche des zweiten Rohres 120 fällt. Das Photovoltaikmodul 130 kann hierbei mit einem Paar halbzylindrischer Zellen versehen sein, die voneinander getrennt sind, wobei jede dieser Zellen an eine Speicherbatterie angeschlossen sein kann, die später beschrieben wird.
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Die Sonnenlichtverstärkungsscheibe 140 ist ein Lichtsammelscheibe, die mit konkaven Spiegeln oder konvexen Linsen vorgegebener Form versehen ist, die an der äußeren Umfangsfläche des zweiten Rohres 120 angebracht sind und dazu dienen, Sonnenlicht zu sammeln und zu verstärken. Die Sonnenlichtverstärkungsscheibe 140 enthält mehrere Lichtsammelscheiben 141 bis 144. In der Zeichnung sind vier Lichtsammelscheiben dargestellt, aber die Sonnenlichtverstärkungsscheibe 140 kann 2, 3, 4, ... oder n Lichtsammelscheiben enthalten. Jede der Lichtsammelscheiben 141 bis 144 ist mit konkaven Spiegeln oder konvexen Linsen vorgegebener Form versehen. Die Sonnenlichtverstärkungsscheibe 140 kann an beiden Seitenflächen des zweiten Rohrs 120 angebracht sein. Dabei kann ein Abdeckteil, das geöffnet/geschlossen werden kann, an den beiden Seitenflächen des zweiten Rohrs 120 angebracht sein und die 2, 3, 4, ... oder n Lichtsammelscheiben 140 können an dem Abdeckteil angebracht sein.
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Die konkaven Spiegel oder die konvexen Linsen einer Lichtsammelscheibe 141 können andere Größen haben als die konkaven Spiegel oder konvexen Linsen einer anderen Lichtsammelscheibe 142. Die konkaven Spiegel oder die konvexen Linsen der einen Lichtsammelscheibe 141 sind größer als die konkaven Spiegel oder konvexen Linsen der anderen Lichtsammelscheiben 142, 143 und 144. Das heißt, dass die konkaven Spiegel oder die konvexen Linsen der Sonnenlichtverstärkungsscheibe 140 so angeordnet sind, dass deren Größen in radialer Richtung von dem zweiten Rohr 120 nach außen zunehmend größer werden. Natürlich können die konkaven Spiegel oder die konvexen Linsen der Sonnenlichtverstärkungsscheibe 140 so angeordnet sein, dass deren Größen in radialer Richtung von dem zweiten Rohr 120 nach außen gemäß den Formen der konkaven Spiegel oder konvexen Linsen zunehmend kleiner werden. Die Lichtsammelscheiben 141 bis 144 der Sonnenlichtverstärkungsscheibe 140 können in beliebiger Weise angeordnet sein, solange das Sonnenlicht, das von außen nach innen wandert, verstärkt werden kann.
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Durch eine solche Anordnung der konvexen Linsen (oder konkaven Spiegel), d. h. die Anordnung der Lichtsammelscheiben 141 bis 144, kann auf die Oberfläche der Sonnenlichtverstärkungsscheibe 140 fallendes Sonnenlicht gesammelt und verstärkt werden, während es durch die vierte Lichtsammelscheibe 144, die dritte Lichtsammelscheibe 143, die zweite Lichtsammelscheibe 142 und die erste Lichtsammelscheibe 141 fällt. Deshalb kann der photovoltaische Effekt, der von dem solaren Photovoltaikmodul 130 erzeugt wird, erheblich erhöht werden und zugleich das zweite Rohr 120 auf eine hohe Temperatur aufgeheizt werden. Die hohe Temperatur des zweiten Rohres 120 bewirkt dann eine Wärmeübertragung auf das erste Rohr 110. Die auf das erste Rohr 110 übertragene Wärme erhöht die Temperatur des Wärmetransfermediums in dem ersten Rohr 110. Das Wärmetransfermedium in dem ersten Rohr 110 wird dann auf eine hohe Temperatur aufgeheizt und ein Hochdruckdampf in dem ersten Rohr 110 erzeugt. Theoretisch lässt sich die elektrische Energie und die thermische Energie in Abhängigkeit von der Anzahl der Lichtsammelscheiben 141 bis 144 des Sonnenlichtverstärkungsscheibes 140 exponentiell erhöhen und somit sehr viel elektrische Energie und thermische Energie erhalten.
