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DE20104591U1 - Dezentrale solare Energiezentrale - Google Patents

Dezentrale solare Energiezentrale

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Publication number
DE20104591U1
DE20104591U1 DE20104591U DE20104591U DE20104591U1 DE 20104591 U1 DE20104591 U1 DE 20104591U1 DE 20104591 U DE20104591 U DE 20104591U DE 20104591 U DE20104591 U DE 20104591U DE 20104591 U1 DE20104591 U1 DE 20104591U1
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DE
Germany
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solar
solar energy
funnel
energy center
decentralized
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DE20104591U
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Juran Helmut Dipl-Ing De
Original Assignee
Individual
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Publication date
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Description

regenerative Energietechnik ' '
Stand der Technik:
Die Nutzung von Solarthermieenergie zur Brauchwassererwärmung kann nach dem Stand der Technik selbst in kälteren Regionen mit Jahresdeckungsraten bis über 60% erfolgen, allerdings nicht wirtschaflich im Vergleich zu alternativen Wärmeversorgungen auf der Basis fossiler Brennstoffe. Die Anwendung ist heute alleine aus Umweltschutzüberlegungen sinnvoll.
Der Stand der Technik mit weitestgehendem Einsatz von Flachkollektoren läßt in den kälteren Regionen, wo großer Energiebedarf zu Heizzwecken besteht, sinnvolle Heizungsunterstützungen nicht zu, da in diesen Regionen einerseits genau in den Monaten des hohen Wärmebedarfs das Sonnenenergieangebot gegenüber den Sommermonaten um mehr als das 20-fache sinkt und andererseits die Kollektoren aufgrund ihrer hohen Wärmeaustauschfächen bei den hohe Temperaturdifferenzen zwischen Außenluft und erforderlicher Kollektortemperatur wie Energievernichtungsmaschinen wirken und ihre Wirkunggrade um den Gefrierpunkt schnell unter 0 sinken.
Die technische Verbindung mit konzentrierenden, wärmeverlustfreien Spiegeln und/oder Sonnennachführungen brachte keine wirtschaftlichen Verbesserungen, da dies mit so großen erforderlichen Anlagen zu aufwendig wurde und der Verlust des diffusen Sonnenstrahlenanteils bei der Reflektion die gewonnenen Vorteile wieder aufhob.
Unter dem Zeichen PCT/DE99/00748 wurde eine "dezentrale solare Energiezentrale" zur Erfindung angemeldet, die durch eine neue erfinderische Konzeption die Wärmeverluste nach Stand der Technik weitgehend eliminieren läßt und gleichfalls eine Kopplung mit Windenergie, Voltaik und Wärmepumpe in einem Anlagenblock zuläßt, womit eine hohe Ausbeute regenerativer Energie erzielt wird und sich die Gesamtwirtschaftlichkeit durch ein mehrfaches Senken des Materialaufwandes vervielfacht.
Der Erfindung zugrundeliegendes Problem :'
Diese hiermit dokumentierte Erfindung stützt sich auf den nach PCT/DE99/00748 eingeschlagenen technischen Weg mit neuen erfinderischen Elementen aufgrund folgender zugrundeliegender Probleme.
1. Die Erzeugung von Wärme über den Weg Windrad/Generator/Wärmepumpe ist zu aufwendig.
2. Die ergänzende Anbringung von Voltaikelementen an der Außenseite des Solartrichters ist durch den zusätzlichen Solarenergiegewinn durch die 2-achsige Sonnennachführuhg zwar sinnvoll aber eine Nutzung des Solartrichters für die Voltaik zu Zeiten der thermischen Energieübdeckung im
" Sommer ergänzend oder alternativ noch sinnvoller.
3. Die Anlage nutzt ihre Bauform nicht zur Kombination mit einer Regenwassersammelanlage.
4. Die Verstellung zur Sommer/Winter- Positionierung der solaren Energiezentrale ist konstruktiv aufwendig und erfordert hohe Verstellkräfte,
5. Die Anbringung der Verstellmotoren an den Drehwellen der Sonnennachführung erfordert zu hohe Stellkräfte.
6. Ein Schutz gegen Zerstörung durch Sturm ist nur bei statisch aufwendigen Bauweisen möglich..
Dezentrale solare Energiezentrale
Helmut Juran, Andreas Schlüter Str. 12, 53639 Königswinter .15. März 2001
7. Ein Schutz gegen Überhitzung ist nur durch das Bewegen der Gesamtanlage möglich.
8. Der Solarspeicher wird als zentrale tragende Einheit statisch und thermisch überfordert und läßt nur wenig flexible Baukombinationen zu.
9. Der solarkonzentrierende und wärmestauende Trichter.ist als Ringbauweise zu schwer, statisch zu unflexibel und bautechnisch zu groß .
10. Das Prinzip einer sich drehenden Solarthermieabsorberplatte mit regenerativem Wärmeübertragung ist für sehr große Anlagen thermisch optimal und gleichfalls bautechnisch äußerst günstig.
Bei kleineren Anlagen mit Absorberflächen von 0,8 bis 2 qm ist diese Technik allerdings zu ; aufwendig. ' - - ■ . ,
Erfindung :
In Reihenfolge der der Erfindung zugrunde liegenden 10 vorab angeführten Problemstellungen.
