DE3633172C2 - - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
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- F24S20/70—Waterborne solar heat collector modules
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S30/00—Arrangements for moving or orienting solar heat collector modules
- F24S30/40—Arrangements for moving or orienting solar heat collector modules for rotary movement
- F24S30/42—Arrangements for moving or orienting solar heat collector modules for rotary movement with only one rotation axis
- F24S30/422—Vertical axis
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erhöhung
der thermischen Energie einer Flüssigkeit gemäß dem Gattungs
begriff des Patentanspruches.
Anlagen mit rohrförmigen Absorbern und reflektierenden Spiegeln
sind grundsätzlich in zwei Versionen bekannt. Bei der einen
Version wird der Wärmeinhalt von Wasser erhöht, indem das
Wasser durch Rohre geführt wird, die in besonderer Weise und
unter Zuhilfenahme der reflektierenden Spiegel der Sonnen
strahlung ausgesetzt sind (z. B. US 42 27 511). Es erfolgt
bei solchen Anlagen die Nutzung der Sonnenenergie in relativ
geringem Maße, weil die Anlagen einfach sind, selbst wenn die
reflektierenden Spiegel bzw. die ihnen zugeordneten Rohre zur
Führung des zu erwärmenden Wassers dem Sonnenstand nachgeführt
werden und hierzu, wie im speziell genannten Fall, die Anlage
einen Ponton aufweist, der in einem wassergefüllten Becken
angeordnet ist und in dessen Becken entsprechend der Verände
rung des Sonnenstandes zwangsweise gedreht wird. Solche Anlagen
dienen im wesentlichen der Erwärmung von Brauchwasser und sie
werden beispielsweise in nördlichen Bereichen der Erdkugel
eingesetzt, um das Wasser von Badeseen um einige Temperatur
grade zu erhöhen und die Badesalzen zu verlängern. Es soll
damit aber lediglich der mögliche und gewollte Einsatzbereich
solcher Anlagen beschrieben werden.
Bei einem grundsätzlich anderen System wird auf möglichst hohe
Ausbeute der Sonnenenergie Wert gelegt und diese Anlagen sind
entsprechend kompliziert, weil Kollektoren und Reflektoren
entsprechend dem aktuellen Sonnenstand in besonderem ausgerich
tet werden müssen. Die Kollektoren und Reflektoren müssen dem
täglichen Wechsel des Sonnenstandes und der jahreszeitlich
bedingten Veränderung des Sonnenstandes entsprechend verstellt
werden, so daß relativ aufwendige Nachführmittel notwendig sind,
die solche Anlagen allein für den industriellen Bereich geeig
net erscheinen lassen und die nur dann in Frage kommen, wenn
die Bereitschaft und die Fähigkeit gegeben sind, erhebliche
finanzielle Mittel einzusetzen. Bei diesen Anlagen erfolgt dann
allerdings eine Überführung der Energie von einer in eine
andere Energieform, indem insbesondere Wasser verdampft wird
und mit diesem Dampf Kraftwerke betrieben werden.
Es ist damit der Einsatz von beiden Anlagetypen durch relativ
wohlhabende Staaten vorgezeichnet. Für die sogenannten Ent
wicklungsländer kommen solche Anlagen allenfalls ausnahmsweise
in Frage, obwohl wegen ihrer geografischen Lage häufig gerade
solche Staaten für die Nutzung der Sonnenenergie in besonderem
Maße prädestiniert wären.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Erkenntnis dieser
Probleme zugrunde und mit ihr soll eine Lösung aufgezeigt
werden, die die Kosten einer solchen Anlage in Bereichen hält,
die auch für die sogenannten Entwicklungsländer hinnehmbar
sind, andererseits eine Kostenreduzierung nur in Merkmalsbe
reichen vorsieht, auf die mit Rücksicht auf die regelmäßige
Errichtung solcher Anlagen verzichtet werden kann, ohne daß der
Wirkungsgrad solche Anlagen uninteressant werden ließe. Es
sollen mit anderen Worten Kosten gespart werden können, ohne
daß Nachteile in Kauf genommen werden müßten, die nicht durch
Standortvorteile kompensiert werden könnten. Darüber hinaus
soll es sich um "Anlagen" handeln, die eher den Charakter von
"Vorrichtungen" haben, also den finaziellen Möglichkeiten
sogenannter Entwicklungsländer angemessen Rechnung tragen.
