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WO2008125085A2 - Solarkonzentrierende absorber- und speicheranlage - Google Patents

Solarkonzentrierende absorber- und speicheranlage Download PDF

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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52—PV systems with concentrators

Definitions

  • the inventive difference from the prior art lies in the fact that the complex support structure, which requires a sun tracked storage and collector system with solar concentrating, completely eliminated and this system without support structure with the system bearing and designed for this storage shell (2) can be placed directly on a level, solid surface (3).
  • the integrated mass displacement system (5, 7, 8, 9) for shifting the center of gravity according to FIGS. 4 a and 4 b can be designed in such a way that a 2-axis or multi-axis sun tracking is possible.
  • the supporting shell (2) is already extremely stable in principle against external and / or internal pressure, as well as against static and dynamic forces acting and is also ideal for the integration of one or more storage systems for heat or cold (latent storage) (4), for the introduction of an absorber system (6), an active adjustment mass (5,7,8,9) and other externally protected components such as pumps, servomotors, refrigeration or heat pump, piping and fittings, electronics and cabling.
  • FIG. 1 Schematic representation of a mobile transportable and mobile portable and movable absorber and storage system with concentrating funnel (1), which is shown as 8 mirror plates and on a tray support structure (2) is fixed, which is on a flat base (3) and in the a storage system (4) and a balance system by mass displacement (5) is integrated ..
  • Figure 2a The figure shows in cross-section the novelty defining main components.
  • the solar-concentrating funnel (1) with the solar absorber system (6) of collector or voltaic panel, which makes electricity and waste heat usable by integrated cooling and integrated storage (4) constitutes the constrictively required mass system, the reservoir (4) Heat storage, transparent memory or Elerktro 1918 (battery) running, the stabilizing mass system and the mobile mass (5) the active mass system, which can also be run as a memory. All three systems have a common focus. If this is displaced by the movement of the active mass (5), the entire system will move laterally tilted. However, this is only possible according to this illustrated embodiment, if the specific gravity of the active mass (5) is substantially higher than that of the storage mass (4).
  • Figure 2b - The figure shows the inclined by the displacement of the active mass (5) plant.
  • a solar concentrating absorber and storage system can be completely aligned without external mechanism via a solar sensor system to the sun and thus can be carried along with the sun.
  • Figure 3 The figure shows that the inventive feature of this new principle is independent of the individual design of the system, in particular with regard to the shape and design of the solar absorber system (6) and the size and shape of the plant supporting shell construction (2).
  • Mass displacement (5) made individually by a mechanical or hydraulic design.
  • the figure shows a principle explanation of the attached separately from the stabilizing storage mass active mass displacement by a hydraullic pumping system between attached around the plant container.
  • these may be 4 containers attached to the four directions of the compass, the containers South (9) and North (7) hydraulically connecting the solar orientation of the winter / summer angle radiation and the tanks West (8) and East (not visible) the solar orientation to do the solar movement from morning to evening.
  • This figure shows all containers with the same filling level. So there is no tilting movement of the system in this state,
  • Container North (7) was pumped into the tank South (9).
  • the container West (8) shows no level change. So no movement of the plant on the east / west axis can be done.
  • the representation corresponds to the principle of a biaxial sun tracking. Description of the construction and functional parts of Figures 1 to 4

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Abstract

Solarkonzentrierende, der Sonne nachgeführte Absorber- und Speicheranlage, zur multifunktionalen Nutzung nach Stand der Technik (Solarblume), bestehend aus verspiegeltem konzentrierendem Trichter (1) (Blütenkelch), tragender Schale (2) mit integriertem multifunktional nutzbarem Absorbersystem (6), mit integriertem multifunktional nutzbarem Speichersystem (4) und verschiebbarem Massensystem (5) zur vorzugsweise 2 achsigen Sonnennachführung, gezennzeichnet dadurch, daß die Anlage ohne Unterstützungskonstruktion mit der tragenden Schale (2) direkt auf ebenen Untergrund (3) steht und sich ohne externe Einwirkung zur Sonne ausrichtet.

