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WO2011153971A1 - Combined heat and power plant - Google Patents

Combined heat and power plant Download PDF

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Publication number
WO2011153971A1
WO2011153971A1 PCT/DE2010/000626 DE2010000626W WO2011153971A1 WO 2011153971 A1 WO2011153971 A1 WO 2011153971A1 DE 2010000626 W DE2010000626 W DE 2010000626W WO 2011153971 A1 WO2011153971 A1 WO 2011153971A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heat
circuit
storage unit
carrier medium
steam
Prior art date
Application number
PCT/DE2010/000626
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Johann Giritsch
Dorian Mirko Alexander Mittler
Original Assignee
Johann Giritsch
Dorian Mirko Alexander Mittler
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Johann Giritsch, Dorian Mirko Alexander Mittler filed Critical Johann Giritsch
Priority to PCT/DE2010/000626 priority Critical patent/WO2011153971A1/en
Publication of WO2011153971A1 publication Critical patent/WO2011153971A1/en

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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
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    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/08—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G6/00—Devices for producing mechanical power from solar energy
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    • F03G6/005—Binary cycle plants where the fluid from the solar collector heats the working fluid via a heat exchanger
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/006—Methods of steam generation characterised by form of heating method using solar heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/02—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
    • F22B1/028—Steam generation using heat accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
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    • Y02E20/14—Combined heat and power generation [CHP]

Definitions

  • the present invention relates to a combined heat and power plant with a photovoltaic system with flat photovoltaic elements that generate electrical energy from the top side, which is fed into a power grid and / or a power storage unit is supplied, wherein the cooling coil, the resulting process heat during operation of the photovoltaic element first heat pump feeds, the first heat pump is in communication with a first carrier medium circuit having a first carrier medium, in the first carrier medium circuit, a heat storage unit with a
  • Heat storage medium is arranged, wherein the heat energy of the first support medium is transferred to the heat storage medium within the heat storage unit, and at least one further heat consumer circuit with a second support medium with the heat storage unit in
  • planar photovoltaic elements of such photovoltaic systems are mounted, for example, on sun-oriented roof surfaces of buildings. To the photovoltaic elements are
  • Photovoltaic element generated electrical energy can be fed into a power grid.
  • a considerable process heat is created.
  • the inverters can only operate up to a certain maximum temperature (for example 65 °), they are switched off when the maximum temperature is exceeded in order to protect them from damage. This suffers the efficiency of the entire system.
  • the combined heat and power plant according to the invention is accordingly characterized in that the further heat consumer circuit is connected to a steam generating unit, which communicates with a steam cycle, wherein within the steam cycle, a steam turbine is arranged, the steam turbine drives a generator for generating electricity or the steam turbine a nitrogen liquefaction unit, which liquefies the nitrogen of the ambient air, and a nitrogen storage unit is present, in which the generated liquid nitrogen is removably stored, the steam turbine is switchable, so that it with the steam of the steam cycle or with nitrogen taken from the nitrogen storage unit, the over an evaporator is guided, is driven, a collector device with a collector profile and collector mirror is present, which via a second carrier medium circuit to a fourth heat exchanger is closed and the fourth heat exchanger via a second heat consumer circuit is connected to the steam generating unit, wherein a control unit is present, which switches on or off the second heat consumer circuit.
  • the basic idea of the present invention is to dissipate the process heat arising during operation of the photovoltaic elements and to use it energetically. On the one hand, this has the effect of improving the efficiency of the power generation of the photovoltaic elements, since the shutdown of the inverters as a result of exceeding the maximum operating temperature can be largely prevented. Furthermore, this withdrawn process heat is a
  • Heat storage unit supplied, which in turn then the stored heat 'if necessary, different consumer circuits, including a steam generating unit, supplies. To increase the efficiency is also an switchable solar collector device available, the energy production is also supplied to the steam generating unit.
  • the first heat pump serves to ensure that in the heat storage unit
  • the thermal energy transfer from the first carrier medium to the storage medium is preferably carried out by means of a first heat exchanger.
  • the thermal energy transfer from the storage medium to the further heat consumer circuits within the heat accumulator can take place in each case by a further second heat exchanger.
  • a first circulating pump which preferably from within the first carrier medium circuit and at the
  • Heat storage unit existing thermostat is acted upon or switched.
  • the power of the circulation pump can be set variably in an advantageous manner.
  • the further heat consumer circuit can be supplied to a heat pump, wherein according to a particularly advantageous embodiment, a steam generating unit is connected to the heat pump, which communicates with a steam circuit, and in the steam cycle a steam turbine is arranged, which is acted upon by the generated steam.
  • the steam turbine may be connected, for example, to a generator for generating electricity.
  • the steam turbine drives a Stickstoffverliterungsaggregat, which is the nitrogen of the ambient air liquefied, wherein a nitrogen storage unit is present, in which the generated liquid nitrogen is removably stored.
  • the collector profile is preferably designed as a tube device.
  • a second heat accumulator is connected to the fourth heat exchanger unit.
  • FIG. 1 is a highly schematic representation of a combined heat and power plant with a photovoltaic system with a first carrier medium circuit to which the process heat of the photovoltaic system is supplied, and stores this process heat within a storage unit, wherein the storage unit is connected at least one further heat consumer circuit and a solar collector device and
  • a first heat pump is connected and a total of three more heat consumer circuits for space heating, a heat pump and a hot water treatment are connected, wherein the Heat pump and the solar collector device are connected to a steam generating unit whose steam is fed to a steam turbine.
  • a cogeneration plant 100 with a photovoltaic system 10 is shown with a photovoltaic element 12 shown by way of example, which is acted upon by the sun's rays S on the upper side.
  • the photovoltaic element 12 shown by way of example, which is acted upon by the sun's rays S on the upper side.
  • Photovoltaic element 12 is in line with an inverter 16 in
  • a cooling register 20 On the underside of the photovoltaic element 12, a cooling register 20 is arranged, which communicates via a heat pump circuit 34 with a first heat pump 36 in communication.
  • the first, in Fig. 1 highly schematic illustrated heat pump 36 is further involved in a first carrier medium circuit 22 with a flow VI and a return Rl, wherein the first carrier medium circuit 22 partially within a with a
  • Heat storage medium filled heat storage unit 24 is guided.
  • the first heat pump 36 serves to achieve a temperature of about 60 ° to 70 ° C (Celsius) in the heat storage unit 24.
  • the first carrier medium circuit 22 has a first heat exchanger 28.
  • Fig. 1 schematically another
  • Heat consumer circuit 30 connected to its flow V2 and its return R2, wherein the further heat consumer circuit 30 within the heat storage unit 24 has a second heat exchanger 32.
  • the further heat consumer circuit 30 is - optionally via a heat pump - connected to a steam generating unit 52, which has a
  • Steam circuit 44 with flow V4 and return R4 is connected to a steam turbine 46, by means of which a generator 48 is operable.
  • a solar collector device 86 is connected to the steam generating unit via a third heat exchanger 90, which will be described below with reference to FIG. 2.
  • Carrier medium of the other consumer cycle 30 transmitted.
