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Sonnenelektrogeneratoranlage
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Die Erfindung betrifft eine Sonnenelektrogeneratoranlage mit der durch
Somlenenergie direkt elektrische Strom aufbereiten kann.
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Heute existieren verschiedene Sonnenelektrogerleratoranlagen ie mit
Halbleitgeneratoren, Siliziumzellen oder Germaniumzellen funktioniert, die aber
bekantlich noch zu teuer sind. Diese Anlagen sind in: buch Heliotechnik " von Hans
Rau (München, 1976, 2 erweiterte Auflage ) beschrieben. Wie bekannt ist, werden
mit Hilfe der Sonnenkonzentratoren die Sonnenstrahlen aufgefangen und auf eine Brennpunktfläche
konzentriert. Das heißt, das jeder Sonnenkonzentrator eine Wärmekapazität und eine
Licht kraft hat. Die teoretische Wärmekapazität ist bekanntlich das Ergebnis aus
der Relation zwischen dem Hauptgrundriß der Spiegelfläche u:id der Solarkonstante.
Die praktische Wärmekapazität ist das Ergebnis aus der Relation zwischen dem Hauptgrundriß
der effektiven Reflexionisoberfläche und der Solarkonstanten. Außer der Halbleiter-Photoelemente
gibt's noch so gennanten thermo-ionische Wandler, in dem die zugeführte Wärmeenergie
wird direkt in elektrische Strom umgewaidelt. Ein Beispiel siLd die alle Elektronenröhren,
in der durch Erwärmung eines im Vakuum angeordneten Katode der Austritt seiner freien
Elektronen erwirkt ist. Diesen Vorgang bezeichnet man als Thermo-Emission.
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Die Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, daß man auf Grund der Thermo-Emission,wie
sie in eine Diode ist, eine Sonnenelektrogeneratoranlage bauen kann, die mit der
direkte Umwandlung von Sonnenenergie durch einen neuen Sonnenkonzentrator und eine
neuen thermo-ionische Wandler, alle beide in eine billiger
Konstruktionlösung,
in jede sonnege Tag elektrische Strom aufbereiten kann.
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In dieser Lösung der rufgabe der Erfindung besteht aus: 1- Multiplexsonnenkonzentrator
2- Thermo-ionische Wandler 3- Nachführungssystem Das Prinzipschema ist auf der Hig.1gezeigt.
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Wenn es sonnig ist werden, die Sonnenstrahlen(Pos.1) durch den Multiplexsonnenkonzentrator(Pos.2)
auf der Oberfläche des Wandlers(Pos.3), der in der Brennpunktfläche montiert ist,
konzentriert. Dadurch wird die Katode,(Pos.4), die in der Wandler ist, geheizt bis
der Betriebstemperatur der elektronischen Austrittsarbeit. Ein außen an den hatodenende
und ein außen an den anodenende zwischengeschalteter Verbraucher oder Elektrospeicher
#Pos.5) schließt den Stromkreis.
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Der Multiplexsonnenkonzentrator ist eine neue Konstruktion die geometrische
und thermische Eigenschaften hat und Aufgrund des Reflexionsgesetzt gebaut ist.
Er besteht aus zwei, drei oder mehrere abgestumpften geraden Kegelelemente, die
mit einem vrPtikalen Abstand koaxial montiert sind. Die Reflexionspiegel, die sich
auf den Innenseiten jedes hegelelementes befindet, besteht aus reinstens Alufolie
oder versilberte Kupferfolie. Jdde abgestumpfte gerade Kegelelement hat bedingte
geometrische Charakter, denn die kreisförmige Brennpunktfläche liegt hinter seinem
kleinsten Durchmesser. Der Winkel zwischen Sieten und vertikale Achse des größten
äußeren Kegelelement muß weniger als 320 daten. Von Kegelelement zu Kegelelement
nimmt die Winkel ab, d.h., daß Zentralkegelelement den kleinsten Winkel bildet.
