DE3934517A1 - Solar-plattform - Google Patents
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Description
Zur Solarelektrizitätsgewinnung dienende Einrichtungen erfordern Konzentratoren, die
um eine oder zwei Achsen fokussieren. Zur Vermeidung der Abschattung von
hintereinander liegenden Konzentratoren ist es erforderlich, daß diese in
erheblichem Abstand voneinander angeorndet werden. Dies führt bei groß
technischer Energiegewinnung zu außerordentlich großen Grundflächen.
Abhilfe bietet die Anordnung von Konzentratoren auf Plattformen, die sich
mit der Geschwindigkeit der Azimutzunahme um die Hochachse drehen. Derar
tige Plattformen sind als schwimmende Plattformen bekannt. Diese haben
jedoch den Nachteil, daß die durch Windkräfte verursachten Scherspannungen
nur unvollkommen aufgenommen werden können, ferner, daß sich die Wellen
bewegung der Wasseroberfläche auf die Konzentratoren überträgt, so daß die
Ausrichtung der gebündelten Strahlen gestört wird.
Die Erfindung weist einen Weg, wie sich die Nachteile vermeiden lassen.
Die Erfindung betrifft eine als Hohlscheibe ausgebildete, durch inneren
Luftdruck prall gehaltene Plattform zur Aufnahme von Sonnenenergiewand
lern. Die Scheibe wird in einem Kranz von Rollen, die ihrerseits in einer
ringförmigen Außenwandung geführt werden, während der Einstrahlungsstunden
dem Sonnenazimut nachgeführt.
Eine Plattform gemäß der Erfindung besteht z. B. aus einer unteren Kreisscheibe,
die aus zwei in Abständen miteinander unlösbar verbundenen Folien gebildet
wird. Die zwischen den Nähten liegenden Hohlräume sind mit Wasser gefüllt.
Die Kreisscheibe ist über eine Wulst, die ebenfalls aus Folie gebildet
ist, mit einer nach oben weisenden Deckfolie verbunden. Auf dieser
Deckfolie sind Rahmen, vorzugsweise aus Blechprofilen angeordnet, die über
eine Vielzahl von Drähten oder über sich vertikal erstreckende Folien mit
der unteren Wandung verbunden sind. In der so gebildeten Hohlscheibe be
findet sich Luft, die durch einen Ventilator auf einen vorwählbaren, ge
ringen Überdruck gebracht ist. Die Hohlscheibe schwimmt auf einer Was
serfläche, wobei dies sowohl eine natürliche Wasserfläche sein kann als
auch ein künstlicher See von sehr geringer Tiefe, z. B. nur 25 cm. Auf
diesem See schwimmt ein als Hohlkörper ausgebildeter Ring, dessen Innen
durchmesser etwa dem Außendurchmesser der Hohlscheibe entspricht, auf die
sem Ring sind Rollen mit vertikaler Achse gelagert. Um diesen Kranz von
Rollen herum befindet sich ein Ring, vorzugsweise eine Mauer. An diesem
Ring stützen sich die Rollen ab. Ein Teil der Rollen ist mit einer An
triebsvorrichtung versehen, die den Umlauf der Plattform bewirken. Der
Rollenkranz dreht sich dabei mit der halben Winkelgeschwindigkeit der
Plattform. Die Rahmen nehmen die Konzentratoren auf, denen Rezeptoren zur
Wärmegewinnung oder Photozellen zur direkten Elektrizitätsumwandlung zuge
ordnet sind.
Wenn an die Stelle spiegelnder Konzentratoren Linsen drehten, bilden diese
Linsen die nach oben weisende Wand. Die Rezeptoren sind in diesem Fall
innerhalb der Hohlscheibe angeordnet. Soll eine erfindungsgemäße Plattform
über unruhigem Gewässer angeordnet werden, so wird sie von einer Schürze
umgeben, die ins Wasser reicht und durch ein Luftkissen in einem geringen
Abstand über der Wasseroberfläche gehalten. Zur Ausrichtung innerhalb
einer Ebene werden Sensoren über dünne Rohre in einer solchen Tiefe unter
Wasser gehalten, in der durch wellenverursachte Druckänderungen nicht mehr
störend sind. Diese Sensoren betätigen Ventile, die zugeordnete Ballast
gefäße mit Wasser versorgen, falls der Sensor nach oberhalb eines gewähl
ten Druckniveaus ausgewichen ist oder aber Wasser aus dem Ballastgefäß aus
strömen lassen, wenn der Sensor nach unterhalb jenes Niveaus abgesunken
ist.
