DE19522426A1

DE19522426A1 - Solar-Energiestation

Info

Publication number: DE19522426A1
Application number: DE1995122426
Authority: DE
Original assignee: KRESSE REINER 61348 BAD HOMBURG DE
Current assignee: KRESSE REINER 61348 BAD HOMBURG DE
Priority date: 1995-06-21
Filing date: 1995-06-21
Publication date: 1997-01-02

Description

Die Erfindung betrifft eine werkseitig herstellbare, nach Sonnenstand regulierbare, vielseitig einsetz- und anwendbare Hochleistungs-Solarkollektoranlage mit integrierter Wärme pumpe, wahlweise mit entsprechender Speicherkapazität als Solarenergiestation, nach meinem Verfahren DE-P 41 34 749,8 welche an Sonnenplätzen wie Dachfirst, Flachdach oder Außen anlage, stationär als auch beweglich aufgestellt und montiert, über das ganze Jahr die Sonnenenergie in Wärme, Kälte und Strom umsetzt, als eine dauerhafte Versorgungsquelle für alle Gebäudearten, Unternehmen, Fabrikationsstätten, Verfahren und Verbraucher bei maximalen Leistungswirkungsgrad, unter Ausnutzung einer totalen Wärmerückgewinnung aus Versorgungs gebäuden mit hinterlüfteten Vollwärmeschutz (5 cm Luftspalt- 10 cm Wärmedämmung) bei ca. 80%tiger Energieeinsparung und ca. 60 dB wirksamen Schallschutz, den gesamten Investitions aufwand gewinnbringend verzinst, als eine Einheit, der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.

Es ist bekannt, daß großflächige Solarkollektoranlagen auf Dachflächen montiert nur stundenweise Sonne empfangen, was lediglich im Sommer die Warmwasserversorgung ausreichend sichert, bei relativ schlechten Wirkungsgrad.

Es ist bekannt, transportable Solaranlage PCT/DE79/00036, eigene Erfindung, als anschlußfertige stationäre Einheit. Nachteil: die Sonne muß um die Anlage wandern.

Es ist bekannt, Verfahren: DE-P 41 34 749.8 (eigene Erfindung) mit dem Titel: Solaranlage + Feststoffspeicher + Wärmepumpe ist gleich EINS.
oder: regenerativer Energiekreislauf, bestehend aus:
DE-P 43 03 156 Solarkollektoranlage
DE-G 92 12 218 Fassadenverkleidung mit hinterlüfteten Vollwärmeschutz (Luftspalt = 5 cm, Wärme dämmung 10 cm).
DE-P 42 08 625.6 Einrichtung für regenerative Energieum wandlung ( Wärmepumpe).

Vorteil: Ohne dieses Verfahren gibt es keine Alternative, Alles oder Nichts, wenn die Sonne unser Energie und Umwelt problem lösen soll.

Es ist nicht bekannt, daß großflächige Solarkollektoranlagen nach dem Sonnenstand regulierbar sind, im Dachfirst eingepaßt, auf Flachdächer oder im Außenbereich der Versorgungsstätte aufgestellt sind.

Es ist nicht bekannt, daß in einem schwenkbaren Solarkollektor eine Wärmepumpe integriert ist, welche Sonnenausfallzeiten ausgleicht und die Energieversorgung alternativ erfüllt.

Es ist nicht bekannt, daß Solarkollektoranlagen zur Verbesser ung des Leistungswirkungsgrades wabenartige Einlegbleche als Absorbtionsfläche aufweisen, welche eine Kupferrohrschlange aufnehmen und durch Abkantung und entsprechend angeordnete Abstandhalter zwei von einander unabhängige Lufträume (Umluft schleuse) für Warmluftheizung, Trinkwassererzeugung und Aufbe reitung, Getreidetrockner, Trockenanlagen und vieles mehr, eine Ganzjahresnutzung zulassen.