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Wie 2 zeigt, hat das erste Rohr 110 einen vorstehenden Abschnitt 111, der in den eingeschnittenen Abschnitt des Photovoltaikmoduls 130 eingeführt ist. Der vorstehende Abschnitt 111 erstreckt sich in Längsrichtung des ersten Rohrs 110 und ist in den eingeschnittenen Abschnitt des Photovoltaikmoduls 130 eingesetzt. Der Kontaktbereich zwischen dem ersten Rohr 110 und dem Photovoltaikmodul 130 ist deshalb erhöht. Dementsprechend ist die Effizienz des Wärmeübergangs zwischen dem ersten Rohr 110 und dem Photovoltaikmodul 130 erhöht. Obwohl dies in den Zeichnungen nicht dargestellt ist, kann der vorstehende Abschnitt 111 alternativ an dem zweiten Rohr 120 angebracht sein und somit die Effizienz des Wärmeübergangs zwischen dem zweiten Rohr 120 und dem Photovoltaikmodul 130 erhöht werden. Wie 8 zeigt, sind die Solarzellen an den Vorsprüngen der Rohre 121 bis 123 hintereinander angeordnet, so dass die Effizienz der Vorrichtung zur Stromerzeugung durch Verstärkung von Sonnenlicht maximiert wird.
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Wie die 4a bis 4d zeigen, ist die konvexe Linse der ersten Lichtsammelscheibe 141 (siehe 4a) der Sonnenlichtverstärkungsscheibe 140 hexagonal geformt und die konvexe Linse der zweiten Lichtsammelscheibe 142 (siehe 4b) hat eine Größe, die kleiner als die Größe der konvexen Linse der ersten Lichtsammelscheibe 141 ist. Die konvexe Linse der dritten Lichtsammelscheibe 143 (siehe 4c) hat eine Größe, die kleiner als die Größe der konvexen Linse der zweiten Lichtsammelscheibe 142 ist. Die konvexe Linse der vierten Lichtsammelscheibe 144 (siehe 4d) hat eine Größe, die kleiner als die Größe der konvexen Linse der dritten Lichtsammelscheibe 143 ist. Wie vorstehend beschrieben hat jede der Lichtsammelscheiben 141 bis 144 der Sonnenlichtverstärkungsscheibe 140 eine einzelne plankonvexe Linse.
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Wie die 5a bis 5c zeigen, kann die Sonnenlichtverstärkungsscheibe 140 mit einer Lichtsammelscheibe versehen sein und die eine Lichtsammelscheibe kann mehrere mehrförmige konvexe Linsen 140a, 140b, 140c und 140d haben. Mehrere mehrförmige Lichtsammelscheiben können bereitgestellt werden und dann miteinander gekoppelt. Wie in 5d dargestellt, können die mehrförmigen Lichtsammelscheiben mit der Kombination konvexer Linsen unterschiedlicher Form versehen sein und die Lichtsammelscheiben können jeweils gemäß ihren Größen angeordnet sein und dann an dem zweiten Rohr 120 angebracht sein.
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Alle die in den 4a bis 4d dargestellten konvexen Linsen und die in den 5a bis 5d dargestellten konvexen Linsen können so ausgebildet sein, dass sie sich separat an der Lichtsammelscheibe anbringen und von ihr abnehmen lassen. Wegen einer solchen Ausgestaltung können die konvexen Linsen in einem Schadensfall, bei Abrieb oder Alterung teilweise ausgetauscht werden. Die Lichtsammelscheiben, welche die konvexen Linsen tragen, können aus einer speziell bearbeiteten Folie hergestellt sein, die wärmebeständig ist, z. B. transparentem Urethanmaterial mit wärmebeständigen Eigenschaften.
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Wie 1 zeigt, enthält das Energiespeichermittel 200 eine Rotationseinheit (nicht dargestellt), welche drehbar das vorstehend beschriebene Sonnenlichtverstärkungsmittel 110 trägt, und einen Heißwassertank 210, in dem Wasser mittels der thermischen Energie des Sonnenlichtverstärkungsmittels 100 aufgeheizt wird.