Eine alternative Ausführung sieht 2 Folien vor, die zwischen sich wasser
gefüllte Hohlräume einschließen. Bei einer dritten Ausführungsform trägt
ein Luftkissen mit geringem Überdruck die obere Wand der Plattform, während
die untere Wandung durch die Wasseroberfläche gebildet wird.
Die Erfindung soll anhand von Figuren beschrieben werden.
Fig. 1 zeigt den Querschnitt durch eine Solarplattform mit zentralem
Lagerturm.
Fig. 2 zeigt eine gleiche Anlage, die jedoch über dem Umfang rollen
geführt ist.
Fig. 3 zeigt den Plattformaufbau.
Fig. 4 zeigt eine ebenfalls rollengeführte Anlage, deren nach oben
weisende Deckschicht aus Linsen besteht.
Fig. 5 zeigt Strukturrahmen, die mit Ballastgefäßen verbunden sind.
Fig. 6 zeigt ein Strukturrahmenmodul mit Drucksensor.
Fig. 7 zeigt einen Drucksensor und das von ihm gesteuerte Ventil.
Fig. 1 zeigt eine Plattform mit spiegelnden Diagonalfacetten-Konzentratoren.
Die Plattformoberfläche mit den in Sonnenrichtung sich erstreckenden Pho
tozellen P wird durch eine sonnenlichtbeständige Folie F gebildet, die auf
einem "Spinnwebnetz" aus Stahldrähten, welches alle Zugkräfte überträgt,
aufliegt und am Umfang mit einem Wulst W verbunden ist. Die Unterseite
der Plattform besteht aus zwei Folien, die wie bei einer Steppdecke Kissen
K bilden. Diese Kissen sind mit Wasser gefüllt, ihre Längsnähte verlaufen
parallel zum zur Sonne weisenden Durchmesser. An den Knotenbereichen sind
Drahtdolden D befestigt, die die horizontale Ausrichtung von Rahmenmodulen
R sicherstellen und gleichzeitig den Abstand zwischen der Plattform und
dem "Steppdeckenboden" bestimmen. In der Hohlscheibe herrscht ein gerin
ger Überdruck, der eine Ringspannung im Umfangswulst W erzeugt, die die
Plattform straff spannt. Die gesamte Einheit schwimmt auf der Wasser
oberfläche eines mit einer Folie Fo ausgelegten und von einem Wall Hi um
gebenen künstlichen Sees. Die Tiefe der Wasserfüllung braucht bei ebenen
Becken nur etwa 25 cm zu betragen. Sehr kleine Einheiten werden durch
einen Lagerturm L zentriert.
Fig. 2 zeigt eine rollengeführte Plattform. Größere Anlagen sind von einem Roll
enkranz RO umgeben, dessen unterer Ring LR auf dem Wasser schwimmt,
während der obere Ring aus einem Stahlseil besteht, an dem die oberen La
ger befestigt sind. Ein Teil der Rollen RO sind elektromotorisch ange
trieben und bewirken die tägliche genau dem Sonnenazimut folgende Drehung
der Plattform. Diese Rollen sind von einem Ring RI aus Beton umgeben, der
Rollenkranz RO läuft deshalb in zwei Tagen einmal um. Bei abfallendem
Gelände ist talseitig eine Stützmauer ST erforderlich, die in den Ringbe
reich RI übergeht.
Fig. 3 zeigt den Plattformaufbau. Die Plattformstruktur besteht aus drei Schich
ten. Die untere Schicht 31 wird aus radial verlaufenden Seilen 32 gebil
det, die mit auf Kreisen verlaufenden Seilen 33 ein spinngewebeähnliches
Netz bilden. Das Netz überträgt ausschließlich die durch die Flächenrei
bungskräfte des Windes verursachten Zugkräfte. Das Netz 32, 33 ist mit
einer Deckfolie 1 abgedeckt. Auf dieser Folie ist ein Rahmensystem aus
Profilstäben befestigt. Dieses besteht aus dem Strukturrahmen 25, den
darin eingelegten Modulrahmen 26 und Sprossen 27. Das gesamte Rahmensystem
25, 26, 27 verläuft parallel zu dem Durchmesser, der dem Sonnenazimut
folgt.
