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last update/site revision: Dec- 13- 2009

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SOLARKRAFTWERK/solar power station...

Erklärungen zum obigen Modell (Aufbau, Funktionsweise): siehe weiter unten! (scroll down)

solar_power_station

 

 

Erklärungen zum obigen Modell:

Teile des Solarkraftwerkes:

Begriffe
Teil 1: Mögliche Orte für ein Solarkraftwerk:
links
 

 

Auf dieser Seite will ich eine meiner ideen zum Besten geben : es soll eine Hybridanordnung erklärt werden mit der es möglich ist. aus ganz einfach funktionierenden " Sonnenkollektoren" elektrischen Strom herzustellen Es sind dabei verschiedene Einsatzmöglichkeiten und- Irte denkbar wie auch technologien.: Sonnenkollektoren als Panels oder in Form von Glaskuppelbauten als reine Solarkraftwerke z B in der Wüste oder in unterentwickelten Ländern)

Mich hat aber eher die idee von einer solarbetriebenen Klimaanlage interessiert wie sie ja in vielen heissen tropischen gegenden üblich sind , so sie auch eine Unmenge an elektrischer Energie erfordern. Aber auch in unseren Breitengraden gibt es Anwendungsgebiete

 
Wärmedämmung an Gebäuden:
Gebäudeisolierung mit eingebauten Sonnenkollektoren
 

Zuerst aber ein paar Worte zum heutigen Wärmeisolierwahn:

Moderne Hausfassaden werden heute zunehmend mit Styrodur, besser aber: Steinwolle auf der nur eine Außenbeschichtung mit Styrodur angebracht ist ( da Styrodur sich infolge der sich zwischen Hausmauer und Verkleidung ansammelnden Feuchtigkeit leicht zersetzt) , wärmeisoliert.

In der Tat bringt diese Fassadenisolierung eine immense Heizkostenersparniss, die aber bei zugleich steigenden Energiepreisen ( nicht aber Rohstoffpreisen) nur den Energiehändlern zugute kommt.

Die Euphorie, mit der diese Fassadenisolierung- mit Bundesmitteln gefördert- inzwischen betrieben wird, hat aber auch seine Schattenseiten:

Wärme und Feuchtigkeit bleiben zwar im Haus gefangen. Besonders in heißen Sommern erwärmt sich so ein Haus ( vor Allem über die Fenster- wer will aber schon im Dunkeln wohnen) aber dann auch weit über die Außentemperatur hinaus. und zwar zwischen 5-10 Grad Celsius, dass es unmöglich weden kann sich darin aufzuhalten -Bei zu hoher temperatuiren reagiert der mensch zudem mit müdigkeit. Für viele,. inbesonders alte Menschen kann es zur Qual werden

Es entstehen somit darin Temperaturen von 40 Grad und mehr, bei denen es sich eben nicht mehr angenehm leben lässt: Bei diesen Temperaturen wird man von Müdigkeit überfallen und pennt einfach weg . Manche- vor allem ältere- Personen erleiden auch Schlimmeres. Aber auch Obst- selbst Südfrüchte- z B werden schon nach Tagen überreif und verderben in rasanter Schnelligkeit, während dies bei der üblichen normalen Außentemperatur/ und Feuchtigkeit nicht geschieht und da ( ich habe es getestet) u U. sehr lange hält . Die Temperaturen fördern auch in frappanter Weise die Vermehrung von Kleinstlebewesen- angefangen von Fruchtfliegen, über Motten bis hin zu.???

Dazu kommt die überdurchschnittliche Luftfeuchtigkeit, die in diesen Häusern entsteht, da sie nicht mehr durch die Wände entweichen kann, sich in diesen sammelt, was Schimmelbefall aller Art fördert- gerade auf Lebensmitteln die man nicht im Kühlschrank lagert aber auch das Entstehen des gefürchteten-schweres Asthma erzeugenden- Hausschimmels Asperillus fumigatus und nigra fördert. der sich auf allem einnistet was aus organischer Chemie besteht -angefangen von Dispersionsfarben bis hin zur menschlichen Lunge, wo er ja besonders günstige und gleichbleibend gute Bedingungen vorfindet.

