WO2021254549A1 - Transparente kunststofffolie zur zurückhaltung und wiederverwertung von kondenswasser aus dem boden und zur solarstromproduktion - Google Patents

Transparente kunststofffolie zur zurückhaltung und wiederverwertung von kondenswasser aus dem boden und zur solarstromproduktion Download PDF

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    • Y02P60/00—Technologies relating to agriculture, livestock or agroalimentary industries
    • Y02P60/12—Technologies relating to agriculture, livestock or agroalimentary industries using renewable energies, e.g. solar water pumping

Definitions

  • Cover foils / tarpaulins for the use of condensation water against soil drying out and for the simultaneous generation of solar power in agriculture.
  • the current covering foils do not have any solar power generation technology and can therefore not use the covered areas as efficiently and economically as is possible with solar power generation technology.
  • the problem The current films either allow too much condensation water to escape from the soil into the atmosphere or they allow too little or no rainwater to get into the soil.
  • the invention specified in claim 1 is based on the problem of letting through as much rainwater as possible from above - evenly distributed - and at the same time intercepting the condensation water from below and also allowing it to drip back into the earth evenly distributed.
  • the area of the film should be able to be used for solar power production in order to create additional income for the agricultural operation, while the energetic and economic amortization should be as short as possible, or should be less than a year.
  • the new film described here has funnel-shaped recess structures that are pressed into the film. In the middle of the "funnel shapes" there is a simple and small water-permeable air-tight chamber to let the rainwater through but to keep condensation water vapor under the film.
  • the additional function of the film is the generation of solar power and thereby the creation of additional income for the farm.
  • the film to be described has three layers, with a thin Grätzel solar cell layer (US5084365A) (also organic solar cell, dye-sensitized solar cell, DSSC, DYSC or DSC) in the middle layer. (The energetic amortization of this type of solar cell is generally only a few months, and the materials used are comparatively low-priced.).
  • FIGS. 1 to 3. Show it:
  • FIG. 1 shows a possible surface structure of the film, cross-section of the film, cross-section of a water-permeable air-sealing chamber
  • FIG 1 a possible, grid-like surface structure of the three-layer film (1) is shown.
  • the funnel-shaped depressions (2) can have a flexible diameter, approx. 20-30cm each.
  • the depression itself should be at least 1 cm deep.
  • In the middle of the recess there is a water passage and air seal chamber with a diameter of approx. 1 cm (4). In the illustration you can see its function in rainy weather.
  • On the underside of the water-through-air seal chamber has an additional circular drip edge, also as shown. This drip edge is used to ensure that no drops of condensation water can get to the chamber and there could be absorbed by the textile material and released into the atmosphere.
  • the funnel-shaped depressions also ensure, when viewed from below, that the condensation water drops quickly on the underside of the "funnel", as the condensed water vapor on the sloping foil surfaces forms into drops more quickly due to the force of gravity.
  • the color of the central "Grätzel / dye cell layer" (5) of the overall transparent film should ideally be green and tinted. Firstly, to look more natural and, secondly, to prevent drops hanging below the film from being exposed to light Bundle too much and could ignite a fire.
  • the top plastic layer should consist of non-flammable plastic. With this property of being non-flammable, the film could also be laid as a fire protection belt around settlements in particularly fire-prone regions.
  • the film can be produced in strips several meters wide. In order to obtain a film cover that is as closed as possible on the field, the individual film strips can be connected.
  • the connections ideally consist of flexible rubber ropes, easily stretchable tension springs or “spring cables” (similar to “ski pass holders”) to ensure an "emergency opening" between the foils in a storm and thus to protect the foil from tearing as a whole.
  • the solar power is taken from the edge of the film at a distance of several meters and fed via power cable to a central storage unit or into the power grid.
  • FIG. 2 shows a device for letting moist outside air get under the film at night.
  • small electric motors (8) are attached to the edges of the film webs. These lift the tarpaulin at sunset by moving up on a gear rod (7). At sunrise, the film then goes down again.
  • the electric motors can be time, light or remote controlled. The electric motors are driven by the solar power generated by the film.
  • Figure 3 shows a possible equipping of fields and fields with the film invention described in the immediate vicinity of an agricultural operation and thus in the vicinity of a power connection.
  • a connected "charging station" directly on the farm or in the nearest town would be conceivable.