Es ist nicht bekannt, daß gleichartige geschlossene Einhei ten als ganzjährig genutzte und einsatzbereite Solar- Energiestation welche unter Nutzung einer 80%tigen Energie einsparung an Gebäuden und totaler Wärmerückgewinnung als Hauptenergieträger für alle Bereiche wirtschaftlich und umweltfreundlich eingesetzt sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch eine industrieelle Fertigung einer vielseitig an wendbaren Solar-Energiestation mit schwenkbarer Solarkollektor anlage und integrierter Wärmepumpe, bei freier Standortbe stimmung sowie höchst möglichen Leistungswirkungsgrad und ganz jähriger Sonnenausbeutung, einschließlich der Sonnen losen Zeit, die Energieversorgung für den gewählten Einsatz bereich zufriedenstellend zu erfüllen.

Durch eine stetige Ausrichtung der Solarkollektoranlage zur Sonnenachse über den ganzen Tag und über das ganze Jahr wird erstmals über Langzeit das gesamte Leistungsvermögen der Sonnenkraft zur Umwandlung in Wärmeenergie auf die Solarkollektorfläche übertragen und der wirtschaftlichen Nutzung zur Verfügung stehen, wobei an sonnenlosen Tagen Stunden oder Perioden eine integrierte Wärmepumpe die Wärme und Kältezufuhr (Energieversorgung) sichert. Natürlich muß der Energiebedarf gewaltig reduziert werden und neue Verwendungsbereiche für Mischtemperaturen 25°C bis 50°C genutzt werden (Wasch- und Spülmaschinen, Kühl boxen, Warmluftheizung über Umluftschleuse und dergleichen, um dann auch die geschenkte Sonnenenergie reichhaltig zu nutzen, ohne jeglichen Totlauf, nur so kann der Kostenfaktor je gelieferte KW/h Sonnenenergie oder Verbrauchsenergie weit billiger als der Atomstrompreis je KW/h sein und Gewinn bringend sich selbst verzinsen.

Durch den gewählten regenerativen Energiekreislauf indem eine Fassadenverkleidung mit hinterlüfteten Vollwärmeschutz unabdingbar für eine totale Wärmerückgewinnung, einschließlich Wiederverwendung für die Wärmepumpe bei gleichzeitiger 80 %tiger Energieeinsparung, was auch eine kontinuierliche Raumentlüftung und Frischluftversorgung einschließt sowie auch eine bis zu 60 dB Schalldämmung beschert, wird die Voraussetzung für eine solare ENERGIEVERSORGUNG erfüllt.

Durch weitere zusätzliche Maßnahmen soll die Qualität der Energieumsetzung Sonne in Wärme (wirtschaftliche Wärmeer zeugung oder Leistungswirkungsgrad ) der Anlage wesentlich verbessert werden, indem wabenartige Absorbtionsflächen die Kupferrohrschlange aufnehmen und unter diesen Lufträume und Umluftschleusen für individuelle Nutzungsart bei belie bigen Energieverbraucher und Berufszweigen zu erreichen. Bei einer Solar-Energiestation der im Oberbegriff des Patent anspruchs 1 bezeichneten Art, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung gelöst, durch die im kennzeichnenden Teil des An spruchs 1 angegebenen Merkmale.

Das wesentliche der Erfindung ist die totale Umwandlung der Sonnenenergie in Wärme zur Aufheizung von Heiß-Warmwasser bei gleichzeitiger Aufheizung der Umluft durch eine stetige Angleichung der Solarkollektoranlage zur Sonnenachse, wobei selbst bei Sonnenausfall über das ganze Jahr eine integrierte Wärmepumpe die Energieversorgung aufrechterhält.

Das wesentliche der Erfindung ist die Vergrößerung der Absorb tionsfläche durch wabenartige Profilierung sowie die Bildung eines Treibhauseffektes innerhalb der Solarkollektoranlage in der Umluftschleuse, die auch bei sonnenlosen Wetter fühlbare Wärmeleistung erbringt.

Das wesentliche der Erfindung ist die Einbindung in einen regenerativen Energiekreislauf indem die Wärmerückgewinnung in wirtschaftliche Wärmeverwertung mittels Wärmepumpe umgesetzt wird, was die Voraussetzung für eine ganzjährige sichere und ausreichende Energieversorgung darstellt, wobei die Sonnenenergie mit Unterstützung durch eine Wärmepumpe zum Hauptenergieversorger werden läßt und die Notwendigkeit fossiler Brennstoffe und Atomkraftwerke ausschließt, vermehrte sichere Arbeitsplätze weltweit schafft und umweltfreundlich die Gesundheit der Menschen fördert.

