DE202010002310U1

DE202010002310U1 - Anlage zur Wandlung solarer Strahlung in elektrische Energie unter Nutzung thermoelektrischer Wandler

Info

Publication number: DE202010002310U1
Application number: DE202010002310U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-02-13
Filing date: 2010-02-13
Publication date: 2011-08-26
Anticipated expiration: 2020-02-14

Abstract

Eine Anlage zur Wandlung solarer Strahlung in elektrische Energie unter Nutzung thermoelektrischer Wandler ist dadurch gekennzeichnet, dass: 1. Die Sonnenstrahlung durch die für die Strahlung transparente Oberfläche in die Anlage eindringt, dort in Wärme umgewandelt wird und bei einem hohen, konstruktiv voreinstellbaren und im Betrieb regelbaren, Temperaturgradienten zur Außentemperatur die Anlage fast nur durch die thermoelektrische Schicht verlässt. Weiterhin ist sie gekennzeichnet durch: 2. Eine Regelbarkeit durch Aufbringung von Flüssigkeit auf die Außenseite der thermoelektrischen Schicht, die es erlaubt die Stromproduktion gezielt, beispielsweise bei hohen Temperaturgradienten zur Umgebungstemperatur durchzuführen. 3. Eine Regelbarkeit durch Einstellung der Luftströmungsgeschwindigkeit auf der Außenseite der thermoelektrischen Schicht, die es erlaubt die Stromproduktion gezielt, beispielsweise bei hohen Temperaturgradienten zur Umgebungstemperatur durchzuführen. 4. Eine Regelbarkeit durch variable zusätzliche Wärmeisolierung der thermoelektrischen Schicht, die es erlaubt die Stromproduktion gezielt, beispielsweise bei hohen Temperaturgradienten zur Umgebungstemperatur durchzuführen. 5. Die Nutzbarkeit der...

Description

Als übliche Verfahren zur Umwandlung solarer Strahlung in elektrische Energie ist die Solarzelle bekannt, darüber hinaus sind auch Verfahren zur Konzentration der Strahlung einer verhältnismäßig großen Fläche auf eine kleinere Fläche bekannt, sie wandeln die Strahlungsenergie des Sonnelichts in Wärme einer hohen Temperatur um.
Dieser Wärmestrom wird nun genutzt um ein beliebiges bekanntes Verfahren zur Verstromung eines Wärmestroms anzuwenden.
Die Solarzelle basiert auf den durch Strahlung in den zugrundeliegenden Halbleiterelementen erzeugte Spannung.
Das hier im folgenden dargestellte Verfahren besitzt Ähnlichkeiten zu beiden vorher genannten, verbindet aber die zugrundeliegenden Prinzipien und ändert sie ab.
Im folgenden wird nun erst der Aufbau einer solchen Anlage beschrieben, anschließend folgt eine Beschreibung des Verfahrens:

1) Die Beschreibung dieses Anlagenkonzepts ist in zwei Teile gegliedert, anfänglich wird der Aufbau bei Verfolgung des Grundkonzepts erläutert, daran anschließend werden zusätzliche optionale Komponenten beschrieben.

