DE2525337A1 - Einrichtung zur nutzbarmachung der sonnenenergie fuer die gewinnung mechanischer arbeit und elektrischer energie - Google Patents

Einrichtung zur nutzbarmachung der sonnenenergie fuer die gewinnung mechanischer arbeit und elektrischer energie

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DE2525337A1
DE2525337A1 DE19752525337 DE2525337A DE2525337A1 DE 2525337 A1 DE2525337 A1 DE 2525337A1 DE 19752525337 DE19752525337 DE 19752525337 DE 2525337 A DE2525337 A DE 2525337A DE 2525337 A1 DE2525337 A1 DE 2525337A1
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Germany
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water
solar energy
power generator
energy
boiling liquid
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DE19752525337
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Inventor
Ralf Horst Krauss
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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/08Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Description

  • EINRICHTUNG ZUR NUTZBARMACHUNG DER SONNENENERGIE FUR DIE GEWINNUNG MECHA-NISCHER ARBEIT UND ELEKTRISCHER ENERGIE! Das Problem der zunehmenden Verknappung und Verteuerung von geeigneten Energieträgern, zwingt die Menschheit nach Möglichkeiten zu suchen, die unerschöpfliche Energie unserer Sonne nutzbar zu machen. Denkt man an die vielen, ungenützten Wüsten und Ödlandstücke und die Tatsache, daß im Tagesmittel zwischen 750 bis 820 Watt äquivalenter Leistung (bei senkrecht stehender Sonne zur Mittagszeit in den Tropen etwas über 1 000 Watt Spitze) von der Sonne pro Quadratmeter sonnenlichtbestrahlter Fläche zur Verfügung gestellt werden, wird die mögliche Bedeutung der Sonne als Energleversorgung deutlich.
  • Nach dem augenblicklichen Stand der Technik setzt man a) zur Konversion der Sonnenenergie in elektrische Energie, Wandlerzellen, auch Sonnezel len genannt, ein, die aus speziell aufbereiteten Halbleitern bestehen. Mit diesen werden derzeit Wirkungsgrade von ca. 12 % erzielt, die neueren Forschungen lassen auf weit höhere Wirkungsgrade hoffen.
  • b)Für die Gewinnung von Warmwasser werden vielfach Anordnungen beschrieben, die zum Teil bereits im Gebrauch sind. Sie bestehen aus flachen, wasserdurchflossenen und geeignet geschwärzten Hohikörpern, die der Haupteinfal Isrichtung der Sonnenstrahlung zugewendet sind. Geeignete Isolatlonsmaßnahmen verhüten Wärmeverluste.
  • c) In der Literatur beschrieben und verschiedentlich auch patentiert, sind Anlagen, die zur Umsetzung der Sonnenenergle in nutzbare Wärme und etektrische Energie große Spiegel- oder Linsenanordnungen, verbunden mit Dampferzeugern ein setzen und die theoretisch hohe Wirkungsgrade erzielen.
  • Obwohl die Wlrkungsgrade der bekannten und angewendeten Verfahren im Grunde genommen keine derartige Rolle spielen, wie bei herkömnlichen Brennkraftanlagen, da der Hauptkostenfaktor - dieEnergie - kostenlos zur Verfügung steht, stehen der Verwirklichung großer Anlagen zur Gewinnung von mechanischer Arbeit und elektrischer Energie mittels Sonnenenergie, auf vorgenannter Basis arbeitend, doch etliche Hinderungsgründe entgegen.
  • Im Fall a) von Sonnenzellen stehen die hohen Kosten pro Watt installierter Leistung entgegen, die derzeit bei ca. DM 60/Watt liegen. Bei einem angenommenen Preis pro Kilowattstunde von DM 0,10 und 8 Sonnenscheinstunden pro Tag, würde man allein zur Amortisation der installierten Leistung über 200 Jahre benötigen. Darüber hinaus fallen Verluste In Höhe von wenigstens 20% zur Um wandlung der gewonnenen, niedrigen Spannungen an. womit der Wirkungsgrad derartiger Anlagen auf unter 10% absinkt.
  • Mit Verfahren b) kann man bedauerlicherweise keine ausreichenden Temperaturen erzielen um Wasserdampf zu gewinnen, mit dem man elektrischen Strom erzeugen könnte.
  • Dem Verfahren c) steht entgegen, daß die Spiegel- oder Linsenanordnungen zur Bündelung der Sonnenstrahlen sehr große Abmessungen haben müssen. Unter Voraussetzung eines Gesamtanlagen-Wirkungsgrades von 28%, der sich technisch realisieren ließe, muß pro 1 000 Kilowatt Installierter Leistung/Sonnenstunde eine Spiegel- oder Linsenfläche von 4 353 m2 zur Verfügung stehen. Die Kosten derart gigantischer Strukturen, die zudem beweglich sein und jeweils in Elevation und Azimuth nach der Sonne ausgerichtet werden müssen und deren zusätzliche Probleme, verursacht durch Winddruck, usw, dürften wohl eine Anwendung in größerem Maßstab auf lange Sicht gesehen verbieten.
  • Die erfindungsgemäße Einrichtung vermeidet die obengenannten Probleme und stellt ein realislerbares und preisgünstiges Verfahren zur Nutzung der Sonnenenergie dar. STe nützt kleine Temperaturgefälle für die Erzeugung von elektrischer Energie und mechanischer Arbeit aus.
  • Folgende Tatsachen sind die Grundlage für die erfindungsgemäße Einrichtung: 1) Mit flachen, geschwärzten Heizkörpern, die der Sonne ausgesetz sind, lassen sich Temperaturen bis ca. 850C erzielen, mit Unterstützung durch kleine Reflektor- oder Sammleranordnungen bis 1500C und mehr.
  • 2) Bestimmte chemische Verbindungen sieden bereits bei Raumtemperatur und weisen z.B. bei 850C einen Druck von mehreren ata auf und lassen sich bei + 4...+15°C aus der Dampfphase in die Flüssigphase rückkühlen.
  • 3) Zur Verfügung stehen im Tagesmittel ca. 0,82 kW/Stunde Sonnenschein und Quadratmeter bestrahlter Oberfläche, bei ca. 8 Sonnenstunden/Tag im Jahresmittel in südlichen Ländern.
  • 4) Meeres-Tiefenwasser ab einer Tiefe von ca. 80 m weist eine Temperatur von + 4....+80C auf und eignet sich daher hervorragend als Kühlmittel.
  • Die erfindungsgemäße Einrichtung nützt die vorgenannten Tatsachen aus und besteht aus: Saugstation für Meeres-Tiefenwasser (SMTW) Pumpe (P1) Wärmeaustauscher (WAT) Vorwärmer (VW) Uberh itzer/Verdampfer (ÜHVD) Dampfturbine (DT) Kondensator (KS) Vorratsbehälter (VB) Sonnenlicht-Sammleranordnung (SSA).
  • Die erfindungsgemäße Einrichtung arbeitet wie folgt: Mit Pumpe (P1) wird aus dem Vorratsbehälter (VB) das kalte, flüssige Arbeitsmedium entnommen und in den geeignet aufgebauten Wärmeaustauscher (WAT) gepreßt. (WAT) kann zur Aufwärmung des Arbeitsmediums entweder mit warmem Meeresoberflächenwasser bespült, oder der Sonne ausgesetzt werden.
  • Von diesem gelangt das Arbeitsmedium, auf eine bestimmte Temperatur gebracht, in den Vorwärmer (VW), der geeignet aufgebaut und der Sonnenstrahlung ausgesetzt ist, wo es unter Druck über seien Siedepunkt hinaus erwärmt wird.
  • Von hier gelangt das Arbeitsmedium In den geeignet aufgebauten Überhitzer/ Verdampfer (UHVD), der ebenfalls der Sonne ausgesetzt ist und der zusätzlich durch eine Sonnenlicht-Sammleranordnung (SSA) in seiner Wirkung unterstützt wird. IM (UHVD) wird das Arbeitsmedium verdampft und tritt unter Druck in die geeignet aufgebaute Dampfturbine (DT) ein, wo sich das dampfförmige Arbeitsmedium unterAbgabe von Arbeitsleistung adiabatisch verdampft. Es tritt aus der Turbine mit niedriger Temperatur und Druck in den geeignet aufgebauten Kondensator (KS) ein, wo es mit Meeres-Tiefenwasser - gefördert von der geeignet aufgebauten Saugstation für Meeres-Tiefenwasser (SMTW) aus der Dampfphase in die Flüssigphase überführt wird. Kondensator (KS) dient zur Unterstützung der Turbine um ein größeres Wärmegefälle zu erzielen.
  • Vom Kondensator (KS) gelangt das kondensierte Arbeitsmedium in den geeignet aufgebauten Vorratsbehälter, (VB), wo es zur erneuten Verwendung im Prozess zur Verfügung steht.
  • Die Antriebsachse der Dampfturbine (DT) kann mit geeigneten Energieerzeugern verbunden, oder zur direkten Abgabe von Arbeit an geeignete Verbraucher angeschlossen werden.
  • Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung lassen sich unter geeigneten Voraussetzungen Wirkungsgrade von zugeführter zu nutzbar abgegebener Energie zwischen 8 und 24% erreichen, die ErstelOungskosten sind im Vergleich zu bisher bekannten Verfahren neidrig, der Aufbau unkompliziert. Die Erfindungsgemäße Einrichtung kann problemlos vorgefertigt und an Ort und Stelle montiert werden.
  • Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung lassen sich niedrige Temperaturdifferenzen in elektrische Energie oder mechanische Arbeit umwandeln,,was bisher nicht möglich war.