  • process heat of the photovoltaic element 12 is used and at the same time the photovoltaic element 12 is cooled, so that a failure or switching off of the inverter 16 due to high temperature can be largely avoided.
  • FIG. 2 the combined heat and power plant with a photovoltaic plant according to FIG. 1 is shown in greater detail, wherein a total of three further heat consumer circuits 30.1, 30.2, 30.3 are present, the respective second heat exchangers 32.1 corresponding within the heat storage unit 24 , 32.2, 32.3.
  • the same components bear the same reference numerals and will not be explained again.
  • a variable in their performance circulating pump 18 is connected with downstream check valve 54. Furthermore, a thermostat 56 is provided, which measures the temperature in the flow VI, the return Rl of the first carrier medium circuit 22 and the temperature of the storage medium within the heat storage unit 24, and in Dependence of the measured temperature adjusts the performance of the circulation pump 18. The thermostat 56 also monitors the maximum allowable temperature.
  • Expansion tank 28 connected with upstream pressure relief valve 60.
  • a second second heat exchanger 32.2 of a second further heat consumer circuit 30.2 (refrigerant circuit) is arranged, which belongs to a heat pump 40.
  • a third second heat exchanger 32.3 is present, which leads to a third additional heat consumer circuit 30.3, which is used for example for a hot water treatment.
  • the headers and returns of the three other heat consumer circuits are indicated by V21, V22, V23 and R21, R22 and R23, respectively.
  • a further expansion tank 72 is connected to the heat storage unit 24 to the heat storage unit 24 to the heat storage unit 24 to the heat storage unit 24 to the heat storage unit 24, a further expansion tank 72 is connected.
  • the flow V22 of the second further heat consumer circuit 30.2 is supplied to a compressor 62 within the heat pump 40, wherein between the input and output of the compressor 62, a bypass valve 64 is connected. In the further course of the second heat consumer 30.2 this is fed to a steam generating unit 42, wherein the temperature of the second
  • Steam generation unit 42 is transferred. To the steam generation unit is a steam cycle 44 with a flow V4 and a return R4
  • an expansion valve is arranged.
  • the flow V4 of the steam cycle 44 is passed to a steam turbine 46 and then the resulting condensate is passed to a condensate reservoir 68.
  • a pump 70 in the return R4 of the steam cycle 44 returns the condensate to the steam generating unit 42.
  • the steam turbine 46 drives a generator 48, which feeds the generated electrical energy into a network.
  • Steam turbine 46 drive a nitrogen liquefaction unit 50, which extracts nitrogen from the ambient air and liquefies. Subsequently, the liquid nitrogen is removably stored on a nitrogen storage unit 52.
  • the liquid nitrogen can be used for example for driving nitrogen engines, such nitrogen engines are very environmentally friendly, since no polluting gases.
  • the steam turbine 46 is adapted to be selectively operated with the steam of the steam cycle 44 or with nitrogen.
  • the steam turbine 46 is formed switchable with respect to the choice of the operating medium.
  • the steam turbine 46 is connected to the nitrogen storage unit 52 via an evaporator 76. Control components that the
  • Control switching process are not shown in Fig. 2.
  • the switchable steam turbine 46 it is possible that at night, that is, when no activity of the photovoltaic elements 12, or if no heat is removed elsewhere via the generator 48 electricity is generated, which is fed into the network.
  • Heat storage unit 24 connectable additional consumer circuits 30.1, 30.2, 30.3. Other heat consumer circuits can be easily arranged for other purposes.
  • a solar collector device 86 with a collector mirror 88 and a collector hollow profile 87 is shown above the steam generation unit 42, which is connected to a fourth heat exchanger 90 via a second carrier medium circuit 92 with feed V2 and return R3.
  • a second pump 78 is arranged in the second carrier medium circuit 92.
  • the fourth heat exchanger 90 is connected via a second heat consumer 94 with a flow V5 and a return R5 with the steam generating unit 42 in communication.
  • the second heat consumer circuit 94 of the steam generating unit 42 can be switched on or off.
  • a second heat accumulator 82 is connected to the fourth heat exchanger 90 via a circuit with third pump 80, in which heat energy can be stored as needed and retrieved.
  • the illustrated combined heat and power plant 100 shows against the

Landscapes

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Abstract

The invention relates to a combined heat and power plant (100), comprising a photovoltaic system having flat photovoltaic elements (12), which generate electric energy from solar irradiation (S) of the upper face, said energy being fed into a power grid (14) and/or supplied to a power storage unit, characterized in that a cooling register (20) is arranged under each of the photovoltaic elements (12) and is in communicative connection with a first heat pump via a heat pump circuit, wherein the cooling register (20) supplies the process heat generated during the operation of the photovoltaic elements (12) to the first heat pump, the first heat pump is in communicative connection with a first carrier medium circuit (22) having a first carrier medium, a heat storage unit (24) having a heat storage medium is arranged in the first carrier medium circuit (22), wherein the thermal energy of the first carrier medium within the heat storage unit (24) is transferred to the heat storage medium, and at least one further thermal load circuit (30) having a second carrier medium is in communicative connection with the heat storage unit (24) and the thermal energy of the heat storage medium is transferred to the second carrier medium of the further thermal load circuit (30) as needed, wherein the further thermal load circuit is coupled to a steam generating unit which has a steam turbine (46). Additionally, a solar collector device (86) is present, which can be activated and which is coupled to the steam generating unit (42).

Description

BESCHREIBUNG  DESCRIPTION
Kraft- Wärme-Kopplungsanlage Combined heat and power plant
TECHNISCHES GEBIET TECHNICAL AREA
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraft-Wärme-Kopplungsanlage mit einer Photovoltaikanlage mit flächigen Photovoltaikelementen, die unter oberseitiger Sonnenbestrahlung elektrische Energie erzeugen, die in ein Stromnetz eingespeist wird und/ oder einer Stromspeichereinheit zugeführt wird, wobei das Kühlregister die bei Betrieb des Photovoltaikelements entstehende Prozesswärme der ersten Wärmepumpe zuführt, die erste Wärmepumpe mit einem ersten Trägermediumkreislauf mit einem ersten Trägermedium in Kommunikationsverbindung steht, in dem ersten Trägermediumkreislauf eine Wärmespeichereinheit mit einem The present invention relates to a combined heat and power plant with a photovoltaic system with flat photovoltaic elements that generate electrical energy from the top side, which is fed into a power grid and / or a power storage unit is supplied, wherein the cooling coil, the resulting process heat during operation of the photovoltaic element first heat pump feeds, the first heat pump is in communication with a first carrier medium circuit having a first carrier medium, in the first carrier medium circuit, a heat storage unit with a
Wärmespeichermedium angeordnet ist, wobei die Wärmeenergie des ersten Trägermediums innerhalb der Wärmespeichereinheit auf das Wärmespeichermedium übertragen wird, und zumindest ein weiterer Wärmeverbraucherkreislauf mit einem zweiten Trägermedium mit der Wärmespeichereinheit in Heat storage medium is arranged, wherein the heat energy of the first support medium is transferred to the heat storage medium within the heat storage unit, and at least one further heat consumer circuit with a second support medium with the heat storage unit in
Kommunikations Verbindung steht und die Wärmeenergie des Wärmespeichermediums bedarfsweise auf das zweite Trägermedium des weiteren Wärmeverbraucherkreislaufs übertragen wird. Communication connection is and the heat energy of the heat storage medium is transmitted as needed to the second carrier medium of the further heat consumer circuit.
