DE4017059C2 - Thermoelectric device for converting solar energy into electrical energy - Google Patents
Thermoelectric device for converting solar energy into electrical energyInfo
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- H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
Description
Die Erfindung betrifft eine thermoelektrische Vorrichtung zur Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie, bei der die Sonnenstrahlung mittels einer der Strahlung nachstellbaren Sammellinse zur Erwärmung von Thermoelementen mit positiven und negativen Schenkeln fokussiert wird.The invention relates to a thermoelectric device for Converting solar energy into electrical energy at the solar radiation by means of a radiation which can be adjusted Collective lens for heating thermocouples with positive and negative legs is focused.
Bei der Fotovoltaik ist es bekannt, verschiedene Solar-Zellen einzusetzen, z. B. Silizium- oder Farbstoff-Zellen (LSC lumi neszierende Solar-Konzentrationen).In photovoltaics it is known to have various solar cells use, e.g. As silicon or dye cells (LSC lumi nescent solar concentrations).
Nachteilig ist es, daß sie eine große Fläche benötigen, die bei der Raumfahrt erst im Kosmos zur Entfaltung kommen kann. Ihr Wirkungsgrad ist niedrig. Außerdem sind die Zellen noch relativ teuer.The disadvantage is that they require a large area, the can only develop in space in space. Their efficiency is low. Besides, the cells are still there relative expensive.
Aus der CH-PS 108 354 ist eine thermoelektrische Vorrichtung zur Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie bekannt, bei der die Sonnenstrahlung mittels einer Zylinder- Sammellinse in eine Brennlinie fokussiert wird, in der die heißen Lötstellen einer aus mehreren in Reihe verbundenen Thermoelementen bestehenden Thermosäule angeordnet sind. Die kalten Lötstellen der Thermosäule werden durch ein Kühlmittel gekühlt. Die Zylinder-Sammellinse kann so geschwenkt werden, daß die Sonnenstrahlen senkrecht auf sie einfallen.CH-PS 108 354 is a thermoelectric device for converting solar energy into electrical energy known in which the solar radiation by means of a cylindrical Focusing lens is focused in a focal line in which the hot solder joints one of several connected in series Thermocouples existing thermopile are arranged. The cold solder joints of the thermopile are caused by a coolant chilled. The cylinder converging lens can be swiveled so that the sun's rays fall perpendicularly on them.
Aus der DE-OS 36 38 317 A1 ist ebenfalls eine thermoelek trische Vorrichtung zur Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie bekannt, bei der die Sonnenstrahlen mittels einer Sammellinse auf die heißen Lötstellen einer Thermosäule fokussiert werden, deren kalte Lötstellen durch die Umgebung gekühlt werden.DE-OS 36 38 317 A1 is also a thermoelectric trical device for converting solar energy into electrical energy known at the sun's rays using a converging lens on the hot solder joints Thermopile are focused, the cold solder joints through the environment can be cooled.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine thermoelektrische Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß ein hoher Carnotsche Wirkungsgrad erzielt wird und die Energieleistung verhältnismäßig leicht regelbar ist.The present invention is based on the object a thermoelectric device of the entry mentioned type so that a high Carnot efficiency is achieved and the energy output is relatively easy to regulate.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei der eingangs aufgeführten thermoelektrischen Vorrichtung im Brenn punkt der Sammellinse eine Wärmeplatte angeordnet ist, welche die erzeugte Wärmeenergie mit Hilfe eines Wärmeleitsystems zu den negativen Schenkeln leitet, während die positiven Schenkel gekühlt sind.This object is achieved in that The thermoelectric device in the furnace mentioned at the beginning A hot plate is arranged at the point of the converging lens, which the thermal energy generated with the help of a heat conduction system conducts the negative legs while the positive legs are cooled.
In Weiterbildung der Erfindung ist strahleneingangsseitig vor der Sammellinse eine verstellbare Blende angeordnet, derart, daß der erzeugte elektrische Strom über die Blendenverstellung automatisch regelbar ist.In a further development of the invention, the radiation input side is in front the converging lens arranged an adjustable aperture, such that that the electrical current generated via the diaphragm adjustment is automatically adjustable.
