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DE102006033816A1 - Verfahren zur Erzeugung von Elektroenergie und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zur Erzeugung von Elektroenergie und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens Download PDF

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DE102006033816A1
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heat transfer
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Uwe Vincenz
Marcel Vincenz
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/13—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the heat-exchanging means at the junction

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Elektroenergie aus Strahlungsenergie, insbesondere Sonnenstrahlung, und eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dabei wird mittels eines Sonnenkollektors (1) ein Wärmeträgermedium erwärmt und nach der Erwärmung einem thermoelektrischen Generator (2) zugeleitet, welcher auf seiner einen Seite mit der Temperatur des erwärmten Wärmeträgermediums beaufschlagt wird und an seiner anderen Seite mit einer niedrigeren Temperatur beaufschlagt wird, so dass eine zur Erzeugung einer Spannung ausreichende Temperaturdifferenz erzeugt wird und das Medium durch laminare beziehungsweise turbulente Durchströmung transportiert wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Elektroenergie aus Strahlungsenergie, insbesondere Sonnenstrahlung und eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Es ist bekannt, aus Strahlungsenergie, insbesondere Sonnenstrahlung, Energie zu gewinnen.
  • Zur Gewinnung von Elektroenergie ist es bekannt, photovoltaische Elemente einzusetzen.
  • Hierzu wurden in den letzten Jahren umfangreiche Forschungen und Entwicklungen durchgeführt.
  • Nunmehr findet diese Art der Gewinnung von Elektroenergie breite Anwendung und wird staatlich in großem Umfang gefördert.
  • Nachteilig hierbei sind die noch geringen Wirkungsgrade der photovoltaischen Elemente und die damit verbundene geringe Energieausbeute.
  • Auch bekannt ist die Nutzung der Sonnenstrahlung mittels Strahlungskollektoren und insbesondere Sonnenkollektoren, welche dazu dienen, Strahlungsenergie in Wärme umzuwandeln. Hierzu werden Absorber genutzt, mit denen die Strahlungsenergie aufgefangen und in Wärmeenergie umgesetzt wird. Die in dem Absorber entstandene Wärmeenergie wird dann auf ein Wärmeträgermedium übertragen, das in einem Wärmeträgerleiter umläuft, wobei der Wärmeträgerleiter mit dem Absorber in der Regel in thermisch leitender Verbindung steht. Das Wärmeträgermedium wird derzeit beispielsweise zur Heizung von Räumen, Schwimmbädern oder dergleichen genutzt werden.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Anordnung zur Erzeugung von Elektroenergie vorzuschlagen, welche die Nachteile des bekannten Standes der Technik beseitigt und unter Nutzung von Sonnenstrahlung Elektroenergie zur Verfügung stellt.
  • Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 in Zusammenhang mit den Merkmalen des Oberbegriffes. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Nachfolgend soll die Erfindung anhand der 1 bis 7 näher erläutert werden.
  • Die erfindungsgemäße Lösung gemäß 1 weist einen Sonnenkollektor 1 auf, mittels welchem ein Wärmeträgermedium erwärmt wird. Dazu wird vorzugsweise ein Wärmeträgermedium ausgewählt, welches für hohe Temperaturen geeignet ist. Das erwärmte Wärmeträgermedium wird durch laminare beziehungsweise turbulente Strömung einem Profil 3 zugeführt und erwärmt dieses.
  • Mit dem Profil 3 ist ein bekannter thermoelektrischer Generator 2 verbunden, welcher an seiner dem Profil 3 abgewandten Seite mit einem Kühlelement verbunden ist.
  • Durch die so erzeugte Temperaturdifferenz entsteht eine Spannung an den Anschlüssen des thermoelektrischen Generators 2.
  • Das Wärmeträgermedium wird nach Durchfließen des Profils 3 und dabei verminderter Wärmenergiekapazität wieder dem Kollektor zur Erwärmung zugeführt. Dieser Kreislauf des Wärmeträgermediums wird mittels bekannter Pumptechnik realisiert.
  • Eine Vergrößerung der Temperaturdifferenz verbessert die Energieausbeute aus dem thermoelektrischen Generator 2 und ist durch die nachfolgenden weiteren Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lösungen zu realisieren.
  • So zeigt 2 eine Ausführung der erfindungsgemäßen Lösung, bei welcher die Erwärmung der einen Seite des thermoelektrischen Generators 2 durch den Kreislauf des erwärmten Wärmeträgermedium wie in 1 ausgeführt ist, die gekühlte Seite des thermoelektrischen Generators 2 jedoch mit einem Profil 4 verbunden ist, welches von einem in einem Kühler 7 gekühlten Kühlmittel durchströmt wird, welches in einem Kühlkreislauf permanent gekühlt wird.
  • 3 zeigt eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung, bei welcher das Wärmeträgermedium in einem Speicher 5 zwischengespeichert wird und von diesem aus dem Profil 3 zugeführt wird. Mit dieser erfindungsgemäßem Ausgestaltung der Lösung ist eine Pufferung der gespeicherten Wärmeenergie möglich, welche beispielsweise in Nachtstunden eine kontinuierliche Energiegewinnung ermöglicht.
  • Eine weitere Varainte der erfindungsgemäßen Lösung zeigt 4. Hinter dem Speicher 5 ist ein Wärmetransformator 6 angeordnet, in welchem das Wärmeträgermedium durch Desorption weiter erwärmt und dem Profil 3 zugeführt und von dort zum Wärmetransformator 6 zurück geleitet wird. Die kalte Seite des Systems wird durch den Wärmetransformator 6 gekühlt und dem Kältekreislauf zugeführt.
  • 5 zeigt eine Variante, nach welcher das Wärmeträgermedium nach Durchlaufen des Profils 3 zum Kollektor zurückgeleitet wird.
  • In 6 wird eine Variante abgebildet, nach welcher das Wärmeträgermedium über den Kollektor 1 und durch den Wärmetransformator 6 erwärmt wird, dem Profil 3 zugeführt und über den Speicher 5 zum Kollektor 1 zurück geleitet wird.
  • Die kalte Seite des Systems wird durch den Wärmetransformator gekühlt und dem Kältekreislauf zugeführt.
  • Der thermoelektrische Generator ist wie bei allen anderen beschriebenen Varianten zwischen den Profilen 3 (warm) und (4) gelagert.
  • Der Wärme- als auch der Kältekreislauf werden laminar oder turbulent durchströmt.
  • Bei Nachtbetrieb wird der Kollektor 1 abgeschaltet und der Wärmetransformator 6 wird über den Speicher 5 betrieben.
  • 7 zeigt eine Variante, nach der das Wärmeträgermedium mittels Kollektor 1 und Wärmetransformator 6 erwärmt wird und nach Durchströmen des Profils 3 zum Speicher 5 und von diesem zum Kollektor 1 geleitet wird.
  • Bei Nachtbetrieb wird der Kollektor 1 abgeschaltet und der Wärmetransformator 6 wird über den Speicher 5 betrieben.