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Die Rotationseinheit hat eine externe Ausdehnung, die der des Sonnenlichtverstärkungsmittels 100 entspricht, enthält einen Trägerrahmen 220, auf dem das Sonnenlichtverstärkungsmittel 100 horizontal liegt, und der Trägerrahmen 220 ist mit einer drehbaren Rolle (nicht dargestellt) versehen, die das Sonnenlichtverstärkungsmittel 100 dreht, um das Sonnenlichtverstärkungsmittel 100 zu rotieren. Wegen der Rotationseinheit kann Sonnenlicht auf der Oberfläche der Sonnenlichtverstärkungsscheibe 140 des Sonnenlichtverstärkungsmittels 100 gleichmäßig gesammelt werden. Anstelle der Rolle kann eine drehbare Welle, die an der zentralen Welle des Sonnenlichtverstärkungsmittels 100 angebracht ist und die Sonnenlichtverstärkungsmittel 100 dreht, an dem Trägerrahmen 220 angebracht sein.
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Der Heißwassertank 210 hat einen Einlass 211 und einen Auslass 212, die in dem Trägerrahmen 220 vorgesehen sind, um Wasser einzulassen und abzugeben. Dabei kann in dem Heißwassertank 210 Grundwasser, Regenwasser, Schnee, Meerwasser oder Ähnliches gelagert sein. Dabei kann Grundwasser, Regenwasser, Schnee, Meerwasser oder Ähnliches in den Heißwassertank 210 in einem Zustand eingeleitet werden, in dem fremde Substanzen über einen separaten Reinigungstank herausgefiltert wurden. Ein Wasserstandsensor (nicht dargestellt) ist in dem Heißwassertank 210 montiert. Ein Absperrventil (nicht dargestellt) ist an dem Einlass 211 des Heißwassertanks 210 installiert. Das Absperrventil wird gemäß dem Messergebnis des Wasserstandsensors geöffnet/geschlossen und lässt Grundwasser durch den Einlass 211 in den Heißwassertank 210.
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Das in den Heißwassertank 210 eingeleitete Grundwasser wird mit der thermischen Energie beheizt, die von dem Sonnenlichtverstärkungsmittel 100 geliefert wird. Dabei kann Grundwasser über das Wärmetransfermedium des ersten Rohrs 110 beheizt werden. Das in dem Heißwassertank 210 gelagerte Grundwasser kann dabei durch das vorstehend beschriebene Sonnenlichtverstärkungsmittel 100 auf sehr hohe Temperaturen aufgeheizt und somit in heißes Wasser umgewandelt werden.
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Zudem kann das Energiespeichermittel 200 einen Heißwasserversorgungsanschluss 230 aufweisen, um warmes Wasser, das in dem Heißwassertank 210 erhitzt wurde, an einen externen Boiler (nicht dargestellt) abzugeben. Heißes Wasser, das von dem Sonnenlichtverstärkungsmittel 100 auf sehr hohe Temperaturen aufgeheizt wurde, kann über den Heißwasserversorgungsanschluss 230 in den Boiler eingefüllt und zum Beheizen eines Gebäudes benutzt werden.
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Das Energiespeichermittel 200 kann einen Dampfauslass 240 haben, um Hochdruckdampf, der in dem Heißwassertank 210 erzeugt wurde, an eine externe Turbine (nicht gezeigt) abzugeben. Indem Dampf an die Turbine abgegeben wird, kann elektrische Energie separat produziert werden. Das Energiespeichermittel 200 kann dabei einen Druckmesssensor (nicht dargestellt) haben, der den Druck im Inneren des Heißwassertanks 210 misst. Der Dampfauslass 240 kann gemäß dem Messergebnis des Druckmesssensors automatisch geöffnet/geschlossen werden.
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Das Zuführen von Grundwasser, das Zuführen von erhitztem Wasser und das Zuführen von Dampf kann mit einem Bedienpaneel 250 vorgenommen werden, das an dem Trägerrahmen 220 vorgesehen ist. Das Bedienpaneel 250 kann einen Wasserversorgungsknopf aufweisen, der das Absperrventil des Einlasses 211 steuert, einen Heißwasserversorgungsknopf, der das Öffnen und Schließen des Heißwasserversorgungsanschlusses 230 steuert, und einen Dampfabgabeknopf, der das Öffnen und Schließen des Dampfauslasses 240 steuert.
