DE2754114A1 - Solar power station using sheet of solar cells - has sheet supported above clouds by balloons tethered to ground - Google Patents
Solar power station using sheet of solar cells - has sheet supported above clouds by balloons tethered to groundInfo
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Abstract
Description
SonnenkraftwerkSolar power plant
Die Erfindung betrifft ein Sonnenkraftwerk mit im wesentlichen ortogonal zur Sonneneinstrahlung ausgerichteten, aus Solarzellen gebildeten Auffangflächen.The invention relates to a solar power plant with essentially orthogonal Catching surfaces made up of solar cells oriented towards solar radiation.
Bedingt durch weltweit wachsende Energiepreise und sich allgemein durchsetzende ökologische oberlegungen ist die Ausnutzung von Alternativenergien, insbesondere der Sonnenenergie in der Jüngsten Zeit außerordentlich forciert worden, ohne daß bisher praktikable Lösungen bekannt geworden sind.Caused by growing energy prices around the world and in general enforcing ecological considerations is the use of alternative energies, In particular, solar energy has been extraordinarily promoted in recent times, without previously practicable solutions have become known.
Auf dem elektrischen Fotoeffekt beruhende Sonnenkraftwerke der eingangs genannten Art, die mittels Solarzellen eine direkte photo elektrische Energiewandlung ermöglichen, werden nach dem Stand der Technik in zwei Entwicklungslinien projektiert. Zum einen werden Sonnenkraftwerke auf des Erdboden vorgeschlagen und zum anderen Sonnenkraftwerke ii Weltall, die außerhalb der Atmosphäre auf Satellitenbahnen angeordnet sind.Solar power plants based on the electric photo effect called type, which by means of solar cells a direct photo-electrical energy conversion enable to be according to the state of the art in two lines of development projected. On the one hand, solar power plants on the ground are proposed and on the other hand solar power plants ii space, which are outside the atmosphere on satellite orbits are arranged.
Nachteilig bei den Bodenkraftwerken ist die außerordentlich schlechte Ausnutzung der zur Erde gestrahlten Sonnenleistung. So wird ca. 30% der Sonnenstrahlung von der Atmosphäre schon ohne Bewölkung reflektiert. Bei starker Bewölkung wird der zum Boden dringende Anteil noch um ein Mehrfaches verringert. In mitteleuropäischen Breiten werden die Einstrahlungsverluste rein geoaetrisch um den Anstellwinkel des Bodens gegenüber der Einstrahlung und zusätzlich durch den längeren Weg der Sonnenstrahlen durch die Ateosphäre verringert. Insgesamt dürfte es in unseren Breiten kaum gelingen, mehr als ein Zehntel der Sonneneinstrahlung am Boden aufzufangen. Die durch den Wirkungsgrad der Solarzellen bedingten Verluste sind dabei noch nicht einkalkuliert.The disadvantage of ground power plants is that they are extremely bad Utilization of the solar power radiated to the earth. This is about 30% of the solar radiation reflected by the atmosphere even without cloud cover. If it is cloudy the portion that needs to reach the ground is reduced several times over. In Central European In terms of width, the radiation losses are purely geo-metrical around the angle of attack of the Soil compared to the radiation and additionally due to the longer path of the sun's rays decreased by the ateosphere. All in all, in our part of the world it is unlikely to succeed absorb more than a tenth of the sun's rays on the ground. The through the Losses caused by the efficiency of the solar cells are not yet factored in.
I Weltall stationierte Auffangflächen können die Sonnenstrahlung zwar zu 100% auffangen, Jedoch haben solche Anlagen andere prinzipbedingte Nachteile. So slDJdie InvestitionB-kosten bedingt durch den Raketentransport auf Umlaufbahnen außerordentlich hoch. Ferner ergeben sich große Probleme bei der Energieübertragung zum Erdboden. Der wirtschaftliche Betrieb solcher Anlagen ist zum Jetzigen Zeitpunkt noch nicht vorhersehbar.I space stationed collecting surfaces can the solar radiation catch up to 100%, However, such systems have other disadvantages due to their principle. So the investment costs due to the missile transport extraordinarily high in orbits. Furthermore, there are great problems in the Energy transfer to the ground. The economic operation of such systems is not yet predictable at this point in time.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Sonnenkraftwerk der eingangs genannten Art zu schaffen, das die Nachteile der beiden genannten Entwicklungslinien vermeidet.The object of the present invention is therefore to provide a solar power plant of the type mentioned to create the disadvantages of the two lines of development mentioned avoids.