STAND DER TECHNIK STATE OF THE ART
Es ist bekannt, zur Umsetzung der Sonnenenergie in elektrische Energie It is known to convert solar energy into electrical energy
Photovoltaikanlagen einzusetzen. Die flächigen Photovoltaikelemente derartiger Photovoltaikanlagen werden beispielsweise auf zur Sonne hin ausgerichteten Dachflächen von Gebäuden montiert. An die Photovoltaikelemente sind Use photovoltaic systems. The planar photovoltaic elements of such photovoltaic systems are mounted, for example, on sun-oriented roof surfaces of buildings. To the photovoltaic elements are
Wechselrichter angeschlossen, die ermöglichen, dass die durch das Inverters connected, which allow that through the
Photovoltaikelement erzeugte elektrische Energie in ein Stromnetz eingespeist werden kann. Bei dem Betrieb von Photovoltaikelementen entsteht eine nicht unerhebliche Prozesswärme. Da die Wechselrichter nur bis zu einer bestimmten maximalen Temperatur (zum Beispiel 65°) arbeiten können, werden diese bei überschreiten der Maximaltemperatur abgeschaltet, um sie vor Beschädigung zu beschützen. Darunter leidet die Effizienz der gesamten Anlage. Photovoltaic element generated electrical energy can be fed into a power grid. When operating photovoltaic elements, a considerable process heat is created. Since the inverters can only operate up to a certain maximum temperature (for example 65 °), they are switched off when the maximum temperature is exceeded in order to protect them from damage. This suffers the efficiency of the entire system.
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BESTÄTIGUNGSKOPIE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG CONFIRMATION COPY PRESENTATION OF THE INVENTION
Ausgehend von dem genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Based on the cited prior art is the present
Erfindung das technische Problem beziehungsweise die Aufgabe zugrunde die Effizienz einer Kraft- Wärme-Kopplungsanlage mit einer Photovoltaikanlage der eingangs genannten Art zu verbessern. Invention, the technical problem or task to improve the efficiency of a combined heat and power plant with a photovoltaic system of the type mentioned.
Die erfindungsgemäße Kraft- Wärme-Kopplungsanlage ist durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen und The combined heat and power plant according to the invention is given by the features of independent claim 1. Advantageous embodiments and
Weiterbildungen sind in den von dem unabhängigen Anspruch 1 direkt oder indirekt abhängigen Ansprüche angegeben. Further developments are specified in the dependent directly from the independent claim 1 or claims.
Die erfindungsgemäße Kraft- Wärme-Kopplungsanlage zeichnet sich demgemäß dadurch aus, dass der weitere Wärmeverbraucherkreislauf an eine Dampferzeugungseinheit angeschlossen ist, die mit einem Dampfkreislauf in Kommunikationsverbindung steht, wobei innerhalb des Dampfkreislaufs eine Dampfturbine angeordnet ist, die Dampfturbine einen Generator zur Stromerzeugung antreibt oder die Dampfturbine ein Stickstoffverflüssigungsaggregat antreibt, das den Stickstoff der Umgebungsluft verflüssigt, und eine Stickstoffspeichereinheit vorhanden ist, in der der erzeugte flüssige Stickstoff entnehmbar gespeichert wird, die Dampfturbine umschaltbar ist, derart dass sie mit dem Dampf des Dampfkreislaufs oder mit aus der Stickstoffspeichereinheit entnommenen Stickstoff, der über einen Verdampfer geführt ist, angetrieben wird, eine Kollektoreinrichtung mit einem Kollektorprofil und Kollektorspiegel vorhanden ist, die über einen zweiten Trägermediumkreislauf an einen vierten Wärmetauscher angeschlossen ist und der vierte Wärmetauscher über einen zweiten Wärme Verbraucher kreislauf an die Dampferzeugungseinheit angeschlossen ist, wobei eine Steuereinheit vorhanden ist, die den zweiten Wärmeverbraucherkreislauf zu- oder abschaltet. The combined heat and power plant according to the invention is accordingly characterized in that the further heat consumer circuit is connected to a steam generating unit, which communicates with a steam cycle, wherein within the steam cycle, a steam turbine is arranged, the steam turbine drives a generator for generating electricity or the steam turbine a nitrogen liquefaction unit, which liquefies the nitrogen of the ambient air, and a nitrogen storage unit is present, in which the generated liquid nitrogen is removably stored, the steam turbine is switchable, so that it with the steam of the steam cycle or with nitrogen taken from the nitrogen storage unit, the over an evaporator is guided, is driven, a collector device with a collector profile and collector mirror is present, which via a second carrier medium circuit to a fourth heat exchanger is closed and the fourth heat exchanger via a second heat consumer circuit is connected to the steam generating unit, wherein a control unit is present, which switches on or off the second heat consumer circuit.
Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung liegt darin, die beim Betrieb der Photovoltaikelemente entstehende Prozesswärme abzuführen und energetisch zu verwerten. Dies hat einerseits den Effekt, dass die Effizienz der Stromerzeugung der Photovoltaikelemente verbessert wird, da die Abschaltung der Wechselrichter infolge Überschreiten der maximalen Betriebstemperatur weitestgehend verhindert werden kann. Des Weiteren wird diese abgezogene Prozesswärme einer The basic idea of the present invention is to dissipate the process heat arising during operation of the photovoltaic elements and to use it energetically. On the one hand, this has the effect of improving the efficiency of the power generation of the photovoltaic elements, since the shutdown of the inverters as a result of exceeding the maximum operating temperature can be largely prevented. Furthermore, this withdrawn process heat is a
Wärmespeichereinheit zugeführt, die dann wiederum die gespeicherte Wärme ' bedarfsweise unterschiedlichen Verbraucherkreisläufen, unter anderem auch einer Dampferzeugungseinheit, zuführt. Zur Steigerung der Effizienz ist zusätzlich eine zuschaltbare Sonnenkollektoreinrichtung vorhanden, deren Energiegewinnung ebenfalls der Dampferzeugungseinheit zugeführt wird. Heat storage unit supplied, which in turn then the stored heat 'if necessary, different consumer circuits, including a steam generating unit, supplies. To increase the efficiency is also an switchable solar collector device available, the energy production is also supplied to the steam generating unit.
Die erste Wärmepumpe dient dazu, dass in der Wärmespeichereinheit eine The first heat pump serves to ensure that in the heat storage unit
Temperatur von 60° bis 70°C (Celsius) erreicht wird. Temperature of 60 ° to 70 ° C (Celsius) is reached.
Zur Erhöhung der Effizienz ist es gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung möglich, unterhalb des Kühlregisters eine Isolationsschicht anzuordnen. To increase the efficiency, it is possible according to an advantageous embodiment to arrange an insulating layer below the cooling register.