Die Kombination eines Windrades mit einem Wärmespeicher, was beim Stand der Technik mit vorwiegend in Kellerräumen installierten Speichern nicht möglich ist, läßt die Überlegung zu, die kinematische Windenergie direkt in Wärme umzuwandeln. Die entsprechende erfinderische Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daß die ursprünglich vom Windrad zum Generator geführte Antrienbswelle (5) nun direkt in den Solarspeicher (19, 20) geführt wird, wo rührwerkähnliche Profile (23) angebracht sind, die beim Drehen des Windrades (1) durch den Widerstand des im Speicher befindlichen Wärmeträgermediums die kinematische Energie in Wärme umwandeln:
Eine Voltaikscheibe (7, 51, 53) die in etwa die Größe der thermischen Absorberscheibe (9) hat, wird mittig der Solartrichterachse (5) so innerhalb des Solartrichters manuell beweglich oder regelbar beweglich angebracht, daß sie mit der Bewegung die indirekte Solarstrahlung des reflektierenden Trichters (54) zu gewünschten vorgegebenen Anteilen nutzen kann. Die Anbringung und Bewegung dieser Voltaikscheibe(n) (7, 51, 53) kann je nach Bedarf verschieden erfolgen. Nach Figur 1 wird die Lagerwelle des Windrades (3) als tragendes Element benutzt, auf der die Voltaikscheibe auch zur Regelung von Position A zu Position B verschoben werden kann. Nach Figur 6a ist die Voltaikscheibe (51) mittig an einer Achse drehbar befestigt, die wiederum den Solartrichter (54) quer zur Sonneneinstrahlung durchdringt. Nach Figur 6b ist die Voltaikscheibe in 2 Hälften (53) geteilt, die sich im Kläppprinzip zur Sonne gerichtet wie Schmetterlingsflügel regelbar öffnen und schließen, wobei die Klappbewegung über eine Achse erfolgt,1 die wiederum den Solartrichter (54) quer zur Sonneneinstrahlung durchdringt. Nach dem Prinzip der Figuren 6a und 6b wird der manuelle oder alternativ automatische Verstellmechanismus außerhalb des Solartrichters angebracht.
3. . · ■ . ■ ' ' .'■■'■
Auf Bedarf wird die solare Energiezentrale über einen Regenwassersammelbehälter (31) gestellt, mit dem die Energiezentrale in der Form verbunden ist, daß eine flexible Leitung (14) von einer Öffnung am engsten Durchmesser des Solartrichters (54) zum. Regenwassereinfüllstutzen (30) führt und das im Trichter (54) bei Regen gesammelte Regenwasser in den Behälter nutzbar leitet. Auf Bedarf ist der Regenwassersammelbehälter so ausgeführt, daß in ihm der Kältemittelverdämpfer (33) einer Wärmepumpe (29) untergebracht ist der wiederum mit der Wärmepumpe mit flexiblen Leitungen verbunden ist. Auf Bedarf wird der Raum um diesen Kältemittelverdampfer (33) in der Regenwassersammelanlage als Eisspeicher ausgeführt.
Soweit die Positionierung bzw Sonnennachführung nach Figur 4a von Morgen bis Abend über die Drehachse (42) erfolgt, wird die Winter/Sommer- Nachführung über eine Drehbewegung des die solare Energiezentrale tragenden Untergestells durchgeführt, in der Form, das das Tragegestell hufeisenförmig
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ausgeführt ist und der Mittelpunkt des Hufeisenhalbkreises in etwa dem Schwerpunkt der Anlage, also auch in der Mitte der Morgen/Abend- Drehachse liegt. Eine solche wie ein Schaukelstuhl aufgestellte Anlage würde auch wie ein Schaukelstuhl in einer Richtung schwankend'stehen und die Anläge würde bei leichtem seitlichen Druck auf den Solartrichter (z.B. durch Wind) seitlich leicht wegkippen. Um dies zu vermeiden, wird die solare Energiezentrale so ausgeführt, daß der Schwerpunkt leicht unter den Kreuzpunkt der beiden Sonnennachführdrehachsen liegt, was nach Figur 1 dadurch erreicht wurde, indem der Schwerpunkt des Solarspeichers durch eine größer ausgeführte untere Speicherhalbschale (20) entsprechend tiefer gelegt wird. Nach einem Anstoß durch eine Windböje pendelt sich damit die Anlage wie ein Stehaufmännchen ohne zusätzlicher Befestigung immer wieder in die vertikale Position nach Figur 1 zurück. Der Schwerpunkt der Anlage ist aber nur soweit tiefer gelegt, daß die erforderlichen Bewegungen nach beiden Achsen zur Sonnennachführung nur sehr wenig Kraft für die Stellantriebe erfordern. '
Der Verstellmechanismus (15,16,17,40,41,42,43,44) zur Sonnennachführung in beiden Drehachsen ist mit langen statisch wirsamen Hebeläbständen ausgeführt, in der Form, daß der Kraftansatzpunkt zur Hufeisentragegestellkippbewegung an der vom Kippunkt (Drehpunkt und Berührungspunkt am Fundament) weitest möglichem Stelle (15) liegt, der auch als Drehpunkt für eine Zugkraft übertragende Winde (Spule) ausgeführt,werden kann und weiterhin in der Form, daß die Drehung der die Solaranlage tragende Welle (42) über eine an ihr befestigte im Radius gebogene Gewindestange oder Zahnstange (41) erfolgt, deren Radius der statisch wirksamen Hebellänge entspricht, weil diese Gewindestange durch das Getriebe des Stellmotors (40) geführt wird, der an dem Hufeisentragegestell befestigt ist.
