Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Nutzung von Solarenergie, mit einem äusseren Schalenkörper und mindestens einem in diesem enthaltenen Innenkörper, deren Oberflächen aus mehreren zweidimensionalen, gleichförmigen Vielecken aufgebaut sind, wobei der äussere Schalenkörper mindestens eine \ffnung für den Einlass von Sonnenstrahlen aufweist.
Bei einem Sonnenkraftwerk gemäss der Druckschrift DE-A-3 238 797 ist eine Anzahl von Heliostaten vorgesehen, welche die auf diesen eintretende Sonnenstrahlung auf Lichtleiter und Strahlungsempfänger reflektieren. Diese Strahlungsempfänger sind dabei auf einem Tragwerk oder einem Turm montiert. Dieses Sonnenkraftwerk setzt eine grossflächige Anordnung solcher Heliostaten und der ihr zugehörigen Lichtleitern voraus und ist daher nur in Gebieten, wie bspw. in der Wüste oder im Gebirge, sinnvoll einsetzbar, bei welchen ausreichend Platz vorhanden ist.
Ausgehen von dieser bekannten Vorrichtung wurde der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde gelegt, eine Vorrichtung zu schaffen, bei welcher die Solarenergie bei geringem Platzbedarf mit einem höheren Wirkungsgrad umgesetzt werden kann und diese sich sowohl für kleine als auch für Grossanlagen eignet.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Schalenkörper oberhalb einer gegen die Sonne ausgerichteten Reflektorwanne angeordnet ist, wobei diese Reflektorwanne aus denselben Vielecken wie der Schalenkörper und der in diesem enthaltene Innenkörper aufgebaut ist und dabei Mittel vorhanden sind, welche die im Schalenkörper konzentrierte Solarenergie umsetzen und an einen Verbraucher weiterleiten.
Mit dieser erfindungsgemässen Vorrichtung kann die Solarenergie in überraschender Weise mit einem verbesserten Wirkungsgrad genutzt werden, ohne dass sie in den Herstellungskosten teurer als bestehende Anlagen wird. Diese Vorrichtung kann überdies auf Grund ihrer Kompaktheit praktisch an jedem beliebigen Ort stationiert werden, wie zum Beispiel auf einem Dach. Sie kann auch von ihrer Grösse her je nach dem gewünschten Energiebedarf klein oder sehr gross gebaut werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie weitere Vorteile derselben sind anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Seitenansicht einer prinziphaft dargestellten erfindungsgemässen Vorrichtung,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des prinziphaft dargestellten Schalenkörpers der Vorrichtung nach Fig. 1,
Fig. 3 ein Prinzipschaltbild eines Speicherkollektors mit einer Vorrichtung nach Fig. 1,
Fig. 4 ein Blockschema einer Anlage zur Herstellung von Wasserstoff mit einer Vorrichtung nach Fig. 1, und
Fig. 5 ein Blockschema einer nach dem Prinzip der Fotovoltaik funktionierenden Anlage zur Erzeugung von Elektrizität mit einer Vorrichtung nach Fig. 1.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemässe Vorrichtung 10 zur Nutzung von Solarenergie in schematischer Darstellung. Diese Vorrichtung 10 weist oben einen äusseren Schalenkörper 11, einen in diesem enthaltenen Hohlkörper 30 sowie einen in Letzterem angeordneten Innenkörper 40 auf. Die Oberflächen dieser Körper 11, 30, 40 sind dabei jeweils aus mehreren zweidimensionalen, gleichförmigen Vielecken aufgebaut und in konzentrischer Anordnung zueinander positioniert. Sie können hierbei über mehrere nicht näher veranschaulichte Verbindungsstangen oder dergleichen aneinander befestigt sein, wobei diese Verbindungsstangen vorzugsweise an zwei benachbarten Ecken fixiert sind.
Erfindungsgemäss ist dem Schalenkörper 11 mindestens eine die Sonnenstrahlen empfangende und diese spiegelnde Reflektorwanne 20 zugeordnet, wobei diese Reflektorwanne 20 aus denselben Vielecken aufgebaut ist wie der Schalenkörper 11.