Bevorzugt wird die Wärmeenergieübertragung von dem ersten Trägermedium auf den Speicherträgermedium mittels eines ersten Wärmetauschers durchgeführt. Ebenso kann die Wärmeenergieübertragung von dem Speichermedium auf die weiteren Wärmeverbraucherkreisläufe innerhalb des Wärmespeichers durch jeweils einen weiteren zweiten Wärmetauscher erfolgen. The thermal energy transfer from the first carrier medium to the storage medium is preferably carried out by means of a first heat exchanger. Likewise, the thermal energy transfer from the storage medium to the further heat consumer circuits within the heat accumulator can take place in each case by a further second heat exchanger.
Zur Steuerung der Temperaturverhältnisse in dem ersten Trägermediumkreislauf ist es besonders vorteilhaft eine erste Umwälzpumpe einzusetzen, die bevorzugt von einem innerhalb des ersten Trägermediumskreislaufs und an der To control the temperature conditions in the first carrier medium circuit, it is particularly advantageous to use a first circulating pump, which preferably from within the first carrier medium circuit and at the
Wärmespeichereinheit vorhandenen Thermostat beaufschlagt beziehungsweise geschaltet wird. Die Leistung der Umwälzpumpe kann in vorteilhafter Art und Weise variabel eingestellt werden. Heat storage unit existing thermostat is acted upon or switched. The power of the circulation pump can be set variably in an advantageous manner.
Als weiterer Wärmeverbraucherkreislauf kommt beispielsweise ein Kreislauf für eine Raumheizung oder eine Warm Wasseraufbereitung in Frage. As a further heat consumer circuit, for example, a circuit for a space heating or a hot water treatment comes into question.
Des Weiteren kann der weitere Wärmeverbraucherkreislauf einer Wärmepumpe zugeführt werden, wobei gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung an die Wärmepumpe eine Dampferzeugungseinheit angeschlossen ist, die mit einem Dampfkreislauf in Kommunikationsverbindung steht, und in dem Dampfkreislauf eine Dampfturbine angeordnet ist, die von dem erzeugten Dampf beaufschlagt wird. Furthermore, the further heat consumer circuit can be supplied to a heat pump, wherein according to a particularly advantageous embodiment, a steam generating unit is connected to the heat pump, which communicates with a steam circuit, and in the steam cycle a steam turbine is arranged, which is acted upon by the generated steam.
Die Dampfturbine kann beispielsweise an einen Generator zur Stromerzeugung angeschlossen sein. The steam turbine may be connected, for example, to a generator for generating electricity.
In einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung treibt die Dampfturbine ein Stickstoffverflüssigungsaggregat an, das den Stickstoff der Umgebungsluft verflüssigt, wobei eine Stickstoffspeichereinheit vorhanden ist, in der der erzeugte flüssige Stickstoff entnehmbar gespeichert wird. In an alternative advantageous embodiment, the steam turbine drives a Stickstoffverflüssigungsaggregat, which is the nitrogen of the ambient air liquefied, wherein a nitrogen storage unit is present, in which the generated liquid nitrogen is removably stored.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anlage zeichnet sich dadurch aus, dass die Dampfturbine umschaltbar ist, derart dass sie mit dem Dampf des Dampfkreislaufs oder mit aus der Stickstoffspeichereinheit A particularly preferred embodiment of the system according to the invention is characterized in that the steam turbine can be switched so that it with the steam of the steam cycle or with from the nitrogen storage unit
entnommenen Stickstoff, der über einen Verdampfer geführt ist, angetrieben wird. Durch diese Ausgestaltung ist es möglich, dass die Dampfturbine bei Nacht oder wenn keine Wärme anderweitig abgenommen wird durch den zuvor erzeugten Stickstoff angetrieben wird und so über den Generator Strom ins Netz eingespeist werden kann, ohne dass Prozesswärme von den Photovoltaikelementen benötigt wird beziehungsweise dass diese Prozesswärme nicht zur Verfügung steht. extracted nitrogen, which is passed through an evaporator, is driven. With this configuration, it is possible that the steam turbine at night or when no heat is removed elsewhere is driven by the nitrogen previously generated and can be fed via the generator power into the grid without process heat is needed by the photovoltaic elements or that this process heat not available.
Das Kollektorprofil ist bevorzugt als Röhreneinrichtung ausgebildet. The collector profile is preferably designed as a tube device.
In vorteilhafter Art und Weise ist an die vierte Wärmetauschereinheit ein zweiter Wärmespeicher angeschlossen. In an advantageous manner, a second heat accumulator is connected to the fourth heat exchanger unit.
Weitere Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung ergeben sich durch die in den Ansprüchen ferner aufgeführten Merkmale sowie durch die nachstehend angegebenen Ausführungsbeispiele. Die Merkmale der Ansprüche können in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden, insoweit sie sich nicht offensichtlich gegenseitig ausschließen. Further embodiments and advantages of the invention will become apparent from the features further listed in the claims as well as by the embodiments given below. The features of the claims may be combined in any manner as far as they are not obviously mutually exclusive.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWING
Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten The invention as well as advantageous embodiments and developments thereof are described below with reference to the drawing
Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und der Examples are described and explained in more detail. The description and the
Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigen: Drawing to be taken features can be applied individually according to the invention or to several in any combination according to the invention. Show it:
Fig. 1 stark schematisierte Darstellung einer Kraft- Wärme-Kopplungsanlage mit einer Photovoltaikanlage mit einem ersten Trägermediumkreislauf, dem die Prozesswärme der Photovoltaikanlage zugeführt wird, und der diese Prozesswärme innerhalb einer Speichereinheit speichert, wobei an der Speichereinheit zumindest ein weiterer Wärmeverbraucherkreislauf angeschlossen ist und eine Sonnenkollektoreinrichtung und 1 is a highly schematic representation of a combined heat and power plant with a photovoltaic system with a first carrier medium circuit to which the process heat of the photovoltaic system is supplied, and stores this process heat within a storage unit, wherein the storage unit is connected at least one further heat consumer circuit and a solar collector device and
Fig. 2 stark schematisierte erweiterte Darstellung einer Kraft- Wärme-Kopplungsanlage mit einer Photovoltaikanlage gemäß Fig. 1, wobei vor dem ersten Trägermediumkreislauf eine erste Wärmepumpe geschaltet ist und insgesamt drei weitere Wärmeverbraucherkreisläufe für eine Raumheizung, eine Wärmepumpe und eine Warmwasseraufbereitung angeschlossen sind, wobei die Wärmepumpe und die Sonnenkollektoreinrichtung an eine Dampferzeugungseinheit angeschlossen sind, deren Dampf einer Dampfturbine zugeführt wird. 1, wherein before the first carrier medium circuit, a first heat pump is connected and a total of three more heat consumer circuits for space heating, a heat pump and a hot water treatment are connected, wherein the Heat pump and the solar collector device are connected to a steam generating unit whose steam is fed to a steam turbine.
