DE20116696U1 - Mobile solare Reflektoranlage zur Warmwassererzeugung und/oder Stromerzeugung - Google Patents

Mobile solare Reflektoranlage zur Warmwassererzeugung und/oder Stromerzeugung

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Description

Mobile solare Reflektoranlage zur Warmwassererzeugung und / oder Stromerzeugung
Helmut Juran, Andreas Schlüter Str. 12, 53639 Königswinter
14.10.2001
Beschreibung
Titel :
Mobile solare Reflektoranlage zur Warmwassererzeugung und / oder Stromerzeugung Technisches Gebiet:
regenerative Energietechnik
Stand der Technik:
Die Nutzung von Solarthermieenergie zur Warmwassererwärmung von Schwimmbädern kann nach dem Stand der Technik selbst in kälteren Regionen wirtschaflich im Vergleich zu alternativen Wärmeversorgungen auf der Basis fossiler Brennstoffe erfolgen, da die Kollektoren aufgrund des geringen erforderlichen Temperaturabstandes von Außenluft zu Warmwasser (nahe 00C) sehr einfach unisoliert ausgeführt werden können.
Die Anwendung ist bereits heute also nicht nur alleine aus Umweltschutzüberlegungen sinnvoll.
Der allgemein angewendete Stand der Technik mit weitestgehendem Einsatz von Flachkollektoren aus schwarzen Kunststoffrohren oder Matten wurde mit den Schutzansprüchen 201 06 306.9 und 101 21 437.5 zur Anwendung als mobile Anlagen mit solarkonzentrierender Unterstützung sinnvoll erweitert, womit neue Anwendungsmöglichkeiten eröffnet werden. Für eine autarke Versorgung der Antriebs- und Steueraggregate und eine ökonomische Konzeption ist aber noch ein relativ großer Aufwand erforderlich und die gleichzeitig teilweise oder volle Nutzung dieses Konzeptes zur solaren Stromerzeugung ist problematisch, da die Überhitzung von Voltäikpanels nicht gesichert vermieden werden kann.
Der Erfindung zugrundeliegendes Problem :
Die hiermit dokumentierten erfinderischen Schutzansprüche stützen sich auf folgende zugrundeliegende Probleme nach Stand der Technik :
1. Die Form der Stützkonstruktion nach 201 06 306.9 behindert beim Schwenken der Anlage zur Sonnennachführung die zu- und abführenden Leitungen und den Reflektortrichter (3)
2. Die Anbringung der zu- und abführenden Leitungen an der Anlage führt nach 201 06 306.9 beim Schwenken der Anlage zur Sonnennachführung zu risikoreichen Krafteinwirkungen an den Leitungen und ihren Verbindungsstellen zur Anlage
3. Die zu- und abführenden Leitungen nach 201 06 306.9 benötigen Absperrarmaturen, die bei falscher Handhabung zu Schäden an der Anlage und zu Verletzungen beim Bedienpersonal führen können
4. Bei Wasserverlust der Anlage oder falscher Handhabung bei unvorhergesehenm Stop des Zirkulationskreislaufs können lokale Überhitzungen des Materials mit weitreichenden Risiken erfolgen
5. Beim Ausschalten der Kreislaufpumpe ist ohne eine zusätzliche manuelle Betätigung ein Rücklaufen des Kreislaufwassers und damit Auslaufen der Solaranlage nicht vermeidbar
6. Es ist keine volle automatische Entlüftung der Anlage bei einem Betrieb ohne Bedienungspersonal über mehrere Tage möglich
7. Die Kreislaufpumpe von Schwimmbad (exemplarisches Beispiel der Anwendung) zur Solaranlage erfordert für einen autarken Betrieb eine sehr aufwendige Regelung des Pumpenbetriebes oder große Solarpanels zu ihrer Stromversorgung entsprechend der Pumpeninstallationsleistung bei Dauerbetrieb
8. nahezu horizontal, also ohne hohe Wölbung ausgeführte Absorberplatten limitieren den zulässigen Wasserdruck im Speicher und damit die Pumpförderhöhe vom Schwimmbadbecken zur Solaranlage
Mobile solare Reflektoranlage zur Warmwassererzeugung und / oder Stromerzeugung
Helmut Juran, Andreas Schlüter Str. 12, 53639 Königswinter
14.10.2001
9. Der Umbauaufwand einer manuell der Sonne nachführbaren zu einer automatisch der Sonne nachführbaren Anlage ist nach Stand der Technik sehr groß, weil dies auch die Tragekonstruktion und die Leitungsführung von der Schwimmbadpumpe zur Solaranlage betrifft
10. Die Ergänzung durch Voltaikpanels zur Stromerzeugung ist nur sehr eingeschränkt möglich, weil eine Überschreitung der zulässigen Maximaltemperatur der Panels nicht ausgeschlossen werden kann. Zudem sind Sonnennachführsysteme für Voltaikanlagen zur Stromerzeugung sehr aufwendig da der Aufwand für die Mechanik weitgehend durch die Windkräfte bestimmt wird. Bei Nachführungen auf der Basis eines Massenausgleichs sind Kompensatoren zum Abfangen der Windstöße erforderlich.