Dies alles sollte man- so meine ich ( und ich lebe seit ca 4 Jahren in einem voll Styrodur verkleideten Haus mit doppelten Schallschutz Glasfenstern) bedenken, bevor man sich die Fassade auf diese Weise beschichten lässt. Bei Steinwolle dürfte der Feuchtigkeitsstau weitaus geringer sein: Der Wärmestau im Sommer dürfte aber derselbe sein. Was tun sprach Zeus: Diese "Erfindung( das gab es ja schon in den 60ern- genannt: "Sandwichplatten". Da wurde sie aber nicht in der Stärke ( ca 8- 10 cm) aufgebracht und bestand vor allem aus einer Wechselbeschichtung: innen locker luftig aufeinandergeklebte Zellstofffasern, nur außen Styropor) Sie war anders-klüger beschaffen - nur wesebtlich dünner ( 1- 2 cm- moderne Styrodurplatten haben 10 cm und mehr) aber eben auch noch mit Rücksicht auf die Wohnqualität)

Man muss also einen Mittelweg finden: Wärmeisolieren und zugleich im Sommer die Wärme aus der Fassade abführen.Daraus entstand nun diese Modellzeichnung einer Anlage, die ich grundsätzlich "Solarkraftwerk" nenne , aber zugleich 8!!) als Klimaanlage ( Umkehrung durch Kühlung) funktioneren soll, und dabei - bei Nutzung beider Komponenten der Thermodynamik- (Wärme zur Energiegewinnung und zugleich Kühlung beides durch Nutzung des " Kompressionsverfahrens") wesentlich ( ich sage jetzt einfach mal einfach ca. 100 mal mehr) mehr Energie erzeugern soll, als ihre einzige Komponente ( der Kompressor, der elektrische Energie zur Verrichtung mechanischer Arbeit benötigt ) verbraucht.

Jeder kennt das Verfahren vom Kühlschrank, in dem man bei einem gut wärmeleitenden Gas in zwei Kammern unterschiedlichen Druck aufgebaut wird, was in der "Überdruckkammer Wärme freisetzt ( die aus dem Kühschrankinneren "gepumpt" wird und beim Kühlschrank mittels Kühlruppen bei besseren verstärkt mit Ventilator nutzlos an die Umgebung abgegeben wird ) aber an der Unterdruckseite zu Abkühlung bewirkt, da die gase sich ausdehnen wenn sie sich entspannern können und dabei Wärme aufnehmen müssen:

Bei der Kältemaschine nennt man das Kompressor , will man aber die Wärme nutzen nennt man die Anlage eine " Wärmepumpe". Es beruht aber in beiden Fällen auf den Einsatz eines Kompressors und auch sonst sind die Anordnungen auch grundlegend, bzw nahezu identisch.

Das Projekt enstand in der jetzigen Form bei einem Aufenthalt in Hongkong, bei dem ich darüber nachdachte, wie man den immensen Aufwand an elektrischer Energie für Klimaanlagen die jedermann in dieser im Sommer unerträglich heissen Stadt braucht durch eine möglichst regenerative Energiequelle ( möglichst eben direk Sonnenenergie) ersetzen kann

Ich muss erwähnen, dass diese Anlage zwar (so weit ich weiß in der Form zumindest ) von mir als Ersten vorgestellt wird und praktisch wohl auch funktioniert. In diesem Entwurf habe ich schon auf verschiedene zu berücksichtigende Parameter Rücksicht genommen, doch muss es natürlich alles zuerst im Einzelnen berechnet in dann in die Praxis umgesetzt werden, um ein optimiertes Verfahren zu erreichen . Z. B. muss sich in der praktischen Anordnung der Kompressorteil räumlich unter dem Turbinenteil befinden ( und nicht wie oben auf gleicher Höhe, um in diesem möglichst geschlossenen System einen beständigen Wasserpegel in der Dampfturbine zu verhindern (u.A. wegen dem Druckunterschied - bzw. um die Dampfkondensation zu begünstigen )

 
Sonnenkollektor>
1. Der Sonnenkollektor im Allgemeinen:
 
 

 

Jeder kennt das Prinzip vom Gartenschlauch oder auch einer Campingdusche. Legt man diese in die Sonne, erwärmt sich das darin befindliche Wasser infolge der mechanischen Einwirkung der kinetischen Energie des Sonnenlichts auf die Wassermoleküle die es in Bewegung bringt- damit: erwärmt.

In Sonnenkollektoren, die man heuzutage schon allerortens- ,meist als (mit einfachem Wasser als Wärmetransportmedium betriebenen) Flachkollektoren auf Dächern vorfinden kann hat man nun diese Prinzip optimiert: durch Verwendung doppelten evakuierten " Isolierglases" will man soviel Sonnenlicht wie möglich einfangen und behindert es damit am Entweichen zu hindern wodurch mehr Energie innerhalb des Sonnenkollektors verbleibt und nutzbar gemacht werden kann. Es findet in der Weiterentwicklung eine ständige Optimierung statt ( Vakuumröhren u A)

Man verwendet gerne Kupfer für die Rohre, da es eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt, streicht den Kollektorteil noch dazu mit wärmeleitender schwarzer Farbe an, da schwarz das Sonnenlicht am schlechtesten reflektiert und davon am meisten absorbiert.