Diese Aufgabe wird erfinduq3gemäß dadurch gelöst, daß die Auffangflächen von Auftriebskörpern getragen uad von Fessel seilen stationär gehalten in einem Höhenbereich oberhalb wenigstens des stärker bewölkten Teils der Troposphäre angeordnet sind. Bei dieser Konstruktion sind die Auffangflächen bodennah in einigen tausend Metern Höhe oberhalb des wesentlichen Teiles der zu erwartenden Bewölkung in einer Höhe angeordnet, in der der größte Teil der Atmosphäre (die Dichte hängt logarithmisch von der Höhe ab) und vor allem deren bewölkter Teil bereits unter den Auffangflächen liegt. Es liegen hier bereits Einstrahlungsverhältnisse vor, die weitgehend denen ii freien Weltraum entsprechen, so daß die eingestrahlte Sonnenenergie fast restlos aufgefangen werden kann. Andererseits sind bei dieser Konstruktion aber die Investitions-und Energietransportprobleme durch die bodennahe stationäre Anordnung gegenüber Weltrauianlqen außerordentlich verringert.This object is achieved according to the invention in that the collecting surfaces borne by floats and held stationary in one by fetter ropes Altitude area arranged above at least the more cloudy part of the troposphere are. With this construction, the collecting areas are close to the ground in a few thousand Meters above the main part of the expected cloud cover in a Located at an altitude at which most of the atmosphere (the density depends logarithmically from the height) and especially the cloudy part already under the collecting areas lies. There are already irradiation conditions that largely correspond to those ii free space correspond, so that the radiated solar energy can be collected almost completely. On the other hand, with this construction but the investment and energy transport problems due to the stationary close to the ground Arrangement compared to Weltrauianlqen extraordinarily reduced.
Weiterhin vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Sonnenkraftwerk dadurch gekennzeichnet, daß die Aurtriebs-Körper als Ballone ausgebildet sind. Ballon eignen sich als Auftriebskörper vorzüglich und sind ferner bereits zul Jetzigen Zeitpunkt in ausgereifter tbnstruktion verfügbar.The solar power plant according to the invention is also advantageous as a result characterized in that the drive bodies are designed as balloons. Balloon are suitable excellent as a float and are also at this point in time available in mature construction.
Weiterhin vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Sonnenkraftwerk dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich Windauftriebskörper vorgesehen sind. In Höhen der oberen Troposphäre sind konstante Windrichtungen und geschwindigkosten vorherrschend, so daß Windauftriebskörper in konstruktiv günstiger Weise einsetsbar sind. Ballon sind als wesentliche Auftriebskörper zusätzlich notwendig, wenn entsprechend der geografischen Lage Windstille zu befürchten ist.The solar power plant according to the invention is also advantageous as a result characterized in that additional wind lift bodies are provided. At heights of the upper troposphere is dominated by constant wind directions and speed costs, so that wind buoyancy bodies can be used in a structurally favorable manner. balloon are also necessary as essential floats if according to the geographical location calm is to be feared.
Weiterhin vorteilhaft ist das erfindungsgeaäße Sonnenkraftwerk dadurch gekennzeichnet, daß Teile der Auftriebskörper als Auf fangflächen ausgebildet sind. So können z. B. Trasflügelkonstruktionen oder Ballonoberflächen großflächig als Solarzellenauffangflächen ausgebildet sein. Die Auffangflächen können auch unter günstigem Einstrahlwinkel ii Inneren der Auttriebskörper angeordnet sein, die in diesem Falle die aerodynamische Umkleidung liefern können.The solar power plant according to the invention is also advantageous as a result characterized in that parts of the buoyancy bodies are designed as catch surfaces on. So z. B. Trasflügel constructions or balloon surfaces over a large area as Solar cell collecting surfaces be formed. The collecting areas can also be under favorable angle of incidence ii be arranged inside the drive body, which in in this case can supply the aerodynamic casing.
Weiterhin vorteilhaft ist das erfindungsgeiäße Sonnenkraftwerk dadurch gekennzeichnet, daß die Energieableitung zum Boden über Kabel erfolgt. Auf diese Weise wird der Energietransport zum Boden in besonders einfacher konventioneller Technik gelöst. Dabei sind vorteilhaft die Fesselseile, die ohnehin notwendig sind, als Kabel ausgebildet.The solar power plant according to the invention is also advantageous as a result characterized in that the energy is dissipated to the ground via cables. To this In a particularly simple manner, the transport of energy to the ground becomes more conventional Technology solved. The bondage ropes, which are necessary anyway, are advantageous designed as a cable.
