DE19537121A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Gewinnung elektrischer Energie aus Strahlungsenergie - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Gewin­ nung elektrischer Energie aus Strahlungsenergie gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bis lang werden zur Gewinnung elektrischer Energie aus Strah­ lungsenergie photovoltaische Anlagen (PV-Anlagen) eingesetzt. Diese PV-Anlagen weisen jedoch eine Reihe von Nachteilen auf, z. B. sind diese Elemente sehr empfindlich gegenüber Teilab­ schattung durch punktuelle Verschmutzung, z. B. Vogelkot. Eine Teilabschattung kann trotz Schutzdioden zur Zerstörung des Ele­ ments führen.

PV-Elemente aus Silizium zeigen einen deutlichen Leistungsrück­ gang bei Überschreitung der optimalen Zellentemperatur von 250°C. Aus diesem Grund erbringen PV-Elemente ihre maximale Lei­ stung im Frühjahr und Herbst bei kühlenden Außentemperaturen. Ein zeitweiliger Ausfall der Elemente aufgrund Überhitzung ist möglich. Aus diesem Grunde ist eine großtechnische Nutzung in südlichen Ländern mit hohen Außentemperaturen, wo eine Nutzung an für sich sinnvoll wäre, nur bedingt möglich.

Ein weiterer und sehr wesentlicher Nachteil von herkömmlichen PV-Elementen aus Silizium besteht in der eingeschränkten spek­ tralen Wirksamkeit, wie sie aus Abb. 1 hervorgeht. In dieser Ab­ bildung ist die Spektralverteilung des Sonnenlichtes darge­ stellt. Darüber ist die spektrale Empfindlichkeit des PV-Ele­ ments dargestellt. Es ergibt sich eine Nutzung eines sehr engen spektralen Bereichs des Sonnenlichtes durch das PV-Element. Ein Teil des blauen und infraroten Strahlungsbereichs der Sonne wird nicht in elektrische Energie umgesetzt, sondern erwärmt die Zellen, wodurch deren Wirkungsgrad herabgesetzt und diese Wärme als Abwärme für die Nutzung verlorengeht.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und eine Verfah­ ren dieser Art zu schaffen, die auch in der Lage sind, elektri­ sche Energie unter Nutzung eines größeren spektralen Bereichs der Sonnenstrahlung zu erzeugen, und welche sich auch zur Nut­ zung in südlicheren Regionen eignen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkma­ len des Anspruchs 14 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind Gegenstand der entsprechenden Unteransprü­ che.

Erfindungsgemäß wird die Sonnenstrahlung nicht direkt genutzt, sondern die Strahlung wird in Wärme umgesetzt, welche dann, vorzugsweise an einem anderen Ort, in Verbindung mit einer Wär­ mesenke durch Peltierelemente in elektrische Energie umgesetzt wird.

Das Sammeln der Strahlungsenergie und deren Umwandlung in elek­ trische Energie sind bei der Erfindung zwei völlig getrennte Vorgänge, so daß sich beide Vorgänge ohne negativen Einfluß auf den jeweils anderen Vorgang technisch und wirtschaftlich opti­ mieren lassen.

So sind Kollektor-Anordnungen bekannt, die den gesamten Strah­ lungsbereich des Lichtes (UV-VIS-IR) in Wärme umsetzen. Gerade im UV und blauen VIS-Bereich ist die Energie der Sonnenstrah­ lung sehr hoch, die Quantenausbeute herkömmlicher PV-Anlagen jedoch sehr gering. Diese Nachteile vermeidet die Erfindung durch die oben beschriebene Trennung der Anlage in Sammler (Kollektor) und Generator. Es steht daher die gesamte einge­ strahlte Leistung der Sonne zur Umwandlung in elektrische Ener­ gie zur Verfügung.

Erfindungsgemäß wird die Wärme zwischen dem Kollektor und dem Generator über ein Wärmeträgermedium transportiert. Diese Wärme wird zur Warmseite einer Peltierelementeanordnung geleitet, de­ ren Kaltseite mit einer Wärmesenke in Verbindung steht.