Der besonderer Vorteil einer Solar-Energiestation ist die uneingeschränkte risikofreie Nutzbarmachung der Sonnenenergie für alle Wirt schaftszweige, so auch für Trinkwassererzeugung, Meerwasser entsalzung, biologische Kompostanlagen, Recyclinganlagen und vieles mehr. Was neue Fabrikationsstätten und sichere und dauerhafte Arbeitsplätze, Arbeit und Brot für jeden schafft und in allen Ländern der Erde einen neuen Wirtschafts bereich zum Schutz von Umwelt und Leben auch in den ärmsten Bereichen Wirtschaftswachstum garantiert.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispiels weise näher erläutert; diese zeigt in

Fig. 1 in Draufsicht den Schwenkbereich von 190 Winkelgraden der Solar-Energiestation gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ein Schnitt der Solar-Energiestation mit integrierter Wärmepumpe gemäß der Erfindung;

Fig. 3 schematisch den Antrieb für den Schwenkbereich der Solar-Energiestation gemäß der Erfindung;

Fig. 4 im Schnitt den Aufbau der Solarkollektoranlage für sich gemäß der Erfindung;

Fig. 5 in Draufsicht das Einlegteil mit wabenartiger Absorb tionsfläche und befestigter Kupferrohrschlange für sich gemäß der Erfindung;

Fig. 6 im Halbschnitt die Tragkonstruktion der schwenkbaren Solar-Energiestation mit Laufrollenkranz nebst Aufsatzblock gemäß der Erfindung;

Fig. 7 Anwendungsbeispiel Trinkwassererzeugung

Fig. 8 Anwendungsbeispiel biologische Kompostierung

Fig. 9 Anwendungsbeispiel Solar-Heizung in Gebäuden

Fig. 10 Anwendungsbeispiel Aufstellort

Bei den in Fig. 1 wiedergegebenen Ausführungsbeispiel sei eine nach dem Sonnenstand regulierbare Solar-Energiestation schematisch dargestellt, indem eine großflächige Solar kollektoranlage 1 welches auf einem Traggerüst-Oberteil 6 montiert ist, deren Bodenteil 3 zur sicheren Führung Lauf stützrollen mit Halterung 21, sowie für den Drehbereich einen Zahnkranz 20 aufnimmt, in welches ein Antriebszahn rad mit Schneckengetriebe 25 und Gleichstromregelmotor 27 eingreift und tagsüber im Uhrzeigersinn entsprechend dem Zeitrythmus einer Uhr um 190 Winkelgrade im 10 Minutentakt jeweils nach Sonnenachse gerichtet die gesamte Solar- Energiestation bis zum Anschlag und Endpunktschalter dreht, womit der Sonnenuntergang erreicht und die Anlage im Gegen sinn zum Ausgangspunkt oder Sonnenaufgang zurückläuft, und mit dem neuen Tag das gleiche Spiel abläuft.

Fig. 2 zeigt den konstruktiven Aufbau und die funktionelle Einrichtung einer Solar-Energiestation, wobei im dreh- und schwenkbaren Oberteil 22 eine um 30 Winkelgrade geneigte Solarkollektoranlage 1, mit kopfseitig angeordneten Solar zellen 13 anschlußfertig montiert sind und von einem mit Wärmedämmung W umkleideten Traggerüst aufgenommen werden, dessen Aufsatzteil (Bodenteil) 3 die Wärmepumpe aufnimmt, und fest mit dem Dachfirst, oder Flachdach oder Aufstellort abhebesicher verankert ist.

Fig. 3 zeigt schematisch dargestellt den Antrieb und die Regelglieder für die um 190 Winkelgrade in beiden Richtungen schwenkbaren Bewegungen der Solarkollektoranlage 1 bestehend aus einen Gleichstrom-Regelmotor für Reversierbetrieb 27 mit Antriebsritzel oder Zahnrad 25 und einen Justier-Potentio meter 29 welcher über ein Zeitschaltuhrwerk 30 im 10 Minuten schritt dem Sonnenstand angepaßt wird und über zwei Endschal ter richtungsändernd gesteuert wird.