Die Vorrichtung nach der Erfindung setzt sich aus folgenden Bauteilen zusammen: aus einer automatisch verschließbaren Blende, mindestens drei Selen-Zellen, mindestens drei Schritt motoren, aus einem geschlossenen Behälter, einer Sammellinse, einer Wärmeplatte, einem Eternit-Dichtungsring, einer Kupfer- Halbkugel, einem Wärmeleiter, einem Verteiler, mehreren negativen Thermoelementschenkeln, einer Halterung, einem Ring mit mehreren positiven Thermoelementschenkeln und genauso vielen Kühlungs-Öffnungen, mehreren verschiedenen Eternit- Dichtungen, zwei Dreipunkt-Haltern, zwei Gegengewichten aus Blei, einer Begrenzung, die zugleich als Abdichtung des Wär mesystems dient, einem Eternit-Dichtungsring, einem axialen Kugellager, sowie einer Verbindungsmuffe, die die Halterung mit dem dritten Schrittmotor verbindet.The device according to the invention consists of the following Components together: from an automatically lockable Aperture, at least three selenium cells, at least three steps motors, from a closed container, a converging lens, a hot plate, an Eternit sealing ring, a copper Hemisphere, a heat conductor, a distributor, several negative thermocouple legs, a bracket, a ring with several positive thermocouple legs and the same many cooling openings, several different eternit Seals, two three-point brackets, two counterweights Lead, a limitation that also acts as a seal of heat mesystems serves, an Eternit sealing ring, an axial Ball bearing, as well as a connecting sleeve that the bracket connects to the third stepper motor.
In Weiterbildung der Erfindung sind die drei Selen-Zellen als Dreipunkt angeordnet und mit Hilfe eines Rechners sind die drei Schrittmotoren so beeinflußbar, daß die Sonnenstrahlen stets senkrecht auf die Sammellinse treffen.In a further development of the invention, the three selenium cells are as Arranged in three points and with the help of a calculator three stepper motors so controllable that the sun's rays always hit the converging lens vertically.
Mit Hilfe eines Dreipunkt-Halters ist der geschlossene Behäl ter mit der Sammellinse und der Blende, die Wärmeplatte und ein Eternit-Dichtungsring mittels zwei Schrittmotoren in zwei entgegengesetzte Richtungen schwenkbar und der dritte Schritt motor ermöglicht eine Drehung um eine vertikale Achse (Y), so daß von der Sammellinse eine Halbkugel abdeckbar ist.With the help of a three-point holder is the closed container ter with the converging lens and the aperture, the heating plate and an Eternit sealing ring using two stepper motors in two opposite directions pivotable and the third step motor enables rotation around a vertical axis (Y), see above that a hemisphere can be covered by the converging lens.
Die Begrenzung ist gemäß der Erfindung mit Anschlägen ver sehen, die derartig ausgebildet sind, daß sie für die Bewegung des geschlossenen Behälters nach beiden Seiten eine Begrenzung darstellen und dadurch ein Kippen verhindern und eine Wärme- Dichtung für das Wärmeleitsystem bilden.The limit is ver according to the invention with stops see who are trained to move of the closed container a limitation on both sides represent and thereby prevent tipping and a heat Form a seal for the heat conduction system.
Nach der Erfindung sind mehrere Vorrichtungen vorgesehen und zusammenschaltbar ausgebildet.According to the invention, several devices are provided and interconnectable trained.
Vorteilhaft ist es, daß die negativen und die positiven Schenkel in mehreren Etagen angeordnet sind.It is advantageous that the negative and the positive legs are arranged in several floors.
Der Raum des geschlossenen Behälters ist zwischen der Sammel linse und der Wärmeplatte luftleer.The space of the closed container is between the collection lens and the hot plate are empty.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung, in der ein Ausfüh rungsbeispiel schematisch dargestellt ist, näher erläutert.The invention is based on the drawing in which an Ausfüh Example is shown schematically, explained in more detail.
Hierbei zeigen:Here show:
Fig. 1 eine Seitenansicht der Thermoelektrischen Vorrich tung im Schnitt und Fig. 1 is a side view of the thermoelectric Vorrich device in section and
Fig. 2 einen Grundriß der Fig. 1. Fig. 2 is a plan view of FIG. 1.