11. Beim Sonnennachführsystem nach 101 21 437.5 ist die Vermeidung eines Wasserrücklaufs nach Abschalten der Ausgleichspumpen nicht eindeutig gelöst
Erfindung :
Die Beschreibung der erfinderischen Merkmale soll in Reihenfolge der Darstellung der der Erfindung zugrundeliegenden Probleme erfolgen :
2 vorzugsweise halbkreisförmig gebogene Profilrohre (18) werden an den Drehpunkten (13) zum möglichen Schwenken der Anlage von Ost nach West zusammengeführt, wo sie über Verbindungselemente (7) mit dem Tragrahmen (1) der Anlage direkt verbunden werden. Die Befestigungsschrauben führen vorzugsweise direkt durch den Mittelpunkt der Drehlager (13). Das Tragegestell (18,35,20) bildet ein statisch ideales Dreieck.
Solange der Anlagespeicher (17) leer ist, z.B. bei Montage, Demontage, Reinigung der Anlage, werden fest angebrachte Ketten (21) zwischen dem Tragerahmen (1) und dem Tragegestell (18,35) eingehakt.
Die Entleerungsleitung (12,15) und die Ein- und Austritte des Zikulationskreislaufs (8,6,9,5) werden direkt am Tragerahmen (1) angeschlossen und zwar in engst möglichem Abstand zu den Drehlagern (7,13).
Die beschriebene Konzeption der Anschlußverbindungen in Punkt 2 benutzt an der Anlage außer dem Entleerungsventil (12) während und außerhalb der Betriebszeit keine einzige Armatur.
Der Speicher der Anlage (16,17) ist in seiner Form so konzipiert, daß bei Wasserverlust der Anlage durch eine äußere Beschädigung oder eine falsche Handhabung die folgliche eintretende Außenluft je nach monmentaner Anlagenschwenkposition nur zur westlichen oder östlichen Speicherseite strömen kann, womit die Anlage auf dieser Seite ein relatives Untergewicht erhält und sich somit der schwenkbare Anlagenteil sofort und automatisch von selbst, jedoch langsam entsprechend der Geschwindigkeit des Lufteintrittes nach der anderen Seite schwenkt, womit sich die Anlage aus der Sonneneinstrahlrichtung bewegt.
Daß bei Ausfall der Kreislaufpumpe oder bei Undichtheit der Leitungen (10,11) der Speicher (17) stundenlang die fehlende Wärmeabfuhr kompensieren kann, ist nach 201 06 306.9 Stand der Technik. Es ist also erstrebenswert, die Speichertemperatur grundsätztlich aus Sicherheitsgründen niedrig zu halten und die Kreislaufpumpe per Thermosstat nach der Speichertemperatur zu schalten. Durch einen vorgegebenen konstruktive Abstand zwischen Kreislaufwassereintritt (9) und Austritt (8) wird nach Ausschalten der Pumpe die mittlere im Speicher eintretende Wassererwärmung lokal am Thermosstatfühler verzögert eintreten, wodurch auch die Schalthysterese des Thermostates entsprechend vergrößert wird.
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Ein weiteres Thermostat wird aus Sicherheitsgründen auf eine maximale Vorgabetemperatur verplombt eingestellt. Bei Eintritt dieser Maximaltemperatur unterbricht dieses Thermostat die Stromversorgung der sonnennachführenden Pumpe (32 oder 36).
Eine zur Atmosphäre offene Rücklaufleitung (4) ist im Kreislaufrücklauf und eine Rückschlagklappe im Vorlauf eingebunden.
Die zu- und abführenden Zirkulationsleitungen (10,11) ist an der zu jedem Anlagenbetrieb höchstmöglichen Stelle an der Anlage angeschlossen.
Die in Punkt 4 beschriebene Pumpenschaltregelung über Thermostat und spezielle Anlagenkonstruktion läßt eine sichere Pumpengröße zu, die den Speicherinhalt (17) beispielsweise innerhalb 5 min austauscht. Sie benötigt damit aber über den Tagesablauf nicht mehr Antriebsenergie, als eine 20 mal kleinere Pumpe mit dem Bedarf des Dauerbetriebs ohne Reserve. Damit ist sie im Verhältnis zu ihrer Größe über eine relativ kleine Batterie versorgbar, da diese in den 55 min des Pumpenstillstands von einem Voltaikpanel (26) wieder geladen wird. Dieses Panel (26) ist innerhalb der Anlage montiert, wird dadurch über die Reflektorenspiegel mit einer mehrfachen Sonnenstrahlung beaufschlagt.
Die Absorberplatte (16) wird durch ein ausreichend dimensioniertes Gitter (25) aus bevorzugt Draht oder Metallband gegen den inneren Wasserdruck verstärkt, wobei das Gittter bevorzugt am inneren Tragerahmen (2) befestigt wird.
Die Anlage zur Schwimmbadheizung ist so konzipiert, daß auch die Standardausführung ohne Sonnennachführung den statischen und dynamischen Mechanismus der Anlage mit automatischer Sonnennachführung besitzt. Dies betrifft die Kreislaufwasseranschlüsse (5,6), die für eine Steuerung der Kreislaufpumpe speziell konzipierte Anbringung der Wasserzu- und -rücklaufanschlüsse (8,9) und die schwenkbar gelagerte (13) Anlagenaufhängung (7). Für kleine Schwimmbecken über der Erde, in deren Nähe ständig Bedienungspersonal ist, weil vielleicht Kinder kontinuierlich betreut werden, kann es ausreichen, wenn die Anlage während der Sonnenscheindauer einige Male manuell zur Sonne nachgedreht wird.