Für einen solchen Einsatzbereich könnte eine bekannte gattungs
gemäße Vorrichtung in Frage kommen, bei der der Energiegehalt
von Wasser so erhöht wird, daß es in eine andere Energieform
überführt, also verdampft wird, um Pumpen antreiben zu können,
die aus Brunnen im Südwesten der Vereinigten Staaten Tränkwas
ser für weidendes Vieh fördern (US 41 59 629). Eine solche
Vorrichtung arbeitet mit einem relativ tiefen, gemauerten
Becken und nutzt die verfügbare Fläche des Pontons weitgehend
aus, indem die Pontonoberseite nahezu vollständig mit Aggrega
ten aus Reflektoren und Absorbern bestückt ist. Das bedeutet
für die Praxis einen erheblichen steuerungstechnischen Aufwand,
um trotz den in ihrer Länge stark abweichenden Aggregaten aus
Reflektoren und Absorbern einen exakt definierten Endenergie
gehalt in dem Medium, dessen Energie erhöht werden soll, zu
erhalten. Die Anlage mag aus diesem Grund für die sogenannten
Entwicklungsländer technisch geeignet, aber auch wieder teuer
und empfindlich sein. Außerdem trägt die bekannte Vorrichtung
den Bedingungen des vorgesehenen Einsatzzweckes auch deswegen
nur unzulänglich Rechnung, weil sie des tiefen Beckens wegen
relativ viel Wasser zum schwimmenden Lagern des Pontons be
nötigt, Wasser aber gerade in dem für die Erfindung und die
bekannte Vorrichtung vorgesehenen Einsatzgebiet knapp und teuer
ist. Das relativ tiefe Becken zur Aufnahme von verhältnismäßig
viel Wasser ist aber bei der bekannten Vorrichtung deswegen
notwendig, weil daran gedacht ist, den Ponton bei starkem Wind
so weit unter den Beckenrand durch Senken des Wasserspiegels
abzusenken, daß der Ponton trotz des Seitenwindes im Becken
zentriert ist. Unter dem Ponton muß auch im abgesenkten Zustand
noch genügend Wassertiefe vorliegen, um den Ponton schwimmend
zu halten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Solarkollektor
anlage zur Gewinnung von Prozeßenergie unter Ausnutzung der
direkten Sonnenstrahlung zu schaffen, die soweit vereinfacht
ist, daß auf aufwendige Nachführeinrichtungen verzichtet werden
kann und trotzdem bei entsprechend günstigen Aufstellungsbe
reichen ein guter Wirkungsgrad erzielbar ist, dabei aber den
Umständen der beabsichtigten Aufstellungsbereiche in der Weise
Rechnung getragen werden kann, daß mit wesentlich weniger
Wasser in dem Becken zur Lagerung des Pontons auszukommen ist
als bei der bekannten gattungsgemäßen Vorrichtung.
Der Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale des Patentan
spruches.
Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt es sich um eine
solche, die insbesondere im Bereich zwischen dem nördlichen und
südlichen Wendekreis eingesetzt werden kann bzw. soll, für
diesen Bereich der Erdkugel aber in besonderem Maße geeignet
ist. Sie ist billig und damit für die in diesem Bereich liegen
den relativ armen Länder erschwinglich, weil auf teuere Nach
führvorrichtungen der Reflektoren in zwei Richtungen, d. h.
entsprechend der täglichen und jährlichen Veränderung des
Sonnenstandes, verzichtet wird, die Nachführung entsprechend
der täglichen Veränderung des Sonnenstandes in diesem Bereich
der Erde aber völlig ausreichend ist. Die erfindungsgemäße
Vorrichtung ist auch deswegen mit relativ geringem finanziellen
Einsatz zu errichten, weil die innerhalb eines Kollektorfeldes
gleichlangen Reflektoren und Absorber in jedem Absorber die
selbe Temperatur- bzw. Energieerhöhung zur Folge haben, so daß
die Energieerhöhung in dem gesamten Kollektorfeld die Summe der
untereinander gleichen Einzelenergieerhöhungen ist, so daß die
Auslegung der Vorrichtung wesentlich einfacher ist als bei
unterschiedlich langen Reflektoren bzw. Absorbern und aufwen
dige Steuerungen nicht notwendig sind, um eine gewollte Gesamt
energieerhöhung sicherstellen zu können. Darüber hinaus sind
bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung alle Maßnahmen getroffen,
um zur schwimmenden Lagerung des Pontons mit wenig Wasser
auszukommen. Bei gleichlangen Reflektoren bzw. Absorbern ist
eine wesentlich größere Pontonoberfläche als beim Stand der
Technik nötig, der dort notwendige relativ hohe Wasserbedarf
also bei einer Vorrichtung mit solchen gleichlangen Reflektoren
bzw. Absorbern in besonderem Maße groß und es ist von besonde
rer Bedeutung, daß gerade bei einer Vorrichtung mit gleichlan
gen Reflektoren bzw. Absorbern der an sich große Wasserbedarf
in den dabei möglichen Grenzen gehalten wird. Durch die Führung
des Pontons gegenüber dem Beckenrand mittels Rollen kann der
Spalt zwischen Becken- und Pontonrand extrem schmal gehalten
werden. Da der Ponton durch die Windschutzschürzen von windbe
dingten Seitenkräften freigehalten wird, kann die horizontale
Führung des Pontons einfach und leicht gehalten werden, sie
erhöht die Kosten der Vorrichtung nicht wesentlich. Der
Antrieb ist von Seitenkräften völlig entlastet. Schließlich
macht es die Seitenführung möglich, auf die beim Stand der
Technik vorgesehene Absenkung des Pontons bei starkem Sei
tenwind zu verzichten, so daß mit einer geringen Wassertiefe
auszukommen ist, was eine unmittelbare Kostenersparnis
bedeutet und eine mittelbare Kostenersparnis wegen des nur
notwendigen relativ kleinen Beckens. Im allgemeinen wird der
Beckenaushub zur Errichtung der Windschutzschürzen verwendet
werden können und ausreichen, so daß auf diesem Wege eben
falls eine Kosteneinsparung möglich ist. Es ist also mit der
Erfindung eine Vorrichtung aufgezeigt, die in besonderem
Maße für den Einsatz zwischen den Wendekreisen geeignet ist,
weil sie kostengünstig errichtet werden kann, betriebssicher
ist und trotzdem in diesem Gebiet hochwirksam ist. Um nun
aber trotz des möglich schmalen Spaltes auch den Wasserbe
darf zum Ersetzen des verdunsteten Wassers zu verringern,
was im vorgesehenen Einsatzgebiet von besonderer Bedeutung
ist, ist das Wasser in diesem Spalt mit einer verdunstungs
hemmenden Schicht, z. B. aus Öl, bedeckt.