Alternativ ist die elektronische Sensorsteuerung deren Impulse vom Tageslicht oder direkt vom Sonnenlicht aufgenommen werden und über Verstärker weitergegeben werden ebenso geeignet. Für die mechanische Drehbewegungen der Solar-Energiestation ist ein Handkurbeltrieb mit Zahnritzel 32 und Lagerbock 33 vorgesehen.

Fig. 4 zeigt den Aufbau der Solarkollektoranlage 1 deren hagelsichere Isolierverglasung mit Abdeckprofil 4 und Trag rahmen 2 den Wetterschutz bilden und die Sonnenstrahlen auf die wabenartigprofilierte Absorbtionsfläche 14 mit eingelegter Kupferrohrschlange 11 bei mattschwarzer Beschich tung einwirken lassen und in Wärme umsetzen, wobei der durch die seitliche Abkantung 10 sich bildende Luftraum über der Bodenplatte 9 und durch eingelegte Abstandhalter 9a zwischen Einfaßrahmen mit Isoteil 5 und der Bodenplatte 9 sich bil dende Umluftschleuse U ebenfalls aufgeheizt wird und vor allem im Winter über die Umluft diese kostenlose Wärme den Raum überträgt, während im Sommer, mithilfe dieser Lufträume Trinkwasser produziert werden kann, oder für Trockenanlagen verwertbar ist.

Fig. 5 zeigt das wabenartig profilierte Einlegteil als Absorbtionsfläche 14 mit befestigter Kupferrohrschlange 11 welche für die Heiß- und Warmwassererzeugung aus Sonnenenergie vorgesehen ist, wobei trotz niedriger Bauhöhe ein maximaler Flächenanteil für die Umsetzung der Sonnenenergiestrahlen in Wärmeleistung erreicht wird und die Neigungsflächen der Veränderung des Sonnenstandes in jeder Schräglage gleiche Wirkungsflächen anbieten, wobei die zweischichtige Blechlage und damit erreichten zwei Lufträume den Treibhauseffeckt an sonnenlosen Tagen maximieren und den gesamten Leistungswir kungsgrad positiv beeinflussen.

Fig. 6 zeigt das Traggerüst-Oberteil 6 in Fachwerkskelett bauweise aus Aluminiumprofilen als selbsttragende Konstruk tion mit einer 100 mm dicken Wärmedämmung W eingefaßt und vorgesehener Kontrollöffnung 7, welches drehbar mit der fest stehenden Grundplatte verbunden ist.

Fig. 7 zeigt als Anwendungsbeispiel wie mit Hilfe einer Solarkollektoranlage in Verbindung mit einer Wärmepumpe zu jeder zeit und an jedem Ort Trinkwasser für den täglichen Bedarf durch Temperaturdifferenz zB. heißes Wasser - kalte Luft, oder heißes Wasser - kaltes Wasser, oder heiße Luft - kalte Luft jeweils zur Kondensation zwingt und den Segen in Behälter einsammelt oder auffängt.

Fig. 8 zeigt als Anwendungsbeispiel den Einsatz einer Solar- Energiestation bei einer geschlossenen geruchfreien biolo gischen Kompostierungsanlage für alle Küchen- und Garten abfälle einschließlich der anfallenden Fäkalien, als einfache Hausanlage, um dem Garten das an Substanzen in Kompostform zurückzugeben, was er für das Wachstum der Ernte verbraucht hat. Die Solarenergie temperiert die zerkleinerten Abfälle auf ca. 38°C (ähnlich unserer Körpertemperatur und beschleu nigt den Zerfallprozeß (Gärung) auf natürliche Art. Die anfal lende Methangasbildung wird ebenfalls zum Beheizen verwendet. Durch kontinuierliche konstante Temperierung der Biomasse beschleunigt sich Fäulnis- und Gärungsprozeß um ein Vielfaches, ähnlich dem lebenden Körper.

