DE3003962C2

DE3003962C2 - Solar energy system with heat storage

Info

Publication number: DE3003962C2
Application number: DE3003962A
Authority: DE
Inventors: Friedrich-K. Dipl.-Phys.Dr.rer.nat. 5060 Bergisch Gladbach Boese
Original assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Current assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Priority date: 1980-02-04
Filing date: 1980-02-04
Publication date: 1984-04-26
Also published as: ES8201723A1; IT1135144B; ES499061A0; IT8119283A0; DE3003962A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine JSonnenenergieankige mit lichtkonzentrierenden Mitteln, die auf einen von einem Arbeitsfluid durchflossenen, erhöht angeordneten ersten Empfänger ausrichtbar sind, sowie einem Wärmespeicher. Die erwähnten lichtkonzentrierenden Mittel können Spiegel, aber auch Fresnellinsen sein. Sonnenenergieanlagen, in denen eine Vielzahl dem jeweiligen Sonnenstand entsprechend ausgerichtete Spiegel das reflektierte Licht auf einen gemeinsamen Brennpunkt konzentrieren, in dem ein Empfänger angeordnet ist, sind bekannt, z. B. aus »Heizung, Lüftung, Klimatechnik, Haustechnik«, 1979, Nr. 11, Seite 423, wo auch die Verwendung von flüssigem Natrium als Arbeitsfluid erwähnt wird. In dem Empfänger wird ein Arbeitsfluid erhitzt, mit dessen Hilfe direkt oder über einen Wärmetauscher Dampf erzeugt und ein Generator zur Stromerzeugung angetrieben wird. Um eine größere Anzahl von Spiegeln auf einen gemeinsamen Brennpunkt ausrichten zu können, ohne daß sie sich bei tiefstehender Sonne gegenseitig abschatten, muß der Empfänger verhältnismäßig hoch angeordnet werden, meist auf einem Turm, dessen G"-öße und damit auch Kosten wesentlich durch das Gewicht des Empfängers bestimmt werden. Soll die zur Verfügung stehende Sonneneinstrahlung, bezogen auf die Spiegelzahl bzw. die Größe des Heliostatenfeldes, voll genutzt werden, so ist ein Empfänger erforderlich, der bei entsprechend großen Abmessungen für die Aufnahme der zur Mittagszeit ihren Spitzenwert erreichende Strahlung geeignet ist. Zum Ausgleich der Schwankungen in der Sonneneinstrahlung ist ein als Puffer wirkender Speicherbehälter für erhitztes Arbeitsfluid vorhanden.The present invention relates to a solar energy anchor with light-concentrating means, through which a working fluid flowed, increased arranged first receiver can be aligned, as well as a heat accumulator. The mentioned light concentrating Means can be mirrors, but also Fresnel lenses. Solar energy systems in which a large number of the correspondingly aligned mirror, the reflected light on a common Focus focal point in which a receiver is arranged are known, e.g. B. from »heating, Ventilation, air conditioning, building services «, 1979, No. 11, page 423, which also mentions the use of liquid sodium as a working fluid. In the receiver there will be a Working fluid heated, with the help of which steam is generated directly or via a heat exchanger, and a generator is driven to generate electricity. To have a larger number of mirrors on a common To be able to align the focal point without them shading each other when the sun is low, the must Receivers are arranged relatively high, usually on a tower, the G "size and thus also Costs are largely determined by the weight of the recipient. Should the available Solar radiation, based on the number of mirrors or the size of the heliostat field, can be fully used, so a receiver is required which, with correspondingly large dimensions, can accommodate the for Radiation reaching its peak value at noon is suitable. To compensate for the fluctuations in the There is a storage tank for heated working fluid that acts as a buffer.