Die unter Punkt 4. und 5. beschriebene Anlagenaufstellungs- und Befestigungsform sowie · Sonnennachführungsform ermöglicht eine sehr flexible Absicherungstechnik gegen eine mögliche Windoder Sturmbeschädigung. Da Windkräfte vornehmlich auf den Solartrichter (54) wirken, ist dieser zur Kompensierung von wechselnden Windkräften nicht steif und statisch unnachgiebig ausgeführt, sondern in einzelnen Segmenten (2), die sowol am Profiltragering (48) flexibel weich oder beweglich angebracht sind und auch am Solartrichtefoberteil untereinander flexibel weich oder beweglich miteinander verbunden sind. Weiterhin sind an den Sonnennächführungsmechanismen Windböjen kompensierend Bewegungskorripensatoren (17,17a) angebracht. Für den Fall extremer Sturmböjen sind an den Kraftübertragungspunkten der Stellmechanismen austauschbare Verbindungselemente (44) mit Sollbruchstellen angebracht. Beim Bruch dieser Elemente weicht die solare Energiezentrale der Sturmböje aus und pendelt sich aufgrund der tiefen Schwerpunktanordnung wieder in die vertikale Position nach Figur 1 ein.
Wenn eine Überdeckung des thermischen Energiebedarfes eintritt, wird die im Solartrichter (54) nach Figur 1, 6a oder 6b integrierte Voltaikscheibe (7,8,51,53) so in ihrer Position verstellt, daß sie exakt nach Leistungsbedarf die Solarstrahlung auf den Solarthenmieabsorber (9) reduziert und seine Überhitzung vermeidet. Die abgeschirmte Solarstrahlung übernimmt die Voltaikscheibe damit selbst und wandelt sie in elektrische Energie um. Erst wenn diese Regelfunktion gestört wäre, würde sich bei Überhitzungsgefahr des Solarthermieabsorbers die solare Energiezentrale regelbar aus der Sonneneinstrahlung drehen. Auch wenn diese Funktion versagen sollte, bspw. durch Stromausfall, würde ein mit der Anlagenverriegelung gekoppelter Elektromagnet öffnen und die Anlage würde sich in die; vertikale Sicherheitsposition nach Figur 1 pendeln. Diese so ausgeführte Technik ermöglicht also eine dreifache Absicherung gegen Überhitzung. '
8. Die solare Energiezenträle ist dadurch gekennzeichnet, daß sie sich in Sandwich- Bauweise aus leicht montierbaren und demontierbaren Bauteilen zusammensetzt. Dies gilt für das Hufeisentragegestell und den Solartrichter und vor allem für den Solarspeicher. Dieser ist vorwiegend in 2 Hälften geteilt, in
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die zur Sonne gerichtete und die von der Sonne abgewendete Hälfte. Jede Hälfte besteht aus einer inneren und einer äußeren Schale, wobei die zur Sonnen gerichtete äußere Schale als die von der Sonne abgewendete Absorberschale (10) ausgeführt sein kann. Die Form dieser Schalen kann je nach gewünschter Anlagenkonzeption beliebig gewählt werden. Zwischen der inneren (20) und äußeren (22) von der Sonne abgewendeten Schale sind Isoliermaterial und Kabel, Rohre, Armaturen und Geräte unterbringbar. Das gleiche gilt für die zur Sonne gewendeten Schalen (10,19), wobei sich hier die Kabel, Rohre, Armaturen und Geräte vorwiegend auf den Wärmeträgerkreislauf (z.B. Pumpe) beziehen. . Die inneren Speicherschalen (19,20) sind an ihrem äußeren Rand durch eine Dichtung getrennt und an diesem Rand in einen der Anlagenform und Speicherform angepaßtem und profiliertem Tragering mit Spannvorrichtungen oder Verschraubungen wasserdicht befestigt. Die äußere Speicherschalen (10, 22), der Absorber (9) und der Solartrichter (54) werden kennzeichnend statisch nicht von den inneren Speicherschaien (19,20) getragen, sondern an speziell hierfür angebrachten Halterungen (46,49) des Tragerings (48).
Der Solartrichter (54) besteht aus einzelnen in der Anzahl beliebig wählbaren Segmenten (2) aus spiegelndem Material zur Solartrichterinnenseite und leichtem statisch verstärkendem Material auf der Solartrichteraußenseite. Diese Elemente werden mit vorwiegend geraden Siegelflächen oder je nach Gesamtanlagenkonzeption mit leicht gewölbten (parabolischer Effekt) Spiegelflächen ausgeführt. Die Solartrichtersegmente (2) werden am Umfang der Absorberscheibe (9) am Tragering (48) vorlegend flexibel befestigt und an ihren Verbindungsstellen luftdicht, ^ aber ebenfalls vorwiegend flexibel untereinander verbunden. > , ■ ■
Die als vorzugsweise runde Vielecke ausgeführte zur Sonne ausgerichtete transparente Absorberscheibe (9) und zur Sonne abgewendete Ansorberscheibe (10) werden bevorzugt nicht als horizontale Platten, sondern leicht gewölbt und/oder mit integrierten statisch verstärkenden Strukturen ausgeführt und am Scheibenumfang mittels einer ringförmigen Dichtung (12) wasserdicht miteinander verspannt. Vorwiegend an der rückseitigen Scheibe (10) sind die Anschlüsse (Öffnungen) für die Zuführung (13) und Abführung (45) des flüssigen Wärmeträgermediums angebracht. Der Abstand der beiden Absorberscheiben (9,10) ist flexibel, ausführbar, sodaß zwischen den Scheiben verschiedenste Sonnenenergie absorbierende Flächen, Strukturen, Schwebeteile verschiedenster Materialien und Materialkombinationen (56) eingebunden werden können, in der Form, daß das den Absorber durchströmende Wärmeträgermedium die Sonnenenergie absorbierenden Flächen und Strukturen im Zwischerraum zu der vorderen (9) oder / und hinteren Absorberscheibe (10) oder/ und im Inneren umströmt bzw durchströmt, wobei die alleine innen durchströmten Absorberstrukturen so ausgeführt sein können, daß sie direkt an den Ein- und Austritten (13,45) des Wärmetägermediums angeschlossen sind und damit die vordere (9) und hintere (10) Absorberscheibe nicht vom Wärmeträgemnedium berührt werden.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung :
In Reihenfolge der der Erfindung zugrunde liegenden 10 vorab angeführten Problemstellungen bzw Erfindungen.