Die Anordnung gleichlanger Reflektoren bzw. Absorber inner
halb eines Kollektorfeldes auf einem schwimmenden Ponton ist
zwar bekannt (US 41 48 301), die Maßnahmen, die dies mit
der geschilderten Wirkung möglich machen, sind dort jedoch
nicht ergriffen.
Eine Vorrichtung gemäß der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und nachfolgend beschrieben; in der Zeichnung
zeigt
Fig. 1 eine Draufsicht auf die solarthermische Vor
richtung,
Fig. 2 einen Schnitt im vergrößerten Maßstab durch die
Vorrichtung gemäß Fig. 1,
Fig. 3 eine Perspektivzeichnung der Vorrichtung.
Fig. 1 zeigt ein in Modulen aufgeteiltes Kollektorfeld 2 aus
Gruppen gleichlanger Reflektoren und Absorber, das starr auf
einem schwimmenden Ponton 3 in zueinander parallelen Reihen
angeordnet ist, wobei ein Solarkollektor 1 im wesentlichen eine
Tragkonstruktion 14, einen Parabolspiegel 7 und einen Absorber 5
umfaßt (Fig. 3). Der Ponton 3 ist in einem Becken 4 auf Wasser gelagert.
Er ist vom Beckenrand durch einen Ringspalt 8 getrennt, der mit
einem Ölfilm bedeckt ist, um ein Verdunsten des Wassers zu
vermeiden. Der Ponton 3 wird von am Beckenrand angebrachten
Motoren 9 angetrieben und zwar derart, daß der Ponton 3 mit
seinem Kollektorfeld 2 immer azimuthal der Sonne nachgeführt
wird. Dies geschieht mittels eines Nachführsystems, das die
Drehgeschwindigkeit der Motore 9 regelt. Zwischen der Peri
pherie des Pontons und dem Beckenrand sind Stützrollen 10
angeordnet, die vom Beckenrand nicht aufgenommene Windkräfte
aufnehmen. Das Kollektorfeld 2 ist über Rohrleitungen, die mit
einer im Zentrum der Plattform 6 des Pontons 3 angeordneten Drehdurchführung 11
verbunden sind und durch den Kanal 13 führen (Fig. 2), mit dem Energie
wandler 12 verbunden.
Claims (1)
- Vorrichtung zur Erhöhung der thermischen Energie einer Flüssig keit unter Nutzung des direkten Strahlungsanteiles der Sonnen energie mit rinnenförmigen Parabolspiegeln und in den Brenn linien der Parabolspiegel angeordneten Absorbern, wobei die Parabolspiegel und die ihnen zugeordneten Absorber in direkter Aufeinanderfolge parallel zueinander auf einem scheibenförmigen Ponton angeordnet sind, der unter Einhaltung eines Ringspaltes in einem wassergefüllten Becken schwimmend und mittels eines Antriebes, dessen einer Antriebsteil stationär am Beckenrand gelagert ist und kraft- und formschlüssig mit dem auf dem Ponton gelagerten Antriebsteil zusammenwirkt, entsprechend der täglichen Veränderung des Sonnenstandes um seine Hochachse drehbar ist und wobei eine Zuleitung für einen flüssigen Wärme träger mit niedrigem Energiegehalt und eine Ableitung für den Wärmeträger mit hohem Energiegehalt in einer in der Mitte des Pontons angeordneten Baueinheit zusammengefaßt sind, dadurch gekennzeichnet, daß bei gleicher Länge von Parabolspiegeln (7) und Absorbern (5) innerhalb eines Kollektorfeldes (2) der Ponton (3) mit Stütz rollen (10) konzentrisch innerhalb des mit schräg angestellten Windschutzschürzen versehenen Beckenrandes geführt und das Wasser in dem Ringspalt zwischen Ponton- und Beckenrand mit einem Dichtmedium wie Öl bedeckt ist.
Priority Applications (2)
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