DE3003962A1 - Sonnenenergieanlage mit direktbeheiztem waermespeicher - Google Patents

Description

• Sonnenenergiealage mit direktbeheiztem Wärmespeicher
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sonnenenergieanlage nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die im kennzeichnenden Teil der ersten Anspruchs angegebenen Mittel.
• 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.
• 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.
• Es ist bekannt, bei der Konstruktion von Wärmespeichern davon Gebrauch zu machen, daß beim Phasenübergang des wärmespeichernden Mediums von fest nach flüssig, bzw.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• L e e r s e i t e

Claims (4)

1. Sonnenenergieanlage mit direktbeheiztem Wärmespeicher Ansprüche 1 Sonnenenergieanlage mit lichtkonzentrierenden itteln, die auf einen von einem Arbeitsfluid durchflossenen ersten Empfänger ausrichtbar sind, mit folgendem M e r k m a 1 a) Ein Teil (11) der lichtkonzentrierenden Mittel (1) ist wahlweise auf einen zweiten, ein Wärmespeichermedium (42) enthaltenden Empfänger (4) ausrichtbar.
2. 2. Sonnenenergieanlage nach Anspruch 1 mit folgenden Merkmalen: a) Das Wärmespeichermedium (42) ist bei Umgebungstemperatur fest und bei Betriebstemperatur des zweiten Empfängers (4) flüssig.

   b) Das spezifische Gewicht des Wärmespeichermediums (42) ist in festem Zustand größer, bzw. kleiner als in flüssigem.

   c) Die lichtkonzentrierenden Mittel (11) sind auf dem untersten bzw. obersten, als Absorber (41) ausgestalteten Teil des zweiten Empfängers (4) ausrichtbar.
3. 3. Sonnenenergieanlage nach Anspruch 1 oder 2 mit Empfängern, die an ihrer den lichtkonzentrierenden Mitteln zugewandten Seite mit wärmeisolierenden Klappen abdeckbar sind, mit folgendem M e r k m a 1 a) Die Klappen (31), (41) sind an ihrer dem Empfänger (3), (4) zugewandten Seite verspiegelt (311), (411).
4. 4. Sonnenenergieanlage nach Anspruch 3 mit folgendem Merkmal: a) Die Klappen (31), (41) sind aus ihrer den Empfänger (3), (4) abdeckenden Lage verschwenkbar in eine Lage, in der das auf die verspiegelte Seite (311), (411) treffende Licht auf den Empfänger reflektiert wird.