Dieser Wärmeaustausch über die Peltierelemente kann in einem Wärmetauscher realisiert werden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Abwärme z. B. in einem zweiten Wärmeträger­ kreislauf, genutzt werden soll. Dann wird die Anordnung von Peltierelementen vorzugsweise in dem Wärmetauscher zwischen den Wärmetauscherrohren für das erste und zweite Wärmeträgermedium vorgesehen. Der Wärmeaustausch zwischen den Wärmeträgermedien findet somit über die Peltierelemente statt, die die Tempera­ turdifferenz zwischen beiden Wärmeträgermedien zur Erzeugung einer elektrischen Spannung nutzen. Die Höhe der Ausgangsspan­ nung und die abgegebene Leistung sind abhängig von dieser Tem­ peraturdifferenz. Die von den Peltierelementen gelieferte Span­ nung läßt sich demnach zur Stromerzeugung nutzen. Die auf den zweiten Wärmeträgerkreislauf übertragene Wärme läßt sich z. B. zur Brauchwasseraufbereitung nutzen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung erweist sich somit zur kombi­ nierten Nutzung der elektrischen und der thermischen Energie als äußerst vorteilhaft.

Ein Vorteil des Einsatzes von Peltierelementen in dem Wärme­ tauscher gegenüber bekannten PV-Anlagen besteht darin, daß die Stromerzeugung unabhängig von sog. kurzzeitigen Strahlungs­ schwankungen ist, die z. B. durch Wolken, kurzzeitige Schatten etc. verursacht werden. Während derartige kurzzeitige Schwan­ kungen der Strahlungsintensität bei PV-Anlagen zu einer sofor­ tigen Veränderung der Ausgangsleistung führen, die über aufwen­ dige Integrationsglieder kompensiert werden muß, bildet die Wärmekapazität des Kreislaufes des ersten Wärmeträgermediums ein Intergrationsglied, das auch längere Schwankungen der Ein­ strahlung, z. B. im Bereich einiger Minuten, kompensiert. Die Ausgangsleistung an den Peltierelementen ist somit von derarti­ gen Änderungen nahezu unabhängig.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß elektri­ sche Energie mit einem vergleichsweise geringen technischen und finanziellen Aufwand bereitgestellt werden kann. Da bei Photo­ voltaikanlagen die Leistung proportional zur Größe der Fläche der Solarzellen ist, kann eine nutzbare Leistung nur mit ent­ sprechend großen Flächen erzielt werden, welche wiederum mit einem entsprechend großen finanziellen Aufwand und ökologischen Belastungen zu beschaffen und zu warten sind. Dagegen vollzieht sich die Energieaufnahme bei der vorliegenden Anlage über So­ larkollektoren, die mit einem geringen Kostenaufwand zu be­ schaffen und zu warten sind. Häufig sind diese Anlagen zur Brauchwassererwärmung bereits vorhanden und können nachgerüstet werden.

Des weiteren sind Kollektoren bei weitem nicht so verschmut­ zungsanfällig wie Solarzellen. Sie sind somit für den Alltags­ betrieb, vor allem in südlichen Ländern, besser geeignet.

Unter Verwendung einer Steuerung mit eingespeicherten Lei­ stungskennlinien der Peltierelemente kann die Ausgangsspannung bzw. -leistung der Peltierelemente alternativ/zusätzlich zur Steuerung der Anlage, z. B. von Umwälzpumpen in dem ersten oder einem zweiten Wärmeträgerkreislauf genutzt werden. Dies hat den Vorteil, daß der Betrieb der Anlage der in den Kollektor einge­ strahlten Leistung angepaßt werden kann.

Vorzugsweise werden die Wärmetauscherleitungen für das erste und zweite Wärmeträgermedium alternierend nebeneinander ange­ ordnet und durch eine Anpreßvorrichtung gegen die dazwischen angeordneten Peltierelemente gepreßt. Hierdurch wird ein guter Wärmeübergang zwischen Wärmeträgerleitungen und Peltierelemen­ ten sichergestellt, welcher Wärmeübergang sowohl für den Wir­ kungsgrad des Wärmetauschers als auch für die Funktion der Pel­ tierelemente wichtig ist.