Für eine kontinuierliche Weiterbeheizung des Schwimmbades wird die Anlage mit einer automatischen Sonnennachführung nach Figur 4 oder 5 nachgerüstet werden. Es werden die beiden Behälter (22a) und (22b) am Haupttragerahmen (1) an der Ostseite und Westseite der Anlage bevorzugt eingehängt und die Steckverbindungen der Pumpförderleitung (37) und der Stromversorgungsleitungen zwischen den Voltaikpanels (23,24) und den Pumpen (32,36) verbunden.
Identisch mit den gleichen Bauteilen kann nun auch eine Reflektoranlage (Figur 3) ausgerüstet werden, die für eine 100%ige Stromerzeugung mittels integrierter Voltaik (28) konzipiert wurde. Die Anpassung der unterschiedlichen Massenverhältnisse zwischen den Anlagen erfolgt nach Figur 1 und 3 durch die flexible Ausführbarkeit oder Auffüllbarkeit des Massenbehälters (17a).
Das zur Stromversorgung der Kreislaufpumpe integrierte Solarpanel (26) nach Figur 2c kann nun auch vergrößert ausgeführt werden, wenn Strom für andere Anwendungen benötigt wird. Nach Figur 2d ist ein vergrößertes Voltaikpanel (27) an dem Drahtgitter (25) eingehängt dargestellt. Entscheidend ist, daß dieses Panel (27) mit der dargestellten konstruktiven Konzeption nach Figur 2d und 3 je nach gewählter
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Reflektorgröße die 2,5 bis 3,5-fache Solareinstrahlleistung erhält und dann die Tagesarbeit in KWh durch die Sonnennachführung nochmals um ca 30% erhöht wird. Das Panel muß für diese Belastung konzipiert sein, wobei ganz wesentlich ist, daß das Panel je nach Hersteller nach Stand der Technik sich nicht auf mehr als ca 70°C erwärmen sollte. Dies erfordert ein Kühl- bzw Belüftungssystem, das der Tragerahmen (1) an der unteren Hälfte mit Belüftungsöffnungen (27) beinhaltet. Es ensteht eine Luftströmung auf der Basis einer freien Konvektion aufgrund der Temperaturdifferenz zwischen Außenluft und erwärmter Luft im Reflektortrichter (3). Das Anlagenkonzept kann auch für verschiedene Varianten für eine 100%ige mobile Voltaikstromnutzung angewandt werden.
Das Sonnennachführsystem nach Figur 4 auf der Basis der Schwerpunktverlagerung durch Umpumpen eines Mediums nach 101 21 437.5 wird erfinderisch neu gelöst, indem die beiden Pumpen (32) oder (36) auf ihren druckseiten Anschlußstellen nur noch mit einer einzigen Leitung (35 gegeneinander verbunden (37) sind, wobei an dieser in der Nähe des Pumpenanschlusses eine atmosphärische Bypassleitung (31) mit integrierter Rückschlagklappe so angebracht ist, daß bei den Betriebsweisen von einem tieferliegenden Behälter (22a) in einen höher liegenden (22b) oder auch umgekehrt nach Stop des Pumpenbetriebes die zu diesem Zeitpunkt höher liegende Rückschlagklappe (30) aufgrund der rücklaufenden Saugwirkung in den Leitungen öffnet und atmosphärische Luft mit atmosphärischen Druck frei eintritt, wodurch sich die Strömung an diesem atmosphärischen Anschluß teilt und damit ein Rückfluß oder Weiterfluß von einem Behälter (22) zum anderen unterbunden wird.
In etwa parallel zu den Reflektorenelementen (3) wird über dem Voltaikmodul (23), das auf der Westseite der Anlage eine Massenausgleichspumpe (32) versorgt, zur Verstärkung der Sonneneinstrahlung bei schräg einfallendem Sonnenlicht (z.B. nach längerer Abdeckung der Sonne durch Wolken) ein Spiegel angebracht, was auf Bedarf auch auf der anderen Seite der Anlage möglich ist, um den Wirkungsbereich der Rückführung der Anlage zur Morgensonne zu verbessern.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung :
Die Beschreibung der vorteilhaften Wirkungen der Erfindung soll in Reihenfolge der Darstellung der der Erfindung zugrundeliegenden Probleme erfolgen :
Durch diese Konzeption der Befestigung an den Drehpunkten der Anlage werden keine Tragebolzen am Tragerahmen (1) zur Anbringung der Lager benötigt. Damit behindert das Tragegestell (18,35,20) das somit ebenfalls aus der Ansicht nach Figur 2b ein statisch ideales Dreieck bildet, nicht mehr den schwenkbaren Anlagenteil.
Durch die temporär angebrachte Ketten (21) zwischen dem Tragerahmen (1) und dem Tragegestell (18,35) kann der noch statisch unstabile schwenkbare Anlagenteil nicht abschwenken.