Description

Beschreibung
Titel :
Solarkonzentrierende Absorber- und Speicheranlage
Technisches Gebiet : regenerative Energietechnik
Stand der Technik :
Die Nutzung der Solarenergie zur Erzeugung von Strom, Wärme oder Kälte kann nach Stand der Technik wirtschaftlich im Vergleich zu alternativen Energieversorgungen auf der Basis fossiler Brennstoffe selbst in kälteren Regionen erfolgen, wenn die entsprechend erforderlichen Umgebungseinflüsse gegeben sind.
Der allgemein angewendete Stand der Technik nutzt weitgehend den Einsatz von transparent isolierten Flachkollektoren oder Vakuumkollektoren zur Erzeugung von Wärme ohne Solarkonzentrierung und Sonnennachführung und damit sehr niedrigen durchschnittlichen Tageswirkungsgraden. Bei der Anwendung der Fotovoltaik wird in der Regel nur der Stromanteil ohne mehrfache Solarkonzentrierung genutzt, obwohl dies bei gleichzeitiger Nutzung der Wärme durch ein integriertes Kühlsystem zu mehrfach höheren Wirkungsgraden führen würde.
Mit einer technisch aufwendigen einachsigen Sonnennachführung einer nach dem Prinzip der Natur als Blume nachgebildeter solarkonzentrierender Solaranlage (Solarblume), die mechanikfrei im Wind pendelt und den Naturgewalten intelligent nachgibt, werden bereits Anlagen am Markt vertrieben, die sich vor allem zur Schwimmbadheizung hervorragend eignen.
Hierzu wird als Beispiel auf die Patentanmeldung " Solarblume zur multifunktionalen Nutzung " mit Aktenzeichen 10 2006 002 011.1 hingewiesen, als auch auf die Ausführung nach Aktenzeichen
103 11 165.4.
Der Erfindung zugrundeliegendes Problem :
Die unter Solarblume vorher angeführte Techik hat nur eine automatische einachsige Sonnennachführung von Ost nach West, also vom Sonnenlauf der Morgen- bis zur Abendposition. Die Korrektur der Veränderung des Sonnenstandes über die Jahreszeit Winter / Sommer muß manuell erfolgen, da bei dieser Konstruktion der technische Aufwand einer ebenfalls automatischen Nachführung unwirtschaftlich ist.
Die ist technisch dadurch bedingt, daß die so ausgeführte Solarblume in einem Untergestell einachsig drehbar aufgehängt ist, die damit sämtliche statisch und dynamisch wirkende Kräfte aufnehmen muß. Eine zweiachsig ausgeführte Version würde den Aufwand für diese Unterstützungskonstruktion mehr als verdoppeln. Erfindung :
Der erfinderische Unterschied zum bisherigen Stand der Technik liegt vor allem darin, daß die aufwendige Unterstützungskonstruktion, die eine der Sonne nachgeführte Speicher- und Kollektoranlage mit Solarkonzentrierung erfordert, völlig entfällt und diese Anlage ohne Unterstützungskonstruktion mit der die Anlage tragenden und hierfür konzipierten Speicherschale (2) direkt auf einen ebnenen, festen Untergrund (3) gestellt werden kann.
Erfinderisch kennzeichnend ist zudem, daß das integrierte Massenverschiebungssystem (5,7,8,9) zur Schwerpunktverlagerung nach Figur 4a und 4b so ausgeführt werden kann, daß gleizeitig eine 2- oder mehrachsige Sonnennachführung möglich ist.
Vorteilehafte Wirkung der Erfindung :
Durch die Eliminierung der Unterstützungskonstruktion wird der konstruktive Aufwand einer der Sonne nachgeführten Kollektor- und Speicheranlage weiter erheblich reduziert und dam auch der Materialaufwand und somit die Wirtschaftlichkeit erhöht.
Die tragende Schale (2) ist bereits von Prinzip äußerst stabil gegen äußeren und / oder inneren Druck, als auch gegenüber statisch und dynamisch einwirkenden Kräften und eignet sich weiter ideal zur Integration eines oder mehrrer Speichersysteme für Wärme oder Kälte (Latentspeicher) (4), zur Einbringung eines Absorbersystems (6), einer aktiven Verstellmasse (5,7,8,9) und weiterer damit gegen außen geschützte Bauteile, wie Pumpen, Stellmotoren, Kälteanlage oder Wärmepumpe, Rohrleitungen und Armaturen, Elektronik und Verkabelungen.
Zudem wird der Aufwand der Isolierung dieser Bauteile sehr gering und die Verbindungswege zwischen den einzelnen Bauteilen sehr klein. Die Kühlung von eingebrachten Fotovoltaikpanels und die damit erzielte Abwärmenutzung ist durch den darunter liegenden Speicher äußerst einfach, da die Fotovoltaikpanels entsprechend der Solarkonzentration ohnehin eine vielfach höhere Solarenergieausbeute erlauben.
~n. Apni .-UUB
Bezeichnung und Beschreibung der grafischen Figuren 1 bis 4
