DE4307236C2 - Sonnenenergiebetriebene Anlage - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine sonnenenergiebetriebene Anlage mit einem von der Erdoberfläche und einem darüber errichteten, für Sonnenstrahlung durchlässigen Dach be­ grenzten flachen Raum, einem von dem Dach fußseitig umgebenen vertikalen Kamin zur Führung der seitlich in den Luftraum eintretenden und darin sich aufheizenden Luft nach auf­ wärts und einem in dem Kamin angeordneten, von der Strömung um eine in der Strömungs­ richtung liegende Achse angetriebenen Rotor.

Derartige Anlagen sind unter der Bezeichnung "Aufwindkraftwerke" bekannt (siehe DE 41 04 770 A1), deren Zweckbestimmung darin besteht, die von dem Rotor gelieferte Energie zur Verbraucherstromversorgung in elektrische Energie umzuwandeln. Diese Zweckbestim­ mung dient also der Schaffung umweltfreundlicher Alternativenergiequellen, die zumindest teilweise herkömmliche Wärmekraftwerke oder thermonukleare Kraftwerke ersetzen sollen. Die Wirkungsweise derartiger sonnenenergiebetriebener Anlagen besteht darin, daß sich un­ ter dem für die Sonnenstrahlung durchlässigen Dach die Luft unter dem Einfluß der Sonnen­ einstrahlung erwärmt und somit als Aufwind durch den Kamin strömt. Durch diesen Aufwind wird der mit seiner Drehachse horizontale Rotor um seine vertikale Achse angetrieben, wo­ durch an dem Rotor nutzbare Energie zur Verfügung steht.

Als Standorte für derartige sonnenenergiebetriebene Anlagen sind vor allem die gro­ ßen Wüstengebiete der Erde geeignet, weil dort einerseits eine starke Sonneneinstrahlung stattfindet und andererseits große freie Flächen zur Verfügung stehen, deren Überbauung mit großflächen Dächern ohne weiteres möglich ist. Allerdings besteht bei diesen Wüstenstand­ orten die Schwierigkeit, die von einem mit dem Rotor mechanisch gekoppelten elektrischen Generator erzeugte elektrische Energie zu den weit davon entfernten Verbrauchsorten zu leiten, was einerseits sehr wohl Investitionskosten für die Fernleitungen und andererseits große Leitungsverluste nach sich zieht. Außerdem tragen die Aufwindkraftwerke zur Ent­ wicklung und Erschließung ihrer Wüstenstandorte selbst nichts bei, weil die erzeugte elek­ trische Energie von vornherein für die Übertragung an Wärmebenutzungsorte vorgesehen ist.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine sonnenenergiebe­ triebene Anlage der eingangs genannten Art dahingehend auszubilden, daß sie nach Art einer künstlichen Oase ihren an sich lebensfeindlichen Standort in einem Trockengebiet unmittelbar für die Bedürfnisse des menschlichen Lebens erschließt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Raum durch ein sich zwischen dem Dach und der Erdoberfläche erstreckendes Zwischendach in einen von dem Zwischendach und der Erdoberfläche begrenzten Pflanzraum für einen Anbau von Pflanzen und einen von dem Zwischendach und dem Dach begrenzten Strömungsraum zur Zuführung der Luft zum Kamin unterteilt ist, und daß durch von dem Rotor gelieferte Energie ange­ triebene Pumpen zur Bewässerung der Pflanzen in dem Pflanzraum vorgesehen sind.

Durch die Unterteilung des zwischen der Erdoberfläche und dem Dach eingeschlos­ senen Raumes mittels des Zwischendaches wird also über der Erdoberfläche ein Pflanzraum geschaffen, der besonders gute Bedingungen für landwirtschaftlichen Anbau bietet, weil einer­ seits durch eine geeignete Wahl der Lichtdurchlässigkeit des Materials für das Zwischendach die in dem Pflanzraum kultivierten Gewächse vor übermäßiger, also versengender Sonnenein­ strahlung geschützt und damit eine optimale Belichtung eingestellt werden kann. Andererseits steht wegen des aufwindbetriebenen Rotors eine große Energiemenge zur Verfügung, die zum Antrieb von Pumpen für Grundwasser oder Bewässerungswasser aus anderen Resour­ cen benutzt wird. Damit ist eine ausreichende Bewässerung der Anbaufläche sichergestellt.