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Abstract

Bei der Erfindung handelt es sich um eine transparente Kunststoffolie (1) zur Kondenswasser-Nutzung gegen Bodenaustrocknung und zur gleichzeitigen Solarstromerzeugung in der Landwirtschaft. Mit der Erfindung wird erreicht, dass Regenwasser nahezu verlustfrei von oben durch die transparente Kunststofffolie (1) durchdringt und Kondenswasser von unten nahezu verlustfrei aufgehalten wird. Dafür besitzt die neue und hier beschriebene Folie (1) trichterförmige Vertiefungen (2), die in die Folie (1) gepresst werden. In der Mitte der trichterförmigen Vertiefungen (2) befindet sich jeweils eine einfache und kleine Wasserdurchlass-Luftabschlusskammer (4), um das Regenwasser durchzulassen aber Kondenswasserdampf unter der Folie (1) zu behalten. Die zusätzliche Funktion der Folie (1) ist die Generierung von Solarstrom. Zur Solarstromgewinnung ist die zu beschreibende Folie (1) dreischichtig, wobei sich in der mittleren Schicht eine dünne und transparente Solarzellenschicht befindet.

Description

Beschreibung
„Transparente Kunststofffolie zur Zurückhaltung und Wiederverwertung von Kondenswasser aus dem Boden und zur Solarstromproduktion"
Technisches Gebiet:
Abdeckungsfolien/-planen zur Kondenswasser-Nutzung gegen Bodenaustrocknung und zur gleichzeitigen Solarstromerzeugung in der Landwirtschaft.
Bekannter Stand der Technik sowie die Mängel der bisher bekannten Ausführungen: Es gibt Folien zur Abdeckung von Äckern und Feldern zum Schutz vor Schädlingen oder zur Bodentemperaturbeeinflussung. Diese sind zur Vermeidung der Austrocknung der darunterliegenden Böden jedoch ungeeignet aus folgenden Gründen.
Nachteile bei aktuellen Folien mit Löchern:
Die aktuellen Folien mit kleinen oder großen Löchern, durch welche Regenwasser zur Bewässerung zwar durchfließen kann, lassen bei Sonneneinstrahlung jedoch große Mengen Kondenswasser aus dem Boden wieder in die Atmosphäre entweichen und können so eine Austrocknung des Bodens darunter nicht verhindern.
Da diese Folien zudem keine trichterförmigen Oberflächenstrukturen haben, verteilt sich auch das Regenwasser, vor allem bei hanglagigen Feldflächen, ungleichmäßig auf der Folie, bzw. fließt schnell über die Folie hangabwärts ab und gelangt daher auch nur ungleichmäßig verteilt unter die Folie und in den Boden.
Nachteile aktuell bei Folien ohne Löcher:
Zwar kann Kondenswasser unterhalb der Folie gehalten werden, Regenwasser jedoch kann nicht direkt unter die Folie gelangen um die Pflanzungen mit weiterer Feuchtigkeit zu versorgen. Zusätzlicher Nachteil bei beiden Folientypen:
Die aktuellen Abdeckungsfolien besitzen keine Solarstromgewinnungstechnik und können somit die bedeckten Flächen nicht so effizient energetisch und wirtschaftlich nutzen, wie es mit Solarstromgewinnungstechnik möglich ist.
Darlegung, welches technische Problem sich gestellt hat und mit welchen Mitteln dieses Problem gelöst wurde:
Das Problem: Die aktuellen Folien lassen entweder zu viel Kondenswasser aus dem Boden in die Atmosphäre entweichen oder sie lassen zu wenig oder kein Regenwasser in den Boden gelangen.
Der im Schutzanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde möglichst viel Regenwasser von oben durchzulassen - gleichmäßig verteilt - und gleichzeitig das Kondenswasser von unten abzufangen und ebenfalls gleichmäßig verteilt wieder in die Erde abtropfen zu lassen. Zudem soll die Fläche der Folie für die Solarstromherstellung genutzt werden können, um ein Zusatzeinkommen für den landwirtschaftlichen Betrieb zu schaffen, während die energetische und wirtschaftliche Amortisation möglichst kurz sein soll, bzw. unter einem Jahr liegen soll.
Dieses Problem wird mit den im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.
Mit der Erfindung wird erreicht, dass Regenwasser nahezu verlustfrei von oben durch die transparente Kunststofffolie durchdringt und Kondenswasser von unten nahezu verlustfrei aufgehalten wird. Dafür besitzt die neue und hier beschriebene Folie trichterförmige Vertiefungsstrukturen, die in die Folie gepresst werden. In der Mitte der „Trichterformen" befindet sich jeweils eine einfache und kleine Wasserdurchlass-Luftabschlusskammer, um das Regenwasser durchzulassen aber Kondenswasserdampf unter der Folie zu behalten.
Die zusätzliche Funktion der Folie ist die Generierung von Solarstrom und dadurch die Schaffung eines Zusatzeinkommens für den landwirtschaftlichen Betrieb. Zur Solarstromgewinnung ist die zu beschreibende Folie dreischichtig, wobei sich in der mittleren Schicht eine dünne Grätzel-Solarzellenschicht (US5084365A) (auch Organische Solarzelle, Farbstoffsolarzelle; englisch dye-sensitized solar cell, kurz DSSC, DYSC oder DSC) befindet (Die energetische Amortisierung dieser Solarzellenart beträgt generell nur wenige Monate, ebenso sind die verwendeten Materialen vergleichsweise niedrigpreisig.).
