DE3634102A1

DE3634102A1 - Solarponton mit meerwasserkuehlung

Info

Publication number: DE3634102A1
Application number: DE19863634102
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr Ing Volkrodt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-10-07
Filing date: 1986-10-07
Publication date: 1988-04-21

Description

Vielerorts werden Chancen zur Ablösung der zu riskanten Atomenergietechnik durch eine solare Wasserstofftechnik gesehen. Bei den bisher zur öffentlichen Dis kussion gestellten Projekten wird fast ausschließlich von der Aufstellung von Solar anlagen in heißen Trocken- und Wüstengebieten ausgegangen. Daß die Installation von Solaranlagen in internationalen, sonnenreichen Gewässern im Vergleich zu landgestützten eine Vielzahl von Vorteilen bietet, wurde bisher offensichtlich zu wenig erkannt. Folgende Vorteile seien genannt:

Möglichkeit zum Kühlen von Solarzellen durch kühles Meerwasser und dadurch Steigerung des Solarzellenwirkungsgrads im Vergleich zu landgestützten Anlagen um bis zu 50%.
Leichte Verfügbarkeit des zur Wasserstoffelektrolyse benötigten Wassers am Ort der Anlage.
Leichte und kostengünstige Transportmöglichkeit von Wasserstoff mit direkt am Solarponton anlegenden Flüssiggas-Tankschiffen.
Bei Installation in internationalen Gewässern sind keine Grundstückspreise und Steuern zu bezahlen und ist das Risiko der politischen oder terroristischen Erpreß barkeit der Anlagenbetreiber sehr gering.
Der direkte Seetransport der recht voluminösen Solaranlagen ist bei maritimer Aufstellung wesentlich kostengünstiger als der von Anlagen, die in zivilisations ferne Wüstenregionen zu transportieren sind.
Der Aufenthalt des zum Betreiben und zur Wartung von Solaranlagen notwendi gen Personals ist bei maritimen Anlagen im Hinblick auf die mögliche Meerwasser kühlung ein wesentlich angenehmerer als der in trostlosen heißen Wüstenregionen.
Die nahezu gleichbleibende niedere Tag- und Nachttemperatur gewährleistet bei ins Meerwasser eintauchenden Solaranlagen eine wesentlich höhere Lebens dauer als bei Anlagen in trockenen Wüsten mit Temperaturgradienten an den Solaranlagen zwischen Tag und Nacht von bis zu 100 K.

Als Nachteile sind bei maritimen Solaranlagen die schnelle Oberflächenverkrustung durch Salz und die Risiken durch Sturm und extremen Wellengang zu nennen.

Der nachbezeichneten Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorteile des maritimen Standorts von Solaranlagen zu nutzen und Maßnahmen gegen die auf dem freien Weltmeer bestehenden Risiken zu finden. Hierbei wird u. a. die Erfahrung verwertet, daß sehr große starre Schwimmkörper durch eine sogenannte Jahrhundertwelle weit eher zu Bruch gehen als ein elastischer Teppich aus vielen kleinen Schwimmkörpern. Es ist ferner ein Irrtum anzunehmen, daß ein weit über die Wasseroberfläche hinausragender Schwimmkörper die beste Garantie gegen Salzverkrustung darstellt. Sie läßt sich langfristig durch konstruktive Maßnahmen nicht verhindern. Der bessere Weg ist, einen Schwimmkörper derart tief im Meerwasser liegen zu lassen, daß die fast immer vorhandene leichte Dünung zum kurzfristigen Überfluten und somit zum Wegspülen der sich ständig neu bildenden Salzkrusten ausreicht.

Kennzeichnend für die Erfindung ist somit die Ausbildung von maritimen Solarpon tons als flache, in sich elastische Teppiche, wobei durch Unterbrechungen im Teppich das Meerwasser zum Salzkrustenwegspülen und zwecks Druckentlastung bei starkem Wellengang die Oberfläche der vielen Einzelsegmente des Solarpontons überspülen kann. Diese Bauweise als halbgeflutetes System setzt das vollständige wasserdichte und korrosionsbeständige Einschweißen der Schwimmkörper, der Solarzellen und der zwischen den Einzelsegmenten zu installierenden Kabelverbin der voraus. Eine solche Kapselung ist unter Verwertung der nunmehr etwa 30jährigen Erfahrungen mit kunststoffisolierten Mittel- und Niederspannungskabeln möglich. Nachdem die Risiken von sogenannten Wasserbäumchen und die hierdurch bewirkten Kabelfehler inzwischen erkannt sind, steht uns heute ein vernetztes Polyäthylen als transparenter, seewasserbeständiger Kunststoff zur Verfügung, der eine Lebensdauer von bis zu 40 Jahren erwarten läßt. Unter Verwertung bekannter thermischer Folienschweißverfahren ist nebst einem wasserdichten Einschluß von Pontonsegmenten auch das Einschweißen von Kabelverbindern kein technisches Problem.