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Das zweite geometrische Merkmal des abgestumpften geraden sXegelelementes
ist der Durchmesser. Der äußere Kegelelement hat den größten Durchmesser und sein
kleinsten Durchmesser ist Sunktion des Winkels, der Durchmesser der Brennpunktfläch
und der Entfernung bis zur Brennpunktfläche. Der größte Durchmesser des zweiten
Innenkegelelementes ist gleich dem kleinsten Durchmesser des äußeren Kegelelementes;der
größte Durchmesser des dritten Innenkegelelementes ist gleich dem kleinsten Durchmesser
des zweten
Kegelelementes, usw. sie Kegelelemente kann man aus
otahlblech, Eternit oder Kunstoff bauen. In diese Konstruktionlösung des Lultiplexsonnenkonzentrators,
kann man für verschiedene Kapazität bauen und er hat auch eine niedrige wAindfetigskeit.
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Der thermo-ionisch andler ist nach dem Prinzip der Thermoemission
gebaut, also wie eine Diode mit indirekt geheitzte Katode. In diesem besondere honstruktion
des Wandlers, in der die Katode durch Sonnenstrahlen erwärmt ist, besteht der Wandler
aus eine katode und eine Anode, die mit einem Abstand gegenüber steilen, und in
einem vakuumierte, abgeschmolzene hizesfestes Glasskolben oder in eine Schachtel
aus Hartporzellan montiert sind.
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Die obere Abdekung des Schachtels besteht aus einer hizesfestes Glasscheibe(Vulkanit,Pyrexglass,Jenaglass)
unter der liegt die hatode. Ein außen an den hatodenende und ein an den Anodenende
zwischengeschalteter Verbraucher oder Elektrospeicher schließt den Stromkreis. Um
die Katode am besten die Sonnenstrahlen und dadurch die Sonnenenergie erhalten zu
können und bis der Betriebstemperatur der elektronen Austrittsarbeit erwärmt sei,
hat sie eine besonder Konstruktion. Sie bestehet aus eine kreisförmige Scheibe aus
hizesfestes Stahlblech, Keramik oder gesinterte Kohle. Auf der unteren Fläche der
Scheibe befindet sich ein paar zylindrischen Büchsen mit verschiedenen Durchmessern
und koaxiale Aufetzung, oder in variant halbzylindrische Büchsen die auf der unteren
Fläche der Scheibe liegen. Diese iiatodenbüchsen sind aus reinstens Wolfram, Kupfer
oder Kohlenstoff und ihre Flächen sind mit einer sehr dünnen Schicht(0,02-0,03 mm)
von Bariumoxid (BaO), Strontiumoxid(StO) oder Calciumoxid(CaO) überzogen.
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Dadurch erreicht man, daß eine Erwärmung zur auf 800-850°C nötig
ist um eine starke Zlektronenemission zu bekommen. Die Anode, die von der Katode
ausgehenden Elektronen nimmt auf, ist aus Nickel oder eisenblech gebaut,und seine
Sorme ist gleich wie der Katode, aber seine zylindrische oder halbzylindrische BUchsen
umschließen die jede Katodenbüchsen konzentrisch mit einem Abstand von 1-1,5 mm.
Um den Wärmeverlust in den Wandler zu vermindern, er ist in eine ander, gut isolierte,
Käste montiert.
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Die Nathführungasystem. Mit Hilfe einer Horinzontalrotationsbewegung
und
einer Deklinationsbewegung des Nachführungssystems erreicht man eine exakte Anpassung
der Sonnenanlage an den Lauf der Sonne. Die Laufgeschwindigkeit und die korrektur
der Deklination kann von einer Zentral steuerung aus handgesteuelt werden oder automatisch
durch photoelektrischen Zellen gesteuert werden. Die Konstruktionslösung des t*achführungssystems
ist eil* rage von Investitionskosten. nötig ist, daß mit einem Nachführungssystem,
zwei, drei oder mehrere Sonnenanlagen gesteuert werden.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß durch diese neue honstruktionlösung, die oilliger als die andere ist, direkt
Elektroenergie von Sonnenenergie aufbereiten kann.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung sind in der Zeichnungen zu entnehmen,
die ein Ausführungsbeispiel der erfindung darstellt.
