DE202006017581U1 - Solar power generating device for retrofitting of existing solar panel system, has cooling circuit with cooling medium pump, evaporator and generator, where generator is coupled with relaxation body for power generation - Google Patents
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Abstract
Description
1.1 Technisches Gebiet1.1 Technical area
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur autarken Stromerzeugung mittels solarthermischer Kopplung an den ORC-Prozeß und isnbesondere eine solche Vorrichtung bei der zumindest ein Solarkollektor mit einem Kältekreis verbunden ist, in dem unter Einsatz von Standardbaugruppen der rechtsdrehenden Kälteprozeß stattfindet.The The invention relates to a device for self-sufficient power generation by solar thermal coupling to the ORC process and is especially one Such device in the at least one solar collector with a cooling circuit in which using standard assemblies of the dextrorotatory Refrigeration process takes place.
1.2 Stand der Technik1.2 State of the art
Stromgewinnung über Solartechnik ist derzeit nur über Fotovoltaikananlagen möglich, da mit herkömmlichen solarthermischen Anlagen üblicherrweise keine für die Stromerzeugung erforderlichen Termperaturen erzielt werden können. Der durchschnittliche Wirkungsgrad beträgt bei herkömmlichen Fotovoltaikananlagen ca. 8–10%.Electricity generation via solar technology is currently only about Photovoltaic systems possible, there with conventional Solar thermal systems usually none for the power generation required Termperaturen can be achieved. Of the average efficiency is in conventional photovoltaic systems about 8-10%.
Ein weiterer Nachteil besteht darin; dass Tag- und Nachtversorgung dabei nur über Akkumulatoren mit nachgeschaltetem Inverter möglich ist.One Another disadvantage is; the day and night care only over Accumulators with downstream inverter is possible.
Die Preise pro 1 KW Spitzenleistung bei herkömmlichen Fotovoltaikananlagen bewegen sich zur Zeit im Bereich von 4800 bis 5500 Euro Investitionskosten und sind damit relativ hoch.The Prices per 1 KW peak output with conventional photovoltaic systems currently range from 4,800 to 5,500 euros investment costs and are relatively high.
2. Darstellung der Erfindung2. Presentation the invention
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art bereitszustellen, die die genannten Nachteile vermeidet, und die insbesondere so ausgestattet ist, Strom aus solarer Wärme effizient, preiswert und autark zu erzeugen.Of the The present invention is therefore based on the object, a device to provide the type described above, the said Disadvantages avoids, and in particular so equipped, electricity from solar heat efficient, inexpensive and self-sufficient.
Gemäß der Erfindung wird eine Vorrichtung zur autarken Stromerzeugung mittels solarthermischer Kopplung an den ORC-Prozeß bereitgestellt, die einen Solarkollektor und einen Kältekreis umfaßt, wobei der Kältekreis eine Kältermittelpumpe zum Antrieb des Kältemittels, einen Trockner, einen Verdampfer, wobei der Verdampfer mit dem Solarkollektor thermisch gekoppelt ist oder der Solarkollektor weiterhin als Verdampfer ausgeführt ist, ein Entspannungsorgan und eine daran zur Stromerzeugung gekoppelten Generator und einen Kondensator umfaßt. Erfindungsgemäß sind die Bauteile des Kältekreises als Standardbaugruppen ausgeführt, so daß die Vorrichtung im Sinne eines Baukastens schnell und kostengünstig aus Standardbaugruppen, wie Plattenwärmetauscher, Verdichter, Kältemittelpumpen und Generatoren aus dem jeweiligen Industriezweig aufbaubar ist.According to the invention is a device for self-sufficient power generation by means of solar thermal Provided coupling to the ORC process, the a solar collector and a cooling circuit includes, wherein the refrigeration circuit a refrigerant pump to drive the refrigerant, a dryer, an evaporator, the evaporator with the solar collector thermally coupled or the solar collector continues as an evaporator accomplished is, a relaxation organ and a power generation coupled thereto Generator and a capacitor includes. According to the invention Components of the refrigeration circuit as Standard assemblies executed, So that the Device in the sense of a kit quickly and inexpensively Standard assemblies, such as plate heat exchangers, Compressor, refrigerant pumps and generators from the industry can be built.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist der Solarkollektor in einem Kollektorkreis, in dem ein Thermalöl zirkuliert, angeordnet und der Verdampfer und gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ein dem Verdampfer im Kältekreis vorgeschalteter Vorwärmer, sind thermisch mit dem Kollektorkreis gekoppelt.According to one Aspect of the invention is the solar collector in a collector circuit, in which a thermal oil circulated, arranged and the evaporator and according to a embodiment the invention, a preheater upstream of the evaporator in the refrigerant circuit, are thermally coupled to the collector circuit.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert oder ergeben sich für den Fachmann aus den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand deren der Gegenstand der Erfindung näher erläutert wird. Es zeigen:Further advantageous embodiments of the invention are defined in the subclaims or arise for the expert from the embodiments described below the invention, based on which the subject matter of the invention is explained in more detail. Show it:
Für eine durchgehende
Stromerzeugung ist gemäß einer
besonderen Ausführungsform
im Kollektorkreis ein Speicher
Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel erfolgt
eine elektrische Leistungsbegrenzung, realisiert über ein
Begrenzungsventil
Vorteilhaft ist dabei, daß die Temperaturen in der Nacht in der Regel tiefer liegen, so daß auch die Kondensationstemperatur niedriger ist und somit der Wirkungsgrad der Vorrichtung größer ist.Advantageous is that the Temperatures in the night are usually lower, so that the condensation temperature is lower and thus the efficiency of the device is greater.
