DE20200100U1 - Mobile solar reflector system for hot water generation and / or electricity generation - Google Patents
Mobile solar reflector system for hot water generation and / or electricity generationInfo
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Helmut Juran, Andreas Schlüter Str. 12, 53639 KönigswinterHelmut Juran, Andreas Schlüter Str. 12, 53639 Königswinter
5. Jan 20025 Jan 2002
Titel:Title:
Mobile solare Reflektoranlage zur Warmwassererzeugung und / oder Stromerzeugung Technisches Gebiet:
regenerative Energietechnik
Stand der Technik:Mobile solar reflector system for hot water and/or electricity generation Technical area :
renewable energy technology
State of the art :
Die Nutzung von Solarthermieenergie zur Warmwassererwärmung von Schwimmbädern kann nach dem Stand der Technik selbst in kälteren Regionen wirtschaflich im Vergleich zu alternativen Wärmever-sorgungen auf der Basis fossiler Brennstoffe erfolgen, da die Kollektoren aufgrund des geringen erforderlichen Temperaturabstandes von Außenluft zu Warmwasser (nahe 00C) sehr einfach unisoliert ausgeführt werden können.
Die Anwendung ist bereits heute also nicht nur alleine aus Umweltschutzüberlegungen sinnvoll.The use of solar thermal energy to heat water in swimming pools can, according to the state of the art, be economically viable even in colder regions compared to alternative heat supplies based on fossil fuels, since the collectors can very easily be designed uninsulated due to the small required temperature difference between the outside air and the hot water (close to 0 0 C).
The application already makes sense today, and not just for environmental protection reasons alone.
Der allgemein angewendete Stand der Technik mit weitestgehendem Einsatz von Flachkollektoren aus schwarzen Kunststoffrohren oder Matten wurde mit den Schutzansprüchen 201 06 306.9, 101 21 437.5 und 201 16 696.8 zur Anwendung als mobile Anlagen mit solarkonzentrierender Unterstützung sinnvoll erweitert, womit neue Anwendungsmöglichkeiten eröffnet werden. Für eine autarke Versorgung der Antriebs- und Steueraggregate und eine ökonomische Konzeption ist aber noch ein relativ großer Aufwand erforderlich und die gleichzeitig teilweise oder volle Nutzung dieses Konzeptes zur solaren Stromerzeugung ist problematisch, da die Überhitzung von Voltaikpanels nicht gesichert vermieden werden kann.The generally applied state of the art with the extensive use of flat collectors made of black plastic pipes or mats has been sensibly expanded with the protection claims 201 06 306.9, 101 21 437.5 and 201 16 696.8 for use as mobile systems with solar concentrating support, which opens up new application possibilities. However, a relatively large amount of effort is still required for an autonomous supply of the drive and control units and an economical concept, and the simultaneous partial or full use of this concept for solar power generation is problematic because the overheating of photovoltaic panels cannot be reliably avoided.
Der Erfindung zugrundeliegendes Problem : Problem underlying the invention :
Die hiermit dokumentierten erfinderischen Schutzansprüche stützen sich auf folgende zugrundeliegende Probleme nach Stand der Technik :The inventive protection claims documented here are based on the following underlying problems according to the state of the art:
1. Ein Defekt in der Anlage ( z.B. Stromausfall, defekter Termostat) könnte trotz allen Vorsorgen eine Überhitzung der Anlage hervorrufen.1. A defect in the system (e.g. power failure, defective thermostat) could cause the system to overheat despite all precautions.
2. Eine automatische Sonnennachführung ist trotz der einfachen Lösung für eine sehr einfache Anwendung zur Beheizung von kleinen Schwimmbecken unter 10cbm zu aufwendig und zu kompliziert. 2. Despite being a simple solution, automatic solar tracking is too expensive and complicated for a very simple application such as heating small swimming pools under 10 cubic metres.