Sobald und solange die Sonne scheint, wirken die Sonnenstrah len senkrecht auf die bikonvexe Sammellinse 4 ein und erzeugen im Brennpunkt eine hohe Temperatur, die mit Hilfe von Wärme leitern 6, 8 und 13 zum Verteiler 19 und zu den negativen Schenkeln 18 weitergeleitet wird. Die positiven Schenkel 20 werden mit Hilfe des Welt-Raumes oder in der Atmosphäre durch Ventilation direkt gekühlt, so daß es bei Verbindung der positiven mit den negativen Schenkeln zur Erzeugung von elek trischem Strom kommt.As soon as and as long as the sun is shining, the sun rays act vertically on the biconvex converging lens 4 and generate a high temperature at the focal point, which is conducted with the aid of heat conductors 6 , 8 and 13 to the distributor 19 and to the negative legs 18 . The positive legs 20 are directly cooled with the help of the world space or in the atmosphere by ventilation, so that when the positive legs are connected to the negative legs, electric current is generated.
Aus der Fig. 1 läßt sich die Montage einer thermoelektrischen Vorrichtung wie folgt entnehmen. Zuerst werden im Halter 22 Eternit-Dichtungen 14, 17 und 21 eingepaßt. Danach wird der Verteiler 19 mit den negativen Schenkeln 18 eingesetzt, wobei der Verteiler 19 mit dem Wärmeleiter 13 versehen wird. Es folgt sodann der Eternit-Dichtungsring 15 und der Ring 16, in den zuvor die positiven Schenkel 20 montiert wurden. Die so entstandene Untergruppe kann mit dem Halter 22 mit Hilfe der Verbindungs-Muffe 23 mit dem Schrittmotor 24 zu einer Einheit vereinigt werden. Das Ganze wird dann mit einem Axial-Kugellager 25 in einer festen Unterlage verankert. Damit kann man den unteren Teil der thermoelektrischen Vorrichtung um die Achse y drehen.The assembly of a thermoelectric device can be seen from FIG. 1 as follows. First, 22 Eternit seals 14 , 17 and 21 are fitted in the holder. Thereafter, the distributor 19 with the negative legs 18 is inserted, the distributor 19 being provided with the heat conductor 13 . Then there is the Eternit sealing ring 15 and the ring 16 , in which the positive legs 20 were previously mounted. The subgroup thus created can be combined with the holder 22 with the aid of the connecting sleeve 23 with the stepper motor 24 to form a unit. The whole is then anchored with an axial ball bearing 25 in a solid base. This allows the lower part of the thermoelectric device to be rotated about the axis y.
Danach wird auf den Halter 22 die Begrenzung 10 mit ihren Anschlägen und dem Eternit-Dichtungsring 9 montiert, außerdem wird auf den Wärmeleiter 13 die Kupfer-Halbkugel 8 befestigt. Damit ist das Wärmesystem komplett. Mit Hilfe zweier Bolzen, die mit je einem Schrittmotor versehen sind, wird ein Dreipunkt-Halter 11 an der Begrenzung 10 so befestigt, daß er schwenken kann, wobei sich im unteren Teil Ausgleichgewichte 12 befinden. Im oberen Teil wird sodann der geschlossene Behälter 5 aufgesetzt.Thereafter, the limit 10 with its stops and the Eternit sealing ring 9 is mounted on the holder 22 , and the copper hemisphere 8 is also attached to the heat conductor 13 . The heating system is now complete. With the help of two bolts, each provided with a stepper motor, a three-point bracket 11 is attached to the limit 10 so that it can pivot, with balance weights 12 in the lower part. The closed container 5 is then placed in the upper part.
Zuvor wird der geschlossene Behälter 5 mit der Wärmeplatte 6, dem Eternit-Dichtungsring 7 und der bikonvexen Sammellinse 4 sowie einer durchsichtigen Folie und der Blende 2 mit den Selen- Zellen 3 ausgestattet, wobei der geschlossene Behälter 5 luft leer gesaugt wurde.Prior to this, the closed container 5 is equipped with the hot plate 6 , the Eternit sealing ring 7 and the biconvex collecting lens 4, as well as a transparent film and the diaphragm 2 with the selenium cells 3 , the closed container 5 being sucked empty of air.
In Fig. 1 ist nur eine Etage von negativen Schenkeln 18 und positiven Schenkeln 20 eingezeichnet. Außerdem fehlen die Verbindungen zwischen ihnen und die automatische Steuerung der Blende 2 sowie der Computer der die Schrittmotoren 24 steuert.In Fig. 1 only one tier of negative legs 18 and 20 positive legs is shown. In addition, the connections between them and the automatic control of the diaphragm 2 and the computer that controls the stepper motors 24 are missing.
Claims (9)
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Publications (2)
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Family Applications (1)
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1990
- 1990-05-26 DE DE4017059A patent/DE4017059C2/en not_active Expired - Fee Related
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