Der direkte Anschluß der wasserzu- und abführenden Leitungen am Tragerahmen (1) in engst möglichem Abstand zu den Drehlagern (7,13) ergibt den Vorteil, daß sich diese Befestigungsstellen beim Schwenken der Anlage nur unwesentlich in ihrer Position verändern und weiterhin ist der Tragerahmen (1) das stabilste Befestigungselement der Anlage, wodurch ein Stoßen oder Ziehen an den zu- und abführenden Zirkulationsleitungen (10,11) anlagenintem kaum Beschädigungen verursachen kann. Dies hat weiterhin den Vorteil, daß die zu- und abführenden Zirkulationsleitungen (10,11) an der zu jedem Anlagenbetrieb höchstmöglichen Stelle an der Anlage angeschlossen sind, womit ein Wasserverlust selbst nach Abnahme oder unvorhergesehenem Abreißen der Leitungen (10,11) ausgeschlossen ist. Diese Anlagenkonzeption wird durch die Anschlußverindungen (15,8,9) an der Absorberoberfläche (16) möglich, was auch ein wesentlicher Vorteil ist, da Leitungsanschlüsse grunsätzlich gegen Beschädigungen empfindlich sind und die Anschlüsse (15,8,9) nun im geschützen Anlageninnenteil liegen.
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Durch die beschriebene Konzeption der Anschlußverbindungen in Punkt 2 braucht an der Anlage außer dem Entleerungsventil (12) während und außerhalb der Betriebszeit keine einzige Armatur betätigt werden, die asomit auch nicht versehentlich falsch bedient werden können, womit auch aus dieser Sicht Schäden an Mensch und Anlage ausgeschlossen sind.
Durch die besondere Speicherform bewegt sich die Anlage bei Wasserverlust des Speichers aus der Sonneneinstrahlrichtung und eine lokale Überhitzung ist nicht möglich.
Durch das spezielle Steuersystem der Kreislaufpumpe kann eine aus Sicherheitsgründen größer dimensionierte Pumpe teilzeitig je nach Wärmeleistung der Anlage betrieben werden obwohl eine aufwendige Regelung nicht zur Anwendung kommt.
Bei Erreichen einer eingestellten Maximaltemperatur wird die Sonneneinstrahlleistung durch Stop der Sonnennachführung sofort kontinuierlich reduziert.
Wenn der Betrieb der Kreislaufpumpe im Schwimmbad gestoppt wird, wird durch die erfinderischen Maßnahmen ein Rücklaufen des Kreislaufwassers aus dem Speicher zum Schwimmbad verhindert.
Durch den besonderen Anschluß der zu- und abführenden Zirkulationsleitungen (10,11) erfolgt die freie Anlagenentlüftung über die Rückführleitungsrohrstücke (8) und (4) zu jeder Anlagenbetriebsweise voll automatisch.
Das Panel (26) kann durch die Reflektornutzung 2 bis 3 mal kleiner dimensioniert werden.
Das Gesamtkonzept der angewandten erfinderischen Pumpenenergieversorgung benötigt nur eine voltaische Versorgung zum kleinen Bruchteil der Pumpeninstallationsleistung.
Durch das installierte Gitter aus bevorzugt Draht oder Metallband ist es möglich, die Absorberplatte aus dünnerem Material anzufertigen, was den Wärmeübergang verbessert, oder aus weicherem, beispielsweise aus künstlichem schwarzem Gummi herzustellen, der gleichzeitig an allen zu dichtenden Stellen als Dichtungsmaterial dient.
Durch die neue Konzeption des Anlagenaufbaus kann auch die einfachste Anlagenausführung bei starken Windböjen durch nachgebendes Abschwenken den Bojen nachgeben. Dieser Vorteil ist also auch für eine sehr einfache Anlagenausführung zum Erwärmen sehr kleiner Schwimmbecken über der Erde nutzbar, in deren Nähe ständig Bedienungspersonal ist, weil vielleicht Kinder kontinuierlich betreut werden und somit die Anlage während der Sonnenscheindauer einige Male manuell zur Sonne nachgedreht werden kann.
Ist über längere Tageszeiräume oder Tage kein Personal vorhanden, kann die Anlage für eine kontinuierliche Weiterbeheizung des Schwimmbades in wenigen Minuten mit einer automatischen Sonnennachführung nach Figur 4 oder 5 nachgerüstet werden. Eine so einfache Anlagennachrüstbarkeit zur Sonnennachführung gibt es nach Stand der Technik nicht.
Es ist ein wesentlicher Vorteil, daß die Sonnennachführung der Anlage zur Warmwassererzeugung für eine Anlage zur 100%igen Stromerzeugung unverändert übernommen werden kann.
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Das Anlagenkonzept für eine mobile Warmwassererzeugung zum vorzugsweise Beheizen eines Schwimmbades hat den bedeutenden Vorteil, daß es ohne wesentliche zusätzliche Bauteile mit beliebig großen Valtaikpanels zur mobilen teilweisen Stromerzeugung ergänzt werden kann und weiterhin sogar in folgenden Varianten auch für eine 100%ige mobile Voltaikstromnutzung ausgeführt werden kann :
a) Wird die Anlage zur Voltaikstromnutzung ohne Sonnennachführung und ohne Reflektoren (3) genutzt, so kann die Anlage nach Figur 1 insoweit unverändert übernommen werden, als nur Bauteile entfallen, also im Detail (2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12 und15). Das Voltaikpanel muß dann nur auf den Tragerahmen (1) gelegt und leicht befestigt werden. Zur Standstabilität und Stabilität gegen Windböjen wird der Speicher (17) bspw. mit Wasser, Erde, Kies, Sand, Metallgranulat gefüllt, also ist es auch ein wesentlicher Vorteil, daß selbst der Warmwasserspeicher zur sinnvollen Nutzung bei einer 100%igen Voltaiknutzung übernommen werden kann.
