DE102010022966A1

DE102010022966A1 - Kleinstenergiehybridstation

Info

Publication number: DE102010022966A1
Application number: DE102010022966A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-06-08
Filing date: 2010-06-08
Publication date: 2011-12-08

Abstract

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kleinstenergiehybridstation unter Verwendung eines Asorbers zu schaffen, die einen hohen Wirkungsgrad bei geringem technischen Aufwand besitzt und damit für Kleinstenergieerzeuger einsetzbar ist. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass ein Container (17) auf einem Kugeldrehkranz (13) angeordnet ist, dass auf dem Container (17) mindestens eine Photovoltaikfläche (15) und ein Solarspiegel (1) mit einem Zweikreis-Absorber (2) angeordnet sind und dass über dem Container (17) auf einem Rohr (20) ein Windrad (19) angeordnet ist. Die Erfindung betrifft eine Kleinstenergiehybridstation

Description

Die Erfindung betrifft eine Kleinstenergiehybridstation.
Es ist bekannt, Sonnenenergie und/oder Windenergie zur Hausstromversorgung zu nutzen. DE 10 2006 010 111 A1 zeigt eine Einrichtung zur Energieversorgung von Gebäuden unter Nutzung der Sonnenenergie als Energiequelle. Dabei wandelt eine erste Solarzellenvorrichtung Sonnenenergie in elektrische Energie um, eine zweite Solarzellenvorrichtung wandelt Sonnenenergie in Wärmeenergie um. Eine Wasser-Elektrolyse-Vorrichtung zerlegt Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff mittels der von der ersten Solarzellenvorrichtung gelieferten elektrischen Energie, der Wasserstoff wird in einer Speichervorrichtung gespeichert. Der Wasserstoff-Speichervorrichtung ist ein Brennstoffzellenblock zur Erzeugung elektrischer Energie zugeordnet.
Es ist üblich, in einem Kraftwerkskreislauf ein Medium zu verdampfen und in mechanische Energie umzuwandeln; das Medium wird abgekühlt und später zum Pumpen verflüssigt. Dies ist in 4 Varianten bekannt:

a) direkte Nutzung von Heiß- und Trockendampf (225°C–375°C),
b) direkte Nutzung von Sattdampf (160°C–300°C),
c) ORC Verfahren, bei denen ein organisches Mittel verdampft (100°C–210°C) und
d) Kalina Verfahren, bei dem ein Ammoniak-Wasser Gemisch verdampft (90°C–180°C).