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In den 6 bis 8 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Stromerzeugung durch Verstärkung von Sonnenlicht dargestellt. Das Photovoltaikmodul 130 ist mit mehreren Solarzellen 131 bis 134 versehen, die miteinander überlappend auf konzentrischen Kreisen zwischen den Rohren 121 bis 123, die zwischen dem ersten Rohr 110 und dem zweiten Rohr 120 angeordnet sind, angeordnet. Die Solarzellen 131 bis 134 sind einzeln an die Speicherbatterie angeschlossen und werden später beschrieben.
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Das Energiespeichermittel 200 enthält ein Ladeteil 260, das von dem Photovoltaikmodul 130 erzeugte elektrische Energie speichert, und einen Wandler (nicht dargestellt), der die Stromcharakteristik der von dem Photovoltaikmodul 130 erzeugten elektrischen Energie umwandelt.
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Das Ladeteil 260 ist auf einer Seite des Trägerrahmens 220 in einem Abstand von dem Heißwassertank 210 angeordnet und enthält mehrere Speicherbatterien 261 bis 264. Die Speicherbatterien 261 bis 264 sind kleine Lithium-Speicherbatterien hoher Leistung, mit einer entsprechenden Anzahl von Solarzellen versehen und speichern die jeweils von den Solarzellen erzeugte elektrische Energie. In der Zeichnung sind vier Solarzellen und vier Speicherbatterien dargestellt. Falls erforderlich kann die Anzahl der Solarzellen und der Speicherbatterien aber geändert werden.
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Der Wandler dient dazu, Gleichstrom (DC) in Wechselstrom (AC) umzuwandeln und kann selektiv gemäß dem Bedarf an elektrischer Energie betrieben werden. Wenn beispielsweise die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Stromerzeugung durch Verstärkung von Sonnenlicht verwendet wird, um ein kleines oder mittleres Gebäude, wie etwa eine Wohnung oder ein Haus, mit Strom zu versorgen, wird der Wandler betrieben, um von dem Photovoltaikmodul 130 erhaltenen Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln. Wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Stromerzeugung durch Verstärkung von Sonnenlicht verwendet wird, um ein großes Gebäude wie eine Fabrik oder eine Anlage mit elektrischem Strom zu versorgen, wird der Wandler nicht betrieben. Wenn die Vorrichtung zur Stromerzeugung durch Verstärkung von Sonnenlicht gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, um viel elektrische Leistung zu erzeugen, ist es natürlich nicht nötig, diesen Wandler zu installieren. Zudem kann die Vorrichtung zur Stromerzeugung durch Verstärkung von Sonnenlicht gemäß der vorliegenden Erfindung einen Wandler aufweisen. Der Heißwassertank 210 kann einen ersten Wassertank 210a und einen zweiten Wassertank 210b aufweisen. Heißes Wasser mit hoher Temperatur kann in dem ersten Tank 210a und warmes Wasser mit einer relativ niedrigeren Temperatur kann in dem zweiten Tank 210b gespeichert werden. Der zweite Tank 210b, in dem warmes Wasser gespeichert wird, dient dazu, die Rohre vor dem Einfrieren und Platzen zu bewahren und um die Wasserversorgung zu puffern.
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Der Heißwassertank 210 kann eine Hochdruckdüse 270 aufweisen, die Reinigungswasser auf die Oberfläche der Sonnenlichtverstärkungsmittel 110 spritzt, um diese zu waschen. Die Hochdruckdüse ist detailliert in 9 dargestellt.
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In 9 ist ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Stromerzeugung durch Verstärkung von Sonnenlicht dargestellt. Das Sonnenlichtverstärkungsmittel kann dabei senkrecht auf dem Trägerrahmen 220 des Energiespeichermittels 200 montiert werden. Das vertikal montierte Sonnenlichtverstärkungsmittel 100 ist drehbar an dem Trägerrahmen 220 gelagert.
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Der Heißwassertank 210 weist einen ersten Tank 210a, in dem heißes Wasser gespeichert ist, und einen zweiten Tank 210b sowie einen dritten Tank 210c auf, die auf beiden Seiten des ersten Tanks 210a angeordnet sind und warmes Wasser speichern, das eine niedrigere Temperatur als das heiße Wasser in dem ersten Tank 210 hat. Das Energiespeichermittel 200 enthält ein erstes Ladeteil 260a, das außerhalb des zweiten Tanks 210b angeordnet ist, ein zweites Ladeteil 260b, das außerhalb des dritten Tanks 210c angeordnet ist. Das zweite Ladeteil 260b kann eine Energiespeichervorrichtung sein, die elektrische Energie speichert, die von der Turbine erzeugt wurde, die von dem heißen Hochdruckdampf in dem ersten Rohr 110 betrieben wird, und kann auch eine groß bemessene Energiespeichervorrichtung wie ein Energiespeichersystem ESS sein, das Wechselstrom speichert.