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Schutzanspruch 4 dargestellt. Damit in regenarmen Perioden nachts feuchte Luft unter die Folie gelangt, zur Befeuchtung des Bodens, können kleine Elektromotoren ungefähr alle 10 m an den Randseiten der Folienbahnen angebracht werden. Diese heben die Plane bei Sonnenuntergang an diesen Stellen um ca. 1 m an, indem sie an einem Zahnradstab noch oben fahren. Die ganze Nacht kann dann feuchte Luft aus der Atmosphäre unter die Folie und dort in die Erde eindringen. Bei Sonnenaufgang fahren diese Elektromotoren wieder nach unten, um eine Austrocknung tagsüber zu verhindern.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Figuren 1 bis 3 erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine mögliche Oberflächenstruktur der Folie, Querschnitt der Folie, Querschnitt einer Wasserdurchlass-Luftabschlusskammer
Fig. 2 Folienhebe und -senkelektrik
Fig. 3 Folienplatzierungsbeispiel um einen landwirtschaftlichen Betrieb herum
In Figur 1 ist eine mögliche, gitterförmige Oberflächenstruktur der dreischichtigen Folie (1) dargestellt. Die trichterförmigen Vertiefungen (2) können einen flexiblen Durchmesser haben, mit ca. 20-30cm jeweils. Die Vertiefung selbst soll mindestens etwa 1 cm Tiefe betragen. In der Mitte der Vertiefung befindet sich eine Wasserdurchlass- Luftabschlusskammer von ca. 1 cm Durchmesser (4). In der Darstellung erkennt man dessen Funktion bei Regenwetter. An der Unterseite besitzt die Wasserdurchlass- Luftabschlusskammer eine zusätzliche kreisförmige Abtropfkante, ebenfalls wie dargestellt. Diese Abtropfkante dient dazu, dass keine Kondenswassertropfen bis zur Kammer gelangen können und dort vom enthaltenen Textilstoff aufgesogen und in die Atmosphäre abgegeben werden könnten.
Die trichterförmigen Vertiefungen sorgen zusätzlich, von unten gesehen, für eine schnelle Tropfenbildung des Kondenswassers an der Unterseite der „Trichter", da sich der kondensierte Wasserdampf an den schrägen Folienflächen aufgrund der Schwerkraft schneller zu Tropfen formt.
Die Folienfarbe betreffend, soll die Farbe der mittigen „Grätzel-/Farbstoffzellenschicht" (5) der insgesamt transparenten Folie am besten grün und getönt sein. Erstens um natürlicher auszusehen und zweitens, um zu verhindern, dass Tropfen, die unterhalb der Folie hängen, Licht zu stark bündeln und Feuer entzünden könnten.
Zur Sicherheit soll die obere Kunststoffschicht aus nicht-entflammbarem Kunststoff bestehen. Mit dieser Eigenschaft, also nicht brennbar zu sein, könnte die Folie auch in besonders feuergefährdeten Regionen als Feuerschutzgürtel um Siedlungen herum verlegt werden.
Die Folie kann in Bahnen von mehreren Metern Breite hergestellt werden. Um eine möglichst geschlossene Foliendecke auf dem Feld zu erhalten, können die einzelnen Folienbahnen verbunden werden. Die Verbindungen bestehen idealerweise aus flexiblen Gummiseilen, leicht dehnbaren Zugfedern oder „Federseilzügen" (ähnlich „Skipasshaltern"), um bei Sturm eine „Notöffnung" zwischen den Folien zu gewährleisten und so die Folie insgesamt vor einem Zerreißen zu schützen.
Der Solarstrom wird am Rand der Folie im Abstand von mehreren Metern abgenommen und per Stromkabel zu einer zentralen Speichereinheit oder ins Stromnetz geleitet.
Figur 2 zeigt eine Vorrichtung, um nachts feuchte Außenluft unter die Folie gelangen zu lassen. Dazu sind kleine Elektromotoren (8) an den Randseiten der Folienbahnen angebracht. Diese heben die Plane bei Sonnenuntergang an, indem Sie an einem Zahnradstab (7) noch oben fahren. Bei Sonnenaufgang fährt die Folie dann wieder hinunter. Die Elektromotoren können zeit-, licht- oder ferngesteuert agieren. Die Elektromotoren werden mit dem von der Folie erzeugten Solarstrom angetrieben.
Figur 3 zeigt eine mögliche Bestückung von Feldern und Äckern mit der beschriebenen Folienerfindung in direkter Umgebung eines landwirtschaftlichen Betriebes und somit in der Nähe zu einem Stromanschluss. Je nach produzierter Strommenge wäre auch eine angeschlossene „Stromtankstelle" direkt auf dem Hof oder in der nächstgelegenen Ortschaft denkbar. Bezugszeichenliste
(1) Dreischichtige Folie mit Grätzelzellenschicht in naturähnlichem Grün
(2) Vertiefung
(3) Erhebung
(4) Wasserdurchlass-Luftabschlusskammer mit saugfähiger Kunstfasertextilfüllung (mit vergrößerter Darstellung bei Regen; am unteren Rand besitzt die Kammer eine Abtropfkannte)
(5) Vergrößerte Darstellung der 3 Schichten der Folie mit der mittigen Grätzelzellenschicht
(6) Loch für Zahnradstab
(7) Zahnradstab
(8) Kleiner Elektromotor mit Zahnrad