Eine derartige Anordnung läßt sich mit relativ geringem Aufwand verwirklichen, wenn die Wärmetauscherleitungen als Rohre mit rechteckigem oder quadratischen Querschnitt ausgebildet sind. Durch eine alternierende Anordnung der Rohre für das erste und zweite Wärmeträgermedium in beiden Raumrichtungen quer zur Längsachse der Rohre und Verpressung der Rohre mit einer An­ preßvorrichtung lassen sich hochwirksame kombinierte Wärme­ tauscher/Stromversorgungs-Einheiten herstellen, die auch für andere Anwendungen verwendbar sind, bei denen eine Koppelung von Wärmeaustausch und Stromerzeugung erwünscht ist. So lassen sich z. B. auch Abwärmekreisläufe zur Stromerzeugung nutzen.

Wenn der Wärmetauscher oberhalb des Wärmekollektors angeordnet ist, strömt das erste Wärmeträgermedium allein aufgrund der Konvektion in den Wärmetauscher, wodurch sich die Anordnung ei­ ner Pumpe im Kreislauf des ersten Wärmeträgermediums erübrigt.

Alternativ oder zusätzlich ist im Kreislauf des ersten Wärme­ tauschermediums eine Pumpe angeordnet, die auf der Basis der Ausgangsspannung der Peltierelementeanordnung angesteuert und/oder gespeist wird. Auf diese Weise kann die Leistung des Wärmetauschers an die Leistung des Kollektors angepaßt werden. Denn die Ausgangsspannung/Ausgangsleistung der Peltierelemente ist abhängig von der Temperaturdifferenz zwischen beiden Wärme­ trägermedien. Bei einer hohen Leistung des Kollektors steigt diese Differenz an, so daß ebenfalls die Pumpleistung erhöht werden kann, was zu einer erhöhten Leistung des Wärmetauschers führt. Nimmt die auf den Kollektor eingestrahlte Leistung dage­ gen ab, so verringert sich die Temperaturdifferenz und die Pumpleistung wird herunter gefahren, was die Temperaturdiffe­ renz letztendlich auf einem gewissen einstellbaren Niveau sta­ bilisiert. Eine derartige Steuerung läßt sich somit selbstre­ gelnd konzipieren.

Wenn ein Kreislauf für das zweite Wärmeträgermedium vorgesehen ist, kann im Kreislauf des zweiten Wärmetauschermediums eine Pumpe angeordnet sein, die auf der Basis der Ausgangsspannung der Peltierelementeanordnung angesteuert und/oder gespeist wird. Auch hier läßt sich, wie oben beschrieben, eine Anpassung der Übertragungsleistung des Wärmetauschers an die Leistung des Kollektors erzielen.

Um den Wärmeübergang über die Peltierelemente zu optimieren, sind die Peltierelemente großflächig und gleichmäßig zwischen den gesamten einander zugewandten Flächen benachbarter Wärme­ trägerleitungen verteilt angeordnet. Möglichst sollte der ge­ samte Raum zwischen den Wärmetauscherrohren mit Peltierelemen­ ten ausgefüllt sein. Einen thermischen Kurzschluß im Bereich zwischen den Peltierelementen kann man vermeiden, wenn der Raum zwischen den einander zugewandten Flächen benachbarter Wärme­ trägerleitungen und den Peltierelementen mit einer temperatur­ isolierenden Masse ausgeschäumt ist.

Die Leistung des Strahlungskollektors läßt sich erhöhen, wenn dieser durch eine strahlungsdurchlässige Schicht abgedeckt ist, die im Bereich von UV, VIS sowie des nahen IR-Bereichs eine ho­ he optische Durchlässigkeit aufweist. Im Bereich des fernen IR (Strahlungstemperatur ca. 350 K) wird eine Wiederabstrahlung durch diese Anordnung verhindert (Treibhaus).

Wenn elektrisch isolierende Wärmeträgerleitungen verwendet wer­ den, können deren Oberflächen direkt gegen die nicht isolierten Außenseiten der metallenen Verbindungsbrücken der Peltierele­ mente gedrückt werden. Auf diese Weise kann auf eine elektri­ sche Isolationsschicht zwischen den Wärmetauscherrohren und den Peltierelementen verzichtet werden, welche die Wärmeübertragung negativ beeinflussen würde.