Figur 1 - Prinzipdarstellung einer mobil transportierbaren und mobil autstellbaren und beweglichen Absorber- und Speicheranlage mit konzentrierendem Trichter (1), der als 8 Spiegelplatten dargestellt ist und auf einer Schalentragekonstruktion (2) befestigt ist, die auf ebener Grundfläche (3) steht und in der ein Speichersystem (4) und ein Balancesystem durch Massenverschiebung (5) integriert ist..
Figur 2a - Die Figur zeigt im Querschnitt die diese Neuheit definierenden Hauptbauteile.
Hierbei stellt der solarkonzentrierende Trichter (1) mit dem solaren Absorbersystem (6) aus Kollektor oder Voltaikpanel, das Strom und die Abwärme durch eine integrierte Kühlung und integrierte Speicherung (4) nutzbar macht, das konstrultiv erforderliche Massensystem dar, der Speicher (4) als Wärmespeicher, transparenter Speicher oder Elerktrospeicher (Akku) ausgeführt, das stabilisierende Massensystem und die mobil bewegliche Masse (5) das aktive Massensystem, das im übrigen ebenfalls als Speicher ausgeführt werden kann. Alle 3 Systeme haben einen gemeinsamen Schwerpunkt. Wenn dieser durch die Bewegung der aktiven Masse (5) verschoben wird, wird sich die Gesamtanlage seitlich neigend bewegen. Dies ist allerdings nach dieser dargestellten Ausführung nur möglich, wenn das spezifische Gewicht der aktiven Masse (5) wesentlich höher ist, als das der Speichermasse (4).
Figur 2b - Die Figur zeigt die durch die Verschiebung der aktiven Masse (5) geneigte Anlage.
Damit wird deutlich, daß mit diesem erfinderisch neuem System eine solarkonzentrierende Absorber- und Speicheranlage völlig ohne externen Mechanismus über ein solares Sensorsystem zur Sonne ausgerichtet werden kann und damit auch mit der Sonne mitgeführt werden kann.
Figur 3 - Die Figur zeigt, daß das erfinderisch Kennzeichnende dieses neuen Prinzips unabhängig ist von der individuellen Konstruktionsform der Anlage, insbesondere bezüglich der Form und Ausführung des solaren Absorbersystems (6) und der Größe und Form der die Anlage tragenden Schalenbauweise (2).
Figur 4a - Es ist natürlich auch möglich, ohne Wertminderung des erfinderischen Prinzips die aktive
Massenverschiebung (5) individuell durch eine mechanische oder hydraulische Konstruktion vorzunehmen. Die Figur zeigt als Prinziperklärung die getrennt von der stabilisierenden Speichermasse angebrachte aktive Massenverschiebung durch ein hydraullisches Pumpsystem zwischen rund um die Anlage angebrachte Behälter. Vorzugsweise können dies 4 Behälter sein, angebracht an den 4 Himmelsrichungen, wobei die Behälter Süd (9) und Nord (7) hydraulisch verbunden die Solarausrichtung der Winkeleinstrahlung Winter/ Sommer vornehmen und die Behälter West (8) und Ost (nicht sichtbar) die Solarausrichtung der Sonnenbewegung von morgens bis abends vornehmen. Diese Figur zeigt alle Behälter mit gleichem Füllevel. Also ergibt sich in diesem Zustand keine Kippbewegung der Anlage,
Figur 4b - Das Bild zeigt die Neigungsverstellung Richtung Süden, weil die Flüssigkeit des
Behälters Nord (7) in den Behälter Süd (9) gepumpt wurde. Der Behälter West (8) zeigt keine Füllstandsveränderung. Also kann auch keine Bewegung der Anlage über die Ost / Westrachse erfolgt sein. Die Darstellung entspricht dem Prinzip einer Zweiachsigen Sonnennachführung. Beschreibung der Bau- und Funktionsteile nach Figuren 1 bis 4
- solarkonzentrierender Trichter, dargestellt aus 8 zusammengefügten Reflektorplatten mit Spiegelfächen auf der Innenseite des Trichters - Schalenkonstruktion zur festen Aufstellung auf ebenem Untergrund (3) mit integrierterm Speicher (Wärme- oder Kälte durch Latentsystem) (4), aktiver Massenverschiebungsmasse (5) und aufgesetztem solarkonzentrierendem Trichter (1 ) - ebene Untergrundfläche zur Anlagenaufstellung - bewegungsstabilisierende Speichermasse wie Warmwasser oder Eis als Latentspeicher - mechanisch bewegte feste Bewegungsaktivmasse oder hydraulisch bewegte flüssige Bewegungsaktivmasse - Solarenergie absorbierende Systeme wie Naktabsorber, Kollektoren mit transparenter Wärmedämmung oder Voltaikpanels zur Erzeugung von Strom, wobei die Abwärme durch ein integriertes Kühl- und Speichersystem voll genutzt werden kann. - hydraulischer Massenausgleichsbehälter Nord - hydraulischer Massenausgleichsbehälter West - hydraulischer Massenausgleichsbehälter Süd

