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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Mit Verfahren b) kann man bedauerlicherweise keine ausreichenden Temperaturen
erzielen um Wasserdampf zu gewinnen, mit dem man elektrischen Strom erzeugen könnte.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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4) Meeres-Tiefenwasser ab einer Tiefe von ca. 80 m weist eine Temperatur
von + 4....+80C auf und eignet sich daher hervorragend als Kühlmittel.
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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).
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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.
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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.
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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.
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Vom Kondensator (KS) gelangt das kondensierte Arbeitsmedium in den
geeignet aufgebauten Vorratsbehälter, (VB), wo es zur erneuten Verwendung im Prozess
zur Verfügung steht.
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Die Antriebsachse der Dampfturbine (DT) kann mit geeigneten Energieerzeugern
verbunden, oder zur direkten Abgabe von Arbeit an geeignete Verbraucher angeschlossen
werden.
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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.
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Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung lassen sich niedrige Temperaturdifferenzen
in elektrische Energie oder mechanische Arbeit umwandeln,,was bisher nicht möglich
war.