DE3003962A1

DE3003962A1 - Solar energy and heat storage equipment - has part of light concentration device aligned onto vessel containing heat-storage medium

Info

Publication number: DE3003962A1
Application number: DE19803003962
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Phys. Dr.rer.nat. Friedrich-Karl 5060 Bergisch Gladbach Boese
Original assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Current assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Priority date: 1980-02-04
Filing date: 1980-02-04
Publication date: 1981-08-13
Also published as: IT8119283A0; DE3003962C2; ES8201723A1; IT1135144B; ES499061A0

Abstract

The solar energy equipment has a light-concentration device which can be aligned onto a first receiver vessel through which a working medium flows. Part (11) of the device can be aligned if desired onto a second receiver vessel (4), containing a heat- storage medium (42). The heat storage mechanism can be solid at ambient temp. and liq. at the operating temp. of the second vessel, and with either higher or lower specific gravity in the solid state, while the device can be aligned onto the absorber portion of the vessel, either at the top or bottom.

Description

Sonnenenergiealage mit direktbeheiztem WärmespeicherSolar energy location with directly heated heat storage

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sonnenenergieanlage nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.The present invention relates to a solar energy system according to the Preamble to the first claim.

Die darin erw-rnten lichtkonzentriererider: Mittel können Spiegel, aber auch Fresnellinsen sein. Sonnenenergieanlagen, in denen ne Vielzahl dem jeweiligen Sonnenstand entsprechend ausgerichtete Spiegel das reflektierte Licht auf einen gemeinsamen Brennpunkt konzentrieren, in dem ein Empfänger angeordnet ist, sind bekannt. In dem Empfänger wird ein Arbeitsfluid erhitzt, mit dessen Hilfe direkt oder über einen indirekt beheizten Gas-oder Wlasser/Dampfkreislaaf Arbeitsmaschinen angetrieben werden können, beispielsweise zur Stromerzeugung. Um eine größere Anzahl von Spiegeln auf einen gemeinsamen Brennpunkt ausrichten zu können, ohne daß sie sich bei tiefstehender Sonne gegenseitig abschatten, muß der Empfänger verhältnismäßig hoch angeordnet werden, meist auf einem Turm, dessen Größe und damit auch Kosten wesentlich durch das Gewicht des Empfängers bestimmt werden. Soll die zur Verfügung stehende Sonneneinstrahlung voll genutzt werden, so ist ein Empfänger erforderlich, der bei entsprechend großen Abmessungen für die AuSlahlte der zur r1ittagszeit ihren 'ipitzenwert erreichenden Strahlung geeignet ist.The light concentrator mentioned therein: Means can be mirrors, but also be Fresnel lenses. Solar energy systems, in which a multitude of the respective Mirror aligned with the position of the sun directs the reflected light onto you focus common focal point in which a receiver is arranged are known. A working fluid is heated in the receiver, with the help of which directly or via an indirectly heated gas or water / steam circuit working machines can be driven, for example to generate electricity. To a greater number of mirrors to be able to align to a common focal point without them When the sun is low, the recipient must shade each other proportionally be arranged high, usually on a tower, its size and therefore also costs can be largely determined by the weight of the recipient. Should be available standing solar radiation is fully used, a receiver is required, with correspondingly large dimensions for the selection of the The radiation that reaches its peak value at noon is suitable.

Zum Ausgleich für die unvernleidliclwen tageszeitlichen oder witterungsbedingten (z.B. durch durchziehende, die Sonne verdeckende Wolken hervorgerufenen) Schwankungen in der Energie zufuhr ist bereits früher daran gedacht worden, einen Teil der zu günstiger Tageszeit aufgefangenen Wärme in einem Wärmespeicer zur späteren Abgabe zu speichern. Ein solcher Wärmespeicher ist umso notwendiger, wenn als Primärkühlmittel der Anlage ein flüssiges Metall oder eine Salzschmelze verwendet wird, die bei Umgebungstemperatur fest wird.To compensate for the indefensible time of day or weather-related (e.g. caused by passing clouds covering the sun) fluctuations In the energy supply, thought has already been given to a part of the The heat collected at a favorable time of day in a heat storage tank for later release save. Such a heat accumulator is all the more necessary when used as a primary coolant The plant uses a liquid metal or a molten salt that is at ambient temperature becomes solid.