Die Dimensionierung der Vorrichtung, d. h. die Anzahl und Größe der zu verwendenden Peltierelemente sowie deren elektrische Verschaltung (seriell/parallel) muß unter Berücksichtigung der zugeführten thermischen Energie sowie des angeschlossenen elek­ trischen Verbrauchers erfolgen.

Als Wärmesenke lassen sich nicht nur Wärmeträgerkreisläufe zur Abwärmenutzung sondern stehende und fließende Gewässer, Kühl­ körper, Flüssigkeitskühler, Wärmespeicher- oder Wärmetransfer­ massen, wie z. B. Schamotte oder Erdboden nutzen. Besonders vor­ teilhaft ist in diesem Zusammenhang die Nutzung der Abkälte von chemischen oder technischen Verfahren als Wärmesenke.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei­ spiels mit Bezug auf die beiliegende schematische Zeichnung be­ schrieben. In dieser zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipanordnung der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung,

Fig. 2 eine Prinzipanordnung gemäß Fig. 1 mit obenliegendem Kollektor,

Fig. 3 Querschnittsdarstellungen mehrerer Ausführungsformen von Rohranordnungen im Wärmetauscher, und

Fig. 4 Schnittdarstellung verschiedener Ausführungsformen zum Einlegen in fließendes Wasser.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 10 zur Gewinnung von thermischer und elektrischer Energie aus einer Solarkollektorenanlage 12. Der Solarkollektor 12 ist Bestandteil eines ersten Kreislaufs 14 eines ersten Wärmeträgermediums. Dies kann z. B. Wasser oder ein anderes geeignetes Medium für den Wärmetransport sein. Der erste Kreislauf 14 ist mit einem Wärmetauscher 16 verbunden. Er durchfließt ein erstes Wärmetauscherrohr 18, das von zwei zwei­ ten Wärmetauscherrohren 20, 22 umgeben ist. Die zweiten Wärme­ tauscherrohre 20, 22 sind parallel geschaltet und Bestandteil eines zweiten Kreislaufs 24, in dem eine Umwälzpumpe 26 und ei­ ne Heizspirale 28 angeordnet ist. Die Heizspirale 28 ist in ei­ nem Brauchwasserkessel angeordnet, der mit einem Anschluß 30 zur Entnahme von Warmwasser versehen ist.

Zwischen den ersten und zweiten Wärmetauscherrohren 18; 20, 22 sind Peltierelemente 32 angeordnet. Die zweiten Wärmetauscher­ rohre 20, 22 sind über horizontale obere und untere Streben 34 und zwischen diesen Streben 34 vertikal verlaufende Gewinde­ stangen 36 gegen das erste Wärmetauscherrohr und damit gegen die dazwischen angeordneten Peltierelemente 32 angepreßt. Der Anpreßdruck wird durch Muttern 38 aufgebracht, die die zweiten Wärmtauscherrohre 20, 22 aufeinanderzu drücken. Durch den An­ preßdruck wird ein guter Wärmeübergang zwischen Peltierelemen­ ten 32 und Wärmetauscherrohren 18, 20, 22 gewährleistet. Während in das oberhalb des Kollektors 12 gelegene erste Wärmetauscher­ rohr von dem Solarkollektor 12 erwärmtes Wasser aufgrund seiner geringeren Dichte aufsteigt, ist das im zweiten Kreislauf 24 geführte zweite Wärmeträgermedium kühler. Es resultiert also eine Temperaturdifferenz zwischen dem ersten Wärmetauscherrohr und den zweiten Wärmetauscherrohren, die zur Erzeugung elektri­ scher Energie genutzt wird. Die elektrische Energie kann einem beliebigen Verbraucher zugeführt werden. Sie kann jedoch auch zur Steuerung der Anlage, z. B. der Umwälzpumpe verwendet wer­ den. Dies hat den Vorteil, daß die Leistung der Umwälzpumpe der in den Kollektor eingestrahlten Leistung angepaßt werden kann.

Dies wird nachfolgend detaillierter mit Bezug auf Fig. 2 be­ schrieben.

