DE3934517A1 - Solar-plattform - Google Patents

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.