Zum Ausgleich für die unvermeidlichen tageszeitlichen oder witterungsbedinglen (z. B. durch durchziehende, die Sonne verdeckende Wolken hervorgerufenen) Schwankungen in der Energiezufuhr ist bereits früher in der US-PS 31 52 442 daran gedacht worden, einen Teil der zu günstiger Tageszeit aufgefangenen Wärme in einem Wärmespeicher zur späteren Abgabe zu speichern. Der dortige Vorschlag, den während der Spitzenzeit zur Verfügung stehenden Wärmeüberschuß aus dem Kühlkreislauf des Arbeitsfluids über einen Wärmetauscher an ein wärmespeicherndes Fluid abzugeben, bedingt einen erhöhten Aufwand und macht nach wie vor einen zur Aufnahme der intensivsten Sonneneinstrahlung ausreichenden Empfänger notwendig. To compensate for the unavoidable time of day or weather-related (e.g. due to passing, the sun obscuring clouds) fluctuations in the energy supply is already Earlier in the US-PS 31 52 442 thought of a part of the captured at a convenient time of the day To store heat in a heat accumulator for later release. The proposal made there during the Peak time available excess heat from the cooling circuit of the working fluid via a Delivering heat exchangers to a heat-storing fluid requires increased effort and effort a receiver sufficient to absorb the most intense solar radiation is still necessary.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Sonnenenergieanlage mit ausreichender Wärmespeicherkapazität, bei der die Größe des Empfängers auf ein Maß begrenzt werden kann, wie es zur Aufrechterhaltung des eigentlichen Betriebes, z. B. der Stromversorgung, notwendig ist, während die Einspeicherung der überschüssigen Wärme auf anderem Wege erfolgt.The object of the present invention is a solar energy system with sufficient heat storage capacity, in which the size of the recipient can be limited to the extent necessary to maintain it the actual company, e.g. B. the power supply, is necessary, while the storage of the excess Heat takes place in another way.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt dadurch, daß — bei beibehaltener Größe des Heliostatenfeldes — ein Teil der lichtkonzentrierenden Mittel bei erhöhtem Lichteinfall wahlweise auf einen zweiten, direktbeheizten, ein Wärmespeichermedium enthaltenden, tiefer angeordneten Empfänger ausrichtbar ist. Bei hoher Sonneneinstrahlung, d. h. üblicherweise um die Mittagszeit, genügt das von nur einem Teil der Spiegel reflektierte Licht, um den durch den ersten Empfänger gehenden Kühlkreislauf voll in Betrieb zu halten. Die restlichen Spiegel reflektieren ihr Licht auf einen zweiten Empfänger, der unmittelbar Teil eines Wärme-Speichers ist, so daß ein besonderer Wärmetauscher entbehrlich wird. Um die Mittagszeit fallen die Sonnenstrahlen steil ein; ohne sich gegenseitig abzudekken, können die Spiegel auf einen Punkt konzentriert werden, der erheblich niedriger liegt, als es für den ersten Empfänger erforderlich ist Der zweite Empfänger kann unter Umständen am gleichen Turm wie der erste Empfänger angebracht werden, jedoch wesentlich tiefer. Die Turmkonstruktion kann so in ihrem oberen Teil erheblich leichter ausgeführt werden, als dies bislang möglich war. Es kann aber für den zweiten Empfänger auch ein separater Turm vorgesehen werden, der niedriger als der erste ist und der in einem anderen Teil des Spiegelfeldes angeordnet sein kann.The solution to this problem is that - while maintaining the size of the heliostat field - a Part of the light-concentrating means with increased incidence of light optionally on a second, directly heated, a lower-level receiver containing a heat storage medium can be aligned. At high Exposure to sunlight, d. H. usually around noon, that is enough for only part of the mirror reflected light to keep the cooling circuit going through the first receiver fully operational. the The remaining mirrors reflect their light onto a second receiver, which is directly part of a heat store is, so that a special heat exchanger is unnecessary. They fall around noon Sun rays steep in; without covering each other, the mirrors can be focused on one point that is significantly lower than what is required for the first recipient. The second recipient may be attached to the same tower as the first receiver, but essential deeper. The tower structure can be made considerably lighter in its upper part than this was previously possible. However, a separate tower can also be provided for the second receiver which is lower than the first and which can be arranged in a different part of the mirror field.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und zwar zeigtAn embodiment of the invention is shown in the drawing, namely shows

F i g. 1 eine Seitenansicht der Anlage und
Fig. 2 einen Querschnitt entsprechend der Linie I-I der F ig. 1.F i g. 1 is a side view of the plant and
Fig. 2 shows a cross section according to the line II of F ig. 1.