Während bei Solaranlagen in trockenen Wüstengegenden ähnlich wie bei einem Auto, das in heißer südlicher Sonne parkt, mit Temperaturen an der Solarzellen oberfläche zwischen 80 bis 100°C zu rechnen ist, soll diese bei maritimen Anlagen nur wenige K über der des Meerwassers liegen. Sie bewegt sich im Bereich der Kanarischen Inseln, wo erste maritime Solaranlagen geplant sind, zwischen 20 und 25°C. Bei unruhiger See sorgt bereits das häufige Überspülen der Pontonsegmentoberflächen für eine gute Kühlung. Bei stiller See würde sich hingegen zwischen der der Sonne zugewandten Solarzellenseite und der in das kühle Meerwasser tauchenden Unterseite ein Temperaturgradient von 20 bis 30 K ergeben. Um diesen zu vermeiden, ist der nach Sandwich-Wabenart mechanisch versteifte Innenraum eines jeden Schwimmkörpers mit Kapillarsystemen ("Dochte") und einem bei Meerwassertemperatur kondensierendem Medium wie z. B. Methylal kohol gefüllt. Mit Hilfe dieses einfachen und kostengünstigen Heat-Pipe- oder Wärmerohr-Prinzips wird erreicht, daß sich alle Teile des Solarpontons auf einem Temperaturniveau bei Tag und Nacht von unter etwa 30°C befinden. Dadurch entfällt das in Wüstengebieten so unangenehme Temperaturwechselspiel zwischen Tag und Nacht, braucht bei der Materialwahl nicht auf extreme Temperaturen Rücksicht genommen werden, werden Materialermüdungen im Gefolge extremer Temperaturwechselspiele vermieden und somit eine hohe Lebensdauer einer solchen maritimen Solaranlage gewährleistet.

Zur Veranschaulichung der erfinderischen Lösung wird auf beigefügte zeichnerische Darstellung von Beispielen verwiesen.

Fig. 1 zeigt die Draufsicht auf ein Pontonsegment mit z. B. 1 m² Oberfläche,

Fig. 2 einen Schnitt durch das Ponton und das Heat-Pipe-System,

Fig. 3 die Anordnung mehrerer bienenwabenartiger Pontonsegmente,

Fig. 4 einen Schnitt durch die Schweißnähte und Kabelverbindungen.

In Fig. 1 ist 1 die Kante eines Pontonsegments. Zwecks guter Raumnutzung und Kraftverteilung bei Wellengang zwischen benachbarten Pontonsegmenten ist die in der Natur bewährte Bienenwabenform zu bevorzugen. Einen Einblick ins Innere des Pontonsegments mit seinem der Versteifung dienenden Sandwichgitter zeigt 2. Dieses Gitter bildet gemäß 3 in Fig. 2 eine Aufteilung des Pontonsegmentinnen raums in eine Vielzahl von Kammern. Ein Teil von ihnen, siehe 4, ist mit einem Material mit guter Kappilarwirkung wie Glasfasern ausgestopft. Hierin vermag eine an der Unterseite 5 kondensierte Flüssigkeit wie z. B. Methylalkohol entgegen der Schwerkraft nach oben zu steigen, die Oberseite 6 von innen zu benetzen und dabei zu verdampfen. Die optimalen Verdampfungstemperaturen werden durch teil weises Evakuieren des Innenraums eingestellt. Um ein allseitiges Benetzen zu ermöglichen, liegen die Wabengitter 3 nur partiell an der Ober- und Unterseite an. Der an der Oberseite erzeugte Dampf breitet sich in den leeren Kammern 7 und 8 durch den ihm innewohnenden Dampfdruck aus und kondensiert schließlich an der kühlen Unterseite 5 wieder zur Flüssigkeit. Durch diesen Heat-Pipe-Zyklus ergibt sich ein idealer Wärmetransport von der heißen Oberseite mit seinen darauf befindlichen Dünnschichtsolarzellen 9 zur ins Meerwasser eintauchenden Unterseite mit einem vernachlässigbar kleinen Temperaturgradienten. Mit 10 ist die transpa rente Folie auf der Oberseite, mit 11 die der Unterseite bezeichnet. Beide sind bei 12 derart miteinander verschweißt, daß kein Meerwasser ins Innere der Folienum hüllung eindringen kann.