Claims

Schutzansprüche
1. Transparente Kunststofffolie zur Zurückhaltung und Wiederverwertung von Kondenswasser aus dem Boden und zur Solarstromproduktion mit mittiger Farbstoffsolarzellenschicht und einer Struktur von trichterförmigen Vertiefungen mit darin befindlichen Wasserdurchlass-Luftabschlusskammern zur Bodenfeuchtigkeitsregulierung dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (2) Regenwassersammeln können und die Wasserdurchlass- Luftabschlusskammern (4) dieses unter die Folie durchlassen aber dennoch so luftdicht sind, dass möglichst wenig Kondenswasserdampf von unter der Folie entweichen kann.
2. Folie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die trichterförmigen Vertiefungen (2) mindestens 1 cm, maximal 5 cm, vorzugsweise 3 cm an der tiefsten Stelle tief sind.
3. Folie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserdurchlass-Luftabschlusskammern (4) in den trichterförmigen Vertiefungen (2) mindestens 0,8 cm, maximal 1,5 cm, vorzugsweise 1 cm Durchmesser haben und mit einer saugfähigen Kunstfasertextilfüllung vollständig befüllt sind und an der Unterseite eine Abtropfkante besitzen.
4. Folie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass kleine Elektromotoren mit einem Zahnrad (8), die an Zahnradstäben (7) hoch und runter fahren, ein Heben und Senken der Folie ermöglichen.
5. Folie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine solarstromproduzierende Schicht (5) in der Folie integriert ist.
6. Folie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Schichten transparent und die Farbstoffsolarzellenschicht getönt (5) ist.
PCT/DE2020/000176 2020-06-19 2020-07-30 Transparente kunststofffolie zur zurückhaltung und wiederverwertung von kondenswasser aus dem boden und zur solarstromproduktion WO2021254549A1 (de)

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