Der Schalenkörper 11, der Hohlkörper 30 sowie der jeweilige in diesem angeordnete Innenkörper 40 sind in einer sehr vorteilhaften Ausführung als Dodekaeder ausgebildet, welche aus zwölf regelmässigen Fünfecken ausgestaltet sind. Diese Reflektorwanne 20 ihrerseits ist ebenfalls aus einem teilweisen Dodekaeder mit regelmässigen fünfeckigen Seitenwänden 21 bzw. einer Bodenfläche 22 zusammengesetzt. Der Schalenkörper 11 ist beispielsweise über angedeutete Stützbeine 16 oberhalb der Wanne 20 aufgestellt. Die untere fünfeckige Fläche 13 des Schalenkörpers 11 als auch die Bodenfläche 22 der Wanne 20 sind annähernd horizontal und zentrisch zueinander angeordnet. Dieser Schalenkörper 11 kann dabei konzentrisch zu dem von der Wanne teilweise gebildeten Dodekaeder oder auch oberhalb dieses Zentrums aufgestellt sein, jedoch vorzugsweise auf der Mittelachse der Wanne.
Die von den Fünfecken gebildeten Flächen der Körper 11, 30, 40 wie auch diejenigen der Reflektorwanne 20 sind in paralleler Anordnung zueinander ausgerichtet, um eine optimale Spiegelung der von diesen Körpern reflektierten Strahlen zu erhalten. So sind die Seitenflächen 21 der Wanne parallel zu den Fünfecken 12 und dieselben wiederum parallel zu den entsprechenden Flächen des Hohlkörpers 30 bzw. des Innenkörpers 40 angeordnet.
Die am Umfang des Schalenkörpers 11 in dessen unteren Hälfte befindlichen Fünfecke 12 und ausserdem auch das untere horizontale Fünfeck 13 sind vorteilhaft als \ffnungen ausgebildet, so dass die von der Wanne 20 reflektierten Strahlen, welche auf der Innenseite mit Spiegelflächen 23 versehen ist, durch diese \ffnungen der Fünfecke 12 und 13 ins Innere des Schalenkörpers 11 gelangen. Bei dem in Letzterem angeordneten Hohlkörper 30 sind das obere und das untere horizontale Fünfeck 31, 32 als \ffnungen gestaltet. Die Strahlen können demnach oben direkt von aussen als Sonnenlicht oder aber unten als reflektierte Strahlen ins Innere dieses Hohlkörpers 30 eintreten, welcher vorteilhaft auf der Aussen- wie auch auf der Innenseite mit Spiegeln belegt ist.
Der Innenkörper 40 oder der Kern ist seinesgleichen voll geschlossen und er ist derart ausgebildet, dass er die empfangenen Strahlen je nach der nachfolgend erläuterten Anwendung entweder durch Ausbildung als Spiegel reflektiert oder aber dieselben absorbiert.
Gemäss Fig. 2 kann der Schalenkörper 11 und der Hohlkörper 30 jeweils auf der Aussen- und/oder Innenseite an den Flächen der Fünfecke 14 min mit an sich handelsüblichen Solarzellen ausgestattet sein, mittels welcher eine direkte Umsetzung der Solarenergie in elektrische Energie erfolgt. Der Schalenkörper 11 ist hierbei wiederum mit den \ffnungen bei den Fünfecken 12, 13, 15 veranschaulicht.
Gemäss Fig. 3 sind als erfindungsgemässe Mittel für die Entnahme der im Schalenkörper 11 bzw. im Hohlkörper 30 konzentrierten Solarenergie schematisch dargestellte wärmeleitende Durchlaufrohre 35 vorgesehen. Ein Medium, vorzugsweise Wasser, wird mittels einer Pumpe durch \ffnen eines Ventils 36 durch die bspw. auf einem Hausdach montierte Vorrichtung 10 und von dieser an einen Verbraucher weitergeleitet. Das nach den Durchlaufrohren 35 erhitzte Wasser kann von einem Umschaltventil 38 im Winterbetrieb an eine Heizung 39 und im Sommer für die Warmwasserversorgung 44 von Haushalten oder dergleichen verwendet werden. Ferner ist noch ein Auffangbehälter 37 angedeutet, welcher zum Druckausgleich vorgesehen ist.