Claims (5)

PATENTANSPROCHE
1. Einrichtung zur Nutzbarmachung der Sonnenenergie für die Gewinnung mechanischer Arbeit und elektrischer Energie, dadurch gekennzeichnet, daß ein niedrigsiedendes Arbeitsmedium verwendet wird, das nicht Wasser ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus Saugstation für Meeres-Tiefenwasser (SMTW) , Pumpe (P1), Wärmeaustauscher (WAT), Vorwärmer (VW), Uberhitzer/Verdampfer (UHVD), Dampfturbine (DT), Kondensator (KS), Vorratsbehälter (VB) und der Sonnenlicht-Sammleranordnung (SSA) besteht.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit ihr niedrige Temperaturdifferenzen in elektrische Energie und mechansiche Arbeit umgewandelt werden können.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Unterstützung des Arbeltsprozesses, kleine, unkomplizierte, ortsunveränderliche Spiegel-, Linsen- oder andersgeartete Sammleranordnungen verwendet.
5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Dampfturbine verwendet, die mit Dampf aus Arbeitsmedien betrieben wird, die nicht Wasser sind.
Leerseite
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3231309A1 (de) * 1982-08-23 1984-02-23 Heinrich Dipl.-Ing. 7580 Bühl Kirrwald Bromdampf-gas-motor

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