Alle diese physikalisch-mechanischen Kreisläufe unter a) bis d) haben den Nachteil relativ hoher Anlagenkosten und einen geringen Wirkungsgrad bezüglich ihrer mechanischen Ausbeute. Bei diesen Systemen ist je höher die Temperatur, desto höher der Wirkungsgrad, so dass in der Vergangenheit eine technische Nutzung wirtschaftlich nicht vertretbar war. Des Weiteren waren hohe Leistungen und große Kraftwerke den hohen Temperaturen vorbehalten, da das Gefahrenpotential im Eigenheim als zu hoch eingeschätzt wurde. Mit herkömmlichen Absorberkollektoren (Solarthermieanlagen) lassen sich nur bis zu 80% der Globalstrahlung der Sonne in thermische Energie wandern, der Wirkungsgrad bei ORC Anlagen liegt daher nur bei 30–40%.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kleinstenergiehybridstation unter Verwendung eines Asorbers zu schaffen, die einen hohen Wirkungsgrad bei geringem technischen Aufwand besitzt und damit für Kleinstenergieerzeuger einsetzbar ist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das Microenergiesystem durch das Zweikreissystem erstmals einen variablen beeinflussbaren Kreislauf zur Stromerzeugung bereitstellt und ein hoher technischer Wirkungsgrad im Bereich von Solarthermieanlagen und Wärmepumpenanlagen erreicht wird, da 98% der Globalstrahlung von einem Spiegel reflektiert werden und damit ein Wirkungsgrad von 50–80% erreicht wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die dazugehörige Zeichnung zeigt
1: eine Kleinstenergiehybridstation,
2: ein Blockschaltbild einer Kleinstenergiehybridstation und
3: den Aufbau eines Micro-Energiesystems in der Kleinstenergiehybridstation.
In 1 ist eine Kleinstenergiehybridstation dargestellt. Ein Container 17 ist auf einem Kugeldrehkranz 13 angeordnet. Auf dem Container 17 sind zwei Photovoltaikflächen 15 und ein Solarspiegel 1 mit einem Zweikreis-Absorber 2 mit einem Wärmetauscher in seiner äußeren Hülle angeordnet. Im Zweikreis-Absorber 2 der Spiegeleinheit (Primärkreislauf) mit dem Spiegel 1 wird ein Thermoöl erhitzt, das die Energie an ein Arbeitsmittel mit einem deutlich niedrigeren Siedepunkt als Wasser, im Ausführungsbeispiel ein Fluid, abgibt, wobei diese Energie im Sekundärkreislauf als Expansionsenergie an mindestens eine Turbine abgegeben und mittels mindestens eines Generators in elektrische Energie umgewandelt. Anstelle der Turbine kann auch ein Stirlingmotor, als Zweikreis-Absorber 2 kann einer nach DE 10 2009 01 59.0 eingesetzt werden.
Über dem Container 17 ist auf einem Rohr 20 ein Windrad 19 angeordnet. Der durch das Windrad 19, die Photovoltaikflächen 15 und den Solarspiegel 1 mit Zweikreis-Absorber 2 erzeugte Strom wird im Gel-Accupack 7 des Micro-Energiesystems, 3, gespeichert.
2 zeigt den Aufbau des Containers 17 gemäß 1. Er enthält eine Steuereinheit 5 mit Elektronik und einem PC, einen Laderegler 6, einen Gel-Accupack 7, Turbinen 8 mit Generator 22 und Kühlkreislauf-Turbine, ein Tank und Ausdehnungsgefäß 9 für Fluid, einen Kühlkreislauf 10 mit Wärmetauscher, ein Dieselaggregat 11 oder eine Brennstoffzelle, und eine Lüftungseinrichtung 12, beispielsweise einen Elektrolüfter für den Container. Der Container 17 steht auf einem Kugeldrehkranz 13, der durch einen Antriebsmotor 16 angetrieben wird. Auf dem Container 17 ist eine Wetterstation 14 angeordnet. Die Außenflächen des Containers 17 können ebenfalls als Photovoltaikflächen 15 ausgebildet sein. Zusätzlich sind für den Bedarfsfall externe Stromerzeuger 18 angeordnet.
3 zeigt den Aufbau eines Micro-Energiesystems in der Kleinstenergiehybridstation, bei dem durch die Anwendung eines Zweikreis-Absorbers 2 in zwei Kreisläufen primär und sekundär einerseits Thermoöl erhitzt und andererseits ein spezielles Fluid verdampft wird. Der Termoölkreislauf ist in Bezug auf den Solarspiegel variabel, er arbeitet bei 100°C–600°C. Der auf die Sonne gerichtete Solarspiegel überträgt die Strahlung und Strahlungswärme in ein primäres Wärmeträgermedium (Absorber/Thermoöl), welches im ersten Kreislauf zum Zweikreis-Absorber 2 (der Hülle des Wärmetauschers) fließt, wo die enthaltene Energie des Mediums auf ein zweites Medium sekundär (Absorber/Fluidkreislauf) übertragen wird. Das zweite Medium, beispielsweise ein Fluid, ist im zweiten Kreislauf, dem eigentlichen Arbeitskreislauf, welches unter der Wärmeeinwirkung verdampft wird. Beide Kreisläufe können optimal und unabhängig voneinander gesteuert werden, um somit optimale Wirkprozesse innerhalb des Systems zu erreichen.
Durch die Steuerung kann der Spiegel zum Zweikreis-Absorber 2 für die jeweilige optimale Leistung eingestellt werden. Produziert die Sonne wenig nutzbare Energiestrahlung (durch Verschattung), so kann dies das Micro-Energiesystems ausgleichend steuern. Der Wirkungsgrad ist somit optimal variabel beeinflussbar, weil schon 60°C das Fluid verdampft werden kann.
Der im Micro-Energiesystem eingesetzte Zweikreis-Absorber 2 und seine Kreislaufsysteme sind durch oberflächenvergrößernde Maßnahmen im Innern mit besseren Wärmeübertragungseigenschaften ausgestattet, so dass sich ein günstigeres Flächenverhältnis zum eigens entwickelten Solarspiegel 1 ergibt. Dadurch lassen sich erstmals auch im Kleinleistungsbereich Anlagen realisieren.
Der Wärmeübertragungsbeiwert ist nun um einen Faktor 50-mal größer, als bei baugleichen Verdampfern und ORC Anlagen. Bei Einsatz von zwei Microturbinen, gesteuert durch ein Drei-Wege-Leistungsventil 21, sind variable Leistungsstufen von den Turbinen 8 möglich. Das heißt, es ist eine optimale Leistungseffizienz aus Sonnenstrahlungsintensität steuerbar und regelbar.
Das Thermoöl, sowie ein durchströmendes Fluid im Absorberkreis, wird erhitzt und in einem geschlossenen Kreislauf transportiert. Es kann mit diesem Kraftwerkskreislauf Strom bei niedriger und hoher Temperatur variabel erzeugt werden. Der so erzeugte hohe Druck wird in einem oder zwei Expandern (Microturbinen), in mechanische Drehenergie – und in der Folge – zu elektrischer Energie (Generatoren) gewandelt. Die verbleibende Restwärme kann in einem Speicher im Heizkreislauf, oder auch einem Warmwasserkreislauf bereitgestellt werden.
Bezugszeichenliste