WEGE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG WAYS FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In Fig. 1 ist stark schematisiert eine Kraft- Wärme-Kopplungsanlage 100 mit einer Photovoltaikanlage 10 mit einem beispielshaft dargestellten Photovoltaikelement 12 angegeben, das oberseitig von Sonnenstrahlen S beaufschlagt wird. Das In Fig. 1, a cogeneration plant 100 with a photovoltaic system 10 is shown with a photovoltaic element 12 shown by way of example, which is acted upon by the sun's rays S on the upper side. The
Photovoltaikelement 12 steht leitungsmäßig mit einem Wechselrichter 16 in Photovoltaic element 12 is in line with an inverter 16 in
Verbindung, der die durch das Photovoltaikelement 12 erzeugte elektrische Energie in ein in Fig. 1 symbolisch dargestellte Stromnetz 14 einspeist. A compound which feeds the electrical energy generated by the photovoltaic element 12 in a power supply 14 shown symbolically in Fig. 1.
Auf der Unterseite des Photovoltaikelements 12 ist ein Kühlregister 20 angeordnet, das über einen Wärmepumpenkreislauf 34 mit einer ersten Wärmepumpe 36 in Kommunikationsverbindung steht. Die erste, in Fig. 1 stark schematisierte dargestellte Wärmepumpe 36 ist weiterhin in einen ersten Trägermediumkreislauf 22 mit einem Vorlauf VI und einem Rücklauf Rl eingebunden, wobei der erste Trägermediumkreislauf 22 bereichsweise innerhalb einer mit einem On the underside of the photovoltaic element 12, a cooling register 20 is arranged, which communicates via a heat pump circuit 34 with a first heat pump 36 in communication. The first, in Fig. 1 highly schematic illustrated heat pump 36 is further involved in a first carrier medium circuit 22 with a flow VI and a return Rl, wherein the first carrier medium circuit 22 partially within a with a
Wärmespeichermedium gefüllten Wärmespeichereinheit 24 geführt ist. Die erste Wärmepumpe 36 dient dazu, in der Wärmespeichereinheit 24 eine Temperatur von ca. 60° bis 70°C (Celsius) zu erreichen. Heat storage medium filled heat storage unit 24 is guided. The first heat pump 36 serves to achieve a temperature of about 60 ° to 70 ° C (Celsius) in the heat storage unit 24.
Innerhalb der Wärmespeichereinheit 24 weist der erste Trägermediumkreislauf 22 einen ersten Wärmetauscher 28 auf. Within the heat storage unit 24, the first carrier medium circuit 22 has a first heat exchanger 28.
An die Wärmespeichereinheit 24 ist in Fig. 1 schematisch ein weiterer To the heat storage unit 24 is shown in Fig. 1 schematically another
Wärmeverbraucherkreislauf 30 mit seinem Vorlauf V2 und seinem Rücklauf R2 angeschlossen, wobei der weitere Wärmeverbraucherkreislauf 30 innerhalb der Wärmespeichereinheit 24 einen zweiten Wärmetauscher 32 aufweist. Der weitere Wärme verbraucherkreislauf 30 ist - gegebenenfalls über eine Wärmepumpe - an eine Dampferzeugungseinheit 52 angeschlossen, die über einen Heat consumer circuit 30 connected to its flow V2 and its return R2, wherein the further heat consumer circuit 30 within the heat storage unit 24 has a second heat exchanger 32. The further heat consumer circuit 30 is - optionally via a heat pump - connected to a steam generating unit 52, which has a
Dampfkreislauf 44 mit Vorlauf V4 und Rücklauf R4 an eine Dampfturbine 46 angeschlossen ist, mittels derer ein Generator 48 betreibbar ist. Steam circuit 44 with flow V4 and return R4 is connected to a steam turbine 46, by means of which a generator 48 is operable.
Des Weiteren ist an die Dampferzeugungseinheit eine Sonnenkollektoreinrichtung 86 über einen dritten Wärmetauscher 90 angeschlossen, was anhand der Fig. 2 weiter unten beschrieben werden wird. Furthermore, a solar collector device 86 is connected to the steam generating unit via a third heat exchanger 90, which will be described below with reference to FIG. 2.
Bei Betrieb der Kraft-Wärme-Kopplungsanlage 100 arbeitet diese wie folgt. Die in dem Photovoltaikelement 12 stehende Prozesswärme wird durch das Kühlregister 20 auf das erste Trägermedium des ersten Trägermediümkreislaufs 22 übertragen. Über den ersten Wärmetauscher 28 wird die Wärmeenergie des ersten When operating the combined heat and power plant 100, this works as follows. The process heat standing in the photovoltaic element 12 is transferred by the cooling register 20 to the first carrier medium of the first carrier medium circuit 22. About the first heat exchanger 28, the heat energy of the first
Trägermediums innerhalb der Wärmespeichereinheit 24 auf das Carrier medium within the heat storage unit 24 on the
Wärmespeichermedium übertragen. Transfer thermal storage medium.
Mittels des zweiten Wärmetauschers 32 wird bedarfsweise die Wärmeenergie des Wärmespeichermediums der Wärmespeichereinheit 24 auf das zweite By means of the second heat exchanger 32, if necessary, the heat energy of the heat storage medium of the heat storage unit 24 to the second
Trägermedium des weiteren Verbraucherkreislaufs 30 übertragen. Carrier medium of the other consumer cycle 30 transmitted.
Durch eine derartige Anlage wird einerseits Prozesswärme des Photovoltaik- elements 12 genutzt und gleichzeitig das Photovoltaikelement 12 gekühlt, so dass ein Ausfall beziehungsweise ein Ausschalten des Wechselrichters 16 infolge zu hoher Temperatur weitestgehend vermieden werden kann. By such a system, on the one hand, process heat of the photovoltaic element 12 is used and at the same time the photovoltaic element 12 is cooled, so that a failure or switching off of the inverter 16 due to high temperature can be largely avoided.
In Fig. 2 ist stark schematisiert die Kraft- Wärme-Kopplungsanlage mit einer Photo- voltaikanlage gemäß Fig. 1 mit weiteren Details dargestellt, wobei insgesamt drei weitere Wärmeverbraucherkreisläufe 30.1, 30.2, 30.3 vorhanden sind, die jeweils innerhalb der Wärmespeichereinheit 24 entsprechende zweite Wärmetauscher 32.1, 32.2, 32.3 besitzen. Gleiche Bauteile tragen dasselbe Bezugszeichen und werden nicht nochmals erläutert. 2, the combined heat and power plant with a photovoltaic plant according to FIG. 1 is shown in greater detail, wherein a total of three further heat consumer circuits 30.1, 30.2, 30.3 are present, the respective second heat exchangers 32.1 corresponding within the heat storage unit 24 , 32.2, 32.3. The same components bear the same reference numerals and will not be explained again.