1.1) Anlagenbeschreibung:
Ein quadratisches Volumen eines zur Speicherung von Wärme gut geeigneten Materials wird in alle Richtungen hin zur Umgebung isoliert. Dieses Material zeichnet sich durch einen hohe spezifische Wärmekapazität bei möglichst hoher Dichte aus. Möglich wäre auch ein Stoff, der im Betrieb auftretende Temperaturbereich einen Phasenwechsel unter nährungsweiser Beibehaltung seines spezifischen Volumens vollzieht, also einen Phasenwechsel von fest zu flüssig und umgekehrt. Dieser könnte zusätzlich zur sensiblen Speicherung auch latent Wärme speichern.
Zur Isolierung werden Materialien verwendet, die einen möglichst niedrigen Wärmedurchgangskoeffizienten besitzen.
Auf einer Außenfläche des quadratischen Körpers wird jedoch ein Stoff zum Einsatz gebracht, der einen niedrigen Wärmedurchgangskoeffizienten besitzt, aber gleichzeitig durchlässig für solare Strahlung ist. Beispielsweise also ein Isolierglas (beispielsweise eine doppelte Glasschicht, evakuiert).
Diese Fläche sollte möglichst durchlässig für hochenergetische elektromagnetische Strahlung und wenig durchlässig für niedrigenergetische Strahlung sein. Gleichzeitig sollte sie einen möglichst geringen Wärmedurchgangskoeffizienten besitzen. Diese Fläche wird im Folgenden als Oberseite bezeichnet.
Die auf der Oberseite des Quaders direkt unter der für Strahlung durchlässigen Schicht liegende Fläche sollte einen möglichst hohen Absorptionsgrad für die in der solaren Strahlung vertretenen Spektren haben. Eine günstige Möglichkeit bestände also darin, die Fläche zu rußen.
Auf der Unterseite sind Aussparungen einer bestimmten Fläche vorzusehen. In diese Aussparungen sind thermoelektrische Elemente einzupassen. Diese Elemente sind an einen Stromkreis anzuschließen, der es erlaubt, Leistung die diese Elemente produzieren abzugreifen.
1.2) Im Folgenden werden optionale zusätzliche Komponenten beschrieben:
1.2.1) Isoliersteuerung
Es ist möglich, eine wärmeisolierende Zwischenschicht zwischen die thermoelektrische Schicht und den inneren Speicherkern zu bringen, beziehungsweise zwischen die thermoelektrische Schicht und die Umgebung. Die Dicke oder die Isoliereigenschaft des Materials könnte variabel gestaltet werden. Dies erlaubt eine Betriebsregelung der Anlage.
1.2.2) Verdunstungssteuerung
Er ist möglich eine Anlagensteuerung über Aufbringung von Wasser oder einer anderen Flüssigkeit auf die Außenseite der thermoelektrischen Schicht zu erreichen. Die entstehende Verdunstungskälte würde eine beschleunigte Entladung des Energiespeichers bewirken. Die Befeuchtung ließe sich beispielsweise durch eine beliebige Pumpe, verbunden mit einem Regenwasserreservoir, erreichen.
1.2.3) Einstellung der Wärmeleitfähigkeit des Speichermaterials
Es ist möglich den Speicherkern der Anlage mit Wärmebrücken oder Konvektionsfreiräumen auszustatten, die es erlauben, die den Wärmefluss hin zur thermoelektrischen Schicht zu optimieren. Eine gezielte Unterbrechung von Wärmebrücken ließe sich auch, als Regelung anwenden.
1.2.4) Einbau eines Verbrauchswiderstandes
Der Einbau eines rein dissipativen elektrischen Widerstandes würde es erlauben, elektrische Energie in Form von Wärme zu speichern und anschließend wieder einzuspeisen.
1.2.5) Verbindung mit anderen Speichermedien
Die Wärme des Speicherkerns ließe sich auch in andere Wärmespeicher abführen. Beispielsweise ließen sich Erboden oder Flüsse dafür nutzen.
1.2.6) Konventionsregelung
Es ließe sich an der innen oder Außenseite der thermoelektrischen Schicht Ventilatoren anbringen, die die anliegenden Luftschichten beschleunigen, dies ließe sich zur Regelung verwenden.
1.2.7) Zusammenschluss
Es wäre möglich, die Wärmeströme, die die einzelnen Module verlassen zusammenzuführen und erst dann zur Stromproduktion zu nutzen.
1.2) Beschreibung des Funktion:
Die Oberseite der Anlage wird in Richtung der Sonneneinstrahlung ausgerichtet. Sonnenstrahlung dringt durch die für solche Strahlung durchlässige Oberfläche der Anlage in das Innere vor, dort wird sie absorbiert und in Form von Wärme gespeichert. Dabei erhöht sie die Temperatur des Speicherkerns der Anlage. Wärmestrahlung kann durch die Oberseite der Anlage diese nur geringfügig verlassen. Ein Großteil der so zugeführten Wärme muss die Anlage durch die thermoelektrisch Schicht verlassen. Ein kleinerer Teil der Energie geht durch die anderen Außenflächen an die Umgebung verloren.
Beim Durchfließen der thermoelektrischen Schicht wird elektrische Leistung an das Netz. abgegeben. Verdeutlichen lässt sich die Funktion auch anhand der eingereichten Zeichnung.
Bezugszeichenliste

1: Isolierungsschicht, durchlässig für solare Strahlung
2: Isolierungsschicht
3: Thermoelektrische Schicht
4: Speicherkern
5: Umgebungsluft

Claims

Eine Anlage zur Wandlung solarer Strahlung in elektrische Energie unter Nutzung thermoelektrischer Wandler ist dadurch gekennzeichnet, dass: 1. Die Sonnenstrahlung durch die für die Strahlung transparente Oberfläche in die Anlage eindringt, dort in Wärme umgewandelt wird und bei einem hohen, konstruktiv voreinstellbaren und im Betrieb regelbaren, Temperaturgradienten zur Außentemperatur die Anlage fast nur durch die thermoelektrische Schicht verlässt. Weiterhin ist sie gekennzeichnet durch: 2. Eine Regelbarkeit durch Aufbringung von Flüssigkeit auf die Außenseite der thermoelektrischen Schicht, die es erlaubt die Stromproduktion gezielt, beispielsweise bei hohen Temperaturgradienten zur Umgebungstemperatur durchzuführen. 3. Eine Regelbarkeit durch Einstellung der Luftströmungsgeschwindigkeit auf der Außenseite der thermoelektrischen Schicht, die es erlaubt die Stromproduktion gezielt, beispielsweise bei hohen Temperaturgradienten zur Umgebungstemperatur durchzuführen. 4. Eine Regelbarkeit durch variable zusätzliche Wärmeisolierung der thermoelektrischen Schicht, die es erlaubt die Stromproduktion gezielt, beispielsweise bei hohen Temperaturgradienten zur Umgebungstemperatur durchzuführen. 5. Die Nutzbarkeit der Anlagen als Energiespeicher über die Dissipation elektrischer Energie im Inneren, mit zeitlich nachfolgender Stromproduktion durch Wärmeabfuhr.