Claims

Patentansprüche :
1. Solarkonzentrierende Absorber- und Speicheranlage, gekennzeichnet dadurch, daß die gesamze Kollektor- (6) und Speicheranlage (4), als auch der solarkonzentiernede Trichter (1) in und auf einer Speicherschale (2) montiert sind, die durch integrierten Massenausgleich (5,7,8,9) beweglich auf ebenem Fundament steht.
2. Solarkonzentrierende Absorber- und Speicheranlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß das integrierte Massenausgleichssystem (4,7,8,9) eine Bewegung der Anlage über mehrere Achsen zuläßt, indem in Reservoiren eingebrachte Flüssigkeit (7,8,9) oder beweglich angebrachte Gewichte über mindestens 2 Drehachsen in vornehmlich horizontaler Richtung hin- und herbewegt werden, sodaß der Gesanmtschwer- punkt der Anlage auch in die Richtung der bewegten Masse verlagert wird und damit die Anlage sich gezielt nach Sonnenstand orientierend in diese Richtung leicht kippend bewegt.
3. Solarkonzentrierende Absorber- und Speicheranlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß die aktive Verstellmasse (5) die im Speicherraum oder Speicher (4) integriert ist, ebenfalls als Wärme-, Kälte- oder Elektrospeicher (Akku) ausgeführt ist.
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