In dem Vorlauf VI des ersten Trägermediumkreislaufs 22 ist eine in ihrer Leistung regelbare Umwälzpumpe 18 mit nachgeordnetem Rückschlagventil 54 geschaltet. Des Weiteren ist ein Thermostat 56 vorhanden, der die Temperatur im Vorlauf VI, im Rücklauf Rl des ersten Trägermediumkreislaufs 22 und die Temperatur des Speichermediums innerhalb der Wärmespeichereinheit 24 misst, und dabei in Abhängigkeit der gemessenen Temperatur die Leistung der Umwälzpumpe 18 einstellt. Der Thermostat 56 überwacht auch die maximal zulässige Temperatur. In the flow VI of the first carrier medium circuit 22 a variable in their performance circulating pump 18 is connected with downstream check valve 54. Furthermore, a thermostat 56 is provided, which measures the temperature in the flow VI, the return Rl of the first carrier medium circuit 22 and the temperature of the storage medium within the heat storage unit 24, and in Dependence of the measured temperature adjusts the performance of the circulation pump 18. The thermostat 56 also monitors the maximum allowable temperature.
Im Rücklauf Rl des ersten Trägermediumskreislaufs 22 ist weiterhin ein In the return Rl of the first carrier medium circuit 22 is still a
Ausdehnungsbehälter 28 mit vorgeschaltetem Überdruckventil 60 angeschlossen. Expansion tank 28 connected with upstream pressure relief valve 60.
Im rechten oberen Bereich im Inneren der Wärmespeichereinheit 24 ist ein erster zweiter Wärmetauscher 32.1 eines ersten weiteren WärmeverbraucherkreislaufsIn the upper right area in the interior of the heat storage unit 24 is a first second heat exchanger 32.1 of a first further heat consumer circuit
30.1 vorhanden, der beispielsweise für eine Raumheizung eingesetzt wird. 30.1 available, which is used for example for a space heating.
Darunter ist ein zweiter zweiter Wärmetauscher 32.2 eines zweiten weiteren Wärmeverbraucherkreislaufs 30.2 (Kältemittelkreislauf) angeordnet, der zu einer Wärmepumpe 40 gehört. Below this, a second second heat exchanger 32.2 of a second further heat consumer circuit 30.2 (refrigerant circuit) is arranged, which belongs to a heat pump 40.
Darunter ist schließlich ein dritter zweiter Wärmetauscher 32.3 vorhanden, der zu einem dritten weiteren Wärmeverbraucherkreislauf 30.3 führt, der beispielsweise für eine Warmwasseraufbereitung eingesetzt wird. Die Vorläufe und Rückläufe der drei weiteren Wärme verbraucherkreisläufe sind jeweils mit V21, V22, V23 beziehungsweise R21, R22 und R23 angegeben. An die Wärmespeichereinheit 24 ist ein weiterer Ausdehnungsbehälter 72 angeschlossen. Including finally a third second heat exchanger 32.3 is present, which leads to a third additional heat consumer circuit 30.3, which is used for example for a hot water treatment. The headers and returns of the three other heat consumer circuits are indicated by V21, V22, V23 and R21, R22 and R23, respectively. To the heat storage unit 24, a further expansion tank 72 is connected.
Der Vorlauf V22 des zweiten weiteren Wärmeverbraucherkreislaufs 30.2 wird innerhalb der Wärmepumpe 40 einem Kompressor 62 zugeführt, wobei zwischen Eingang und Ausgang des Kompressors 62 ein Bypassventil 64 geschaltet ist. Im weiteren Verlauf des zweiten Wärmeverbraucherkreislaufs 30.2 wird dieser einer Dampferzeugungseinheit 42 zugeführt, wobei die Temperatur des zweiten The flow V22 of the second further heat consumer circuit 30.2 is supplied to a compressor 62 within the heat pump 40, wherein between the input and output of the compressor 62, a bypass valve 64 is connected. In the further course of the second heat consumer 30.2 this is fed to a steam generating unit 42, wherein the temperature of the second
Trägermediums (Kältemittel) des zweiten Wärmeverbraucherkreislaufs 30.2 über einen dritten Wärmetauscher 66 auf das Dampfdruckmedium der Carrier medium (refrigerant) of the second heat consumer circuit 30.2 via a third heat exchanger 66 to the vapor pressure medium of
Dampf erzeugungseinheit 42 übetragen wird. An die Dampf erzeugungseinheit ist ein Dampfkreislauf 44 mit einem Vorlauf V4 und einem Rücklauf R4 Steam generation unit 42 is transferred. To the steam generation unit is a steam cycle 44 with a flow V4 and a return R4
angeschlossen. Über den Rücklauf R2 wird das zweite Trägermedium des weiteren zweiten Wärmeverbraucherkreislaufs 30.2 dem Wärmetauscher 32.2 wieder zugeführt. Im Rücklauf R22 des zweiten weiteren Wärmeverbraucherkreislaufsconnected. Via the return R2, the second carrier medium of the further second heat consumer circuit 30.2 is fed back to the heat exchanger 32.2. In the return R22 of the second additional heat consumer cycle
30.2 ist ein Expansionsventil angeordnet. 30.2, an expansion valve is arranged.
Der Vorlauf V4 des Dampfkreislaufs 44 wird auf eine Dampfturbine 46 geführt und anschließend das entstehenden Kondensat auf einen Kondensatspeicher 68 geleitet. Eine Pumpe 70 im Rücklauf R4 des Dampfkreislaufs 44 führt das Kondensat in die Dampferzeugungseinheit 42 zurück. The flow V4 of the steam cycle 44 is passed to a steam turbine 46 and then the resulting condensate is passed to a condensate reservoir 68. A pump 70 in the return R4 of the steam cycle 44 returns the condensate to the steam generating unit 42.
Die Dampfturbine 46 treibt einen Generator 48 an, der die erzeugte elektrische Energie in ein Netz einspeist. The steam turbine 46 drives a generator 48, which feeds the generated electrical energy into a network.
Alternativ (gestrichelte Darstellung in Fig. 2) oder zusätzlich kann die Alternatively (dashed line in FIG. 2) or in addition, the
Dampfturbine 46 ein Stickstoffverflüssigungsaggregat 50 antreiben, das der Umgebungsluft Stickstoff entzieht und verflüssigt. Anschließend wird der flüssige Stickstoff entnehmbar an einer Stickstoffspeichereinheit 52 gelagert. Der flüssige Stickstoff kann beispielsweise zum Antrieb von Stickstoffmotoren eingesetzt werden, wobei derartige Stickstoffmotoren sehr umweltverträglich sind, da keine umweltschädigende Gase entstehen. Steam turbine 46 drive a nitrogen liquefaction unit 50, which extracts nitrogen from the ambient air and liquefies. Subsequently, the liquid nitrogen is removably stored on a nitrogen storage unit 52. The liquid nitrogen can be used for example for driving nitrogen engines, such nitrogen engines are very environmentally friendly, since no polluting gases.