Fig. 9 zeigt als Anwendungsbeispiel den Einsatz einer Solar- Energiestation für die Gebäudeheizung,welche ohne Regelgeräte den Heizkreislauf öffnet, wenn in der Umluftschleuse durch Wärmewirkung ein Überdruck entsteht und den Umluftkreislauf und damit die Beheizung des Raumes ingang setzt. Der genau eingestellte Höhenunterschied zwischen Umlufteintritt und Warmluftaustritt verhindert ein nächtliches abkühlen, wenn kein Überdruck in der Umluftschleuse vorliegt, ist auch keine Luftbewegung innerhalb der Umluftschleuse möglich.

Fig. 10 zeigt als Anwendungsbeispiel die freie Wahl des Aufstellortes einer Solar-Energiestation für ganztägige Sonnenenergienutzung. Die einzige Bedingung ist: die Sonne muß zu jeder Tageszeit den Solarkollektor erreichen können, wenn wir schon den Aufwand wählen, die Solaranlage nach dem Sonnenlauf zu richten, um hieraus auch den Nutzen zu ziehen.

All die dargestellten und beschriebenen Fig. 1 bis 10 garantieren nur in der Gesamtheit die Aufgabe und Funk tionsfähigkeit einer Solar-Energiestation, welche all das einsammelt und in Gebrauchswärme umsetzt, was uns die Sonne an ENERGIE liefert.

Umweltprobleme schaffen wir selbst durch Halbheiten, die naturfremd auf unzähligen Dächern jeweils einer vorgegebenen Ost-, Südost-, Süd-, oder Südwestseite der Sonne zugewendet, feststehend nur maximal 30% der Sonnenleistung nutzbar machen, eine Unmenge Entwicklungskosten für diese Halbheit wurden ausgegeben, ohne auch nur ein ENERGIEPROBLEM lösen zu können. An der Reklame lag es nicht, wohl aber an dem Kreis lauf der Sonne, die eigennützig, nur kurzzeitig die Kollektore bestrich und miserable Wirkungsgrade erzeugte.

Auf der anderen Seite steht der enorme Energiebedarf, den auch niemand schmälern will.

Von der Natur wissen wir, daß jeder Körper entsprechend der regionalen Lage sein bestimmtes Fell oder zumindest vor Hitze und Kälte entsprechend geschützt ist. Bei unserem Wohnkörper intressiert das nicht, wenn wir ins Freie gehen stülpen wir einen dicken Mantel im Winter über, im Haus brennt ja die Öl- oder Gas- oder elektrische Heizung, wenn auch Umwelt und Gesundheit leidet.

Regenerativer Energiekreislauf ist ein Verfahren, wobei die Seele, eine "Fassadenverkleidung mit hinterlüfteten Vollwärme schutz" (5 cm Luftspalt und 10 cm dicke Isoschale) ca. 80% an Heizungsenergie einspart und somit die Vorraussetzung für die Nutzung der Sonnenenergie, als alleiniger Energie träger für Heizung, Warmwasser und viele unzählige Anwen dungsbereiche schafft. Die Solarkollektoranlage ist ein Teil dieses Verfahren, welches die Sonnenstrahlen in Wärme umsetzt. Um auch hier eine gute Wirtschaftlichkeit mit maximal erreichbarem Wirkungsgrad zu erzielen, bedarf es der stän digen Justierung der gesamten Solarkollektoranlage zur Sonne. Nur dieser Weg kann unser Energieproblem lösen.