Die Durchlaufrohre 35 können schlangen-, schrauben-, spiral- oder andersförmig durch die Körper 11, 30 geleitet werden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist mit Vorteil der Schalenkörper 11 an seinen Innenflächen 14, der Hohlkörper 30 innen und aussen und der Innenkörper 40 an all seinen zwölf Aussenflächen mit Spiegelreflektoren bestückt, indessen die Durchlaufrohre 35 mit einem diese Strahlen in Wärmeenergie umwandelnden Mate rial, zum Beispiel eine spezielle Eisenlegierung oder ein Kunststoffrohr, versehen sind, um eine maximale Energienutzung zu erzielen.
Fig. 4 zeigt eine weitere Verwendungsmöglichkeit der durch die Vorrichtung 10 erzeugten Energie, bei der mittels einer schematisch verdeutlichten Anlage 50 Wasserstoff in an sich herkömmlicher Weise erzeugt werden kann. Die Mittel für die Entnahme der Solarenergie aus der Vorrichtung 10 können hierbei ähnlich wie in Fig. 3 mittels nicht näher gezeigten Durchlaufrohren ausgeführt sein, wobei zum Antrieb des Generators 51 eine Gasturbine vorgesehen sein kann, welche mit dem in den Durchlaufrohren erhitzten Gas angetrieben wird. Eine solche Anlage 50 kann auch als Kraftwerk ausgebildet sein, bei dem die Vorrichtung mit einer Höhe bis zu zehn Metern oder noch höher gebaut ist.
Bei der Anlage 50 wird durch eine Elektrolyse oder dergleichen in einem Behälter 55 Wasserstoff und Sauerstoff erzeugt. Dazu ist eine mit dem Generator 51 verbundene Gleichstromschiene 54 vorgesehen. Dem Behälter 55 sind Speicher 56, 57 für die separierte Aufnahme des Wasser- bzw. Sauerstoffes zugeordnet. Ausserdem kann die mit der Elektrolyse entstandene Wärmeenergie und die elektrische Restenergie mittels der angedeuteten Verbraucher 61, 63 genutzt werden. Diese Wasserstofferzeugung kann beispielsweise im Gemisch als Antriebsmittel für Fahrzeuge eingesetzt werden.
Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführung zur Ausnützung der in der Vorrichtung 10 gewonnenen Solarenergie. Die schematisch gezeigte Anlage 70 ist ebenso in an sich bekanntem Aufbau als Fotovoltaikanlage vorgesehen, bei welcher die von der Vorrichtung 10 in der Art gemäss Fig. 4 erzeugte mechanische Energie via einen Generator 72 oder aber in der in Fig. 2 verdeutlichten Weise, bei welcher der vom Sonnenlicht direkt erzeugte elektrische Strom über einen Laderegler 73 in eine Batterie 74 eingespiesen wird. Ausgehend von dieser Batterie 75 kann ein Verbraucher 76 direkt oder unter Zwischenschaltung eines Wechselrichters 75 angeschlossen werden.
Die Erfindung ist mit den oben erläuterten Ausführungsbeispielen ausreichend dargetan. Die Ausbildung der Körper in der Form eines Dodekaeders hat in der Praxis gezeigt, dass mit diesen der höchste Wirkungsgrad erzielt wird. Im Prinzip könnten diese Körper mit einem Vieleck gestaltet sein, welches aus sechs- oder mehreckigen Flächen zusammengesetzt ist.
Die Reflektorwanne 20 ist in der Darstellung gemäss Fig. 1 mit ihrer Bodenfläche 22 annähernd horizontal ausgerichtet. Je nach Ort und Breitengrad kann diese auch in einem Winkel zwischen 10 DEG und 30 DEG zur Horizontalen angeordnet sein. Der Schalenkörper 11 wäre dann wie in Fig. 1 auf der senkrechten Mittelachse dieser Wanne positioniert.