b) Für eine Anlage mit Sonnennachführung braucht zusätzlich nichts weiterzu a) als die Behälter (22) seitlich am Tragerahmen (1) unterhalb der Voltaikplatte befestigt werden.
c) Für eine Anlage mit Sonnennachführung und Reflektorsystem (3) nach Figur 3 werden nur das Voltaikpanel (28) und der Massenausgleichsbehälter (17a) mit distanzhaltenden Bolzen so mit dem Tragerahmen (1) auf der Unterseite verbunden, daß eine konvektive Luftströmung über und unter dem Voltaipanel (28) bei Erwärmung des Panels zu seiner Kühlung eintrittn nicht mehr und nicht weniger. Alleine durch die Ergänzung durch andere Befestigungsbolzen wird der Effekt der Panelkühlung erzielt, für den es nach Stand der Technik keine vergleichbare Lösung gibt.
Die erfinderische Lösung für das Sonnennachführsystem nach Figur 4 hat den Vorteil, daß die beiden Behälter (22) nur noch durch eine einzige Leitung (34) verbunden werden müssen und ein Rückfluß oder Weiterfluß des Massenausgleichsmedium von einem Behälter (22) zum anderen unterbunden wird.
Eine Verstärkung der Sonneneinstrahlung bei schrägem Sonneneinstrahlwinkel auf das Panel (23) oder (24) durch Anbringung von Spiegeln, hat den Vorteil, daß diese relativ teuren Versorgungspanels relativ klein gehalten werden können.
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Bezeichnung und Beschreibung der grafischen Figuren 1 bis 5
Figur 1 - Prinzipdarstellung einer solaren, mobil transportierbaren und mobil aufstellbaren und
beweglichen Reflektoranlage zur exemplarischen Anwendung als Schwimmbadheizung, dargestellt mit dem Wasserkreislaufsystem (4,5,6,8,9,10,11,12,15,16,17) mit Sonnennachstellvorrichtung (Sommer / Winter) (19), mit einklappbar oder aufsteckbar montierbaren 8 Reflektorenplatten (3), an denen zur Sonnenseite Spiegel in variabler Weise angebracht werden, jedoch ohne Sonnennachführung für den Zeitablauf morgens bis abends
Figur 2a / 2b - Prinzipdarstellung einer solaren mobilen Reflektoranlage nach Figur 1 zur Schwimmbadheizung oder Stromerzeugung aus 2 horizontalen Ansichten, dargestellt ohne Wasserkreislaufsystem der Ausführung als Schwimmbadheizung, jedoch mit Sonnennachstellvorrichtung nach Figur 4 für den Zeitablauf morgens bis abends
Figur 2c - Darstellung der Anlage nach Figur 1 mit vertikaler Sicht aus der Sonnenposition wobei die
konstruktive Verspannung der Absorberoberfläche (16) mit dem Profilrahmen (2) und einem an ihm angebrachten Drahtgitter (25), sowie die Positionen der Wasservor- und Rücklaufanschlüsse, Entleerungsanschluß (12) und Voltaikpanel zur elektrischen Pumpenversorgung gut erkennbar sind.
Figur 2d - Darstellung der Anlage nach Figur 1 mit vertikaler Sicht aus der Sonnenposition wobei
erkennbar ist, daß in Ergänzung zur Warmwassererzeugung gleichzeitig eine Voltaikplatte variabler Größe (27) zur Stromerzeugung nach Bedarf an dem Drahtgitter (25) austauschbar angebracht werden kann. Zur Vermeidung der maximal zulässigen Temperatur am Voltaikpanel (27) kann der Anlagentragerahmen (1) dann nach Figur 3 mit Belüftungsöffnungen ausgeführt sein.
Figur 3 - Prinzipdarstellung einer solaren, mobil transportierbaren und mobil aufstellbaren und
beweglichen Reflektoranlage in der Ausführung zur reinen Stromerzeugung, wobei der Speicherbehälter (17) der Warmwasserausführung mit beliebiger Massenfüllung (Sand, Erde, Kiesel oder andere Medien ) zur Anlagenstandfestigkeit und zur Schwerpunktoptimierung für die Sonnennachführung nach Figur 4 aufgefüllt ist und in einem solchen Abstand zum Voltaikpanel (28) am Anlagentragerahmen (1) befestigt ist, daß die Rückseite des Voltaikpanels (28) durch natürliche Konvektion der Außenluft durch diesen konstruktiven Spalt (14) gekühlt wird. Gleichzeitig wird die zur Sonne gerichtete Seite des Voltaikpanels (28) durch natürliche Konvektion der Außenluft gekühlt, die am unteren Teil des Anlagentragerahmens (1) durch konstruktive Öffnungen (27) eintritt und am oberen Teil des Reflektortrichters (3) nach oben austritt. Die Batterie (21) kann am statisch optimalen Punkt zwischen den beiden halbkreisförmigen Trageprofilen (18) befestigt werden.