3. Die automatische Sonnennachführung muß für jeden Anwendungsfall neu berechnet und dimensioniert werden und deren Verkabelung mit der Steuereinheit ist für so kleine Anlagen aufwendig3. The automatic solar tracking system must be recalculated and dimensioned for each application and its wiring with the control unit is complex for such small systems
4. Die automatische Sonnennachführung kann nicht in Modulbauweise ergänzt werden4. Automatic solar tracking cannot be added in modular design
5. Die Rückschlagklappen innerhalb der Sonnennachführung haben keine sichere Differenzhöhe in den verschiedenen Betriebspositionen der Anlage5. The non-return valves within the solar tracking system do not have a safe differential height in the various operating positions of the system
6. Ein Direktantrieb der Tauchpumpen der Sonnennachführung durch Voltaikpanels erfordert für eine wirtschaftliche Konzeption sehr kleine Gleichstrom-Tauchpumpen, die es entsprechend auf dem Markt noch nicht gibt.6. A direct drive of the submersible pumps for solar tracking by means of photovoltaic panels requires very small direct current submersible pumps for an economical design, which are not yet available on the market.
7. Der Betrieb einer Reflektoranlage erfordert eine sehr einfache Kontrolle der richtigen Sonnenposition,7. The operation of a reflector system requires a very simple control of the correct sun position,
was nach Stand der ttchnik nicht gegeben ist.which is not possible according to the current state of technology.
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5. Jan. 20025 Jan 2002
Erfindung : Invention :
Die Beschreibung der erfinderischen Merkmale soll in Reihenfolge der Darstellung der der Erfindung zugrundeliegenden Probleme erfolgen :The description of the inventive features should be given in the order in which the problems underlying the invention are presented:
Nach der Erfindung wird wird mindestens eine Reflektorplatte nach Figur 2b (15) so angebracht, daß diese über Steuermechanismen beliebiger Form bei Überhitzungsgefahr der Anlage, Stromausfall oder Thermostatausfall sich über die Absorberplatte (16) klappt und die Sonneneinstrahlung weitgehend vermindert.According to the invention, at least one reflector plate according to Figure 2b (15) is mounted in such a way that, in the event of a danger of overheating of the system, power failure or thermostat failure, it folds over the absorber plate (16) via control mechanisms of any form and largely reduces the solar radiation.
Die Anlage ist mit Gewichten an der Ost- und Westseite manuell austauschbar ausgerüstet, die bei Umpositionierung ein Schwenken der Anlage und damit eine Sonnenausrichtung ermöglichen.The system is equipped with manually interchangeable weights on the east and west sides, which allow the system to be swiveled and thus aligned with the sun when repositioned.
Die Anlage ist mit einer Steuerungseinheit (11) ausgerüstet, die einen Akku, eine Ladeschutzregelung, Betriebsschalter und Taster usw beinhaltet und die über eine bloße Verbindung über Steckkontakte mit einer automatischen Sonnennachführung ergänzt werden kann.The system is equipped with a control unit (11) which contains a battery, a charge protection control, operating switches and buttons, etc. and which can be supplemented with an automatic sun tracking system via a simple connection via plug contacts.
Ein beliebig zusammensteckbares und erweiterbares Rohrsystem nach Figur 2a und 2b stellt ein funktionsfähiges Modulsystem dar, in dem allen Apparate und Systemverbindungen untergebracht sind und das damit in Modulfunktion an unterschiedlichste Anwendungen und Anlagengrößen ohne technische Änderungen angefügt werden kann. Alle Geräte und Verkabelungen sind deshalb gegen äußere Schockeinwirkungen gesichert.A pipe system that can be connected and expanded as required, as shown in Figures 2a and 2b, represents a functional modular system in which all devices and system connections are housed and which can thus be attached in modular function to a wide variety of applications and system sizes without technical changes. All devices and cabling are therefore protected against external shocks.
Das Modulrohrsystem zur Sonnennachführung mit den Bauteilen 11,12,13,14,17,22, 18 ist in vorzugsweise rechtwinkliger Form als U ausgeführt, wobei bei allen Stellungen zur Sonne jeweils mindestens einer der beiden Knickbogen 13a, 13b an der höchsten Stelle des Nachführsystems liegen. In diesen Knickbögen 13 sind nun die Rückschlagklappen 20 untergebracht, wodurch immer eine genügenmde Saughögen zum Umschalten der Klappen gegeben ist.The module pipe system for solar tracking with the components 11, 12, 13, 14, 17, 22, 18 is designed in a preferably rectangular U shape, whereby at least one of the two bends 13a, 13b is at the highest point of the tracking system in all positions relative to the sun. The non-return valves 20 are now housed in these bends 13, which means that there is always sufficient suction height for switching the flaps.
Die Solarmodule (22) zur Steuerung der Sonnennachführpumpen (17) sind mit einem Relais ausgerüstet. Dieses schaltet die Pumpen über eine externe Energieversorgung und die Sonneneinstrahlung bewirkt nur den Schaltkontakt des Relais. Damit kann das Solarpanel (22) minimal klein ausgeführt werden und die Größe der Sonnennachführpumpen hat keinen Einfluß auf die Panelgröße.The solar modules (22) for controlling the solar tracking pumps (17) are equipped with a relay. This switches the pumps via an external power supply and the solar radiation only causes the relay to switch. This means that the solar panel (22) can be made as small as possible and the size of the solar tracking pumps has no influence on the panel size.
Die Reflektoranlage ist in einem der vorzugsweise 8 Reflektorplatten mit einem Rohr (9) nach Figur 1a ausgerüstet, das die Platte durchdringt und bei horizontaler Aufstellung der Anlage vertikal nach oben zeigt. In dieses Rohr eindringende Sonnenstrahlen (10) werden auf eine Platte (8) mit Markierung geworfen, womit die Position der Anlage zur Sonne feststellbar ist.The reflector system is equipped in one of the preferably 8 reflector plates with a tube (9) as shown in Figure 1a, which penetrates the plate and points vertically upwards when the system is set up horizontally. Sun rays (10) penetrating this tube are projected onto a plate (8) with a marking, which allows the position of the system in relation to the sun to be determined.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung : Advantageous effects of the invention :
Die Beschreibung der vorteilhaften Wirkungen der Erfindung soll in Reihenfolge der Darstellung der der Erfindung zugrundeliegenden Probleme erfolgen :The description of the advantageous effects of the invention will be given in the order in which the problems underlying the invention are presented:
Eine Überhitzung der Solaranlage durch das Einklappen einer Reflektorplatte (15) auf den Absorber (16) ist somit ausgeschlossen.Overheating of the solar system by folding a reflector plate (15) onto the absorber (16) is thus excluded.
Das manuelle Austauschen von kleinen Gewichten zur Sonnennachführung ist eine sehr einfache und wirtschaftliche Lösung für sehr kleine Nutzungsbereiche.Manually replacing small weights for solar tracking is a very simple and economical solution for very small areas of use.
Die zentrale Steuereinheit für alle Anlagendimensionen und Formen einsetzbar und es ist keine neue Verkabelung erforderlich.The central control unit can be used for all system dimensions and shapes and no new cabling is required.
Die Erfindung demonstriert eine Modulbauweise, die nahezu multifunktionell anwendbar ist.The invention demonstrates a modular construction that can be used almost multifunctionally.
Die Form des Rohrsystems zur Sonnennachführung schützt alle anlagenintegrierten Teile und läßt eine betriebssichere Anbringung der Rückschlagklappen (20) zu.The shape of the solar tracking pipe system protects all parts integrated into the system and allows for a reliable installation of the non-return valves (20).
Die Anbringung von Relais (23) an den Solarpanels (22) läßt den größenunabhängigen Einsatz von Sonnennachführpumpen zu.The installation of relays (23) on the solar panels (22) allows the use of solar tracking pumps regardless of their size.
Das System zur Bestimmung der Sonnenposition ist sehr einfach und wirkungsvoll und für alle Reflektoranlagen verwendbar.The system for determining the position of the sun is very simple and effective and can be used for all reflector systems.
Mobile solare Reflektoranlage zur Warmwassererzeugung und / oder Stromerzeugung Helmut Juran, Andreas Schlüter Str. 12, 53639 KönigswinterMobile solar reflector system for hot water production and/or electricity generation Helmut Juran, Andreas Schlüter Str. 12, 53639 Königswinter
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Figur 1a - Prinzipdarstellung einer solaren, mobil transportierbaren und mobil aufstellbaren und Figure 1a - Schematic diagram of a solar, mobile, transportable and mobile
beweglichen Reflektoranlage mit einklappbar oder aufsteckbar montierbaren 8 Reflektorenplatten (1), mit einer manuellen Sonnennachführung für den Zeitablauf morgens bis abends durch Austausch von Gewichten (7) und einer manuellen Justiereinrichtung zur Ausrichtung der Anlage nach der Sonne (8,9,10). Die Stellung ist mittags nach Süden ausgerichtet.Movable reflector system with 8 foldable or attachable reflector plates (1), with manual sun tracking for the time from morning to evening by exchanging weights (7) and a manual adjustment device for aligning the system with the sun (8,9,10). The position is facing south at midday.