1: Solarspiegel
2: Zweikreis-Absorber mit primärem und sekundärem Kreislauf
3: Multifunktionsgelenk für Spiegel u. Absorber
4: Stellmotor für Multifunktionsgelenk und Spiegel
5: Steuereinheit/Elektronik/PC
6: Laderegler
7: Gel-Accupack
8: Turbine mit Generator und Kühlkreislauf Turbine
9: Tank und Ausdehnungsgefäß für Fluid
10: Kühlkreislauf/Wärmetauscher
11: Dieselaggregat oder Brennstoffzelle
12: Lüftung/Elektrolüfter für Container
13: Kugeldrehkranz
14: Wetterstation
15: Photovoltaikflächen
16: Antriebsmotor für Containerdrehung
17: Container
18: externe Stromerzeuger (Wind, Wasser, Photovoltaik)
19: Windrad
20: Rohr
21: Drei-Wege-Leistungsventil
22: Generator

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102006010111 A1 [0002]
DE 1020090159 [0012]

Claims

Kleinstenergiehybridstation, dadurch gekennzeichnet, dass ein Container (17) auf einem Kugeldrehkranz (13) angeordnet ist, dass auf dem Container (17) mindestens eine Photovoltaikfläche (15) und ein Solarspiegel (1) mit einem Zweikreis-Absorber (2) angeordnet sind und dass über dem Container (17) auf einem Rohr (20) ein Windrad (19) angeordnet ist.
Kleinstenergiehybridstation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kugeldrehkranz (13) zum Nachführen der Photovoltaikflächen (15) und des Spiegels (1) entsprechend Sonnenstand über übliche Optosensoren mit einem Stellmotor in Wirkverbindung steht.
Kleinstenergiehybridstation nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Container (17) eine Steuereinheit (5) mit Elektronik und einem PC, einem Laderegler (6), einen Gel-Accupack (7), mindestens eine Turbine (8) mit Generator (22) und Kühlkreislauf-Turbine, ein Tank und Ausdehnungsgefäß (9) für Fluid, einen Kühlkreislauf (10) mit Wärmetauscher, ein Dieselaggregat (11) oder eine Brennstoffzelle, und eine Lüftungseinrichtung (12), enthält.
Kleinstenergiehybridstation nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Container (17) auf einem Kugeldrehkranz (13) steht, der durch einen Antriebsmotor (16) angetrieben wird.
Kleinstenergiehybridstation nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Zweikreis-Absorber (2) einer nach DE 1020090159.0 verwendet wird.