Claims (7)

  1. Verfahren zur Erzeugung von Elektroenergie, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Sonnenkollektors (1) ein Wärmeträgermedium erwärmt und nach der Erwärmung einem thermoelektrischen Generator (2) zugeleitet wird, welcher auf seiner einen Seite mit der Temperatur des erwärmten Wärmeträgermedium beaufschlagt wird und an seiner anderen Seite mit einer niedrigeren Temperatur beaufschlagt wird, so dass eine zur Erzeugung einer Spannung ausreichende Temperaturdifferenz erzeugt wird und das Medium durch laminare beziehungsweise turbulente Durchströmung transportiert wird.
  2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kollektor (1) mit einem Profil (3) zur Aufnahme eines thermoelektrischen Generators (2) mittels einer Rohrleitung verbunden ist und das Profil einen Rücklauf zum Kollektor aufweist und das der thermoelektrischer Generator (2) an seiner dem Profil (3) abgewandten Seite mit einem Kühlelement verbunden ist.
  3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gekühlte Seite des thermoelektrischen Generators (2) mit einem Profil (4) verbunden ist, welches von einem Kühlmittel durchströmt wird, welches in einem Kühlkreislauf permanent gekühlt wird.
  4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kollektor (1) und dem Profil (3) ein Speicher (5) angeordnet ist und von diesem das Wärmeträgermedium dem Profil (3) zuzuführen ist.
  5. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Speicher (5) ein Wärmetransformator (6) angeordnet ist, in welchem das Wärmeträgermedium durch Desorption weiter erwärmt und dem Profil (3) zuzuführen ist und dass das Profil (3) einen Rückfluss zum Wärmetransformator (6) aufweist und dass der Wärmetransformator mit seiner kalten Seite mit dem Profil (4) verbunden und mit einem Rücklauf versehen ist.
  6. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollektor (1) mit einem Wärmetransformator (6) und dieser mit seiner warmen Seite mit dem Profil (3) verbunden ist und einen Rücklauf für das Wärmeträgermedium zum Kollektor (1) aufweist und die kalte Seite des Wärmetransformator (6) mit einem Profil (4) in einem Kühlkreislauf mit der kalten Seite des Wärmetransformators (6) verbunden ist.
  7. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollektor (1) umschaltbar mit dem Speicher (5) und dem Wärmetransformator (6) verbunden ist und der Wärmetransformator (6) über einen Kühlkreislauf mit dem Profil (4) verbunden ist und der Rücklauf vom Profil (3) mit dem Speicher (5) verbunden ist, wobei der Kollektor (1) abzuschalten ist und der Wärmetransformator (6) über den Speicher (5) zu betreiben ist.
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