Fig. 4 zeigt eine Plattform mit Linsen. Nachteil der mit spiegelnden Konzentrato
ren versehenen Plattformen ist die Anordnung der Photozellen P oberhalb
der Deckschicht, denn insbesondere in Gegenden mit hohen möglichen Windge
schwindigkeiten führen die Hauben und Streben der Photozellen P zu einer
erheblichen Vergrößerung der Widerstandskräfte. Eine alternative Aus
führungsform sieht deshalb anstelle spiegelnden Facetten als Linsen wir
kende Konzentratoren DK vor. Die Photozellen P sind dabei innerhalb der
Hohlscheibe angeordnet. Damit wird das Konzentratorenfeld zu einer ebenen
Fläche, die dem Wind den geringsten Widerstand bietet.
Der künstliche See La ist von einer ringförmigen Führungsmauer RI umgeben
und gegen das Erdreich durch eine Folie Fo gedichtet. Die als Hohlscheibe
ausgebildete Plattform besteht aus einem Sprossennetz SZ, in welches die
fokussierenden Scheiben DK eingelegt und befestigt werden. Der Boden be
steht aus wassergefüllten Kanälen KN, die über Gewebefolien Ff mit den in
Einstrahlungsrichtung verlaufenden Sprossen verbunden sind und so die
Dicke der Hohlscheibe bestimmen. In der Brennlinie verlaufen die Photo
zellen P, die mit an Drähten TR aufgehängten Tandem-Konzentratoren TC eine
Einheit bilden. Ein Rollenkranz mit Rollen RO, von denen ein Teil durch
Schrittmotoren angetrieben wird, bildet mit einem schwimmenden Ring UR
eine Einheit. Dieser Rollenkranz führt die Plattform innerhalb der
Führungsmauer RI.
Fig. 5 zeigt ein Rahmenmodul, welches aus 12 bis 16 Strukturrahmeneinheiten zu
sammengesetzt ist. Jeder Strukturrahmen ist über Drahtdolden 60 mit einem
als Ballastbehälter dienenden Foliensack 5 verbunden. Bei etwa halber
Füllung entspricht das Gewicht der Wasserfüllung in dem Foliensack 5 der
Auftriebskraft, die sich aus der Fläche des Strukturrahmens und dem Über
druck des Luftpolsters unterhalb der Plattform ergibt. Der Sensor 7 ragt
bis in diejenige Tiefe ins Wasser, in der sich die Störungen durch Wellen
nicht mehr schädlich auswirken.
Fig. 6 zeigt ein Strukturrahmenmodul mit einem Foliensack. Über 16 Chrom
stahldrähte 60, die die Deckfolie 1 durchdringen, trägt das Rahmenmodul
25, 24 den Foliensack 5. Die aus dem Überdruck des Tragluftpolsters re
sultierende Auftriebskraft wird durch das Gewicht des etwa zur Hälfte mit
Wasser gefüllten Foliensackes 5 kompensiert. Am Rohr 61, das bis in dieje
nige Tiefe ins Wasser reicht, in der sich durch Wellen erzeugte Drucksch
wankungen nicht mehr störend auswirken, ist der Drucksensor 7 angeordnet,
dessen Membrane 62 eine Spiralfeder 63 zusammendrückt. Sobald ein vorgege
benes Druckniveau überschritten wird. Die Modulrahmen 26, 27 verlaufen
parallel zueinander und weisen immer genau in Sonnenrichtung gemäß Pfeil
AR. Die jeweilige Wassermenge in den Foliensäcken wird über ein von der
Membran 62 bestätigtes Ventil mit Zulauf und Ablauf geregelt, Das zur
Beschwerung benötigte Wasser wird über die Schlauchleitung 69 zugeführt.
Fig. 7 zeigt einen Drucksensor mit einem Zweiwegeventil. Über einen im Rohr 61
geführten Stahldraht 64 wird sobald das vorgegebene Niveau in der Tiefe
unterschritten wird, das Ventilküken 65 im Foliensack 5 geöffnet, worauf
Ballastwasser aus dem Foliensack austritt. Der Plattformbereich des Kon
zentratorrahmens 26, 27 bewegt sich nunmehr nach oben, bis der Drucksensor
7 das Bezugsdruckniveau wieder erreicht hat. Über den gleichen Stahldraht
64 wird ein zweites Ventil 66 geöffnet, wenn der Drucksensor 7 über das
Bezugsniveau angehoben wird, wodurch das Druckniveau unterschritten wird.
Durch dieses zweite Ventil 66 strömt Wasser aus dem Verteilerschlauch 69
in den Foliensack 5 hinein, wodurch sich der darüber befindliche Plattform
bereich senkt. Durch dieses Wechselspiel bleibt der Abstand zwischen dem
Bezugsniveau im Gewässer und der Deckfolie 1 konstant, so daß die Platt
form innerhalb einer unschädlichen Amplitude in der Horizontalebene ver
bleibt. An den Drucksensoren 7 sind Lochblechplatten 68 befestigt, die
als Dämpforgan dienen und verhindern, daß Windkräfte Vertikalschwingungen
der Plattform anregen.