1. ' ■■·.'
Die Kombination eines Windrades mit einem Wärmespeicher mit der direkten über ein im Speicher integriertes Rührwerk und der direkten Umwandlung der kinematische Windenergie in Wärme ist im Falle einer bevorzugten Wärmeproduktion der technisch einfachste und günstigste Aufwand.
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Eine im Solartrichter (54) integrierte regelbare Voltaikscheibe bringt mehrere markante Vorteile :
a) Sie nutzt die Sonnennachführung mit einem Energiegewinn von ca 30%.
b) Sie nutzt im Zeitraum der Wärmeüberdeckung die über die Solartrichter reflektierte Sonnenenergie und nützt zu diesen Zeitpunkten im Sommerbetrieb ein damit 3 bis 4 mal höheres Sonnenangebot ohne zusätzlichen Aufwand. Damit vervielfacht sich der Amortisationsgrad dieser so integrierten Voltaikscheibe.
c) Die regelbare Verstellung der Voltaikscheibe nach den Prinzipien in Figur 1, 6a und 6b erhöht linear ihre elektrische Leistung im Verhältnis zur Reduzierung der thermischen Leistung, wodurch im Falle der thematischen Energieüberproduktion die solare Energiezentrale nicht aus ihrer idealen Position zur Sonne geführt werden muß.
d) Die so integrierte Voltaikscheibe stellt einen wichtigen Sicherheitsfaktor geben die Überhitzung der Thermieabsörber dar.
e) Der von der Voltaikscheibe erzeugte Strom kann in das öffentliche Netz gespeist werden und auf Bedarf, z.B. zum Antrieb einer Wärmepumpe im Winterbetrieb wieder zurückgeholt werden.
f) Läßt man sich den ins öffentliche Netz gespeisten Solarstrom vergüten, so würde dies alleine nach der aktuellen Gesetzeslage in der Bundesrepublik Deutschland die solare Energiezentrale unter 10 Jahren amortisieren.
3. . ' ' ' . · . ■ ■ ' Eine Kombination mit einer Regenwassersammelanlage (31) ergibt folgende Vorteile :
a) Der Solartrichter (54) eignet sich in idealer Weise als Regenwasser sammelnder Trichter
b) Bei einer solaren Energiezentrale mit integrierter Wärmepumpe (29) kann der Kältemittelverdampfer (33) im gesammelten Regenwasser untergebracht werden wodurch die Verdampfertemperaturen im Winterbetrieb gegenüber einem Luftabsorber sehr effizient angehoben werden können. Der technische Aufwand für diese Verdampferausführug ist zudem bekanntlich wesentlich geringer.
c) Der Raum.um den Verdampfer (33) kann innerhalb der Regenwassertonne als Eisspeicher ausgeführt werden. In Gegenden mit großem Klimatisierungsbedarf wird damit im Sommerbetrieb eine sehr effiziente Klimatisierung möglich, wobei die von der Voltaik (7,8,51,53) gespeiste Wärmepumpe (29) ihre Abwärme über den Kältemittelkondensator (28) zur Brauchwassrerwärmung in den Solarspeicher führt.
Das in Hufeisenform ausgeführte kippbar ausgeführte Tragegestell (36,37,38,39) kann mit sehr wenig Kraftaufwand zur Sonennachführung Winter / Sommer nach Figur 4a regelbar gekippt (gedreht) werden, weil der Kippdrehpunkt an der tiefsten Stelle der solaren Energiezentrale liegt und damit ein statisch großer Kraftübersetzungshebel anwendbar wird. Das erfordert damit nur sehr kleine Stellmotoren mit geringem Strombedarf. Dieses Tragegestell in Hufeisenform erlaubt nach Figur 4b auch eine Positionierung der solaren Energiezentrale von morgens bis abends. Die statischen Kraftansatzpunkte erfordern weniger Materialaufwand. '.
5. ' . . ·..·■'' Die ausgeführte Konzeption der Drehung der solaren Energiezentrale über eine im Halbkreis geformte Gewindestange flexibel ausführbarer Länge reduziert den zur Drehung erforderlichen Kraftaufwand erheblich und verkleinert damit entsprechend den Stellmotor und die installierte Leistung. Die statischen Kraftansatzpunkte erfordern, weniger Materialaufwand. ~ ·
6· ' ■*'-■■ ■ ':'
Die dargestellten erfinderischen technischen Maßnahmen zur Absicherung der solaren Energiezentrale gegen Wind und Sturm erlauben eine sehr leichte kostengünstige Bauweise der Gesamtanlage.