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Die Vorrichtung zur Stromerzeugung durch Verstärkung von Sonnenlicht in einer solchen vertikalen Struktur kann als ein großer Generator konzipiert sein, der gut in einem Ort eingesetzt werden kann, der viel elektrische Energie benötigt, beispielsweise eine Fabrik oder Anlage. Die Vorrichtung zur Stromerzeugung durch Verstärkung von Sonnenlicht mit der vorstehend beschriebenen horizontalen Struktur kann als kleiner oder mittlerer Generator konzipiert sein, wie er für ein Haus, ein Einkaufszentrum, ein Appartement oder Ähnliches geeignet ist.
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Das Energiespeichermittel 200 hat eine Hochdruckdüse 270, die Reinigungswasser auf die Oberfläche des Sonnenlichtverstärkungsmittels 100 spritzt, um diese zu waschen. Die Hochdruckdüse 270 ist dazu vorgesehen, in den zweiten Tank 210b und den dritten Tank 210c eingebaut zu werden und sich dann nach außen zu erstrecken und im Betrieb Reinigungswasser unter hohem Druck zu verspritzen. Die Hochdruckdüse 270 kann eine teleskopartige Düse sein, die sich wie ein Teleskop zusammenziehen kann.
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In 10 ist ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Stromerzeugung durch Verstärkung von Sonnenlicht gezeigt. Dabei ist an dem oberen Ende des Sonnenlichtverstärkungsmittels 100 ein zusätzliches trichterförmiges Lichtsammelteil 150 vorgesehen, dessen Fläche sich nach oben vergrößert. Die vorstehend beschriebene Sonnenlichtverstärkungsscheibe 140 ist an der Oberfläche des Lichtsammelteils 150 angebracht. Der Neigungswinkel des Lichtsammelteils 150 kann 20 bis 45 Grad betragen. 1, 2, 3, ... n, d. h. mehrere Sonnenlichtverstärkungsscheiben 140 können einander überlappend an der oberen Fläche des Lichtsammelteils 150 angebracht werden. Die sich überlappenden Sonnenlichtverstärkungsscheiben 140 können auch an der äußeren Fläche des Lichtsammelteils 150 angebracht sein.
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Bevorzugt kann an der oberen Fläche des Lichtsammelteils 150 eine Abdeckung angebracht werden, die geöffnet/geschlossen werden kann. Sonnenlichtverstärkungsscheiben 140 können an der Oberfläche der Abdeckung angebracht werden. Die Abdeckung ist dazu vorgesehen, gemäß den Messergebnissen eines Drucksensors (nicht dargestellt), der den Innendruck des Sonnenlichtverstärkungsmittels 100 misst, geöffnet und geschlossen zu werden.
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Das Sonnenlichtverstärkungsmittel 100, das senkrecht installiert ist, kann als eine teleskopartige Struktur ausgebildet sein, die sich wie ein Teleskop zusammen ziehen kann und somit nach Bedarf ausgefahren oder zusammengezogen werden kann.
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Da die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Stromerzeugung durch Verstärkung von Sonnenlicht miniaturisiert werden kann, ist der Installationsraum nicht beschränkt und Installationskosten sind folglich reduziert.
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Da die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Stromerzeugung durch Verstärkung von Sonnenlicht in Abhängigkeit von der Anzahl der Lichtsammelscheiben, die darin montiert sind, ein hohes Maß an Sonnenlicht sammeln kann, lässt sich eine hohe Energieeffizienz selbst in Gebieten erreichen, in denen die Sonne wenig scheint.
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Fachleuten ist klar, dass verschiedene Abwandlungen an den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne von dem Geist oder Umfang der Erfindung abzuweichen. Es ist deshalb beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung auch alle Abwandlungen umfasst, sofern diese im Umfang der beigefügten Ansprüche oder ihrer Äquivalente liegen.