Weiterhin vorteilhaft ist das erfindungsgeiäße Sonnenkraftwerk dadurch gekennzeichnet, daß die Fesselseile und/oder Kabel in Höhenabständen iit zusätzlichen Auftriebskörpern versehen sind. Auf diese Weise kann durch Vorsehen beispielsweise von Ballonen auf Zwischenabständen der Fesselseile bzw. Kabel deren Zugfestigkeit/Gewicht.The solar power plant according to the invention is also advantageous as a result characterized in that the shackle ropes and / or cables iit additional at height intervals Buoyancy bodies are provided. In this way, by providing for example of balloons on intermediate spaces the restraint ropes or cables Tensile strength / weight.
verhältnis verbessert worden.ratio has been improved.
Alternativ oder zusätzlich kann das Zugfestigkeit/Gewichtsverhältnis der Fesselseite dadurch verbessert werden, daß die Pesselseile als Glas- bzw. Karbonfiberseile ausgebildet sind.Alternatively or additionally, the tensile strength / weight ratio the fetlock side can be improved by the fact that the tether ropes are made of glass or carbon fiber ropes are trained.
Weiterhin vorteilhaft ist das erfindungagemäße Sonnenkraftwerk dadurch gekennzeichnet, daß die gegebenenfalls unterteilte Auffangfläche durch aerodynamische und/oder Seil Steuerung da Sonnenstand nachführbar ausgebildet ist. Auf diese Weise können die Auffangflächen da Tagesstand der Sonne nachgeführt werden, wodurch die Leistung der Anlage in bekannter Weise erheblich gesteigert wird.The solar power plant according to the invention is also advantageous as a result characterized in that the optionally subdivided collecting area by aerodynamic and / or rope control because the position of the sun is designed to be trackable. In this way the collecting areas can be tracked because of the daytime position of the sun, whereby the The performance of the system is increased significantly in a known manner.
Schließlich ist das erfindungsgemäße Sonnenkraftwerk vorteilhaft dadurch gekennzeichnet, daß die Ballone mit von Solarsellen versorgten Gaserzeugern versehen sind. Kleine Gaserzeuger, die s.B. Helium aus der Ataosphase gewinnen, können iit einer die Leck- und Diffusionsverluste der Ballone ausgleichenden Leistung unmittelbar an den Ballonen vorgesehen sein, wobei sie ihre Betriebsleitung direkt von den Solarzellen beziehen.Finally, the solar power plant according to the invention is advantageous as a result characterized in that the balloons are provided with gas generators supplied by solar energy are. Small gas generators, the s.B. Obtaining helium from the ataos phase can iit directly compensating for the leakage and diffusion losses of the balloons be provided on the balloons, taking their management directly from the solar cells relate.
In den Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise und schematisch dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 eine von Ballonen und Fesselseilen gehaltene Auf fangfl äche, Fig. 2 eine auf einem Ballon- und Vindauttrlobskörper angeordnete Auffangfläche und Pig. 3 einen Querschnitt durch einen Auftriebskörper gemäß Fig. 2 mit inneren Auffangflächen.In the drawings the invention is exemplary and schematic shown. They show: FIG. 1 a position held up by balloons and tethered ropes catch surface, Fig. 2 a catch surface arranged on a balloon and Vindauttrlob body and Pig. 3 shows a cross section through a float according to FIG. 2 with inner ones Collecting areas.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist eine in Ausführungsbeispiel dreieckige, mit Solarzellen belegte Auffangfläche 1 an drei Ballonen 2 aufgehängt. Fesselseile 3 halten die Konstruktion am Erdboden, wo die Seile von Kabeltrommeln 4 gehalten werden, iit denen durch Gesantverstellung der Kabeltrommal die Höhenlage der Auffangfläche 1 und durch Einzelverstellung der Anstellwinkel zum Einfallwinkel der Sonnenstrahlen (Pfeile in der Figur) passend verstellt werden kann.As can be seen from Fig. 1, a triangular in the embodiment, Collecting surface 1 covered with solar cells suspended from three balloons 2. Bondage ropes 3 keep the construction on the ground, where the ropes are held by cable drums 4 be, iit which by Gesantverstellung the cable drum the height of the collecting area 1 and by individually adjusting the angle of incidence to the angle of incidence of the sun's rays (Arrows in the figure) can be adjusted appropriately.
Auf mittlerer Höhe der Fesselseile 3 sind zusätzlicht Ballon 5 angeordnet, die das für größere Höhen kritische Zugfestigkeits/Gewichtverhältnis der Seile verbessert. Die ballone 2 und 5 sind zusätzlich an ihrer Oberseite mit Solarzellen belegt.At the middle level of the tether ropes 3 additional balloon 5 are arranged, which improves the tensile strength / weight ratio of the ropes, which is critical for greater heights. The top of the balloons 2 and 5 are also covered with solar cells.