Das Leergewicht der solaren Energiezentrale dürfte für diese dynamisch nachgiebige Konstruktion nur 50% bis 70% einer Bauweise ausmachen, die Wind und Sturm eine starre, unnachgiebige Konstruktion entgegensetzt.
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Helmut Juran, Andreas Schlüter Str. 12, 53639 Königswinter 15. März 2001
7. ■·■■■',_·
Durch den dargestellten mehrfachen Schutz gegenüber Überhitzung werden die mit dem Wärmeträgermedium in Kontakt kommenden Bauteile der solaren Energiezentrale vorwiegend in Kunststoffen gefertigt: Die Anlage wird damit leichter und kostengünstiger. Wesentlicher jst aber noch, daß Absorber und Speicher aus Kunststoff wesentlich weniger Verlustwärme nach außen tragen und damit den thermischen Wirkungsgrad der solaren Energiezentrale erheblich verbessern.
Der in 2 Halbschalen geteilte Speicher kann konstruktiv alleine auf seine innere Belastung durch den Druck und die Temperatur des Wärmeträgermediums ausgerichtet werden, weil er keine weiteren statisch belastende Komponenten tragen muß. Zudem besitzt jede der beiden Speicherhalbschalen (19,20) an ihrer statisch stärksten Stelle, also am größten Umfang mit der größten Materialsubstanz einen Befestigungsringflansch, der die auftretenden Kräfte und statischen Belastungen über den ganzen Ring verteilt und auf den Anlagentragering (48) überträgt. Diese Konzeption erfordert für den Speicher einen sehr geringen Materialaufwand.
Weiterhin können die Außenschalen des Solarsspeichers (22,19), der Solartrichter und der Solarabsorber völlig unabhängig von der jeweils gewählten inneren Speicherform und Ausführung am Anlagentragering unabhängig voneinander befestigt werden. . ~
Die konstruktive Teilung der solaren Energiezentrale in einen Teil oberhalb und einen Teil unterhalb der Anlagentragerings läßt eine Sandwich- Bauweise zu mit geringstem Transportvolumen und einer flexiblen Montage. Damit sind die einzelnen Anlagenbauteile je nach Bedarf unterschiedlich ausführbar und unterschiedlich kombinierbar, soweit die Abmessungen der jeweiligen Anschlußmaße nicht verändert wurden.
9. ■',- ■ ■ ■
Die Teilung des Solartrichters (54) in mehrere Segmente (2) vorwiegend gleicher Form, die als horizontale oder leicht gewölbte Sandwich- Platten ausgeführt sein können, reduziert das Transportvolumen um ein vielfaches. Das Gesamtgewicht des Solartrichters wird auch wesentlich verringert, weil die Segmente in einem Windkräfte ausweichendem flexiblen Verbund statisch wesentlich leichter ausgeführt werden können. Mit dem Bau weitgehend gleicher und kleinerer Bauteile vereinfacht sich auch das Herstellverfahren.
10. ■ :
Je nach Anwendungsbedarf der solaren Energiezentrale (z.B. südliche Aufstellungen, nördliche Aufstellungen, Sommerbetrieb, Winterbetrieb, alleiniger solarthermischer Betrieb oder kombinierter Betrieb mit Wärmepumpe, Windenergie oder Voitaik, Anteil der difussen Strahlung, Anteil der konzentrierten Strahlung) können verschiedene Absorberverfahren vorteilhaft sein. Die Optimierung von thermischen Solarabsorbefn mir 3 bis 5 fächer aufgebrachter Sonnenstrahlung steht zudem aber erst am Anfang. Das dargestellte Prinzip eines aus 2 miteinander demontierbar verbundenen Scheiben bestehenden Ansorbergehaüses, in das verschiedenste solarabsorbierende Flächen, Materialien, Strukuren oder Schwebeteile eingebunden werden können, ermöglicht den Einsatz und die beliebige Austauschbarkeit verschiedenster Absorbertechniken ohne das etwas wesentliches an der solaren Energiezentrale verändert werden muß. ...
Dezentrale solare Energiezentrale
Helmut Juran, Andreas Schlüter Str. 12, 53639 Königswinter 15. März 2001
Bezeichnung und Beschreibung der grafischen Figuren 1 bis 6
Figur 1 - Querschnitt durch eine solare Energiezentrale, wie sie mit mehreren Systemkomponenten (Windrad zur direkten Wärmeerzeugung, verstellbare im windabweisenden und wärmestauenden Reflektortrichter integrierte Voltaik, Solarthermiesystem, Regenwasseranlage, regenerativ versorgte Wärmepumpe, 2-achsige Sonnennachführung, usw) ausgerüstet werden kann
Figur 2 - Seitenansicht von Figur 1
Figur 3a - profilierter Tragering der2-achsig bewegbaren (sonnennachführbaren) solaren Energiezentrale
Figur 3b - statischer Kern der Energiezentrale (auf Hufeisengestell drehbar montierter Tragering mit eingesetzter oberer und unterer Speicherhalbschale und 2-ächsiger Sonnennachführung)
Figur 4a - Schwenkbereiche der 2-achsigen Sonnennachführung (beide Seitenansichten N/S und O/W), wobei sich das Hufeisentragegestell in der Achse N/S (Winter - Sommer) bewegt
Figur 4b - Schwenkbereiche der 2-achsigen Sonnennachführung (beide Seitenansichten N/S und O/W), wobei sich das Hufeisentragegestell in der Achse O/W (Morgen - Abend) bewegt
Figur 5 -Ansicht auf die solare Energiezentrale (ohne Windrad und ohne Voltaikscheiben) aus der Sonnenposition .