Die Anlage weist eine Vielzahl von Spiegeln 1 der bekannten Bauart auf. Ein Teil 12 ist dauernd auf einen ersten Empfänger 3 gerichtet, in dem ein Arbeitsfluid, z. B. ein Natriumsalz erhitzt wird. Dieses fließt zu hier nicht gezeigten, wärmeverbrauchenden Teilen der Anlage und kehrt, durch eine Pumpe 32 angetrieben, zum ersten Empfänger 3 zurück. Ein anderer Teil 11 der Spiegel ist in der Zeit der größten Sonneneinstrahlung auf einen zweiten Empfänger 4 gerichtet. Außerhalb dieser Zeit werden die Spiegel umgerichtet auf den ersten Empfänger 3 (strichpunktierte Linien) und vergleichmäßigen so die Energieeinkopplung in das System. Beide Empfänger 3, 4 sind hier an einer Turmkonstruktion 2 befestigt. Es ist bekannt, bei der Konstruktion von Wärmespeichern davon Gebrauch zu machen, daß beim Phasenübergang des wärmespeichernden Mediums von fest nach flüssig, bzw. umgekehrt, erhebliche Wärmemengen frei bzw. gebunden werden. Je nachdem ob das Wärmetauschermedium in festem Zustand ein höheres spezifisches Gewicht aufweist als im flüssigen (Normalfall) oder umgekehrt, wird vorgeschlagen, daß die lichtkonzentrierenden Mittel auf den untersten bzw. obersten, als Absorber ausgestalteten Teil 42 des zweiten Empfängers 4 ausrichtbar sind. In beiden Fällen wird durch die ungleichmäßige Erwärmung des Wärmespeichers erreicht, daß sich Konvektionsströme bilden, die beim Aufschmelzvorgang während der Wärmeeinspeicherung dafür sorgen, daß das bereits geschmolzene Wärmespeichermedium durch die noch nicht geschmolzenen Teile desselben verdrängt wird. Die Entnahme der Wärme aus dem Speicher, beispielsweise um nachts das Einfrieren der Anlage zu verhindern oder um Strom zu erzeugen, kann in konventioneller Weise über Wärmetauscher erfolgen. Über Leitungen 43, die durchThe system has a large number of mirrors 1 of the known type. Part 12 is permanent on one directed first receiver 3 in which a working fluid, e.g. B. a sodium salt is heated. This flows to here not shown, heat-consuming parts of the system and returns, driven by a pump 32, back to the first recipient 3. Another part 11 of the mirrors is at the time of the greatest solar radiation directed to a second recipient 4. Outside of this time, the mirrors are adjusted to the first receiver 3 (dash-dotted lines) and thus equalize the energy coupling into the System. Both receivers 3, 4 are attached to a tower structure 2 here. It is known in the Construction of heat storage to make use of the fact that the phase transition of the heat storage Medium from solid to liquid, or vice versa, considerable amounts of heat free or bound will. Depending on whether the heat exchanger medium has a higher specific weight in the solid state has than in the liquid (normal case) or vice versa, it is proposed that the light-concentrating Means on the lowest or uppermost part 42 of the second receiver 4 designed as an absorber are alignable. In both cases, the uneven heating of the heat storage tank achieves that convection currents are formed during the melting process during heat storage ensure that the already melted heat storage medium through the not yet melted Parts of it is displaced. The extraction of heat from the storage tank, for example at night To prevent the plant from freezing or to generate electricity, it can be done in a conventional manner Heat exchangers take place. Via lines 43 that run through

31 absperrbar sind, kann das erhitzte, flüssige ieichermedium in den Hauptkreislauf 33 des uids eingespeist werden. Dieser kann durch /entile 331 so abgesperrt werden, daß der erste er 3 umgangen wird.31 can be shut off, the heated, liquid storage medium can be fed into the main circuit 33 of the uid. This can be blocked by / entile 331 so that the first 3 is bypassed.

i g. 2 — für deren Gegenstand kein Schutz wird — zeigt den ersten Empfänger 3, das für gte kann jedoch auch sinngemäß auf den Empfänger 4 übertragen werden. Die Empfänind mit einer Wärmeisolierung 35.45 versehen, den Spiegeln zugewandten Seite weisen siei g. 2 - for whose object there is no protection - shows the first receiver 3, which is for However, gte can also be transmitted to the receiver 4 in a corresponding manner. The senses provided with thermal insulation 35.45, the side facing the mirrors they point

IU eine Öffnung auf, die bei mangelnder Sonneneinstrahlung durch ebenfalls isolierte Klappen 31,41 verschließbar ist An ihrer Innenseite sind die Klappen 31, 41 mit Spiegeln 311, 411 belegt, die dann die Wärmeverluste aus dem Kreislauf 33 weiter herabsetzen. Tagsüber sind die Klappen 31,41 jedoch geöffnet und die Spiegel 3M, 411 dienen dann dazu, einen Teil des sonst am Empfänger vorbeistrahlenden, möglicherweise von ungenau justierten Spiegeln 12 herrührenden Lichtes doch noch auf den Absorber des ersten Empfängers 3 zu lenken. IU has an opening that can be closed by also insulated flaps 31, 41 if there is insufficient solar radiation. On their inside, the flaps 31, 41 are covered with mirrors 311, 411 , which then further reduce the heat losses from the circuit 33. During the day, however, the flaps 31, 41 are open and the mirrors 3M, 411 then serve to direct some of the light that otherwise radiates past the receiver and possibly originates from inaccurately adjusted mirrors 12 onto the absorber of the first receiver 3.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Claim:

Solar energy system with light concentrating means that act on one of a working fluid through which the first receiver is arranged in an elevated position can be aligned, as well as a heat accumulator, characterized in that a part (11) of the light-concentrating means (1) is included increased incidence of light optionally on a second, directly heated, heat storage medium (42) containing lower arranged receiver (4) can be aligned