Fig. 2 zeigt eine Anordnung ähnlich Fig. 1. Zu Fig. 1 identi­ sche oder funktionsgleiche Teile sind mit identischen Bezugs­ zeichen versehen. Die in Fig. 2 dargestellte Anordnung unter­ scheidet sich von Fig. 1 dadurch, daß hier der Kollektor 12 oberhalb des Wärmetauschers 16 angeordnet ist. Deshalb ist in dem ersten Kreislauf 14 eine Umwälzpumpe 39 vorgesehen, um das in dem Kollektor 12 erhitzte Wasser in den Wärmetauscher 16 zu pumpen. Weiterhin ist in Fig. 2 eine Steuerung 40 vorgesehen, die über die Anschlüsse 42, 44 mit den zwischen den Wärme­ tauscherrohren angeordneten und in diesem Beispiel parallel ge­ schalteten Peltierelementereihen 32 verbunden ist. Weiterhin hat die Steuerung 40 Ausgänge 46, 48 zur Ansteuerung der Umwälzpum­ pen 26, 39 und einen Ausgang 50 für einen externen Stromverbrau­ cher. Die Steuerung kann ebenfalls in nicht dargestellter Weise mit einem Akkumulator zur Speicherung elektrischer Energie ver­ bunden sein. Weiterhin kann die Steuerung mit einem (nicht dar­ gestellten) Temperatursensor im Kollektor 12 verbunden sein, über den die Steuerung bei Überschreiten einer vorgegebenen Grenztemperatur im Kollektor den Betrieb startet. Die Stromver­ sorgung zu Beginn des Betriebs kann über einen Akkumulator er­ folgen, bis die Temperaturdifferenz zwischen dem ersten Wärme­ tauscherrohr 18 und den zweiten Wärmetauscherrohren 20, 22 aus­ reicht, um eine ausreichende Leistung für die Eigenversorgung über die Peltierelemente bereitzustellen.

Die der Steuerung über die Leitungen 42, 44 zugeführte Ausgangs­ spannung vermittelt der Steuerung 40 aufgrund eingespeicherter Temperatur/Spannungs- bzw. Leistungskennlinien eine Information über die Temperaturdifferenz zwischen den Wärmetauscherrohren 18, 20, 22. In Abhängigkeit von dieser Spannung steuert die Steuerung über die Leitungen die beiden Umwälzpumpen 26, 39 ent­ sprechend der in den Kollektor 12 eingestrahlten Leistung und schaltet bei zu geringer Leistung die Anlage ab.

Fig. 3 zeigt unterschiedliche Ausführungen und Anordnungen von Wärmetauscherrohren.

Fig. 3a zeigt einen zylindrischen Wärmetauscher 60 bestehend aus einem inneren zylindrischen Wärmetauscherrohr und einem äu­ ßeren hohlzylindrischen Wärmetauscherrohr 64, zwischen denen eine Lage von Peltierelementen 66 angeordnet ist. Das äußere Rohr 64 ist in der Art einer Schelle an einer Seite in axialer Richtung längs geschlitzt. Die so aufeinander zuweisenden Kan­ ten des Rohres 64 sind mit radial verlaufenden Schenkeln 68 versehen, die durch einen Gewindebolzen 70 mit Mutter 72 gegen­ einander verpreßt werden können. Hierdurch wird ein guter An­ preßdruck des äußeren Rohres 64 über die Peltierelemente 66 auf das Innenrohr 62 und damit ein guter Wärmeübergang erzielt.

Fig. 3b zeigt einen Wärmetauscher 74 bestehend aus einem ersten Wärmetauscherrohr 76 für den ersten Kreislauf und zwei zweiten Wärmetauscherrohren 78 für den zweiten Kreislauf. Zwischen den ersten und zweiten Wärmtauscherrohren 76, 78 mit quadratischem Profil sind die Peltierelemente 80 zur Stromerzeugung angeord­ net. Deren Anschlüsse sind in der Zeichnung nicht dargestellt. Die zweiten Wärmetauscherrohre können durch eine, z. B. in Fig. 3c dargestellte Anpreßvorrichtung aufeinander zu gepreßt wer­ den, um den Wärmeübergang zu verbessern.