Figur 4 - Prinzipdarstellung der Sonnennachführung nach dem Massenausgleichsprinzip wobei der
an der Westseite der Anlage befestigte Behälter (22a) mit mehr Wasser gefüllt ist, als der Behälter (22b) an der Anlagenostseite und deshalb in Kombination mit dem drehbaren Anlagenaufhängung (7) tiefer liegt. Die Pumpen (32) in den Behältern sind mit einer einzigen Leitung an ihrer Druckseite (Förderseite) verbunden und werden von dem am jeweils gegenüberliegenden Behälter befestigten Solarpanel (23,24) angetrieben. Schaltet sich eine Pumpe nach dem Pumpvorgang ab, so kann das Fördermedium nicht weiter- oder zurücklaufen, weil dies an Abzweigleitungen (31) atmosphärisch angebrachte Rückschlagklappen verhindern. Das Solarpanel (24) ist so angebracht, daß es von der aufgehenden Sonne beaufschlagt wird und die Anlage in die Morgenposition gefahren wird. Nach längerem Tagessonnenstillstand wird die mittlerweile schräg auf das Nachführpanel (23) fallende Sonne von einem Spiegel (29) verstärkt.
Figur 5 - Sonnennachführbehälter mit außenliegender Pumpe
Mobile solare Reflektoranlage zur Warmwassererzeugung und / oder Stromerzeugung
Helmut Juran, Andreas Schi ter Str. 12, 53639 K nigswinter
14.10.2001
Beschreibung der Bau- und Funktionsteile nach Figuren 1 bis 5
- Profilrahmen zur Befestigung und als statisches Trageelement f r alle Anlagenbauteile mit Ausnahme der beiden u-f rmig ausgef hrten Profilbogen (18), die den Profilrahmen (1) selbst an den beiden Drehlagern (7) tragen
- innerer Proilrahmen, der Absorberplatte (16) und Speicherschale (17) druckdicht miteinander verspannt
- selbsttragende Reflektorenelemente aus bevorzugt leichten, stabilen Matarialien, die am Profilrahmen (1) aufgesteckt oder klappbar befestigt sind und die an der zur Sonne ausgerichteten Seite als spiegelnden Oberfl chen ausgef hrt sind oder durch spiegelnde Oberfl chenelemente erg nzt werden
- atmosph risch offenes Entl ftungsrohr am h chsten Punkt des Wasserkreislaufes, das auch als berlaufrohr bei der Kreislauferw rmung dient, bei einem unvorhergesehenen Sperre im Wasserkreislauf einen Druckaufbau verhindert und zudem bei Stop der Wasserzirkulation einen R cklauf des Kreislaufwassers vom Speicher zur Pumpe verhindert - Vebindung des Wasserkreislaufvorlaufs mit dem Profilrahmen (1) an seiner h chsten Stelle mit dem Wasserzuf hrrohr (9), wobei im Wasservorlauf (10) eine R ckschlagklappe zur Vermeidungs eines Wasserr cklaufs bei Pumpenstopp angebracht ist
- Vebindung des Wasserkreislaufr cklaufs mit dem Profilrahmen (1) an seiner h chsten Stelle mit dem Wasserr ckf hrrohr (8), wobei im Wasserr cklauf (11) an der h chsten Stelle das berlaufrohr (4) angebracht ist
- 2 Verbindungselemente mit Drehlager zwischen dem Haupttragerahmen (1) und den statischen Trageprofilen (18) wobei die Verbindungen bevorzugt als Schraub-, Steck- oder Klemmverbindungen ausgef hrt sind
- Wasserr ckf hrrohr an der h chsten Stelle der Absorberplatte (16) angebracht - Wasserzulaufrohr zum Speicher (17) an der oberen Seite der Absorberplatte (16) angebracht - Wasservorlauf leitung zwischen der Pumpe im Schwimmbad und dem Speicher (17) - Wasserr cklaufleitung zwischen der Pumpe im Schwimmbad und dem Speicher (17) -Wasserentleerungsventil
- Drehachsen der Drehlager an den Verbindungsst cken (7) - freier Raum zwischen Voltaikpanel (28) und Speicher (17) zur K hlung der Unterseite des Voltaikpanels durch freie Konvektion oder k nstliche Bei ftung mittels zus tzlicher K hlluftf hrungen und Ventilationseinrichtungen
- Wasserentleerungsrohr zwischen der untersten Stelle der Absorberplatte (16) und dem AbIa ventil (12)
- Absorberplatte zur Absorbtion der Sonnenenergie und direkter bertragung der in W rme umgewandelten Sonnenenergie auf das Speicherwasser auf der R ckseite zum Speicher (17), wobei diese Platte beidseitig bevorzugt schwarz ist, aus verschiedensten UV-best ndigen und gegen Schwimmbadwasser korrosionsbest ndigen Materialien besteht, z.B. aus k nstlichem Hartgummi oder beidseitig schwarz anodiertem Aluminiumblech. Beispielsweise als Hartgummi bernimmt die Platte dann eine Kette von technischen und thermischen Aufgaben, f r die nach Stand der Technik mehrere Bauteile erforderlich w ren, im einzelnen : Sonnenenergieabsorbtion, Solarenergieumwandlung in W rme, W rme bertragung in den Speicher ohne Zwischenkreislauf, nahezu 50% der Speicherwand, Dichtungsmaterial an den abzudichtenden Speicherstellen - Speicherhalbschale, die zwischen den Rahmenprofilen (1) und (2) mit der Absorberplatte (16) verspannt ist und aus beliebigen gegen Schwimmbadwasser korrosionsbest ndigen Materialien und in beliebiger Form gefertigt werden kann, bevorzugt aus durchsichtigen Kunststoffen oder aus Glas, damit im Speicherinneren eventuell entstehende Verunreinigungen fr hzeitig zu erkennen sind
17a - Massenausgleichsbeh lter, in der Form wie (17), aberf r die Auff llung mit anderen Medien als Wasser ausgef hrt, z.B. Erde, Kies, Sand, Metallgranulat