Die Dampfturbine 46 ist so ausgebildet, dass sie wahlweise mit dem Dampf des Dampfkreislaufs 44 oder mit Stickstoff betrieben werden kann. Hierzu ist die Dampfturbine 46 bezüglich der Wahl des Betriebsmediums umschaltbar ausgebildet. In Fig. 2 ist die Dampfturbine 46 über einen Verdampfer 76 mit der Stickstoffspeichereinheit 52 verbunden. Steuerungsbauteile, die den The steam turbine 46 is adapted to be selectively operated with the steam of the steam cycle 44 or with nitrogen. For this purpose, the steam turbine 46 is formed switchable with respect to the choice of the operating medium. In FIG. 2, the steam turbine 46 is connected to the nitrogen storage unit 52 via an evaporator 76. Control components that the
Umschaltvorgang steuern sind in Fig. 2 nicht dargestellt. Durch die umschaltbare Dampfturbine 46 ist es möglich, dass bei Nacht, dass heißt bei nicht Aktivität der Photovoltaikelemente 12, oder wenn keine Wärme anderweitig abgenommen wird über den Generator 48 Strom erzeugt wird, der im Netz eingespeist wird. Control switching process are not shown in Fig. 2. By the switchable steam turbine 46, it is possible that at night, that is, when no activity of the photovoltaic elements 12, or if no heat is removed elsewhere via the generator 48 electricity is generated, which is fed into the network.
Das dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt drei Beispiele für an die The illustrated embodiment shows three examples of the
Wärmespeichereinheit 24 anschließbare weitere Verbraucherkreisläufe 30.1, 30.2, 30.3. Es können noch weitere Wärmeverbraucherkreisläufe für andere Zwecke problemlos angeordnet werden. Heat storage unit 24 connectable additional consumer circuits 30.1, 30.2, 30.3. Other heat consumer circuits can be easily arranged for other purposes.
In Fig. 2 ist oberhalb der Dampferzeugungseinheit 42 eine Sonnenkollektoreinrich- tung 86 mit einem Kollektorspiegel 88 und einem Kollektorhohlprofil 87 dargestellt, die über einen zweiten Trägermediumkreislauf 92 mit Vorlauf V2 und Rücklauf R3 an einen vierten Wärmetauscher 90 angeschlossen ist. Im zweiten Trägermediumkreislauf 92 ist eine zweite Pumpe 78 angeordnet. Der vierte Wärmetauscher 90 steht über einen zweiten Wärmeverbraucherkreislauf 94 mit einem Vorlauf V5 und einem Rücklauf R5 mit der Dampferzeugungseinheit 42 in Kommunikationsverbindung. Über eine Steuereinheit 84 kann der zweite Wärmeverbraucherkreislauf 94 der Dampferzeugungseinheit 42 zu- oder abgeschaltet werden. Des Weiteren ist an den vierten Wärmetauscher 90 über einen Kreislauf mit dritter Pumpe 80 ein zweiter Wärmespeicher 82 angeschlossen, in dem Wärmeenergie bedarfsweise gespeichert und wieder abgerufen werden kann. Die Zuschaltung der SonnenkoUektoreinrichtung 86 auf die Dampferzeugungseinheit 42 verbessert den Wirkungsgrad der gesamten Kraft-Wärme-Kopplungsanlage 100. Sowohl die zweite Pumpe 78 als auch die dritte Pumpe 80 sind temperaturgesteuert. Insgesamt liegt somit eine Photovoltaikanlage mit Kraft- Wärme-Kopplung vor, die einen hohen Wirkungsgrad besitzt und mittels derer in einfacher Art und Weise praktisch nahe zu ohne Umweltbelastungen große Strommengen produziert werden können. 2, a solar collector device 86 with a collector mirror 88 and a collector hollow profile 87 is shown above the steam generation unit 42, which is connected to a fourth heat exchanger 90 via a second carrier medium circuit 92 with feed V2 and return R3. In the second carrier medium circuit 92, a second pump 78 is arranged. The fourth heat exchanger 90 is connected via a second heat consumer 94 with a flow V5 and a return R5 with the steam generating unit 42 in communication. Via a control unit 84, the second heat consumer circuit 94 of the steam generating unit 42 can be switched on or off. Furthermore, a second heat accumulator 82 is connected to the fourth heat exchanger 90 via a circuit with third pump 80, in which heat energy can be stored as needed and retrieved. The connection of the SonnenkoUektoreinrichtung 86 to the steam generating unit 42 improves the efficiency of the entire combined heat and power plant 100. Both the second pump 78 and the third pump 80 are temperature controlled. Overall, therefore, there is a photovoltaic system with combined heat and power, which has a high efficiency and by means of which in a simple manner can be produced practically close to without environmental pollution large amounts of electricity.
Die dargestellte Kraft- Wärme-Kopplungsanlage 100 zeigt gegenüber den The illustrated combined heat and power plant 100 shows against the
bekannten Photovoltaikanlagen eine deutlich verbesserte Effizienz. Neben der längeren möglichen Betriebsdauer der Photovoltaikanlage als solcher (das known photovoltaic systems significantly improved efficiency. In addition to the longer possible service life of the photovoltaic system as such (the
Überschreiten der Maximältemperatur für den Ausfall des Wechselrichters wird verhindert) wird die entstehende Prozesswärme für weitere Wärmeverbraucherkreisläufe genutzt. Der Einsatz einer zusätzlichen SonnenkoUektoreinrichtung steigert die Effizienz der Anlage zusätzlich. Exceeding of the maximum temperature for the failure of the inverter is prevented), the resulting process heat is used for further heat consumer circuits. The use of an additional solar control device additionally increases the efficiency of the system.