Des Weiteren könnte im Schalenkörper mehr als ein Hohlkörper 30 vorgesehen sein, d.h. es könnte ein weiterer zwischen diesem und dem Innenkörper 40 mit einem entsprechenden Abstand befestigt sein.
The invention relates to a device for using solar energy, with an outer shell body and at least one inner body contained therein, the surfaces of which are constructed from a plurality of two-dimensional, uniform polygons, the outer shell body having at least one opening for the entry of sun rays.
In a solar power plant according to DE-A-3 238 797, a number of heliostats are provided which reflect the solar radiation entering them onto the light guide and radiation receiver. These radiation receivers are mounted on a structure or a tower. This solar power plant requires a large-scale arrangement of such heliostats and their associated light guides and is therefore only useful in areas, such as in the desert or in the mountains, where there is sufficient space.
Starting from this known device, the present invention was based on the object of providing a device in which the solar energy can be converted with a higher degree of efficiency in a small space and which is suitable for both small and large systems.
According to the invention, the object is achieved in that the shell body is arranged above a reflector trough which is aligned with the sun, this reflector trough being constructed from the same polygons as the shell body and the inner body contained therein, and means being available which convert the solar energy concentrated in the shell body and forward it to a consumer.
With this device according to the invention, the solar energy can be used in a surprising manner with an improved efficiency, without it being more expensive than existing systems in terms of production costs. Due to its compactness, this device can also be stationed practically anywhere, such as on a roof. It can also be made small or very large in size, depending on the desired energy requirement.
Embodiments of the invention and further advantages thereof are explained in more detail with reference to the drawing. It shows:
1 is a perspective side view of a device according to the invention shown in principle,
2 is a perspective view of the shell body of the device of FIG. 1, shown in principle,
3 shows a basic circuit diagram of a storage collector with a device according to FIG. 1,
Fig. 4 is a block diagram of a plant for the production of hydrogen with a device according to Fig. 1, and
5 shows a block diagram of a system for generating electricity that functions according to the principle of photovoltaics with a device according to FIG. 1.
1 shows a device 10 according to the invention for using solar energy in a schematic representation. This device 10 has at the top an outer shell body 11, a hollow body 30 contained therein and an inner body 40 arranged in the latter. The surfaces of these bodies 11, 30, 40 are each constructed from a plurality of two-dimensional, uniform polygons and are positioned in a concentric arrangement with one another. In this case, they can be fastened to one another via a plurality of connecting rods or the like (not illustrated in more detail), these connecting rods preferably being fixed at two adjacent corners.
According to the invention, the shell body 11 is assigned at least one reflector trough 20 which receives and reflects the sun rays, this reflector trough 20 being constructed from the same polygons as the shell body 11.
The shell body 11, the hollow body 30 and the respective inner body 40 arranged therein are designed in a very advantageous embodiment as a dodecahedron, which are made up of twelve regular pentagons. This reflector trough 20 in turn is also composed of a partial dodecahedron with regular pentagonal side walls 21 or a bottom surface 22. The shell body 11 is set up, for example, via indicated support legs 16 above the tub 20. The lower pentagonal surface 13 of the shell body 11 and the bottom surface 22 of the tub 20 are arranged approximately horizontally and centrally to one another. This shell body 11 can be placed concentrically to the dodecahedron partially formed by the tub or also above this center, but preferably on the central axis of the tub.
The surfaces of the bodies 11, 30, 40 formed by the pentagons as well as those of the reflector trough 20 are aligned in parallel to one another in order to obtain an optimal reflection of the rays reflected by these bodies. For example, the side surfaces 21 of the trough are arranged parallel to the pentagons 12 and the same in turn are arranged parallel to the corresponding surfaces of the hollow body 30 or the inner body 40.