Bei der Auffangfläche 1 ist in geeigneter Weise dafür Sorge getrangen, daß die Windangriffskräfte auf ein zulässiges Maß reduziert werden.In the case of the collecting area 1, care has been taken in a suitable manner that the wind forces are reduced to a permissible level.
Fig. 2 zeigt eine grundsätzlich andere Ausführungeform, bei der die Auf fangfläche 1' auf der Oberseite eines Windauftriebsflügels 6 montiert ist. Dieser ist zur aerodynamischen Stabilisierung mit Stabilisierungeflossen 7 und nicht dargestellten Steuerrudern versehen. Der Au£-triebsflügel 6 ist zusätzlich mit Auftriebsgas gefüllt, ul gegebenenfalls auch bei Windatille das Absinken bis zum Boden zu verhindern.Fig. 2 shows a fundamentally different embodiment in which the Is mounted on the catch surface 1 'on the top of a wind lift blade 6. This is for aerodynamic stabilization with stabilizing fins 7 and not shown Provided rudders. The lift wing 6 is also filled with lift gas, ul, if necessary, to prevent it from sinking to the ground, even with Windatille.
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch einen aerodynamisch gestalteten Körper 8, in dessen Innerem Auffangflächen 1 " in Richtung des mittleren Sonnensinstrshlungswinkels (Pfeile) angeordnet sind. Auf diese Weise können auch bei größeren Windgeschwindigkeiten die Auffangflächen 1 in erheblicher Neigung gegenüber der Vinrichtung angestellt sein.Fig. 3 shows a cross section through an aerodynamically designed Body 8, inside of which collecting surfaces 1 ″ in the direction of the mean solar radiation angle (Arrows) are arranged. This way you can also use bigger Wind speeds the collecting areas 1 in a considerable inclination compared to the Vinrichtung be employed.
Die räunlich und gewichtsmäßig verhältnismäßig kleinen Gerätschaften zur Stromsammlung aus den Solarzellen für den Abtransport zum Boden können an den Auftriebskörpern aufgehängt sein. Der Energietransport zum Boden erfolgt vorzugsweise über die leitend ausgebildeten Fesselseile 3 bzw. über zusätzlich vorgesehene dünne Leiter, die in den Figuren nicht dargestellt sind. Die Fesselseile sind vorzugsweise als Glas- bzw. Karbonfiberseile ausgebildet, die bei geringes Gewicht gegenüber Stahlseilen ein Mehrfaches der Zugfestigkeit aufweisen.The equipment that is relatively small in terms of color and weight to collect electricity from the solar cells for transport to the ground can be sent to the Buoyancy bodies are suspended. Energy is preferably transported to the ground via the conductive tether ropes 3 or via additionally provided thin ones Head that are not shown in the figures. The bondage ropes are preferred designed as glass or carbon fiber ropes, which are lightweight compared to Steel cables have a multiple of their tensile strength.
Der bevorzugte Höhenbereich liegt am oberen Rand der Tropospäre, die Je nach geografischer Breite in einer Höhe zwischen 8 km (Pol) und 16 km (quator) mit der Tropopause endet. Jedoch liefern auch schon Höhenbereiche von wenigen Kilometer außerordentlich befriedigende Ergebnisse, da dort bereits der wesentliche Teil der Atiosphärenverluste insbesondere der Bewölkung ausgeschaltet ist. Günstig wirkt sich das Vorherrschen stetiger Wind in solchen Höhen a die die aerodynamischen Probleme aufgrund ihrer Gleichmäßigkeit erleichtern.The preferred altitude range is at the top of the troposphere, the Depending on the geographical latitude at a height between 8 km (pole) and 16 km (equator) ends with the tropopause. However, heights of a few kilometers also deliver extraordinarily satisfactory results, since the essential part of the Atiosphere losses in particular the cloud cover is off. Acts favorably the predominance becomes more steady Wind at such heights a the die facilitate aerodynamic problems due to their uniformity.
Größere Umweltverschlechterungen am Bo@den sind nicht zu befürchten, da selbst großflächige Anordnungen aufgrund des Abstandes zum Boden und der relativ raschen scheinbaren Sonnenbewegung nur kurzzeitige Abschattungen ergeben, die geringer @hd als Einstrahlungsverluste durch Bewölkung.Major environmental degradation on the floor is not to be feared, because even large-scale arrangements due to the distance to the ground and the relative rapid apparent movement of the sun only result in short-term shadowing, which is less @hd as radiation losses through cloud cover.
Claims (10)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |