PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102006010056A1 06.09.2007
Titel Nachführbarer Linsen-/Winkelspiegel-Sonnenkollektor
Anmelder Behrens, Anika, 28779 Bremen, DE
Erfinder Behrens, Anika, 28779 Bremen, DE
DE-Anmeldedatum 04.03.2006
DE-Aktenzeichen 102006010056
Offenlegungstag 06.09.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.09.2007
IPC-Hauptklasse F24J 2/08(2006.01)A, F, I, 20060304, B, H, DE
Zusammenfassung Die Anmeldung beschreibt ein nachführbares optisches System zu solaren Strahlungskonzentration.
Die Erfindung besteht aus einer Anordnung von Sammellinsen, teils unterschiedlicher Brennweite, die das einfallende Sonnenlicht auf darunter befindliche Spiegel lenken, um es in einem Absorber zu konzentrieren.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft die Kombination von einzelnen bereits bekannten technischen Elementen zu einer Vorrichtung, durch die mit vergleichsweise geringem technischen und finanziellen Aufwand Sonnenenergie in mechanische oder elektrische Energie umgewandelt werden kann.

Lösungsmöglichkeiten, die Sonnenenergie sinnvoll zu nutzen, sind aus der Fach- und Patentliteratur hinreichend bekannt.

Stellvertretend für diese sollen nachfolgende Systeme vergleichend betrachtet werden:

Die DE 43 02 824 C2 beschreibt einen Sonnenkollektor mit mehreren Konvexkonkavlinsen, der jedoch ohne Nachführung entworfen wurde. Auch wenn auf der sonnenabgekehrten Seite dieses Systems ein Reflektor angebracht wird, trifft das Sonnenlicht nur in sehr geringem Umfang direkt im 90° Winkel ohne Strahlungs- und Ablenkungsverluste auf das System.

Beim nachführbaren Linsen-/Winkelspiegel-Sonnenkollektor wird dieses Problem durch die Kombination des Systems mit einer motorgetriebenen Nachführeinheit (5), die im Modellbeispiel zur Erhöhung der Mobilität und Autonomie beim Einsatz des Gerätes solarangetrieben (2) wird, gelöst.

Durch diese Nachführung (5) werden jederzeit alle Linsen (1) optimal dem Sonnenkreislauf angepasst.

Die US 1 989 999 besteht zwar aus einer Anordnung bikonvexer Linsen mit Bündelung des Lichtes auf einem Absorber, die Nachführung ist jedoch manuell und schon allein deshalb aufwendiger und ungenauer, was über die Dauer eines Sonnentages eine geringere Effizienz zur Folge hat. Dieses System integriert weder eine automatische Nachführung (5) noch eine Strahlungsablenkung durch Spiegel (3).

Die DE 299 23 863 U1 ist eine Vorrichtung zur Nutzung der Sonnenenergie bei der ein auszurichtender Parabolspiegel segmentweise mit Solarzellen belegt und im defokussierten Bereich ein Kollektor platziert ist. Der Nachteil dieses Gerätes gegenüber dem nachführbaren Linsen-/Winkelspiegel-Sonnenkollektor besteht in der aufwendigen Herstellung der Kombination von Parabolspiegel und Solarzellen, sowie in der einseitigen Ausrichtung, bei der die Effizienz gegenüber anderen Systemen niedriger ist. Außerdem erfolgt bei diesem System keine Strahlungskonzentration durch Linsen (1). Große Parabolspiegel sind darüber hinaus wesentlich wind- und niederschlagsempfinglicher.

Die US 005941239 A betrifft eine Anordnung von lichtbündelnden Linsen über einem Absorberrohr.

Da kein Spiegelsystem (3) vorliegt, werden jeweils an verschiedenen Orten Brennpunkte erzeugt. Die zwischen den Brennpunkten liegenden Flächen erhalten weniger oder, bedingt durch die erforderlichen Halterungen für die Linsen, keinen Lichteinfall. Der nachführbare Linsen-/Winkelspiegel-Sonnenkollektor bündelt das Licht durch das entwickelte Spiegelsystem (3) direkt auf dem Absorber (4).

Die US 2004/0011355 A1 besteht zwar aus einer Kombination von 9 Linsen und einigen Spiegeln, bei der lediglich eine Reihe Linsen um die Zentrallinse herum angebracht wurde. Die Spiegel sind in einer bestimmten Ebene und in identischer Entfernung zum Absorber fixiert.