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Es zeigen: Fig. 1- £>as Prinzipschema der Sonnenelektrogeneratoranlage.
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Fig. 2- Konstruktionslösung und Charakteristik des Multiplexsonnenkonzentrators.
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Fig. 3- Thermo-ionische dandler mit dem Glasskolben.
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Fig. 4- Thermo-ionische Wandler mit der Schachtel aus Hartporzellan.
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Fig. 5- Form der katode mit Katodescheibe aus Stahlblech una zylindrischen
koaxialen Katodenbüchsen.
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Fig.-6- Form der Katode mit Keramikscheibe und halbzylindrischen
hatodenbüchsen.
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Fig. 7- Form der Anode mit koaxialen Anodenbüchsen.
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Fig. 8- Form der Anode mit halbzylindrischen Anodenbüchsen.
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Fig. 9- Beispielweise für ein gemeinsame Nachführungssystem.
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Wie auf der Fig.1 gezeigt ist, eine Sonnenelektrogeneratoranlege
besteht aus einen lLultiplexsonnenkonzentrator (Pos.2) und aus einem thermo-ionischen
Wandler (Pos.3), der in der brennpunkt -fläche des Multiplexsonnenkonzentrators,
montiert ist.
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Auf der Fig.2 ist das honstruktionsprinzip eines Multiplexsonnenkonzentrators
gezeigt. In diesem Beispiel, er besteht aus 6 abgestumpften, geraden hegelelementen,
die koaxial montiert sind.
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er größte äußere hegelelement (Pos.6) hat der größte Durchmesser (#1)
und bildet mit der vertikale Achse der Winkel α1, der weniger als 32° muß
sei. Von #egelelement zu Kegelelement nimmt die Winkel abα1>α2>α3>α4>α5>α6.
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Der größte Durchmesser #2 des zweiten Innenkegelelementes (Pos.7)
ist gleich mit dem kleinsten Durchmesser des äußeren .egelelementes (Pos.6); der
größte Durchmesser #3 des dritten Kegelelementes (Pos.8) ist gleich dem kleinsten
Durchmesser des zweiten Kegelelementes (Pos.7) usw. Die Brennpunktfläche #0 liegt
hinter dem kleinsten Durchmessern der hegelelementen.
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Der vertikale abstand zwischen abgestumpften kegelelementen ist mit
h1,....h5, grzeigt. Der äusere wegelelement (Pos.6), der auch Trägeelement ist,
hat zwei tiorizontalkippzapfen (Pos.9,Fig.
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1). Durch diesen zwei Horizontalkippzapfen ist der Multiplexsonnenkonzentrator
auf den Ständer des iiachführungssystems gelagert.
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Der thermo-ionischen Wandler ist auf der Fig.3 und Fig.4 gezeigt.
Die Katode (Pos.4) und die Anode (Pos.10) sind in einem vakuumierte, abgeschmolzene
Kolben (Fig.3, Pos.11), oder in einer vakuumierte Schachtel (Fig.4,Pos.12) aus Hartporzellan,
montiert.
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Die obere Abdekung der Schachtel (Fig.4 Pos.12) besteht aus hitzesfestes
Glasscheibe (Pos.13), durch die die Katode (Pos. 4) von Sonnenstrahlen erwärmt ist.
Diese obere Glasscheibe (Pos.13),ist durch zwei Letallrundrahmen (Pos.14) mit Schrauben
(Pos.15) und einen hitzesfestes Dichtungsring (Pos.16) auf der Schachtel montiert.
Diese Glasskolben oder Schachtel mit dazugehörigen angeordneten Katode und Anode
, sind in eines andere Kreiskäste montiert, die aus einem Kreisrahme aus Eisenwinkel
(Pos.17) besteht.
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Der Unterboden (Pos.18) ist aus Sperrholz in der Stärke 8 mm.
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Dann kommt eine Alufolie (Pos.19) starke o,4-o,6 mm und danach eine
Isolationssicht aus Pulverschamot (Pos.20) in der Starke 80 mm. Auf diese Isolationsschicht
liegt die Schachtel mit den
alasscheibe in der oberen Position,
oder der Glasskolben mit der Katode in der oberen Position. Der Wandler ist durch
vier Stangen(Pos.21) in der Brennpunktfläche des Kultiplexsonnenkonzentrators montiert.