The pentagons 12 located on the periphery of the shell body 11 in its lower half and also the lower horizontal pentagon 13 are advantageously designed as openings so that the rays reflected by the trough 20, which is provided on the inside with mirror surfaces 23, pass through them Open the pentagons 12 and 13 into the interior of the shell body 11. In the hollow body 30 arranged in the latter, the upper and the lower horizontal pentagon 31, 32 are designed as openings. The rays can therefore enter directly from the outside as sunlight or below as reflected rays into the interior of this hollow body 30, which is advantageously covered with mirrors on the outside as well as on the inside.
The inner body 40 or the core is completely closed and it is designed in such a way that, depending on the application explained below, it either reflects the beams received or is formed as a mirror or absorbs them.
According to FIG. 2, the shell body 11 and the hollow body 30 on the outside and / or inside on the surfaces of the pentagons can be equipped for 14 minutes with commercially available solar cells, by means of which the solar energy is converted directly into electrical energy. The shell body 11 is again illustrated with the openings at the pentagons 12, 13, 15.
According to FIG. 3, means according to the invention are provided for the removal of the heat-conducting through-tubes 35 shown schematically in the shell body 11 or in the hollow body 30. A medium, preferably water, is passed by means of a pump by opening a valve 36 through the device 10, for example mounted on a house roof, and from there to a consumer. The water heated after the flow tubes 35 can be used by a changeover valve 38 in winter operation to a heater 39 and in summer for the hot water supply 44 of households or the like. Furthermore, a collecting container 37 is indicated, which is provided for pressure equalization.
The flow tubes 35 can be passed through the bodies 11, 30 in a serpentine, screw, spiral or other form. In the present embodiment, the shell body 11 is advantageously equipped on its inner surfaces 14, the hollow body 30 inside and outside and the inner body 40 on all of its twelve outer surfaces with mirror reflectors, meanwhile the flow tubes 35 with a material converting these rays into thermal energy, for example a special iron alloy or a plastic tube, in order to achieve maximum energy utilization.
FIG. 4 shows another possible use of the energy generated by the device 10, in which hydrogen can be generated in a conventional manner by means of a schematically illustrated system 50. The means for extracting the solar energy from the device 10 can in this case be carried out similarly to FIG. 3 by means of flow tubes, not shown, wherein a gas turbine can be provided for driving the generator 51, which is driven by the gas heated in the flow tubes. Such a system 50 can also be designed as a power plant in which the device is built with a height of up to ten meters or even higher.
In the plant 50, hydrogen and oxygen are generated in a container 55 by electrolysis or the like. For this purpose, a direct current rail 54 connected to the generator 51 is provided. The container 55 is assigned memories 56, 57 for the separate absorption of the water or oxygen. In addition, the thermal energy generated by the electrolysis and the residual electrical energy can be used by means of the indicated consumers 61, 63. This hydrogen generation can be used, for example, in a mixture as a drive means for vehicles.
5 shows a further embodiment for utilizing the solar energy obtained in the device 10. The schematically shown system 70 is also provided in a known structure as a photovoltaic system, in which the mechanical energy generated by the device 10 in the manner shown in FIG. 4 via a generator 72 or in the manner illustrated in FIG. 2, in which the electric current generated directly by the sunlight is fed into a battery 74 via a charge controller 73. Starting from this battery 75, a consumer 76 can be connected directly or with the interposition of an inverter 75.
The invention is sufficiently demonstrated with the exemplary embodiments explained above. The formation of the bodies in the form of a dodecahedron has shown in practice that the highest efficiency is achieved with them. In principle, these bodies could be designed with a polygon, which is composed of hexagonal or polygonal surfaces.
The reflector trough 20 is oriented approximately horizontally with its bottom surface 22 in the illustration according to FIG. 1. Depending on the location and latitude, this can also be arranged at an angle between 10 ° and 30 ° to the horizontal. The shell body 11 would then be positioned on the vertical central axis of this trough, as in FIG. 1.
Furthermore, more than one hollow body 30 could be provided in the shell body, i.e. another could be attached between this and the inner body 40 at a corresponding distance.