Für den Kältekreis werden Standardbaugruppen, wie Plattenwärmetauscher, Verdichter, Kältemittelpumpen und Generatoren aus dem jeweiligen Industriezweig verwendet.For the refrigeration circuit become standard assemblies, such as plate heat exchangers, compressors, refrigerant pumps and generators used in the respective industry.
Zu einer weiteren Verbesserung des Prozesswirkungsgrades wird gemäß einer weiteren Ausführungsform (nicht dargestellt) ein innerer Wärmeübertrager (Rekuperator) zwischen Turbinenausgang und Kondensator primärseitig und zwischen Pumpe und Verdampfer sekundärseitig geschaltet.To a further improvement of the process efficiency is according to a another embodiment (not shown) an internal heat exchanger (recuperator) between Turbine outlet and condenser primary side and between pump and Evaporator on the secondary side connected.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird im ORC-Modul bzw. dem Kältekreis der Vorrichtung alternativ mit anderen geeigneten Kältemitteln bzw. Arbeitsstoffen gearbeitet, deren Siede- und Kondensationstemperatur dem Anwendungsfall entsprechen, oder es wird durch Mischung einzelner Komponenten ein optimal angepasster Arbeitsstoff hergestellt wird. Als Beispiel eines solchen angepaßten Arbeitsstoffes sei eine Mischung aus Butan, Propan und Pentan genannt, wobei die Mischung durch den Fachmann so vorgenommen wird, dass sich ein gewünschter Siedepunkt und/oder eine gewünschte Verdampfungsenthalpie einstellt.According to one embodiment The invention is alternatively in the ORC module or the refrigeration circuit of the device with other suitable refrigerants or working materials, their boiling and condensation temperature the application case, or it is by mixing individual components an optimally adapted agent is produced. As an an example such a customized Agent is a mixture of butane, propane and pentane, wherein the mixture is made by the skilled person so that yourself a desired one Boiling point and / or a desired evaporation enthalpy established.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird als Kondensator bzw. Gehäuse des Kältekreises bzw. ORC-Moduls eine entsprechende Baugruppe eines Verflüssigungssatzes aus der Kälteindustrie modifiziert und verwendet.According to one embodiment The invention is used as a capacitor or housing of the refrigeration circuit or ORC module a corresponding assembly of a condensing unit from the refrigeration industry modified and used.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird als Entspannungsorgan ein umgebauter Lamellenmotor, Zellenverdichter, die Turbine eines Abgasladers oder Scroll- bzw. Schraubenverdichter oder alternativ ein Rootsgebläse eingesetzt.According to one embodiment the invention is a rejuvenating organ as a rebuilt vane motor, Cell compressor, the turbine of an exhaust gas charger or scroll or Screw compressor or alternatively a Roots blower used.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird im Kältekreis ein Rekuperator zur Vorwärmung eingesetzt. Dabei wird der Arbeitsstoff im druckfesten Rohrsystem eines thermischen Solarkollektors verdampft. Das Rohrsystem befindet sich dann bevorzugterweise im Brennpunkt eines vakuumisolierten Hohlspiegels.According to one embodiment The invention is in the refrigeration circuit a recuperator for preheating used. The working substance in the pressure-resistant pipe system a thermal solar collector evaporated. The pipe system is located then preferably at the focal point of a vacuum insulated Concave mirror.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die Arbeitsstoffpumpe und der Kondensatorlüfter drehzahlgeregelt ausgeführt, um die Siededrucklinie des Arbeitsstoffes abzubilden. Führungsgröße ist dabei die Temperaturdifferenz des Arbeitsstoffes am Verdampfungsaustritt minus Sättigungstemperatur, um eine Überhitzung zu regeln und insbesondere zu vermeiden.According to one embodiment the invention, the working fluid pump and the condenser fan is speed controlled executed to represent the boiling pressure line of the working substance. Leadership is included the temperature difference of the working substance at the evaporation outlet minus saturation temperature, overheating to regulate and in particular to avoid.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden zur Energiespeicherung für den Nachtbedarf im Tagbetrieb elektrische Batterien geladen.According to one embodiment The invention relates to energy storage for the night needs in daytime operation charged electric batteries.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird statt des Generators oder in Kombination mit dem Generator ein Kältemittelkompressor einer Kaltdampfanlage angetrieben.According to one embodiment the invention is used instead of the generator or in combination with the generator a refrigerant compressor driven by a cold steam system.
Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung strömt
der Arbeitsstoff direkt durch einen thermermischen Solarkollektor.
Durch die Absorption der Sonnenenergie, die durch optische Systeme
und Spiegel gebündelt
wurde, verdampft dann der Arbeitsstoff. Gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung wird besteht das optische System dabei im einfachsten
Fall aus einer oder mehreren druckfesten, lichtdurchlässigen Röhren, wie
schematisch in
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthält die Vorrichtung weiterhin einen Gleichstromgenerator mit Wechselrichter, um im Netzbetrieb eine Stromeinspeisung zu ermöglichen. Alternativ wird ein Asynchrongenerator eingesetzt, der durch das öffentliche Stromnetz erregbar ist.According to one embodiment of the invention the device further comprises a DC generator with inverter, in order to enable power supply in network operation. Alternatively, a Asynchronous generator used by the public grid excitable is.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung stammen die in der Vorrichtung zum Einsatz kommenden Verdampfer, Trockner, Sammler, Schnellschlusskupplungen, Armaturen und Messfühler aus der Kältetechnik.According to one embodiment The invention comes in the coming in the device used Evaporators, dryers, collectors, quick couplings, fittings and sensor from refrigeration.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Vorrichtung eine Mikroprozessorsteuerung mit Schnittstelle, Display und Momentanleistungsanzeige zur Steuerung der Vorrichtung.According to one embodiment of the invention the device has a microprocessor control with interface, Display and instantaneous power display for controlling the device.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Vorrichtung weiterhin einen thermischen Speicher, der so mit den übrigen Komponenten der Vorrichtung gekoppelt ist, dass die mit Hilfe der Vorrichtung solarthermisch erzeugte thermische Energie möglichst effizient speicherbar ist, um dann diese Energie vorzugsweise während einer Periode fehlender oder verminderter Sonneneinstrahlung, wie z.B. in der Nacht, zur Stromerzeugung zu nutzen.According to one another embodiment of the invention the device further includes a thermal storage which is so with the rest Components of the device is coupled to that with the help of Device solar thermal generated thermal energy as possible is efficiently storable, then preferably this energy during a Period of lack or diminution of sunlight, e.g. at night, to use power generation.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist auf Grund ihres einfachen Aufbaus und der damit verbundenen geringen Kosten insbesondere geeignet zur solaren Stromerzeugung mit Netzeinspeisung, besonders im Inselbetrieb. Bei ausschließlichem Inselbetrieb ist zum Starten der Kältemittelpumpe eine Akku/Inverter-Vorschaltung notwendig. Der zu erwartende Wirkungsgrad liegt zwischen 15–20 %, und damit deutlich höher als herkömmliche Fotovoltaikanlagen. Im Vergleich reduzieren sich die Kollektorfläche und der Preis um ca. 50%.The inventive device is due to its simple structure and the associated Low cost especially suitable for solar power generation with mains supply, especially in island operation. With exclusive Island operation is to start the refrigerant pump, a battery / inverter pre-circuit necessary. The expected efficiency is between 15-20%, and thus significantly higher as conventional Photovoltaic panels. In comparison, the collector area and reduce the price about 50%.
Ein Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt im Nachrüstung von vorhandenen Solarkollektoranlagen, Herstellung von ORC-Modulen zur vorbeschriebenen solarthermischen Kopplung mit Solarkollektoren und beispielsweise in der 3. Welt zur autarken Stromerzeugung.One Use of the device according to the invention is in the retrofit of existing solar collector systems, production of ORC modules for the above-described solar thermal coupling with solar collectors and, for example, in the third world for self-sufficient power generation.
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