- U-f rmig geformte Anlagenst tzprofile, die an den Anlagendrehpunkten (7) zusammengef hrt und befestigt sind
Mobile solare Reflektoranlage zur Warmwassererzeugung und / oder Stromerzeugung
Helmut Juran, Andreas Schi ter Str. 12, 53639 K nigswinter
14.10.2001
Beschreibung der Bau- und Funktionsteile nach Figuren 1 bis 5
- an jedem Anlagenst tzprofil besfestige, durch Drehen verstellbare St tzf e, die die statische Aufstellungsfl ehe erweitern und ein manuelles Ausrichen der Anlage zur optimalen Sonneneinstrahlung zwischen der Sonnenposition Winter bis Sommer erm glichen - 2 R der zur leichten mobilen Ver nderung des Standortes der Anlage, die an einer Achse (35) angebracht sind, die wiederum die Trageprofile (18) an dieser Stelle verbindet und damit gleichzeitig das Trageuntergestell statisch effektvoll verst rkt
- Verspannungsketten zwischen dem Trageuntergestell (18,35,20) und dem Anlagentragerahmen (1), die zur sicheren statischen Stabilit t w hrend der Montage und Demontage dienen, wenn sich noch kein Wasser im Speicher (17) befindet und damit der Schwerpunkt der Anlage noch instabil ber dem Drehpunkt (7) liegt
- 2 Sammelbeh lter f r pumpbares Medium, vorzugsweise Wasser, je an der Ostseite und Westseite des schwenkbaren Anlagenteils montiert, zum Schwenken der Anlage durch Ver nderung des Schwerpunktes mittels unterschiedlichem F llgrad
- Voltaikpanel am Sammelbeh lter (22) an der Westseite der Anlage montiert, zum Antrieb einer F rderpumpe im / am Sammelbeh lter (22) an der Ostseite der Anlage, wobei dieses Solarpanel die Anlage von morgens bis abends mit der Sonne f hrt
- Voltaikpanel am Sammelbeh lter (22) an der Ostseite der Anlage montiert, zum Antrieb einer F rderpumpe im / am Sammelbeh lter (22) an der Westseite der Anlage, wobei dieses Solarpanel die Anlage bei Sonnenaufgang zur Sonne f hrt, weshalb das Panel so angebracht ist, da es ber den gesamten Schwenkbereich von der Abendstellung bis zur Morgenstellung von der Morgensonne beaufschlagt werden kann
- Drahtgitter, vorzugsweise am inneren Tragerahmen (2) befestigt, zur nachstellbaren Verst rkung der Absorberplatte (16) gegen den Wasserdruck im Speicher (17) und als Halterung f r alternativ
erg nzend anbringbare Voltaikpanels (27)
- Voltaikpanel zur energetischen Versorgung (laden) einer Batterie, aus der die Pumpe im Schwimmbad versorgt wird
- alternativ erg nzend anbringbares Voltaikpanel bei zus tzlichem externen Strombedarf - Voltaikpanel in einer Reflektoranlage zur alleinigen Stromerzeugung nach Figu 3, das die maximal m gliche verf gbare Absorbed! ehe ausnutzt
- Spiegel an der Westseite der Anlage so angebracht, da nach I ngem Ausfall der Sonneneinstrahlung, wodurch die Anlage nicht mitgef hrt werden konnte, gen gend Sonnenlicht auf das Panel (23) gespiegelt wird, um die Anlage wieder in optimale Position zur Sonne zu bringen - atmosph risch angebrachte R ckschlagklappen an den Abzweigleitungen (31), wodurch nach dem Abschalten einer Pumpe nach dem Pumpvorgang das F rdermedium nicht weiter oder zur ckflie en kann
- Abzweigleitungen von der Pumpf rderleitung (34) zur freien atmoph rischen Verbindung der Beh lter (22) und zur Anbringung der R ckschlagklappen (30) - F rderpumpen, die auf Bedarf von dem Solarpanels (23,24) angetrieben werden, vorzugsweise als Tauchpumpen ausgef hrt, wobei au enliegende Pumpen (36) nach Figur 5 vorzugsweise unter dem Beh lter angebracht werden
- F llmedium der Beh lter (22) vorzugsweise fl ssig
- Pumpf rderleitung (34) zur Verbindung der Pumpen (32,36) in oder an den beiden Beh Itern (22a,22b) - Achse zur statischen Aussteifung der Trageunterkonstruktion (18) und zur Befestigung der R der f r eine leichte mobile Standortver nderung
- an den Beh Itern (22) au enliegende F rderpumpen
37 - Steckverbindung in der Pumpenf rderleitung
38 - Gleichstromtauchpumpe
39 - Schwimmbecken
- Gleichstromzuf hrung aus Trafo oder voltaikgeladener Batterie - Bolzen und Distanzhalter zur Befestigung der Voltaikpanels (28) und des Massenausgleichsbeh Iters (17a) mit dem Haupttragerahmen (1) im gew nschte Abstand zur freien Luftumstr mung

Claims (9)

1. Mobile solare Reflektoranlage zur Warmwassererzeugung und/oder Stromerzeugung, gekennzeichnet dadurch, daß 2 Stützprofile (18) in vorzugsweise halbrunder Form an ihren beiden Enden (7) zu den Lagerdrehpunkten (13) am Tragerahmen (1) der Solaranlage führen, dort an einem Verbindungsstück zum Drehlager (13) demontabel befestigt sind, in der Form, daß sie nicht parallelgeführt sind, sondern von den Verbindungsstücken bei (7) im Winkel von bevorzugt ca 30-40° sich voneinander erweitern, in der Form, daß sie ca in ihrer Mitte (20) von einer Achse (35) verbunden sind, wobei sie aus der Sicht auf die Drehachse (13) der Anlage, mit der Verbindungsachse (35) in etwa ein statisch ideales gleichschenkliges Dreieck bilden.