Dann besteht die Gefahr, daß der Kühlkreislauf nachts oder bei ungünstigem Wetter einfriert, und zwar trotz der an den sonnenabgewandten Seiten des Empfängers und bei mangelnder Sonneneinstrahlung auch auf der den Spiegeln zugewandte Seite des Empfängers angebrachten Isolierung. Der bereits früher gelllachte Vorschlag, den während der Spitzen zeit zur Verfügung stehenden Wärmeüberschuß aus dem Kühlkreislauf des Arbeitsfluids über einen Wärmetauscher an ein wärmespeicherndes Fluid abzugeben, bedingt einen erhöhten Aufwand und macht nach wie vor einen zur Aufnahme der intensivsten Sonneneinstrahlung ausreichenden Empfänger notwendig. Die Justierung und die der Sonnenbahn folgende Bewegung der lichtkonzentriereriden Mittel erfordert ein hohes Maß an Genauigkeit, wenn die gewünschte Konzentration der Sonnenstrahlung auf den Empfänger erreicht werden soll. Zur Erreichung dieses Grades an Genauigkeit ist ein erheblicher Kostenlutwand erforderlich. Bei stärkeren Wind karin die Genauigkeit der Lichtkorlzentration auf den Empfänger darunter leiden, daß der Turm und damit der Empfänger in Schwingungen geraten, durch die letzterer wenigstens teilweise aus dem Brennpunkt herausbewegt wird.Then there is the risk that the cooling circuit at night or at unfavorable Weather freezes, in spite of those on the remote sides of the receiver and if there is insufficient sunlight, also on the side facing the mirrors insulation attached to the receiver. The suggestion, already laughed out loud, the excess heat available during the peak time from the cooling circuit to deliver the working fluid to a heat-storing fluid via a heat exchanger, requires an increased effort and still makes one to absorb the most intensive Sun exposure sufficient receiver necessary. The adjustment and that of the Movement of the light concentrator means following the sun's path requires a high Degree of accuracy when the desired concentration of solar radiation on the Recipient is to be reached. To achieve this level of accuracy there is a considerable cost flood wall required. With stronger winds karin the accuracy the Lichtkorlzentration on the receiver suffer from the fact that the tower and thus the receiver start to vibrate, at least partially due to the latter is moved out of focus.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Sonnenenergieanlage mit ausreichender Wärmespeicherkapazität, bei der die Größe des Empfängers auf ein Maß begrenzt werden kann, wie es zur Aufrechterhaltung des eigentlichen Betriebes, z. B. der Stromversorgung notwendig ist, während die Einspeicherung der überschüssigen Wärme auf anderem Wege erfolyt. Die Anlage soll darüberhinaus in erhöhtem Maße gegen Einfrieren gesichert sein und eine Herabsetzung in den Anforderungen an die Genauigkeit der Justierung auf den Brennpunkt gestatten.The object of the present invention is to have a solar energy system sufficient heat storage capacity, at which the size of the receiver to a level can be limited as it is necessary to maintain the actual operation, e.g. B. the power supply is necessary, while the storage of the excess Heat takes place in another way. The plant is also to an increased extent against Freeze assured and a degradation in the accuracy requirements allow adjustment to the focal point.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die im kennzeichnenden Teil der ersten Anspruchs angegebenen Mittel.The task is solved by the in the characterizing part of the first claim specified means.

Bei hoher Sonneneinstrahlung, d. h. üblicherweise ui die MittagszeiL genügt das Vuii Figur einem Teil der Spiegel reflektierte Licht, um den durch den ersten Empfänger gehenden Kühlkreislauf voll in Betrieb zu halten. Die restlichen Spiegel reflektieren ihr Licht auf einen zweiten Empfänger, der unmittelbar Teil eines Wärmespeichers ist, so daß auf die Anordnung eines besonderen Wärmetauschers verzicht. wurden kann.In the case of high solar radiation, i. H. usually at lunchtime the Vuii figure suffices for a part of the mirror to absorb the light reflected by the first receiver to keep the cooling circuit fully operational. The remaining Mirrors reflect their light onto a second receiver, which is directly part a heat accumulator is, so that on the arrangement of a special heat exchanger waiver. may have been.

Um die Mittãyszeit falles uie onlleiistrahlen steil ein; ohne sich gegenseitig abzudecken, können die Spiegel auf einen Punkt konzentriert werden, der erheblich niedriger liegt, als es für den ersten Empfänger erforderlich ist. Der zweite Empfänger kann, u. U. am gleichen Turm wie der erste Empfänger angebracht werden, jedoch wesentlich tiefer. Die Turnikonstruktion kann so in ihrem oberen Teil erheblich leichter ausgeführt werden, als dies bislang möglich war. Es kann aber für den zweiten Empfänger auch ein separater Turm vorgesehen werden, der niedriger als der erste ist und der in einem anderen Teil des Spiegelfelds angeordnet sein kann.At midday the online rays fall steeply; without yourself to cover each other, the mirrors can be concentrated on one point, which is considerably lower than required for the first recipient. The second receiver can, under certain circumstances, be attached to the same tower as the first receiver will, but much deeper. The gymnastics construction can do so in their upper part can be carried out much more easily than was previously possible was. However, a separate tower can also be provided for the second receiver, which is lower than the first and which is arranged in a different part of the mirror field can be.