Figur 1b - Wie Figur 1a nur zur Morgensonne ausgerichtet. Figure 1b - Like Figure 1a but facing the morning sun.
Figur 1c -Wie Figur 1a nur zur Morgensonne ausgerichtet. Figure 1c -Like Figure 1a but oriented towards the morning sun.
Figur 2a - Darstellung der Anlage nach Figur 1 in Mittagsposition, wobei die Anlage mit einem Figure 2a - Representation of the system according to Figure 1 in midday position, with the system equipped with a
Steuersatz (11) in einem Rohsystem ausgerüstet ist, das nach Süd und West mit einem ergänzenden Rohrsystem angekoppelt ist (12a, 12b,13a, 13b, 14a, 14b), das als automatisches Sonnennachführsystem durch Schwerpunktverlagerung dient.Control unit (11) is equipped in a pipe system which is coupled to the south and west with a supplementary pipe system (12a, 12b,13a, 13b, 14a, 14b) which serves as an automatic sun tracking system by shifting the centre of gravity.
Figur 2b - Darstellung der Anlage nach Figur 2 aus vertikaler Sicht von der Sonne. Figure 2b - Representation of the system according to Figure 2 from a vertical view from the sun.
Hierbei ist dargestellt wie eine Reflektorplatte (15) auf die Absorberfläche 16 geklappt ist, wodurch die Sonneneinstrahlung im Verhältnis der abgedeckten Absorberfläche reduziert wird, was aus Sicherheitsgründen gezielt über eine Temperaturbegrenzung oder bei Stromausfall vorgenommen werden kann.This shows how a reflector plate (15) is folded onto the absorber surface 16, whereby the solar radiation is reduced in proportion to the covered absorber surface, which can be done specifically for safety reasons via a temperature limit or in the event of a power failure.
Figur 3 - Prinzipdarstellung der Sonnennachführung nach dem Massenausgleichsprinzip wobei Figure 3 - Principle representation of solar tracking according to the mass balance principle where
der an der Ostseite der Anlage befestigte Rohrbehälter (12a) im Querschnitt gezeichnet ist, sodaß die Tauchpumpe (17), Das Steigungs- und Verbindungsrohr (18) zur westseitigen Pumpe und die wasserfüllung erkennbar sind. Die Steuereinheit (11) sitzt also an der höchsten Stelle, wodurch kein ungewollter Wasserüberlauf vom Ostbehälter (12a) zum Westbehälter (12b) möglich ist. Dies ist gegeben, weil die Anlage immer mit einer bestimmten Neigung nach Süden ausgerichtet ist.the pipe container (12a) attached to the east side of the system is shown in cross-section so that the submersible pump (17), the riser and connecting pipe (18) to the west side pump and the water filling can be seen. The control unit (11) is therefore located at the highest point, which means that no unwanted water overflow from the east container (12a) to the west container (12b) is possible. This is because the system is always aligned with a certain incline towards the south.
Figur 4 - Prinzipdarstellung der Sonnennachführung nach dem Massenausgleichsprinzip wobei Figure 4 - Principle representation of solar tracking according to the mass balance principle where
der an der Westseite der Anlage befestigte Rohrbehälter (22b) mit mehr Wasser gefüllt ist, als der Behälter (22a) an der Anlagenostseite und deshalb in Kombination mit dem drehbaren Anlagenaufhängung (7) tiefer liegt. Die Pumpen (17) in den Behältern sind mit einer einzigen Leitung an ihrer Druckseite (Förderseite) verbunden und werden von dem am jeweils gegenüberliegenden Behälter befestigten Solarpanel (22a, 22b) über ein Relais (23) geschaltet, das vorzugsweise auf dem Solarpanel angebracht ist. Schaltet sich eine Pumpe nach dem Pumpvorgang ab, so könnte das Fördermedium weiter- oder zurücklaufen, wenn die angebrachte Rückschlagklappen (20) nicht genügend Differenzdruck zum Umschalten erhalten. Die rechtwinklig verlängerten Rohrbogen (13a,13b) liegen bei jeder Anlagenposition immer in ausreichender Höhe, die diesen erforderlichen Differenzdruck ergibt.the pipe container (22b) attached to the west side of the system is filled with more water than the container (22a) on the east side of the system and is therefore lower in combination with the rotating system suspension (7). The pumps (17) in the containers are connected to a single line on their pressure side (delivery side) and are switched by the solar panel (22a, 22b) attached to the opposite container via a relay (23), which is preferably attached to the solar panel. If a pump switches off after pumping, the pumped medium could continue to flow or flow backwards if the attached check valves (20) do not receive sufficient differential pressure to switch over. The right-angled extended pipe bends (13a, 13b) are always at a sufficient height in every system position to produce this required differential pressure.