Fig. 3 zeigt, wie 7 Einzelpontonsegmente 13 und 19 in Bienenwabenform unter Zurhilfenahme des Überstands der Folien 10 und 11 zusammengeschweißt sind. Die elastische Verbindung z. B. unter Einsatz von vernetztem Polyäthylen aus der Kabeltechnik wird rund um jedes Pontonsegment durch eine größere Zahl von Spül- und Druckentlastungslöchern 20 unterbrochen. Ihre Funktion wurde bereits beschrie ben. Die elastischen Kunststoffverbindungen zwischen den einzelnen Pontonseg menten ermöglichen ein Auf- und Abschwimmen auf den Wellen, ohne daß es zur mechanischen Zerstörung kommt. Sollte dennoch einmal eine Segmentgruppe elek trisch durch Versagen von Solarzellen oder mechanisch ausfallen, so erfolgt unter Einsatz eines auftauchenden Wartungs-Unterseeboots das Herausschneiden der be schädigten Gruppe und Einschweißen einer neuen Gruppe in den Verbund. Nach Erledigung dieses quasi überkopf erfolgenden Reparaturauftrags unter Einsatz einer aufgetauchten Arbeitsplattform taucht das Wartungs-U-Boot unterm Solarponton zum Personal- und Ersatzteilponton zurück. Es bedarf somit im Gegensatz zu land gestützten Solaranlagen keiner spezieller Straßen und Wege zwecks Durchführung von Wartungs- und Reparaturarbeiten.

Die in Fig. 3 angedeuteten Kabelquetschverbindungen 21 und 22 werden in Fig. 4 im Schnitt und vergrößert dargestellt. 23 und 24 sind zwei benachbarte Pontonsegmente. Mit 25 und 26 sind zwei hochelastische Flachband-Litzenkabel bezeichnet. Sie werden bei 27 aneinandergelegt und mit Quetschverbindern 28 kraft- und formschlüssig miteinander verbunden. Die Kabelquetschverbindung befindet sich inmitten von beidseitig sich überlappenden je zwei Folienlagen und wird durch Rundumstempel bei 29 bis 32 wasserdicht eingeschweißt. Bei 33 und 34 erfolgen weitere Folienverschweißungen, desgleichen um die mit 20 gekennzeichne ten Durchbruchslöcher herum. Die bereits bei der Anlieferung von Pontoneinzel segmenten vor der Zusammenstellung großer maritimer Solaranlagen vorhandenen Schweißungen 35, 36 dienen zum wasserdichten Einschluß der Pontonsegmente und dem Schutz der mechanisch empfindlichen Solarzellen beim Transport.

Claims

1. Solarponton mit Meerwasserkühlung zur Gewinnung von Solarenergie und von solarem Wasserstoff in sonnenreichen Gewässern, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Pontonanlage aus vielen kleinen Pontonsegmenten zusammensetzt, die biegeelastisch miteinander verbunden sind, und bei dem Durchbrüche in dem ähnlich einem Teppich halbtauchend auf der Meeresoberfläche liegendem Solarponton dafür sorgen, daß das hindurchtretende Meerwasser die der Sonne zugewandte Seite des Pontons von Salzkristallen freispült und zugleich bei starkem Wellengang für eine Druckentlastung sorgt, indessen die ins kühle Meerwasser eintauchende Unterseite jedes einzelnen Pontonsegments die Abfuhr unerwünschter, den Wirkungsgrad und die Lebensdauer mindernder Sonnenwärme bewirkt.

2. Solarponton gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Inneren jedes Pontonsegmentkastens eine mit Kappilarwirkung arbeitende Wärmerohr anordnung mit zugehöriger, bei Meerwassertemperatur am Unterboden kondensie render Flüssigkeit befindet, um hierdurch den Temperaturgradienten zwischen Meerwasser und den der Sonne zugewandten Solarzellen zu minimieren.

3. Solarponton gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die notwendige Steifigkeit eines flachen Pontonsegments durch den inneren Einbau eines Sand wich-Gitternetzes gewährleistet wird, wobei ein Teil der durch das Gitter ent standenen Kammern mit Kapillardochten zur Weiterleitung der am Unterboden kondensierten Wärmerohrflüssigkeit versehen sind.

4. Solarponton gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes einzelne Pontonsegment mit an der Oberfläche befindlichen Solarzellen allseitig in trans parente, UV- und meerwasserbeständige Plastikfolien, vornehmlich aus vernetz tem Polyäthylen, eingeschweißt wird, wobei der seitliche Überstand der Folien jedes einzelnen Pontonsegments zur Herstellung von Schweiß- oder Klebeverbin dungen zu Nachbarpontons verwendet wird und gleichzeitig zum wasserdichten Einschweißen der Stromkabelverbindungen zwischen den einzelnen Pontonsegmen ten dient.

5. Solarponton gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich in den mitein ander zu verschweißenden Folien zwischen benachbarten Segmenten eine Vielzahl von Wasserdurchtrittslöchern befindet, welche einerseits das elastische Verhalten der Pontonsegmente bei hohem Wellengang verbessern, andererseits den Durch tritt von Meereswasser zwecks Druckentlastung von Wellen und das Freispülen der Segmentoberflächen von Salzkrusten ermöglichen.