Es ist bekannt, bei der Konstruktion von Wärmespeichern davon Gebrauch zu machen, daß beim Phasenübergang des wärmespeichernden Mediums von fest nach flüssig, bzw.It is known to use it in the construction of heat accumulators to make that the phase transition of the heat-storing medium from solid to liquid, respectively.

umgekehrt erhebliche Wärmemengen frei werden, bzw. gebunden werden. Je nachdem ob das Wärmetauschermedium in festem Zustand ein höheres spezifisches Gewicht aufweist als im flüssigen (Normalfall) oder umgekehrt, wird vorgeschlagen, den als Absorber ausgebildeten und von den Spiegeln angestrahlten Teil des Wärmespeichers an sein unterstes bzw. oberes Ende zu legen. In beiden Fällen wird durch die ungleichmäßige Erwärmung des Wärmespeichers erreicht, daß sich Kovektionsströme bilden, die beim Aufschmelzvorgang während der Wärmeeinspeicherung dafür sorgen, daß das bereits geschmolzene Wärmespeichermedium durch die noch nicht geschmolzenen Teile desselben verdrängt wird. Die Entnahme der Wärme aus dem Speicher, beispielsweise um nachts das Einfrieren der Anlage zu verhindern oder um Strom zu erzeugen kann in konventioneller Weise über Wärmetauscher erfolgen.conversely, considerable amounts of heat are released or bound. Depending on whether the heat exchanger medium in the solid state has a higher specific Has weight than in the liquid (normal case) or vice versa, it is proposed the part of the heat accumulator designed as an absorber and illuminated by the mirrors at its lowest or upper end. In both cases it is due to the uneven Heating of the heat storage means that co-vection currents are formed, which when Melting process during the heat storage ensure that the already melted heat storage medium through the not yet melted parts of the same is displaced. The extraction of heat from the storage tank, for example at night to prevent the plant from freezing or to generate electricity in conventional Way done via heat exchangers.

Die der Sonnenstrahlung entgegengerichtete Öffnung der Empfänger ist in bekannter Weise durch seitlich aufgehängte Klappen verschließbar, die ebenso wie die anderen Seiten des Empfängers mit einer Wärme isolierung versehen sind.The opening opposite to the solar radiation is the receiver closable in a known manner by side-hung flaps, which also like the other sides of the receiver are provided with thermal insulation.

Die im dritten Anspruch vorgeschlagene Verspiegelung der Klappen an ihrer Innenseite setzt die Wärmeverluste weiter herab, Gemäß den! vierten Anspruch können die eö£fneten und dann mit ihren Spiecjeiflächer ebenfalls der oonneneinstralllung entlgogeneerichtoten Klappen dazu benutz werden, einen Teil des sonst am Empfänger vQrbeistrah.r lenden Lichtes auf diesen zu richten, bzw. die Anforderungen an die Genauigkeit der Spiegeljustierung können herabgesetzt werden. Geringe Schwankungen des Empfängers dem aus dèm idealen Brennpunkt heraus wirken sich dann weniger nachteilig auc.The mirroring of the flaps proposed in the third claim its inside further reduces heat loss, According to the! The fourth claim can be opened and then with their Spiecjeiflächer also the oonneneinstralllung entlgogeneerichtoten flaps are used to make a part to direct the light that would otherwise radiate from the receiver onto the receiver, or the requirements for the accuracy of the mirror adjustment can be reduced. Slight fluctuations in the receiver affect the ideal focal point then less disadvantageous auc.

aws. aws.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, unt zwar zeigt Figur 1 eine Seitenansicht der Anlage und Figur 2 einen Querschnitt entsprechend der Linie II der Figur 1.An embodiment of the invention is shown in the drawing, Figure 1 shows a side view of the system and Figure 2 shows a cross section corresponding to line II in FIG. 1.

Die Anlage weist eine Vielzahl von Spiegeln 1 der bekannten Bauart auf. Ein Teil 12 ist dauernd auf einen ersten Empfänger 3 gerichtet, in dem ein Arbeitsfluid, z.B. ein Natriumsalz erhitzt wird. Dieses fließt zu hier nicht gezeigten, wärmeverbrauchenden Teilen der Anlage und kehrt, durch eine Pumpe 32 angetrieben zum ersten Empfänger 3 zurück. Ein anderer Teil 11 der Spiegel ist in der Zeit der größten Sonneneinstrahlung auf einen zweiten Empfänger 4 gerichtet. Außerhalb dieser Zeit werden die Spiegel umgerichtet auf den ersten Empfänger 3 (strichpunktierte Linie) und vergleichmäßigen so die Energieeinkopplung in das System. Beide Empfänger 3, 4 sind hier an einer Turmlconstruktion 2 befestigt.The system has a large number of mirrors 1 of the known type on. A part 12 is constantly directed to a first receiver 3, in which a Working fluid, e.g. a sodium salt, is heated. This flows to not shown here, heat-consuming parts of the system and returns, driven by a pump 32 back to the first recipient 3. Another part 11 of the mirror is in the time of the directed at a second receiver 4 maximum solar radiation. Outside of this Time the mirrors will be redirected to the first receiver 3 (dash-dotted Line) and thus equalize the energy input into the system. Both recipients 3, 4 are attached to a tower construction 2 here.