Figur 5 Das Solarpanel (22) zur zur Steuerung nach der Sonneneinstrahlung ist vorzugsweise mit Figure 5 The solar panel (22) for controlling according to the solar radiation is preferably equipped with
einem Relais (23) und einem Stecker (24) ausgerüstet. Diese Bauteile funktionieren nur unter exakter Abstimmung aufeinander, weshalb sie als ein einziges Modul angefertigt werden.a relay (23) and a plug (24). These components only work when they are precisely coordinated with one another, which is why they are manufactured as a single module.
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1 - selbsttragende Reflektorelemente1 - self-supporting reflector elements
2 - Speicher und Massenkompensator2 - Storage and mass compensator
3 - Tragerahmen3 - Support frame
4 - Stützkonstruktion4 - Support structure
5 - Drehlager5 - Pivot bearing
6 - Stange zur mobilen, manuellen Anbringung von Gewichten (7)6 - Bar for mobile, manual attachment of weights (7)
7 - austauschbare Gewichte zur manuellen Sonnennachführung7 - interchangeable weights for manual sun tracking
8 - Platte mit Justierpunkt zur Feststellung des sonneneinstrahlwinkels8 - Plate with adjustment point for determining the angle of sunlight
9 - Rohr zur Durchdringung durch Sonnenstrahlen9 - Tube for penetration by solar rays
10 - Das Rohr (9) durchdringender Sonnenstrahl10 - The tube (9) penetrating sunbeam
11 - Steuerblock mit Akku, Thermostat, Ladeschutzgerät, schalter Betriebstaster für Pumpen,11 - Control block with battery, thermostat, charger protection device, switch operating button for pumps,
Verkabelung Steckerverbindungen uswWiring connectors etc.
12 - Rohrbehälter zur Speicherung des Wassers (19) zum Massenausgleich für sdie Sonnennachführung 12 - Pipe tank for storing water (19) for mass balancing for solar tracking
13 - Rohrkrümmer zur Verbindung derWassermassenausgleichsbehälter(12) mit dem Steuerblock (11)13 - Pipe elbow for connecting the water mass compensation tank (12) to the control block (11)
14 - gerades Rohrstück zur Verbindung der Wassermassenausgleichsbehälter (12) mit dem14 - straight pipe piece for connecting the water mass compensation tank (12) with the
Steuerblock (11)Control block (11)
15 - auf den absorber durch Sicherheitssteuerung geklappte Reflektorplatte zur Regelung durch15 - reflector plate folded onto the absorber by safety control for regulation by
16 Abschirmung gegen die Sonneneinstrahlung16 Shielding against solar radiation
17 - Sonnennachführpumpen17 - Solar tracking pumps
18 - Steigungsrohre an den Tauchpumpen (17)18 - Riser pipes on the submersible pumps (17)
19 -Wasserstand in den Regelbehältern (12)19 -Water level in the control tanks (12)
20 - Rückschlagklappe20 - Check valve
21 -Verbindungsrohr zwischen den Steigleitungen (18) der beiden Tauchpumpen (17)21 -Connecting pipe between the risers (18) of the two submersible pumps (17)
22 - Voltaikpanel zur Regelung der Sonnennachführung22 - Voltaic panel for controlling solar tracking
23 - Relais zur Schaltung der Sonnennachführpumpen (17) über das Relais (23) und die Energieversorgung 23 - Relay for switching the solar tracking pumps (17) via the relay (23) and the power supply
24 - Steckverbindung des Voltaikpanels (22,23) zur Energieversorgung und der anzutreibenden24 - Plug connection of the voltaic panel (22,23) for energy supply and the driven
jeweiligen Tauchüpumpe (17)respective submersible pump (17)
Claims (7)
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2002
- 2002-01-05 DE DE20200100U patent/DE20200100U1/en not_active Expired - Lifetime
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