Figur 6a - Schema der Anbringung einer durch Drehung verstellbaren Voltaikscheibe im Trichter
Figur 6b - Schema der Anbringung zweier durch Klappmechanismus verstellbarer Voltaikscheiben im Trichter
Beschreibung der Bau- und Funktionsteile nach Figuren 1 bis 6
1 Windradflügel am Windrad
2 flexibel montierte einzelne Reflektorsegmente als ringförmig zusammengefügte Bauteile des windabweisenden, wärmestauende und Solarstrahlen reflektierenden (konzentrierenden) Solartrichters (54)
3 Tragerohr mit der Mehrfachfunktion als Lagerung der Windradwelle (5), Lagerung der verstellbaren Voltaikscheibe (7,8), Überlaufrohr des atmosphärisch, drucklos ausgeführten Solarspeichers
4 Lagerung der Windradkraftübertragungswelle (5) am Tragerdhr (3)
5 Windradkraftübertragungswelle
6 Wasserstandniveauregler am Speicherüberlaufrohr (3) mit Schaltkontakt zur Wassernachspeisung (26)
7 manuell oder automatisch verstellbare im Solartrichter integrierte Voltaikscheibe (Position A ohne indirekte Sonneneinstrahlung über Solarreflektoren)
8 manuell oder automatisch verstellbare im Solartrichter integrierte Voltaikscheibe (Position B mit indirekter Sonneneinstrahlung über Solarreflektoren)
9 transparente zur Sonne gerichtete Solarthermie- Absorberscheibe1
10 zum Speicher gerichtete Absorberrückseite ■ .
11 im Reflektortrichter gesammeltes Regenwasser
12 Rundumisolierung zwischen den zur Sonne und zum Speicher gerichteten Absorberscheiben
13 Zirkulationspumpe des Wärmeträgermediums (vorzugsweise Wasser) zwischen Speicher und Absorber
14 flexible Regenwasserüberlaufleitung vom Reflektor zum Regenwasserspeicher
15 Stellmotor mit Kabel- oder Schnurspule (Winde) zur Kippbewegung des Hufeisentragegestells mit mit Sollbruchstelle am Kraftübertragungsteil (in der Regel Stift) bei Überlast durch Windböjen
16 Zugkabel oder -Schnur zur Kippbewegung des Hufeisentragegestells . <
17 Dehnkompensator zur Kompensation von Spitzenbelastungen bei Windböjen
17a Dehnkompensatoren an der Befestigung der Enden der im Radius gebogenen Gewindestange zur Kompensation von Spitzenbelastungen bei Windböjen
18 Isolierung zwischen Absorber (9,10) und oberer Speicherhalbschale (19)
19 obere Speicherhalbschale im profilierten Tragering (48) befestigt und mit unterer Speicherhalbschale (20) mit Ringdichtung (47) dicht verbunden
20 untere Speicherhalbschale im profilierten Tragering (48) befestigt und mit oberer Speicherhalbschale (19) mit Ringdichtung (47) dicht verbunden .
21 Raum zwischen Speicher (20) und zweiter äußerer Speicherhalbschale (22), vorwiegend isoliert so ausgeführt, daß auch Leitungen, Armaturen, und Geräte nach Bedarf untergebracht werden können
Dezentrale solare Energiezentrale
Helmut Juran, Andreas Schlüter Str. 12, 53639 Königswinter t ■ 15. März 2001
Beschreibung der Bau- und Funktionsteile nach Figuren 1 bis 6
22 äußere, zweite Speicherhalbschäle an der Speicherunterseite
23 an der Windradkraftübertragungswelle (5) befestigte Bauteile zur Umwandlung der kinematischen Windenergie in Wärme durch Rührfunktion im Solarspeicher
24 Wärmeübertrager für Heizwasser oder Gebrauchwasser variabel als klassische Rohrschlange oder als metallener Zwischenspeicher (Zeichnung) oder anders ausgeführt
25 Rücklaufleitung für Heizungs-oder Gebrauchtwasserkreislauf
26 Wassereinspeisung in den atmosphärisch offen ausgeführten Solarspeicher aus KW oder BW geregelt über Niveauregler (6)
27 Vorlaufleitung für Heizungs- oder Gebrauchtwasserkreislauf
28 Kältemittelkondensator einer in die solare Energiezentrale intergrierbare Wärmepumpe (Kältemittelverdämpfer bei Kältespeicherfunktion)
29 in die solare Energiezentrale integrierbare Wärmepumpe
30 Einfullanschluß der Regenwasserzuführung in den Regenwassersammelbehälter
31 Regenwassersammelbehälter
32 gesammeltetes Regenwasser ,
33 mit flexiblen Leitungen mit der Wärmepumpe (29) verbundener Kältemittelverdampfer, der in Variante zum Energieentzug aus der Umgebungsluft die Energie aus dem Regenwassersammelbehälter entzieht
34 Abzugsleitung zur Regenwassernutzung
35 "Bohrungen zur der Verbindung der Bauteile der Hufeisentragekonstruktion (36,37,38,39) mit Verbindungsprofilen (Rohre, Bolzen, Gewindestangen ...)