Fig. 8 zeigt eine Hochseeversion.
Die Deckfolie 1, die die Energiewandler trägt, ist von einer Schürze 2
umgeben, die bis unter die Wasseroberfläche 3 ragt, so daß der Luftraum
4 eingeschlossen ist. Wassergefüllte Plastiksäcke 5 wirken dem Auftrieb
der vom Luftpolster getragenen Deckfolie 1 entgegen. Zur Schaffung einer
horizontalen Bezugsebene ist jeder Plastiksack 5 über ein dünnes Rohr
mit einem Drucksensor 7 verbunden, der bis in diejenige Tiefe ins Wasser
ragt, in der sich die wellenbedingten Druckunterschiede nicht mehr
störend auswirken. Die Drucksensoren 7 bilden eine Einheit mit Dämpf
körpern, die Schwingungen durch Windkräfte verhindern. Die Plattform
dreht sich einmal täglich um die Hochachse 9. Um die Plattform herum
verläuft ein zur Hälfte mit Wasser gefüllter stationärer Schlauch 10.
Dieser ist über einen Wellenberuhigungsring 11 mit einem ebenfalls
hälftig mit Wasser gefüllten Schlauch 8 verbunden, der in Zellen
aufgeteilt ist. Diese Zellen sind durch Ventile miteinander verbunden,
die bei Einbuchtungen der Schlauchwand durch Wellen wie der Stoß
dämpfer eines Autos die Aufprallenergie vernichten. Der innere Schlauch
10 ist über Seile 13 am Meeresboden 6 verankert. Um die Plattform herum
verläuft eine Schiene 14, am Schlauch 10 sind
Schrittmotoren 15 befestigt, die die Rotation der Plattform bewirken.
Claims (13)
1. Oberhalb eines Wasserkörpers liegende annähernd kreisförmige Plattform,
auf der Sonnenenergiewandler angeordnet sind, die um die Hochachse mit der
Winkelgeschwindigkeit der Sonnenwanderung gedreht wird, dadurch gekenn
zeichnet, daß sie unter sich einen unter geringem Überdruck stehenden
Luftraum einschließt.
2. Plattform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß zwischen ihr und der
Wasseroberfläche ein vorzugsweise aus Folie bestehender Boden angeordnet
ist.
3. Plattform nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden aus 2 über
Nähte miteinander verbundenen Folien besteht, die wassergefüllte Hohlräume
einschließen.
4. Plattform nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie durch eine sich
über den Umfang erstreckende Wulst mit dem Boden verbunden ist.
5. Plattform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Teilbereiche der
Plattform mit einem Balastbehälter verbunden sind, daß jeder Balastbehäl
ter über ein Wasserversorgungssystem unter Zwischenschaltung eines 1.
Ventiles gefüllt werden kann, daß jeder Balastbehälter ferner ein 2. Ven
til enthält, durch welches Balastwasser austreten kann und das beide Ven
tile durch einen Drucksensor gesteuert werden, der bei Überschreitung ei
ner vorgeschriebenen Wassertiefe eine Zunahme des Balastwasservolumens und
bei Unterschreitung eine Abnahme des Balastwasservolumens bewirkt.
6. Plattform nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit dem Boden
über eine Vielzahl von zugbelasteten Elementen verbunden ist.
7. Plattform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf ihrer
Oberfläche biegesteife Rahmen zur Aufnahme von Konzentratoren angebracht
sind.
8. Plattform nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rahmen über
eine Vielzahl von Drähten oder Seilen mit einem Balastbehälter verbunden
sind.
9. Plattform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Viel
zahl von Fresnel-Linsen gebildet ist.
10. Plattform nach Anspruch 2 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rezepto
ren oberhalb des unteren Bodens unter der Plattform angeordnet sind.
11. Plattform nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß über dem Umfang
verteilt Rollen mit vertikaler Achse angeordnet sind, die von einem Ring
von mindestens gleicher Höhe umfaßt werden.
12. Plattform nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen auf ei
nem schwimmenden ringförmigen Träger montiert sind.
13. Plattform nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Rollen mit An
triebsvorrichtungen zur Drehung der Plattform angeordnet sind.
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- 1989-10-17 DE DE3934517A patent/DE3934517A1/de not_active Withdrawn
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |