DE3236506A1

DE3236506A1 - Vorrichtung zur energieerzeugung durch sonneneinstrahlung

Info

Publication number: DE3236506A1
Application number: DE19823236506
Authority: DE
Inventors: 1000 Berlin Ing. Walter Gruber Gerätebau
Original assignee: WALTER GRUBER GERAETEBAU ING
Current assignee: Rath Helmuth 1000 Berlin De
Priority date: 1982-09-29
Filing date: 1982-09-29
Publication date: 1984-03-29

Description

Vorrichtung zur Energieerzeugung durch Sonneneinstrahlung
Vo-richtung zur Energieerzeugung durch Sonneneinstrahlung Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Energieerzeugung durch Sonneneinstrahlung nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Wegen des steigenden Energiebedarfes, der möglichen Erschöpfung der Energierohstoffquellen und des allgemein steigenden Umweltbewußtseins sind andere als.die herkömmlichen Energiequellen gesucht worden. Dabei bietet sich die Sonne mit ihrer Wärmestrahlung als natürliche und unerschöpfliche Energiequelle an. Schon in früheren Zeiten wurde die Wärmestrahlung insbesondere in den sonnigen Ländern zur direkten Aufheizung von Wasser verwandt.
Um die Sonnenstrahlung effektiver auszunutzen, werden zwei Verfahren angewandt. Einmal besteht die Möglichkeit, ein Arbeitsmedium auf sehr hohe Temperaturen aufzuheizen, wobei diese gewonnene Energie über Wärmetauscher als Wärmeenergie weitergegeben werden kann oder über Turbogeneratoren in elektrische Energie umgewandelt werden kann. Die zweite Möglichkeit ist die Direktumwandlung der Sonneneinstrahlung in elektrische Energie mittels Halbleiterbauelemente, allgemein Solarzellen genannt. Es ist bekannt, unter Verwendung dieser Verfahren Kollektoren mit einem wärmespeichernden Arbeitsmedium oder Solarzellen auf Dächern von Häusern zu installieren, um so die in den Häusern benötigte Warmwasser-, Heizungs- oder elektrische Energie zu gewinnen. Diese Anordnungen haben insbesondere in den nördlicheren Ländern den Nachteil, daß sie ortsfest installiert sind und daher die Sonnenstrahlung nur zeitlich begrenzt auf die Kollektoren bzw. Solarzellen fällt. Diese Anordnungen müssen schon beim Bau des Hauses mit eingeplant werden, da eine nachträgliche Installation sehr aufwendig ist.
Hier- setzt die vorliegende Erfindung ein, der die Aufgabe zugrunde liegt, eine Vorrichtung zur Energieerzeugung durch Sonneneinstrahlung zu schaffen, die die Sonneneinstrahlung optimal ausnutzt, die eine vielfältige Anwendung erlaubt und die ohne Aufwand installierbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen des aber begriffs gelöst.
Durch die besondere Konstruktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, die Kollektoren bzw. die Solarzellen in der Weise auszurichten, daß sie immer im Winkel von 900 zur Sonneneinstrahlung stehen. Damit kann die Sonneneinstrahlung über den ganzen Tag ausgenutzt werden. Alle Bauteile sind in der Weise angeordnet, daß die eine kompakte Einheit bilden, wodurch die Vorrichtung einfach zu transportieren ist. Je nach Bedarf kann die Vorrichtung für verschiedene Zwecke eingesetzt werden, so ist sie zum Beispiel auch für kleinere Haushalte anwendbar und da alle zur Energiespeicherung und -weiterleitung notwendigen Geräte vorhanden sind, ist eine Installation der Vorrichtung besonders einfach. Die Vorrichtung ist nahezu wartungsfrei und kann- vollautomatisch ohne jede Bedienung betrieben werden.
Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen möglich. Bei der Verwendung von Solarzellen als Empfänger ist es besonders vorteilhaft, wenn diese gekühlt werden, da dadurch ihre Lebensdauer erhöht wird. Falls zur Kühlung Wasser verwandt wird, kann diesesgleichzeitig zur Warmwasserversorgung benutzt werden.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Vorderansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung; Fig. 2 die erfindungsgemäße Vorrichtung von hinten; und -Fig. 3 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Entsprechend Fig. 1 bis 3 sind die Empfänger 1 der Sonnenstrahlen in drei kastenförmigen Gestellen angeordnet. Diese werden auf einem Rahmen 3, vorzugsweise aus Stahl, gehalten, der waagerechte und senkrechte Streben aufweist, an denen Verschraubungen angebracht werden können.