Bezugszeichenliste

1 Solarkollektoranlage
2 Tragprofil für Glasscheibe
3 Aufsetzteil-Bodenteil zu 6
4 Abdeckprofil mit Glasscheiben
5 Einfaßrahmen mit Isoteil
6 Traggerüst Oberteil
7 Kontrollöffnung mit Tür
8 flexible Rohrverbindung
9 Bodenplatte des Solarkollektors aus Aluminiumblech
10 zweiseitige Abkantung zu 14
11 Cu-Rohrschlange
12 thermisches Regelventil
13 Solarzellen für Stromerzeugung
14 Absorbtionsfläche zu 10
15 Tragkonstruktion für Unterteil
16 Warmwasserspeicher 55°C
17 Heizungsspeicher 25°C bis 60°C
18 Kaltwasserspeicher für Kühlbox
19 Wärmepumpe
20 Zahnkranz ca 190 Winkelgrade
21 Lauf-Stützrollen mit Halterung
22 schwenkbares Oberteil-Solarkollektor
23 feststehendes Unterteil
24 Endpunktschalter für Reversierbetrieb
25 Antriebszahnrad mit Schneckengetribe
26 Rollo für Frost-und Wetterschutz zu 3
27 Gleichstrom-Regelmotor
28 Rohranschlüsse für Medienleitungen
29 Justierpotentiometer
30 Zeitschaltuhr
31 Sensor - Lichtfühler und Impulsgeber zu 26
32 Handkurbeltrieb mit Zahnritzel
33 Lagerbock zu 32, 25, 26, 16 bis 18,
34 Verbindungsschrauben zu 33
35 Begleitheizung-Frostschutzsicherung
36 Steuerung mit Pumpenteil zu 35
L Luftspalt,
U Umluftschleise
W Wärmedämmung
R Raumanschluß

Claims

1. Solar-Energiestation ist eine werkseitig hergestellte nach Sonnenstand regulierbare, unbegrenzt einsatzbare Hoch leistungs-Solarkollektoranlage mit integrierter Wärmepumpe als selbstständige Einheit für die Versorgung mit Kalt-, Heißwasser, Warmwasser, Heißluft, Kaltluft und Warmluft in den geforderten Tempe raturbereichen je nach Verwendungszweck, welche über das gan ze Jahr die Sonnenenergie in Wärme umsetzt, eine dauerhafte Energie-Versorgungsquelle für alle Gebäude mit hinterlüfte ten Vollwärmeschutz (5 cm Luftspalt und 10 cm Wärmedämmung unter der Fassadenverkleidung) bei ca. 80%tiger Energieein sparung = stark minimierten Energiebedarf, totaler Wärmerück gewinnung und Wiederverwendung durch die Wärmepumpe, dadurch gekennzeichnet,
daß eine großflächige dreißig Win kelgrad geneigte Solarkollektoranlage (1) auf einem horizon tal drehbaren Traggerüst-Oberteil (6) montiert ist, welche von Lauf-Stützrollen (21) abhebesicher getragen wird, mit Hilfe ei nes Zahnkranz-Antriebes (20, 25, 27) einschließlich den für Re versierbetrieb erforderlichen Regelteilen wie Endpunktum schalter (24), Justierpotentiometer (29), und Zeitschaltuhr (30) zur Sonnenachse von Sonnenaufgang bis Sonnenuntergang jus tiert, einen maximal erreichbaren Leistungswirkungsgrad er reichen läßt, wobei das feststehende Aufsatzteil-Bodenteil (3) eine Wärmepumpe (19) aufnimmt und die sonnenlose Zeit über brückt; daß wabenartig-profilierte Absorbtionsflächen (14) wasserfüh rende Kupferrohrschlangen (11) aufnehmen, einen Luftspalt L zur Bodenplatte (9) aufweisen;
daß zwischen Bodenplatte (9) und dem Einfaßrahmen mit Isoteil (5) eine Umluftschleuse U mit Raumanschlüsse R angebracht ist;
daß in der Tragkonstruktion für Unterteil (15) der Warmwasser speicher (16), der Heizungsspeicher (17), und ein Kaltwas serspeicher (18) montiert werden kann.

2. Solar-Energiestation nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Absorbtionsfläche (14) eine wabenartige Profilierung mit seitlicher winkelförmiger Abkantung (10) aufweist, welche eine Bodenplatte (9) einschieben läßt zur Bildung eines Luft spaltes L (Luftkammer);

3. Solar-Energiestation nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Tragrahmen mit Isoteil (Einfaßrahmen 5) entsprechende Abstandsleisten zur Aufnahme der Bodenplatte (9) aufweisen, welche die Umluftschleuse U bilden;

4. Solar-Energiestation nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Umluftschleuse rundherum abgedichtet, über Umluft "EIN und AUSTRITT"Anschlüsse mit dem Raum verbunden sind;

5. Solar-Energiestation nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Umluftschleuse nur durch Wärmestaudruck den Umluft kreislauf ingangsetzt und aufrecht erhält;