Zwischen der Erdoberfläche und dem Zwischendach kann somit eine optimale Feucht­ atmosphäre, wie in einem Treibhaus, eingestellt werden, wobei das Zwischendach eine übermäßige Verdunstung verhindert und damit der Verbrauch an kostbarem Bewässerungs­ wasser kleingehalten wird. Insbesondere kann das Zwischendach an den Rändern des überdachten Bereichs der Erdoberfläche bis zur Erdoberfläche heruntergezogen sein, um auch die seitliche Abdunstung der Feuchtigkeit zu begrenzen. Allerdings darf das Zwischen­ dach keinen hermetischen Abschluß des Pflanzraums bewirken. Vielmehr ist es mit einer aus­ reichenden Fläche an Belüftungsöffnungen versehen, deren Öffnungsquerschnitt insbeson­ dere verstellbar sein kann, um je nach den herrschenden Gegebenheiten eine optimale Atmosphäre in dem Pflanzraum einzustellen.

Die zur Bildung des Aufwindes dienende Luftströmung findet also in dem oberhalb des Pflanzraumes durch das Zwischendach und das Dach abgegrenzten Strömungsraum statt. Diese bei Sonneneinstrahlung ständig herrschende Luftströmung verhin­ dert auch vorteilhaft einen Wärmestau oberhalb des Pflanz­ raumes, so daß auch hierdurch unerwünschte Temperaturanstiege in dem Pflanzraum über das für das Pflanzenwachstum zuträgliche Maß hinaus nicht stattfinden können.

Die solchermaßen ausgebildete sonnenenergiebetriebene Anlage stellt somit eine künstliche Oase in ihrem Wüstenstand­ ort dar und schafft damit Lebensbedingungen für eine Besiedlung durch Menschen. Darüberhinaus ist zu erwarten, daß durch den intensiven Pflanzenbewuchs in dem überdachten Areal der Erd­ oberfläche ein allmähliches Hinausgreifen der Vegetation in die umliegenden Gebiete stattfinden kann und damit nicht nur das überdachte Areal sondern auch die weitere Umgebung der Anlage mit besseren Lebensbedingungen ausgestattet wird. Besonders in Ländern, bei denen große Anteile des Staatsgebietes von Wüsten­ flächen eingenommen werden, stellen diese künstlichen Oasen eine hervorragende Möglichkeit zur Entlastung der hohen Besied­ lungsdichte der wenigen natürlich bewohnbaren Anteile dar.

In der folgenden Beschreibung ist ein Ausführungsbei­ spiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt der gesamten sonnenenergiebe­ triebenen Anlage,

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus dem überdachten Bereich des Vertikalschnittes von Fig. 1, und

Fig. 3 einen weiter vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 2, in dem der in Fig. 2 schematisch dargestellte Pflanzraum deutlicher ersichtlich ist.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, weist eine sonnenenergiebetriebene Anlage ein beispielsweise in der Wüste über der Erd­ oberfläche 7 errichtetes, kreisförmiges, im wesentlichen ho­ rizontales Dach 1 auf, das für Sonnenstrahlung durchlässig ist. Dieses Dach 1 begrenzt zwischen sich und der Erdoberfläche 7 einen flachen Raum 2, der gemäß der weiter unten näher er­ läuterten Darstellung von Fig. 2 und 3 durch ein sich im we­ sentlichen parallel zur Erdoberfläche 7 erstreckendes Zwischen­ dach 6 in einen an die Erdoberfläche 7 angrenzenden Pflanzraum 8 und einen oberhalb des Pflanzraumes 8 gelegenen Strömungsraum 9 unterteilt ist, welcher oben von dem Dach 1 und unten von dem Zwischendach 6 begrenzt ist.

Wie in Fig. 1 und 2 durch einen Pfeil 3 angedeutet ist, tritt von den äußeren Rändern des Daches 1 her Luft in den Strömungsraum 9 ein. Die in dem Strömungsraum 9 befindliche Luft wird durch die einfallende Sonnenstrahlung aufgeheizt. Etwa im Zentrum des Strömungsraumes 9 ist auf der Erdoberfläche 7 ein mit dem Strömungsraum 9 strömungsmäßig in Verbindung ste­ hender vertikaler Kamin 4 errichtet, in dem die aufgeheizte Luft nach aufwärts geführt wird. Im Fußbereich dieses Kamins 4 ist mindestens ein durch die Strömungswirkung der Luft um eine vertikale Achse angetriebener Rotor 5 angeordnet. In dem darge­ stellten Beispiel ist der Rotor 5 mit einem elektrischen Gene­ rator als Baueinheit ausgeführt, wobei die von dem elektrischen Generator erzeugte elektrische Energie zum Antrieb von Grund­ wasserpumpen dient, an die ein den von dem Dach 1 überdeckten Bereich der Erdoberfläche 7 mit Bewässerungswasser versorgen­ des Rohrleitungssystem angeschlossen ist. Die Pumpen und das Rohrleitungssystem sind in der Zeichnung nicht dargestellt.