36 verbindende Trageprofile zwischen dem drehbar gelagerten Anlagentragerahmen (48) und den Hufeisentrageelementen (37,38,39)
37 im Radius geformtes oben angeordnetes Hufeisenprofil
38 im Radius geformtes unten angeordnetes Hufeisenprofil
39 die Hufeisenprofile (37,38) verbindende statische Bauelemente
40 Stellmotor mit Getriebe für durchdringende Gewindestange (41)
41 im Halbkreis geformte Gewindestange, die das Getriebe (40) durchdringt
42 am die Anlage tragenden Profilrahmen (48) befestigte Wellen zur drehbaren Lagerung in der Hufeisentragekonstruktion (36,37,38,39)
43 Verbinduhgsprofil zwischen Anlagentragering (48) und im Halbkreis geformter Gewindestange (41)
44 Bolzen mit Sollbruchstelle zur Absicherung der Anlage bei Sturmböjen
45 Rückströmleitung des flüssigen Wärmeträgermediums vom Absorber zum Solarspeicher
46 am Anlagentragering (48) befestigbare Profile zur Halterung der Reflektorenplatten (2) und der unteren Solarspeicherhalbschale (22) mit Isolierung (821) und integrierten Bauteilen
47 die beiden Solarspeicherhalbschalen (19,20) verbindende Ringdichtung oder Dichtungen
48 Anlagenprofiltragering, dessen Form der spezifischen Anlagenausführung angepaßt wird
49 Befestigungsösen am Anlagenprofiltragering (48) zur Anbringung von Halterungsprofilen (46)
50 den Anlagenreflektortrichter quer durchdringende Welle als Drehgelenk einer an ihr angebrachten und damit durch Drehung regelbaren Voltaikscheibe
51 der Anlagenform,und -größe angepaßte, drehbar gelagert, regelbare Voltaikscheibe
52 den Anlagenreflektortrichter quer durchdringende Welle als Drehgelenk zweier an ihr angebrachten und damit durch Klappmechanismus regelbare Voltaikscheiben
53 der Anlagenform angepaßte, parallel angeordnete, aufklappbar gelagerte, regelbare Voltaikscheiben
54 windabweisender, wärmestauender und Solarstrahlen reflektierender (konzentrierender) Solartrichter
55 statisch stabile Profilscheibe als transparente zusätzliche Wärmedämmung vor dem Absorber (9)
56 Solarenerie absorbierende Kollektoren, Flächen, Materialien, Strukturen oder Schwebeteile

Claims (11)

1. Dezentrale solare Enegiezentrale, gekennzeichnet dadurch, daß das Tragegestell wie ein beweglicher Schaukelstuhl ausgeführt ist mit 2 parallel angeordneten hufeisenförmigen Profilrahmen (37, 38), die mit statischen Profilen (35, 36, 39) verbunden sind, wobei die zwischen ihren Enden befestigten Profile (36) auch als Lager für eine Welle (42) dienen, dadurch gekennzeichnet, daß über diese Welle und dem daran befestigten Anlagentragering (48) die gesamte solare Energiezentrale drehbar gelagert befestigt ist, wobei die Enden des Hufeisentragegestells in vertikaler Position der solaren Energiezentrale nach Fig. 1 vertikal nach ober gerichtet sind und hierbei die Außenseiten der Trageprofile (38) mittig zu ebener Erde stehen, gekennzeichnet dadurch, daß das Tragegestell nur an 2 Punkten die ebene Erde berührt und trotzdem stabil steht, gekennzeichnet dadurch, daß der Schwerpunkt der solaren Energiezentrale bevorzugt tiefer liegt als die horizontal ausgerichtete Achse (Welle)(42) des Anlagentragerings (48), wobei die gesamte solare Energiezentrale einschließlich ihrem Tragegestell kontrolliert unter seitlicher Kraftanbringung in gegengesetzter Richtung der Drehbewegung des Tragerings (48) bewegt (gekippt) werden kann und damit eine regelbare Ausrichtung der Anlage in 2 Himmelsrichtungen gegeben ist.
2. Dezentrale solare Energiezentrale nach Schutzanspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die solare Energiezentrale an einem profilierten Tragering (48) befestigt ist, der wiederum an 2 an ihm befestigten Wellenenden (42) an den oberen Enden des hufeisenprofilierten Tragegestells drehbar befestigt ist, gekennzeichnet dadurch, daß, an der Innenseite des Tragerings die Innenseite des Solarspeichers, der bevorzugt aus 2 Hälften (19, 20) besteht, wasserdicht befestigt sind und die ebenfalls geteilte Außenseite des Solarspeichers (10, 22), sowie der Solartrichter (54, 2) und der Absorber (9, 10, 12, 55) am Außenring des Tragerings (48) befestigt sind.
3. Dezentrale solare Energiezentrale nach einem der vorher genannten Schutzansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß der Solartrichter (54) der solaren Energiezentrale aus mehren identischen Segmenten (2) beliebiger Anzahl besteht, die flexibel am Anlagentragering (48) befestigt sind und in der Form als luftdichter Gesamttrichter zusammengehalten werden, indem sie an ihren sich berührenden Kanten mit flexibel dehnbaren Halterungen verbunden sind.
4. Dezentrale solare Energiezentrale nach einem der vorher genannten Schutzansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß an der Außenseite des Solartrichters (54) rein Windrad angebracht ist, gekennzeichnet dadurch, daß die Flügel des Windrades (1) außerhalb der Solartrichteröffnung befestigt sind und das Windrad mit einer Welle (5) verbunden ist, die direkt in den Solarspeicher führt, in der Form, daß an dieser Welle auf der Speicherinnenseite beliebig geformte Profile befestigt sind, die beim Drehen des Windrades gegen den Widerstand des im Speicher befindlichen Wärmeträgermediums bewegt werden.