2. Mobile solare Reflektoranlage zur Warmwassererzeugung und/oder Stromerzeugung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen den statischen Punkten (29), bevorzugt an den Ender Achse (35) demontable etwa gleich lange Verbindungsstücke angebracht sind, deren andere Enden wiederum so am Tragerahmen (1) verspannbar befestigt sind, daß das hiermit verbundene Untergestell aus Sützprofilen (18) und Achse (35) unbewegbar mit den Tragerahmen (1) eine statische Einheit bilden, gekennzeichnet dadurch, daß nach Lösen der Verbindungsstücke (21) der Tragerahmen (1) in den Drehpunkten (13) des Stützgestells schwenkbar bewegt werden kann.
3. Mobile solare Reflektoranlage zur Warmwassererzeugung und/oder Stromerzeugung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß alle zu- und abführenden externen Zirkulationsleitungen (10, 11) die das wärmetransportierende, vorwiegend flüssige Medium wie Wasser führen, in nächster Nähe der Drehlager (13) mit der Anlage verbunden werden, bevorzugt dadurch, daß dies am Tragerahmen (1) erfolgt, durch den die Leitungen treten und an ihm schocksicher verspannt sind, wobei die Leitungen dann an der Innenseite des Tragerahmens (1) über Zwischenstücke mit dem Speicher (bevorzugt an der Absorberplatte (16)) verbunden werden, gekennzeichnet dadurch, daß die Rückführleitung (11) an der höchsten (8) und die Entleerung (12) an der tiefsten Speicherstelle in engsten konstruktiv möglichen Nähe zu den Drehpunkten (13) angeschlossen sind, was durch die spezielle Konstruktion der Unterstützungskonstruktion nach Anspruch 1 möglich ist.
4. Mobile solare Reflektoranlage zur Warmwassererzeugung und/oder Stromerzeugung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß an der Rückführleitung (11) eine atmosphärisch offene Entlüftungsleitung (4) und am der Vorlaufleitung eine Rückschlagklappe angebracht ist und das gesamte Zirkulationssystem (38, 10,11, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 17) zur Vermeidung von Fehlbedienungen ohne eine einzige Abstell- oder Regelarmatur betrieben wird.
5. Mobile solare Reflektoranlage zur Warmwassererzeugung und/oder Stromerzeugung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß in oder unter dem Rahmen (1) ergänzend oder alternativ zur wärmeabsorbierenden Platte (16) eine stromerzeugende Voltaikplatte angebracht ist und diese stromerzeugende Anlage alternativ mit oder ohne den solarkonzentrierenden Reflektoren (3) und mit oder ohne den Sonnennachführung nach Fig. 4 ausgeführt ist, die auch zur Warmwassererzeugung verwendet werden.
6. Mobile solare Reflektoranlage zur Warmwassererzeugung und/oder Stromerzeugung nach Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, daß der Tragerahmen (1) mit Belüftungsöffnungen (27) versehen wird und mittels distanzhaltenden Trageverbindungsstücken (41) der Tragerahmen (1), das Voltaikpanel (28) und der Speicher in beliebigem vorgegebenen Abstand voneinander verbunden werden, gekennzeichnet dadurch, daß der Speicher (17a) alternativ zu Wasser mit beliebigen vorgegebenen Massen gefüllt wird.
7. Mobile solare Reflektoranlage zur Warmwassererzeugung und/oder Stromerzeugung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß die zur Sonne gerichtete Seite des Speichers (17) als weitgehend ebene oder nur leicht gewölbte Fläche (16) ausgeführt ist und alternativ mit einem Verspannungsprofilrahmen ((2) und einem Verstärkungsgitter (25) mit dem Tragerahmen (1) und der Speicherunterseite (17) verspannt ist.
8. Mobile solare Reflektoranlage zur Warmwassererzeugung und/oder Stromerzeugung nach Anspruch 4, gekennzeichnet dadurch, daß für einen optimalen energiesparenden Betrieb die Kreislaufpumpe (38) über einen einzigen Thermostat zu- und abgeschaltet wird.
9. Mobile solare Reflektoranlage zur Warmwassererzeugung und/oder Stromerzeugung nach Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Massenausgleichspumpen (32, 36) des Sonnennachführsystems nach Fig. 4 mit nur einer Leitung (34) verbunden werden und an der höchsten Leitungszuführstelle zu den Pumpen eine atmosphärische offene Abzweigleitung (31) angebracht ist, die wiederum je eine Rückschlagklappe beinhaltet.
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