Fig. 3c zeigt einen Wärmetauscher 82, dessen Anordnung im we­ sentlichen auf dem Aufbau der Fig. 3b basiert. Identische oder funktionsgleiche Teile sind mit identischen Bezugszeichen ver­ sehen. Die alternierend angeordneten ersten und zweiten Wärme­ tauscherrohre haben ein quadratisches Profil, wodurch sich auf einfache Weise eine Packung von parallelen Rohren mit dazwi­ schen angeordneten Peltierelementen realisieren läßt. An den Außenflächen des Wärmetauschers 82 sind horizontale 84 und ver­ tikale 86 Streben angeordnet, die durch Gewindestangen 88 und Muttern 90 gegeneinander verpreßt werden, wodurch ein guter Wärmeübergang zwischen den Wärmetauscherrohren 76, 78 und den Peltierelementen 80 erzielt wird.

Fig. 4a zeigt eine völlig andere Möglichkeit zur Nutzung der Erfindungsgemäßen Anordnung in unzugänglichen Gebieten, d. h. Gebieten ohne Infrastruktur. Im dargestellten Beispiel ist ei­ ne Berghütte 100 mit einem Brunnen 102 dargestellt. Die Berg­ hütte liegt an einem sonnenbeschienenen Südhang. An dem Hang ist ein Kollektor 104 herkömmlicher Bauart angeordnet. Der Kol­ lektor 104 ist über zwei Leitungen 106, 108 mit einem höher liegenden Wärmetauscher 110 verbunden, der in dem Brunnen 102 angeordnet ist. Das in dem Kollektor erhitzte Wasser steigt aufgrund der Wärmekonvektion nach oben zum Wärmetauscher. Eine Seite des Wärmetauschers 110 ist in Kontakt mit dem im Kollek­ tor 104 erhitzten Wasser, während die andere Seite in Kontakt mit dem kalten Brunnenwasser steht. Zwischen den beiden Seiten sind Peltierelemente angeordnet, die die resultierende Tempera­ turdifferenz zur Erzeugung elektrischen Stroms nutzen.

Die Fig. 4b und 4c zeigen Querschnitte von Wärmetauschern, die in einer Anordnung gemäß Fig. 4a verwendet werden könnten, wenn statt des Brunnens ein fließendes Gewässer wie z. B. ein Bach vorhanden wäre.

Der in Fig. 4b gezeigte Wärmetauscher 120 ist in der Art eines horizontalen länglichen Hohlzylinders ausgebildet, dessen gegen die Fließrichtung weisende Seite 122 zu einem zentralen, in Längsrichtung offenen Hohlraum 124 hin konifiziert ist. Auf diese Weise wird die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers im Hohlraum 124 erhöht. Der Zylindermantel um den Hohlraum 124 enthält einen ringförmigen Hohlraum 126, der über zwei Leitun­ gen 128, 130 unter Zwischenschaltung einer Umwälzpumpe 132 mit einem nicht dargestellten Kollektor verbunden ist. An der dem Außenmantel des Wärmetauschers 120 zugewandten Seite ist eine erste Peltierelementeschicht 134 angeordnet. Nach innen hin wird der ringförmige Hohlraum 126 gegen den zentralen Hohlraum 124 durch eine zweite Peltierelementeschicht 136 begrenzt. Die Stirnseiten des Hohlraums sind entweder thermisch isoliert, oder in nicht dargestellter Weise ebenfalls mit einer Peltiere­ lementeschicht versehen. Der Wärmetauscher erlaubt die Übertra­ gung großer Wärmemengen und ist daher je nach Dimensionierung für den autarken Betrieb kleinerer bis größerer Hütten durchaus geeignet.

Eine einfachere Form eines Wärmetauschers zum Betrieb in flie­ ßenden Gewässern ist in Fig. 4c dargestellt. Der Wärmetauscher 140 ist als Hohlzylinder 142 ausgebildet, dessen Stirnseiten über jeweils eine Leitung 128, 130 unter Zwischenschaltung einer Umwälzpumpe 132 mit einem nicht dargestellten Kollektor verbun­ den sind. Der Hohlzylinder 142 wird somit von in dem Kollektor erhitzten Wasser durchflossen. Am Zylindermantel ist der Hohl­ raum 142 durch eine Schicht 144 von Peltierelementen umgeben. Dieser Wärmetauscher hat zwar nicht die Leistung wie der in Fig. 4b abgebildete, ist dafür jedoch kostengünstiger herstell­ bar.