5. Dezentrale solare Energiezentrale nach einem der vorher genannten Schutzansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß innerhalb des Solartrichters (54) über und bevorzugt parallel zur integrierten Absorberscheibe (9) und bevorzugt in Größe der zur Sonne ausgerichteten Ansichtsfläche der Absorberscheibe eine Voltaikfläche (7, 8) beweglich und regelbar verstellbar angebracht ist, gekennzeichnet dadurch, daß sich diese Voltaikfläche von der der Absorberscheibe nächsten Position (8) bis in eine vom Absorber soweit entfernte Position (7) bewegen kann, ab der die vom Solartrichter reflektierten Sonnenstrahlen alleine auf den Absorber reflektiert werden.
6. Dezentrale solare Energiezentrale nach Schutzanspruch 5, gekennzeichnet dadurch, daß eine im Solartrichter angebrachte Voltaikfläche (51) so an einer den Solartrichter durchdringenden gedachten Achse (50) drehbar und regelbar befestigt ist, daß sie mit der Drehung die Solareinstrahlung auf den Absorber (9) reduziert oder in umgekehrter Richtung vermehrt und entsprechend in umgekehrter Weise die Solareinstrahlung auf die Voltaikfläche selbst vermindert oder vermehrt.
7. Dezentrale solare Energiezentrale nach Schutzanspruch 5 und 6, gekennzeichnet dadurch, daß eine im Solartrichter angebrachte Voltaikfläche (53) in bevorzugt zwei gleichen Hälften geteilt so an einer den Solartrichter durchdringenden gedachten Achse (50) klappbar und regelbar befestigt ist, daß sie mit der zur Sonne gerichteten Klappstellung der Voltaikflächen alle direkten und durch den Solartrichter reflektierten Solarstrahlen auf die Absorberscheibe treffen lassen und in geöffneter Klappstellung, also bevorzugt parallel zur integrierten Absorberscheibe keine Solarstrahlung mehr auf die Absorberscheibe (9) trifft und damit alte Solarstrahlen auf die Voltaikfläche selbst treffen.
8. Dezentrale solare Energiezentrale nach einem der vorher genannten Schutzansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß die solare Energiezentrale Wind- und Sturmböjen mit flexiblen Bewegungen unbeschadet ausweicht, gekennzeichnet dadurch, daß bei normalen Windbelastungen die an den Halterungen der 2-achsigen Sonnennachführungsstellvorrichtungen (15, 16, 43, 41, 40) ferdernd angebrachten Kompensatoren (17, 17a) die Belastungen abfedern und bei extremen Sturmbelastungen Sollbruchstellen (44) die solare Energiezentrale von den Stellvorrichtungen (40, 15) entriegeln.
9. Dezentrale solare Energiezentrale nach einem der vorher genannten Schutzansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß die solare Energiezentrale über einer Regenwassersammelanlage (31) aufgestellt wird, in der Form, daß der Solartrichter (54) somit einer flexiblen Leitung mit der Regenwassersammelanlage verbunden wird, daß das im nach oben gerichteten Solartrichter (54) angesammelte Regenwasser sofort in den Sammelbehälter (31) fließt.
10. Dezentrale solare Energiezentrale nach Schutzanspruch 9, gekennzeichnet dadurch, daß im Regenwassersammelbecken (31) gesammelten Wasser der Kältemittelverdampfer einer in der solaren Energiezentrale integrierten Wärmepumpe (29) angebracht ist und dort dem Regenwasser die Umweltenergie entzieht, gekennzeichnet dadurch, daß dieser Kältemittelverdampfer mit flexiblen Leitungen mit der Wärmepumpe verbunden ist, die die dem Regenwasser entzogene Wärme über den Kältemittelkondensator (28) in den Solarspeicher überträgt.
11. Dezentrale solare Energiezentrale nach Schutzanspruch 9 und 10, gekennzeichnet dadurch, daß der engere Raum um den Kältemittelverdampfer (33) im Regenwassersammelbehälter als Eisspeicher ausgeführt ist und der Kältemittelverdampfer (33) in den Sommermonaten zum Zwecke einer Hausklimatisierung die Wärme nur dem Wasser im Eisspeicher enzieht und die Wärme über die Wärmepumpe (29) und den Kältemittelkondensator zur Brauchwassererwärmung in den Solarspeicher geführt wird, gekennzeichnet dadurch, daß die elektrische Energie für die Wärmepumpe nachts bei der Beladung des Eisspeichers aus dem öffentlichen Netz bezogen wird und tagsüber über die installierte Voltaikanlage ins Netz zurückgeführt wird, also CO2-frei erstellt wird.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003036187A3 (de) * 2001-10-14 2003-10-16 Helmut Juran Mobile solare reflektoranlage zur warmwassererzeugung und/oder stromerzeugung
AT500760B1 (de) * 2004-08-31 2007-02-15 Martin Dipl Ing Hadlauer Nachgeführtes kollektormodul für thermische- und elektrische energiegewinnung
WO2008015705A1 (en) * 2006-08-03 2008-02-07 Intellectual Property & Technology Transfer Corporation A system to collectively utilize solar thermal energy and thermal energy of a fluid
WO2008125085A3 (de) * 2007-04-14 2009-02-19 Helmut Juran Solarkonzentrierende absorber- und speicheranlage

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