Außerdem isoliert man das ganze Panelgehäuse so, dass vor allem im WInter möglichst wenig Wärme daraus entweicht. . Am Besten eignet sich neben einem doppelwandigen Gehäuse usw auch hier das Vakuum

 
Fassadenkollektor:
2. Das hier anzustrebende Sonnenkollektorsystem:
 
 

Überlegungen: Niemand wird wohl seine Hausfassade ( natürlich ausschließlich der Fenster, aber auch da böten sich Lösungen) vollständig mit Sonnenkollektor- panneln noch dazu unter Glas uns bedecken wollen. 1 ist das teuer verbraucht viel Material, isoliert die FASSADE nur zusätzlich und und und...2. Wie sähe das denn aus?

Gedacht ist vielmehr an neuartige Fassaden -Isolationselemente:Innen z. B. 5-10 cm Steinwolle. Außen eine Styrodurplatte mit eingegossenen Plastikrohren die sich beim Zusammenbau der Fassadenisationsplatten auch zusammenstecken und verkleben bzw heiss- kleben lassen. Dies könnten aus recykeltem PVC sein- optimalerweise sollte dem PVC ein Zuschlagstoff aus Kupferstaub o Ä. beigefügt werden (Wäremleitfähigkeit - und es wäre zu überlegen ob sich darauf eine dünnen Glasschicht anbringen liesse um die Effizienz zu erhöhen. Für die Isolation dieser Wärmemittelleitungen des FASSADENKOLLEKTORS dient ja bereits die darunterliegende Styrodurschicht und die Steinwolle. Außerdem ist es ja erwünscht , dass dieser Fassadenkollektor im Sommer ja ggf. auch Hitze vom Haus ableiten kann.Auf die Styrodurplatten kommt anschließend- wie üblich- die Putzschicht Auch hier ließe noch etwas tüfteln, was die Schichtung oder Zusammensetzungen dieses Putzes beträfe.

 
umgekehrter Kühleffekt
Will man aber den Kühleffekt der Gesamtanlage nützen, müsste man die Rückleitungen aus dem Kompressor/Wärmetauscher teilweise oder ggf. umschaltbar-durch das Innere des Gebäudes - d. h. an den Innenwänden wieder zur Nullhöhe des Hauses herabführen und dort mit dem äußeren Teil des Kollektors verbinden
 
 
2.1 Anordnung der Kollektorrohrbahnen:
 
 
Es ist nicht daran gedacht, mehrere Rohre oder Rohrstränge zu jeweils größeren Hauptleitungen zusammenzuschließen, da die Druckverteilung in solchen Systemen bekanntlich sehr schwiérig ist und eine komplizierte Regelung den Aufwand nicht lohnt. Vielmehr sollte es sich -wie oben auf der Zeichnung ersichtlich- um ein einziges Rohr handeln welches sich (ggf. um das gesamte Haus geführt) in horizontalen Bahnen nach oben verlegt wird. (Zwischen den Fenstern müsste man eventuell Abzweigungen machen, was sich aberdann nicht nenneswert auswirken würde)
 
 
2.2. Das Wärmeleitmedium
 
 
Hier verbietet es sich schon, Wasser ( H20) zu benutzen , denn man kommt ja nach dem Verputzen nicht mehr an die Kollektorleitungen und möchte daher eine dauerhafte, sichere Lösung!!! keinen Wasserrohrbruch oder ähnliches , was eine Wartung und Reperatur nötig macht da es sonst den Bestand des hauses gefärden würde. Man denke außerdem an den Frost, der die Rohr zerreissen könnte . Außerdem ist Wasser keineswegs der beste Wärmeleiter!!

Es kommt also nur ein Gas in Frage-. vorzugsweise ein umweltneutraler , nicht brennbarer usw. Kohlenwasserstoff , der sich bei den üblichenTemperaturen bis 50Grad noch nicht verflüssigen darf . Ein Kohlenwasserstoff deshalb da diese bekanntlich die Wärme bestens leiten. Welches Gas genau- ob z B das übliche Kühlmittel Ammoniak -müsste per Berechnung und Versuch geklärt werden.