Der Pfeil markiert die Fließrichtung des Wassers.

Claims (18)

1. Vorrichtung zur Gewinnung elektrischer Energie aus Strah­ lungsenergie, umfassend

• - einen Wärmekollektor (12, 104) zur Übertragung von Strah­ lungsenergie auf ein erstes Wärmeträgermedium,
• - einen Wärmetauscher (16, 110) zur Übertragung der Wärme von dem ersten Wärmeträgermedium auf die Warmseite einer Peltiere­ lementeanordnung (32), deren Kaltseite mit einer Wärmesenke verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeträgermedium in einem ersten Wärmeträgerkreislauf (14) geführt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmesenke ein zweiter Wärmeträgerkreislauf (24) vorge­ sehen ist, der mit einer Brauchwasseraufbereitung (28, 30) ver­ bunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten und zweiten Wärmeträgerkreislauf (14, 24) ein Wärmetauscher (16) angeordnet ist, zwischen dessen Wärmetauscherleitungen für das erste und zweite Wärmeträgerme­ dium Peltierelemente (32) angeordnet sind, deren Warmseite an den Wärmetauscherleitungen (18) für das erste Wärmeträgermedium anliegt und deren Kaltseite an den Wärmetauscherleitungen (20,22) für das zweite Wärmeträgermedium anliegt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß alternierend nebeneinander angeordnete Wärmetauscherleitun­ gen (76, 78) für das erste und zweite Wärmeträgermedium durch eine Anpreßvorrichtung (84, 86, 88) gegen die dazwischen angeord­ neten Peltierelemente (80) gepreßt sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscherleitungen (76, 78) als Rohre mit rechtecki­ gem oder quadratischen Querschnitt ausgebildet sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher oberhalb des Wärmekollektors angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kreislauf (24) für das zweite Wärmeträgermedium vorge­ sehen ist, und daß im Kreislauf (24) des zweiten Wärmetauscher­ mediums eine Pumpe (26) angeordnet ist, die auf der Basis der Ausgangsspannung der Peltierelementeanordnung (32) angesteuert (46) und/oder gespeist wird.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet daß die Peltierelemente (32) gleichmäßig zwischen den gesamten einander zugewandten Flächen benachbarter Wärmeträgerleitungen verteilt angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen den gesamten einander zugewandten Flächen benachbarter Wärmeträgerleitungen (18, 20, 22) und den Peltiere­ lementen (32) mit einer temperaturisolierenden Masse ausge­ schäumt ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß elektrisch isolierende Wärmeträgerleitungen vorgesehen sind, und daß deren Oberflächen direkt gegen die nicht isolier­ ten Außenseiten der metallenen Verbindungsbrücken der Peltiere­ lemente gedrückt werden.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungskollektor (104) durch eine strahlungsdurch­ lässige Schicht abgedeckt ist, die im Bereich von UV, VIS sowie des gesamten IR-Bereichs eine hohe optische Durchlässigkeit aufweist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Kreislauf (14) des ersten Wärmetauschermediums eine Pumpe (39) angeordnet ist, die auf der Basis der Ausgangsspan­ nung der Peltierelementeanordnung (32) angesteuert (48) und/oder gespeist wird.

14. Verfahren zur Gewinnung elektrischer Energie aus Strah­ lungsenergie, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsenergie in thermische Energie umgewandelt und auf ein Wärmeträgermedium übertragen wird, und die thermische Energie des Wärmeträgermediums auf die Warmseite einer Peltier­ elementeanordnung (32) geführt wird, deren Kaltseite mit einer Wärmesenke verbunden ist.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmeträgermedium Wasser verwendet wird.

16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß als thermische Senke ein zweiter Wärmeträgerkreislauf (24) zur Brauchwassergewinnung verwendet wird.

17. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß als thermische Senke ein - vorzugsweise fließendes - Gewäs­ ser verwendet wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsenergie auf eine Wärmeträgermedium an einem anderen Ort übertragen wird, als die Übertragung der Wärme auf die Peltierelementeanordnung.