Ein Teil 42 des zweiten Empfängers 4 ist als Absorber ausgebildet und am unteren Ende des Speichers angeordnet, da hier angenommen wurde, daß das Wärmespeichermedium im festen Zustand spezifisch schwerer als im flüssigen ist. Wird die Wärmespeichermasse durch Einstrahlung auf den Absorber 42 aufgeschmolzen, so rutscht der noch nicht aufgeschmolzene Teil ste-ts nach unten nach, während das flüssige Medium sich im oberen Teil des Speichers sawnelt. über 1itungen 43, die durch Ventile 431 absperrbar sind, kann das erhitzte, flüssige Wärmespeichermedium in den ilauptkreislauf 33 des Kühlmittels eingespeist werden. Dieser kann durch weitere Ventile 331 so abgesperrt werden, daß der erste Empfänger 3 umgangen wird. Die Figur 2 zeit den ersten Empfänger 3, das für ihn gesagte kann jedoch auch sinngemäß auf den zweiten Empfänger 4 übertragen werden. Die Empfänger 3, 4 sind mit einer Wärmeisolieruilg 35, 45 versehen.A part 42 of the second receiver 4 is designed as an absorber and located at the bottom of the memory, since it was assumed here that the Heat storage medium is specifically heavier in the solid state than in the liquid. Is the heat storage mass by irradiation on the absorber 42 melted, the not yet melted part slides downwards after, while the liquid medium sawned in the upper part of the reservoir. above 1 lines 43, which can be shut off by valves 431, can be heated, liquid Heat storage medium are fed into the main circuit 33 of the coolant. This can be shut off by further valves 331 so that the first receiver 3 is bypassed. FIG. 2 shows the first recipient 3 who can say for him however, they can also be transmitted to the second receiver 4 in a corresponding manner. The recipients 3, 4 are provided with a thermal insulation 35, 45.

an ihrer den Spiegeln zugewandten Seite weisen sie eine Öffnung auf, die bei mangelnder Sonneneinstrahlung durch ebenfalls isolierte Klappen 31, 41 verschließbar ist. An ihrer Tnnenseite sind die Klappen 31, 41 mit Spiegeln 311, 411 belegt, die dann die Wärmeverluste aus dem Kreislauf 34 weiter herabsetzen. Tagsüber sind die Klappen 31, 41 jedoch geöffnet und die Spiegel 311, 411 dienen dann dazu, einen Teil des sonst am r;npfänger vorbejwtrahlenden, ìnöglicherweisc von ungenau justierten Spiegeln 12 herrührenden Lichtes doch noch auf den Absorber des ersten Empfängers 3 zu lenken.on their side facing the mirrors they have an opening, which can be closed by also insulated flaps 31, 41 when there is insufficient sunlight is. On their inside, the flaps 31, 41 are covered with mirrors 311, 411, the then further reduce the heat losses from circuit 34. During the day they are Flaps 31, 41 open, however, and the mirrors 311, 411 then serve a Part of that which otherwise radiates past the receiver and may possibly be inaccurately adjusted Reflect 12 originating light on the absorber of the first receiver 3 to direct.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims

Solar energy system with directly heated heat storage claims 1 Solar energy system with light concentrating means, which on one of a working fluid through which the first receiver flows, with the following M e r k m a 1 a) A part (11) of the light concentrating means (1) is optionally on a second, a receiver (4) containing a heat storage medium (42) can be aligned.

2. Solar energy system according to claim 1 with the following features: a) The heat storage medium (42) is solid at ambient temperature and at operating temperature of the second receiver (4) liquid.

b) The specific weight of the heat storage medium (42) is fixed State larger or smaller than in liquid.

c) The light concentrating means (11) are on the lowest or uppermost part of the second receiver (4) designed as an absorber (41) can be aligned.

3. Solar energy system according to claim 1 or 2 with receivers that on their side facing the light-concentrating means with heat-insulating Flaps can be covered, with the following M e r k m a 1 a) The flaps (31), (41) are mirrored (311), (411) on their side facing the receiver (3), (4).

4. Solar energy system according to claim 3 with the following feature: a) The Flaps (31), (41) can be pivoted out of their position covering the receiver (3), (4) in a position in which the light striking the mirrored side (311), (411) is reflected on the receiver.