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Auf der kig.5 ist Die Katode mit den koaxialen Büchsen gezeigt. Die
obere Flache der hatodenscheibe (Pos.22), die kreisförmige ist, wen sie aus Stahlblech
oder Kupfer ist, hat einer schwarzfarbenen Teflonüberzug (Pos.23) stark o,2-o,4
mm. Auf der unteren Fläche der hatodenscheibe sind ein paar zylindrischen Büchsen
aus reistens Wolfram oder hupfer(Pos.24) mit einen koaxialen Aufsetzungen. Die äußeren
und inneren Flächen der Katodenbüchsen sind mit einer sehr dünnen Schicht(Pos.25)
in starke von o,o2-o,o3 mm., von Bariumoxid, Strontiumoxid oder Calciumoxid überzogen.
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Auf der Fig.6 ist die Katode mit der hatodescheibe aus keramik oder
gesinterte hohle, und mit halbzylindrischen Katodebüchsen aus reinstens Wolfram
oder reinstens Kupfer gezeigt.
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Die halbzylindrische iSatodenbüchsen (Pos.26) haben den äußeren Flächen
auch mit diese sehr dünnen Schicht (Pos.25) von Bariumoxid, Strontiumoxid oder Calciumoxid
überzogen.
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Auf der Fig.7 ist die Anode mit den koaxialen Anodenbüchsen (Pos.27)
gezeigt. Die Anodescheibe ist auch kreisförmig und seir Durchmesser #0 ist genau
so groß wie der Katodescheibe, aber die Durchmessern #1' §,#2',#3',#4' der Anodenbüchsen
sind mit 2-3 mm., größer als die Durchmessern #1,#2,#3,#4 der hstodenbüchsen. Die
Montageschema einer Katode und einer Anode mit den koaxialen Büchsen ist auf der
Fig.4 gezeigt.
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Auf der Fig.8 ist eine Anode mit den halbzylindrischen Anodenbüchsen
(Pos.28) gezeigt. Auf in diesem Fall der Anoden-Büchsen sind mit 2-3 mm., größer
als die. halbzylindrische Katodenbüchsen. Die Montageschema einer Katode und einer
Anode mit den halbzylindrischen Büchsen ist auf der Fig.3 gezeigt.
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Auf der Fig.9 ist ein Beispiel für ein gemeinsame liachführungssystem
für fünf kultiplexsonnenkonzentratoren (Pos.2) jede mit dem größten Durchmesser
in hoch von 5,o met er. Diese Nachführungssystem besteht aus eine Drehbühne (Pos.29)
auf der befindet sich die Multiplexsonnenkonzentratoren(Pos.2) mit den Wandlern(Pos.
3) und der Deklinationsumkehrantrieb, der für die
vertikale Drehbewegung
der ultipl exsonnenkonz entratoren mit de -wandlern zur Sonne zuständig. Diese Drehbühne
(Pos.29) liegt aus zwei Rurvenrollgänger (Pos.30) und hat eine Horizontalrotationsbewegung
bis 170° um einen gelagerten Rotationsführungsrohr (Pos.
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31). Der Drehumkehrantrieb besteht aus einem Elektromotor (Pos.
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32) mit stufenloser Regelung, die Drehbühne wird durch eine Seilwinde
(Pos.33) in ihren Bewegwigsrichtung zur Sonne, gesteuert.
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Der Deklinationsumkehrantrieb besteht aus einem Elektromotor (Pos.34)
mit stufenloser Regelung. Jeden der Multiplexsonnenkonzentratoren ist durch horizontalkippzapfen(Pos.9)
auf den Ständer (Pos35) gelagert.Jede diese Horizontalkippzepfe ist mit einer Kette
(Pos.36) zu einen Gemeinsammen Antriebswelle (Pos.37) verbunden, welche von stufenlosen
geregelten Elektromotor (Pos 34) angetrieb wird.
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L e e r s e i t e