Claims

Ansprüche claims
Kraft-Wärme-Kopplungsanlage (100) mit einer Photovoltaikanlage (10) mit flächigen Photovoltaikelementen (12), die unter oberseitiger Combined heat and power plant (100) with a photovoltaic system (10) with flat photovoltaic elements (12), the upper side
Sonnenbestrahlung (S) elektrische Energie erzeugen, die in ein Stromnetz (14) eingespeist wird und/ oder einer Stromspeichereinheit zugeführt wird, wobei Solar radiation (S) generate electrical energy, which is fed into a power grid (14) and / or a power storage unit is supplied, wherein
- unterhalb der Photo voltaikelemente (12) jeweils ein Kühlregister (20) angeordnet ist, das über einen Wärmepumpenkreislauf (34) mit einer ersten Wärmepumpe (36) in Kommunikationsverbindung steht, wobei das Kühlregister (20) die bei Betrieb des Photovoltaikelements (12)  in each case a cooling register (20) is arranged below the photovoltaic elements (12) and is in communication communication with a first heat pump (36) via a heat pump circuit (34), wherein the cooling register (20) controls the operation of the photovoltaic element (12)
entstehende Prozesswärme der ersten Wärmepumpe (36) zuführt, supplies the resulting process heat to the first heat pump (36),
- die erste Wärmepumpe (36) mit einem ersten Trägermediumkreislauf (22) mit einem ersten Trägermedium in Kommunikationsverbindung steht,  the first heat pump (36) is in communication communication with a first carrier medium circuit (22) with a first carrier medium,
- in dem ersten Trägermediumkreislauf (22) eine Wärmespeichereinheit (24) mit einem Wärmespeichermedium angeordnet ist, wobei die  - In the first carrier medium circuit (22) a heat storage unit (24) is arranged with a heat storage medium, wherein the
Wärmeenergie des ersten Trägermediums innerhalb der Wärmespeichereinheit (24) auf das Wärmespeichermedium übertragen wird, undHeat energy of the first support medium within the heat storage unit (24) is transferred to the heat storage medium, and
- zumindest ein weiterer Wärmeverbraucherkreislauf (30) mit einem zweiten Trägermedium mit der Wärmespeichereinheit (24) in - At least one further heat consumer circuit (30) with a second carrier medium with the heat storage unit (24) in
Kommunikätions Verbindung steht und die Wärmeenergie des Kommunikätions connection stands and the heat energy of the
Wärmespeichermediums bedarfsweise auf das zweite Trägermedium des weiteren Wärmeverbraucherkreislaufs (30) übertragen wird, Heat storage medium is transmitted as needed to the second carrier medium of the further heat consumer circuit (30),
- dadurch gekennzeichnet, dass folgende Merkmale in Kombination vorhanden sind:  - characterized in that the following features are present in combination:
- der weitere Wärmeverbraucherkreislauf (30) an eine Dampferzeugungseinheit (42) angeschlossen ist, die mit einem Dampfkreislauf (44) in Kommunikationsverbindung steht, wobei innerhalb des Dampfkreislaufs (44) eine Dampfturbine (46) angeordnet ist,  - The further heat consumer circuit (30) to a steam generating unit (42) is connected, which is in communication with a steam circuit (44), wherein within the steam cycle (44) a steam turbine (46) is arranged,
- die Dampfturbine (46) einen Generator (48) zur Stromerzeugung antreibt oder die Dampfturbine (46) ein Stickstoffverflüssigungsaggregat (50) antreibt, das den Stickstoff der Umgebungsluft verflüssigt, und eine Stickstoffspeichereinheit (52) vorhanden ist, in der der erzeugte flüssige Stickstoff entnehmbar gespeichert wird, - The steam turbine (46) drives a generator (48) for generating electricity or the steam turbine (46) drives a Stickstoffverflüssigungsaggregat (50), which liquefies the nitrogen of the ambient air, and a nitrogen storage unit (52) is present, in which the generated liquid Nitrogen is stored removably,
- die Dampfturbine (46) umschaltbar ist, derart dass sie mit dem Dampf des Dampfkreislaufs (44) oder mit aus der Stickstoffspeichereinheit (52) entnommenen Stickstoff, der über einen Verdampfer (76) geführt ist, angetrieben wird,  - The steam turbine (46) is switchable so that it is with the steam of the steam cycle (44) or with nitrogen from the nitrogen storage unit (52) removed nitrogen, which is passed through an evaporator (76) driven,
- eine Kollektoreinrichtung (86) mit einem Kollektorprofil (87) und Kollektorspiegel (88) vorhanden ist, die über einen zweiten Trägermediumkreislauf (92) an einen vierten Wärmetauscher (90) angeschlossen ist und der vierte Wärmetauscher (90) über einen zweiten Wärmeverbraucherkreislauf (94) an die Dampfererzeugungseinheit (42) angeschlossen ist, wobei eine Steuereinheit (84) vorhanden ist, die den zweiten Wärmeverbraucherkreislauf (94) zu- oder abschaltet.  - A collector means (86) having a collector profile (87) and collector mirror (88) is present, which is connected via a second carrier medium circuit (92) to a fourth heat exchanger (90) and the fourth heat exchanger (90) via a second heat consumer circuit (94 ) is connected to the steamer generating unit (42), wherein a control unit (84) is present, which switches on or off the second heat consumer circuit (94).
Kraft-Wärme-Kopplungsanlage nach Anspruch 1, Cogeneration plant according to claim 1,
- dadurch gekennzeichnet, dass  - characterized in that
- unterhalb des Kühlregisters (20) eine Isolationsschicht (26) angeordnet ist.  - Below the cooling register (20) an insulating layer (26) is arranged.
Kraft- Wärme-Kopplungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, Combined heat and power plant according to claim 1 or 2,
- dadurch gekennzeichnet, dass  - characterized in that
- der erste Trägermediumkreislauf (22) innerhalb der  - The first carrier medium circuit (22) within the
Wärmespeichereinheit (24) einen ersten Wärmetauscher (28) aufweist. Heat storage unit (24) has a first heat exchanger (28).
Kraft- Wärme-Kopplungsanlage nach einem oder mehreren der Combined heat and power plant according to one or more of
vorstehenden Ansprüche, previous claims,
- dadurch gekennzeichnet, dass  - characterized in that
- der weitere Wärmeverbraucherkreislauf (30) innerhalb der  - The further heat consumer circuit (30) within the
Wärmespeichereinheit (24) einen zweiten Wärmetauscher (32) aufweist. Heat storage unit (24) has a second heat exchanger (32).
Kraft-Wärme-Kopplungsanlage nach Anspruch 1, Cogeneration plant according to claim 1,
- dadurch gekennzeichnet, dass  - characterized in that
- innerhalb des ersten Trägerkreislaufs (22) eine erste Umwälzpumpe (18) vorhanden ist. - Within the first carrier circuit (22), a first circulating pump (18) is present.
06. Kraft- Wärme-Kopplungsanlage nach einem oder mehreren der 06. combined heat and power plant according to one or more of
vorstehenden Ansprüche,  previous claims,
- dadurch gekennzeichnet, dass  - characterized in that
- der weitere Wärmeverbraucherkreislauf (30.1) innerhalb einer  - The further heat consumer circuit (30.1) within a
Raumheizung eingesetzt wird.  Space heating is used.
07. Kraft-Wärme-Kopplungsanlage nach einem oder mehreren der 07. combined heat and power plant after one or more of
vorstehenden Ansprüche,  previous claims,
- dadurch gekennzeichnet, dass  - characterized in that
- der weitere Wärme verbraucherkreislauf (30.3) innerhalb einer  - The further heat consumer circuit (30.3) within a
Warmwasseraufbereitungsanlage eingesetzt wird.  Hot water treatment plant is used.
08. Kraft- Wärme-Kopplungsanlage nach einem oder mehreren der 08. combined heat and power plant according to one or more of
vorstehenden Ansprüche,  previous claims,
- dadurch gekennzeichnet, dass  - characterized in that
- der weitere Wärmeverbraucherkreislauf (30.2) über eine Wärmepumpe (40) an die Dampferzeugungseinheit (42) angeschlossen ist.  - The further heat consumer circuit (30.2) via a heat pump (40) to the steam generating unit (42) is connected.
09. Kraft-Wärme-Kopplungsanlage nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, 09. combined heat and power plant according to one or more of the preceding claims,
- dadurch gekennzeichnet, dass  - characterized in that
- das Kollektorprofil (87) als Röhreneinrichtung ausgebildet ist.  - The collector profile (87) is designed as a tube device.
10. Kraft-Wärme-Kopplungsanlage nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, 10. combined heat and power plant according to one or more of the preceding claims,
- dadurch gekennzeichnet, dass  - characterized in that
- an den vierten Wärmetauscher (90) ein zweiter Wärmespeicher (82) angeschlossen ist.  - To the fourth heat exchanger (90), a second heat storage (82) is connected.
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