Der nachführbare Linsen-/Winkelspiegel-Sonnenkollektor ermöglicht eine flachere Bauweise mit mehreren, kleineren, günstigeren Linsen (1) und eine höhere Effizienz, da das Problem des Einsatzes mehrerer Spiegel (3) in unterschiedlichen Entfernungen zum zentralen Absorbersystem (4) gelöst werden konnte.

Zunächst ist durch die Nutzung unterschiedlich starker Linsen (1) die Anbringung von Spiegeln (3) in unterschiedlicher Entfernung zum Absorber (4) möglich.

Die Verwendung einer noch größeren Anzahl von Linsen (1) verhindert zwar die Montage von größeren Spiegeln (3) in einer Ebene, durch die Verlegung der Brennpunkte von dem in der Mitte des Systems befindlichen Absorber (4) in Richtung der jeweiligen Spiegelflächen (3) lassen sich die anzubringenden Spiegel (3) jedoch deutlich verkleinern.

Die dabei entstehende Aufweitung des Lichtkegels im Zentrum der Absorberfläche (4) führt hierbei zusätzlich zu höherer Materialbeständigkeit der Absorberfläche (4), da diese nicht nur in einem Brennpunkt getroffen wird.

Die entstehenden Lichtkegel überlappen sich hierbei aufgrund der physikalischen Natur des Lichtes, ohne sich gegenseitig zu beeinflussen.

Das Problem größer werdender Lichtkegel durch die äußeren Spiegel (3) wird durch die Rückverlegung der Brennpunkte der zu diesen Spiegeln gehörenden Linsen (1) in Richtung des Absorbers (4) gelöst, da bei außen liegenden Spiegeln (3) die dadurch größer werdende benötigte Spiegelfläche weniger Lichtkegel behindert.

Somit sind die Spiegel in der Umgebung des Zentrums relativ klein und werden dann zum Rand hin größer. Die unterschiedlichen Brennweiten der einzelnen zu den Spiegeln (3) gehörenden Linsen (1) ermöglichen eine Überlagerung der Lichtkegel und somit höhere Effizienz.

Dies wird noch verstärkt durch die Möglichkeit der Anbringung der Spiegel (3) in verschiedenen Winkeln und Ebenen.

Weitere Vorteile des nachführbaren Linsen-/Winkelspiegel-Sonnenkollektor sind unter anderem

  • • Möglichkeit der Verwendung kleiner, günstiger Einzellinsen und Bauteile
  • • Möglichkeit der Massenproduktion einzelner Elemente des Systems durch modulare Bauweise
  • • leichte Austauschbarkeit einzelner defekter Teile
  • • geringer technischer und finanzieller Aufwand beim Transport und Aufbau
  • • Mobilität durch Transportmöglichkeit in zerlegtem Zustand
  • • geringe Windempfindlichkeit durch kompakte Bauweise und nahezu ebene Oberfläche
  • • geringe Niederschlagsempfindlichkeit durch nahezu ebene, teilkonvexe Bauweise und Wahlmöglichkeit mehrerer kleinerer Linsen
  • • hohe physikalische und chemische Belastbarkeit durch kompakte Bauweise und innenliegende, abschirmbare Spiegel und Absorber
  • • hoher Wirkungsgrad, insbesondere bei direkter Verwendung der mechanischen Energie z.B. bei Verwendung eines Stirling-Motors
  • • Möglichkeit der Kombination mehrerer Kollektoreinheiten nach einem Wabenmuster durch Wahl einer 6-Eckform der einzelnen Kollektorsysteme, was eine optimale Ausnutzung der Gesamtfläche zur Folge hat.

1
optische Linsen
2
Solarzellen
3
Spiegel
4
Ablenkungsspiegel
5
Absorber
6
Nachführeinheit


Anspruch[de]
Vorrichtung zur Nutzung von Solarenergie durch Anordnung eines nachgeführten (S) Systems von verschiedenen optischen Linsen (1) teils unterschiedlicher Brennweite in Kombination mit Spiegeln (3) in unterschiedlicher Entfernung zu einem zentralen Absorber (4). Vorrichtung zur Nutzung von Solarenergie durch Anordnung eines nachgeführten (5) Systems von verschiedenen optischen Linsen (1) teils unterschiedlicher Brennweite in Kombination mit Spiegeln (3) in unterschiedlichen Ebenen und unterschiedlicher Entfernung zu einem zentralen Absorber (4).






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com