Uber Lagerdreiecke 4 ist der Rahmen 3 mit der horizontalen Achse 7 verbunden, die ihrerseits huber den U-Träger 8 gelenkig an der vertikalen Drehachse 9 gelagert ist. Seitlich an der horizontalen Achse ist ein Motor 6 mit Getriebe 5 vorgesehen, die den Neigungswinkel des Rahmens 3 verstellen. Zur einwandfreien Halterung des Rahmens und der Drehachse dienen-die Streben 10, das Knotenblech 13, die Spannhülse 12, das Lagerrohr 14 und der Sturmring 11, an dem die Streben 10 befestigt -sind, die andererseits mit der waagerechten Achse 7 verbunden sind. Die Drehachse 9 lagert in einem Gehäuse 2, das fest auf einer Sockelplatte aus Stahl verschraubt ist. In dem Gehäuse 2 sind alle zum Speichern und zum -Weiterleiten der Energie notwendigen Geräte enthalten. Außerdem ist ein Rechner vorgesehen, der die jeweiligen Sonnenstände errechnet und der die Neigung des Rahmens 3 und die Stellung der Drehachse 9 mit denen der durch den Sonnenstand ermittelten notwendigen Stellungen vergleicht. Zur Einstellung des Neigungswinkels des Rahmens 3 und der Drehstellung der Drehachse 9 steuert er Motor 6 der horizontalen Achse und den in dem Gehäuse 2 enthaltenen nicht dargestellten Motor für die Drehachse 9 an. In der Weise werden die 0 Empfänger ständig auf einen Winkel von 90 zur Sonneneinstrahlung eingestellt. Dieses Nachführen kann kontinuierlich durchgeführt werden, sie kann aber auch unter Inkaufnehmen von kleineren Fehlern schrittweise in größeren Winkelabstnden erfolgen. Die Stellungen des Rahmens 3 und der Drehachse 9 können über fotoelektrische, induktive oder ähnliche Wandler ermittelt werden. Vorzugsweise erfolgt das Nachführen der Empfänger auf den jeweiligen Sonnenstand wie ausgeführt über einen Rechner, es kann aber auch auf andere Weise, zum Beispiel über Steuerscheiben geschehen. Nach Sonnenuntergang wird der Rahmen 3 in die östliche Ausgangsstellung zurückgeführt.
Als Empfänger sind in den kastenförmigen Gestellen Kollektoren mit einem frostsicheren Speichermedium vorgesehen. Die Oberfläche der Gestelle ist wasserdicht mit Glas abgeschlossen.
Das Speichermedium fließt in einem hermetisch abgeschlossenen Kreislauf. Es wird von einer nicht dargestellten Umwälzpumpe Uber flexible Verbindungsleitungen zu einem nicht dargestellten Wärmeaustauscher gepumpt. Vom WärmeauStauscher fließt das Speichermedium abgekühlt wieder zu den Kollektoren zurück, wo es erneut aufge- heizt wird. Im Wärmeaustauscher fließt außerdem zum Beispiel kaltes Leitungswasser, das erwärmt wird und mit einer Ladepumpe zu einem entfernt liegenden Wasserspeicher gepumpt, der mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung über zum Beispiel fest installierte Leitungen verbunden ist. Die im Warmwasserspeicher gewünschte Temperatur kann mit einem Thermostat an der Vorrichtung eingestellt werden.
Wärmeaustauscher und die Pumpen sowie weitere für die Funktion der Vorrichtung notwendige Geräte, wie Druckausgleichsbehälter, Manometer oder Sicherheitsventil sind in dem Gehäuse eingebaut, so dag die erfindungsgemäße Vorrichtung als kompakte Einheit ausgebildet ist. Die elektrische Steuerung für die Pumpen und Motoren sowie die Temperaturdifferenzsteuerung können mit Hilfe des im Gehäuse 2 enthaltenen Rechners durchgeführt werden.
Anstelle der Kollektoren können zur direkten Umwandlung in elektrische Energie Halbleiterbauelemente, zum Beispiel Silicium-Solarelemente, sogenannte Solarzellen, verwendet werden. Diese Solarzellen bilden eine Fläche über das gesamte kastenförmige Gestell entsprechend Fig. 1 und sind mit einer Glasscheibe abgedeckt. Die Sonnenstrahlung wird direkt -in Gleichstrom umgewandelt und der in den Solarzellen erzeugte Strom wird in Batterien, zum Beispiel Chrom-Nickel-Batterien, gespeichert.
Die Solarzellen werden mit Wasser gekühlt, wobei das zur Kühlung verwandte Wasser für eine Warmwasserversorgung benutzt werden kann.
Durch die Kühlung der Solarzellen wird deren Lebensdauer verlängert. Wie schon vorher beschrieben, werden auch in diesem Falle alle Motoren und Pumpen von einem Rechner gesteuert, der im Gehäuse 2 eingebaut ist.
Der von den Solarzellen erzeugte Strom kann teilweise für die Stromversorgung der zum Betrieb der Vorrichtung notwendigen Geräte verwendet werden.
Leerseite

Claims

Patentansprüche Ci Vorrichtung zur Energieerzeugung durch Sonneneinstrahlung mit die Sonnenstrahlung umwandelnden Empfängern und mit Einrichtungen zum Weiterleiten und/oder Speichern der in den Empfängern umgewandelten Energie, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Empfänger (lY auf einem durch eine Verstelleinrichtung (5,6) der Sonne nachführbaren dreh- und/oder schwenkbaren Rahmen (3) angeordnet sind, der auf einer mit einem Sockel verbundenen Drehachse (9) gelagert ist und daß Verstelleinrichtung (5,6) und Einrichtungen zum Weiterleiten und/oder Speichern der umgewandelten Energie mit dem Rahmen (3), Drehachse (9) und Sockel zu einer kompakten Einheit verbunden sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfänger (1) als Sonnenkollektoren mit einem Speichermedium ausgebildet sind und die Einrichtungen zum Weiterleiten und/oder Speichern der umgewandelten Energie mindestens eine Umwälzpumpe und mindestens einen Wärmeaustauscher aufweisen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfänger (1) als Solarzellen ausgebildet sind und die Einrichtungen zum Weiterleiten und/oder Speichern der Energie Batterien aufweisen.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung mindestens einen Motor (6) mit Getriebe (5) aufweist, der über einen Rechner steuerbar ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (3) entsprechend dem ermittelten Sonnenstand durch die Verstelleinrichtung (5,6) kontinuierlich senkrecht zur Sonneneinstrahlung einstellbar ist.
6. Vorrichtung nrch einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (3) entsprechend dem ermittelten Sonnenstand durch die Verstelleinrichtung (5,6) in .groberen Winkelschritten stufenweise-senkrecht zur Sonneneinstrahlung einstellbar ist.
7. Vorrichtung nach einem der Anspruche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellung des Rahmens (3) über Fotozellen steuerbar ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Solarzellen mit einem Kühlmedium gekühlt werden.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmedium Wasser ist, das über pumpen für die Warmwasserversorgung verwendbar ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgung für die verschiedenen Einrichtungen über die Solarzellen erfolgt.