Bei den heute verfügbaren Bautechniken kann die Höhe des Kamins 4 und die Flächenausdehnung des in verhältnismäßig nied­ riger Höhe über der Erdoberfläche 7 errichteten Daches be­ trächtlich sein. Schon bei in herkömmlicher Weise durch­ geführten Versuchsanlagen von Aufwindkraftwerken weist der Kamin 4 eine Höhe von 200 m und einen Radius von 5 m auf. Der Raum 2 besitzt einen mittleren Durchmesser von etwa 240 m. Darüberhinaus lassen sich Kaminhöhen von etwa 500 m und dar­ über, sowie Räume 2 mit einem Durchmesser von mehr als 1000 m ohne weiteres verwirklichen.

Im einzelnen ist gemäß Fig. 2 das großflächige Dach 1, das von seinem äußeren Rand her zum Kamin 4 hin leicht an­ steigt, auf vertikalen Stützen a abgestützt, die auf der Erd­ oberfläche 7 gemäß einem bestimmten Rastermaß angeordnet sind. Um eine möglichst große freitragende Spannweite zwischen benachbarten vertikalen Stützen a zu erhalten, ist die eigent­ liche Fläche des Daches 1 durch sich zwischen den vertikalen Stützen a erstreckende Horizontalträger b unterstützt.

An den das Dach 1 tragenden vertikalen Stützen a ist ge­ mäß Fig. 2 und 3 auch das Zwischendach 6 angehängt. Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Zwischendach 6 horizontale Tragteile F auf, die an ihren Enden in geeigneter Höhe über der Erdoberfläche 7 jeweils an den vertikalen Stützen a festgelegt sind und auf denen die eigentliche Dachhaut d des Zwischendaches 6 ruht. Die Lichtdurchlässigkeit der Dachhaut d ist derart gewählt, daß sie eine für den Pflanzenwuchs in dem Pflanzraum 8 wünschenswerte Lichtdurchlässigkeit aufweist, je­ doch sengendes Sonnenlicht abhält.

Während der den Rotor 5 antreibende Luftstrom in dem Strömungsraum 9 geführt ist, findet in dem Pflanzraum 8 nur insoweit eine Belüftung statt, als sie für den Pflanzenwuchs erforderlich ist. Insbesondere kann das Zwischendach 6 am äußeren Rand des überdachten Raumes 2 heruntergezogen sein und nur steuerbare Luftzufuhröffnungen aufweisen. Erforderlichen­ falls können auch in dem horizontalen Bereich des Zwischen­ daches 6 geeignete Belüftungsöffnungen vorgesehen sein. Neben einer geregelten Belüftung kann hierdurch gleichzeitig die Luftfeuchtigkeit im Pflanzraum 8 auf einen gewünschten Wert eingestellt werden. In dem Pflanzraum 8 stellt sich dadurch eine Gewächshausatmosphäre ein, die bestmögliche Wachstums­ bedingungen für die angebauten Pflanzen bietet.

Als sehr zweckmäßig hat es sich erwiesen, wenn dem Pflanzenraum 8 eine - nicht dargestellte - Klimaanlage zugeordnet ist, die ebenfalls mit Hilfe der von Wind­ kraftgenerator gelieferten elektrischen Energie betrieben wird. Auch unter extremen Einstrahlungsbedingungen ist sicher­ gestellt, daß die Temperaturen im Pflanzraum 8 einen bestimm­ ten Wert nicht übersteigen. In diesem Raum läßt sich vielmehr ein ideales Klima aufrechterhalten.

Claims (1)

1. Sonnenenergiebetriebene Anlage mit einem von der Erdoberfläche und einem darüber errichteten, für Sonnenstrahlung durchlässigen Dach begrenzten flachen Raum, einem von dem Dach fußseitig umgebenen vertikalen Kamin zur Führung der seitlich in den Luftraum ein­ tretenden und darin sich aufheizenden Luft nach aufwärts und einem in dem Kamin angeord­ neten, von der Strömung um eine in der Strömungsrichtung liegende Achse angetriebenen Rotor, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum durch ein sich zwischen dem Dach und der Erdoberfläche erstreckendes Zwischendach in einen von dem Zwischendach und der Erdober­ fläche begrenzten Pflanzraum für einen Anbau von Pflanzen und einem von dem Zwischen­ dach und dem Dach begrenzten Strömungsraum zur Zuführung der Luft zum Kamin unterteilt ist, und daß durch von dem Rotor gelieferte Energie angetriebene Pumpen zur Bewässerung der Pflanzen in dem Pflanzraum vorgesehen sind.