 
Fage der Wärmepümpe

Kompressionskältemaschine als Wärmepumpe oder Adsorptionskältemaschine ?

Vorabanmerkung: es müsste auch getestet werden, inwieweit und wie ein sogenanntes Adsorptionskühlverfahren, (wikipedia)welches ohne kompressor kühlt und anderseits Hitze befördert hier zum EInsat kommen kann. Die Konzeption wäre sicher eine andere. Die Energiebilanz wäre dadurch weitaus besser. Außerdem sind Adsorptionskältemaschinen ( die hier nur in umgekehrter Anordnung benutzt werden , um den Effekt der Wärmeabfuhr zu nutzen. Dann werden sie glöiech ob sie mit dem Kompressions- oder adsorptionsverfahren arbeiten aber höeich als neue Erfindung als "Wärmepumpe bezeichnet)

 
 
3. Funktionsweise der hier angedachten Anlage: :
 

1. Das in Fassadenkollektor (Primärkreislauf) befindliche Wärmemedium- ein Gas- erhitzt sich durch Sonneneinstrahlung .

2 Ein sich unterhalb des Höhenniveaus der einachsigen Turbinen- und Generatoranlage befindlicher Kompressor verdichtet das Gas in einem Wärmetauscher, welcher sich innerhalb des Hauptwasserspeichers befindet und diesen nach unten durchläuft.

 

3. Über ein Druckloch ( wo sich das komprimierte Gas wieder entspannt) ,wird das Wärmeleitmedium abwärts wieder in die RÜckleitung zum unteren Ende des Fassadenkollektors geleitet mit dem unteren Ende des Sonnenkollektors( Primärkreislauf) verbunden, so dass eine nach den äußeren Verhältnissen optimale Zirkulation ergibt. Dazu gibt es zwei Optionen ( siehe unten)

4 Durch den mittels Kompressor ( " Wärmepumpe") innerhalb des Wärmetauschers aufgebauten DRUCKUNTERSCHIED wird das Gas verdichtet und gibt Wärme an den Sekundärkreislauf, hier als das Teil, das auch als Hauptwassertank ( zugloiech vebrauchswasser)dient ab

5. Infolge der komprimierung des Kollektorgases entsteht im Wassertank eine HÖHERE TEMPERATUR , als das Wärmeleitmedium vor der Komprimierung rein durch die Aufheizung in der Fassade erhält , um die es also die Sonnenenergie aufgeheizt hat . Über den Wärmetauscher gibt es dieses an das darin befindliche Wasser des Sekundärkreislaufes ab und bringt es je nach Auslegung und parametern zum KOchen

6 Die Anordnung muss so gewählt sein, dass die über die Fassade ableitbare Wärmemenge die dazu äquivalente Menge an Wasser schließlich bzw zwisachenzeitlich zum Kochen bringt. Dies kann nur unter normalem Luftdruck geschehen, da das auf diese Weise im Sekundärkreislauf erhitzte Wasser ja auch über einen Zu- und Ablauf zur Warmwasserversorgung des HAUSES dient.

7. Ist dies der Fall- fängt das Wasser also an zu kochen- öffnet sich ein Gasventil und der Dampf treibt eine Dampfturbine an, welche über eine Achse mit einem entsprechenden generator verbunden ist und dort Strom erzeugt. Die Einfachheit der Anlage sollte es sicherstellen z B über den Kompressorgeschwindigkeit und vorhandene Regelmöglichkeiten ( z b das Druckloch am Ende des Komprimierungsvorgangs) einen gleichmäßigen Lauf des Generators z B mit 50 Hz zu gewährleisten).

.8. Der Dampf, bzw das abfließende Wasser muss nun entspannen können , sich kondensieren und kann nun über den Primärkreislauf ( wo das WÄrmemedium austrittb und sich entspannt abgekühlt werden, dass eine optimierte Effizienz der Turbine nach den Gesetzen der Thermodynamik entsteht. Dies wäre alles zu testen , der genannte Wärmetauscher ( Kondensierer) wird eventuell nicht gebraucht sollte aber zumindest zuschaltbar sein.( mechanischer Wasserumschalter)

10. Das Gas welches aus dem Überdruckbereich ( Primärkreislauf) über das Druckloch wieder in den Fassadenkreislauf austritt, gelangt in den Unterdruckbereich der Anlage ( dessen Unterdruck durch den Ansaugvorgang des Kompressors in diesemvollständig geschlossenen System entsteht) ,-also die Rohrleitungen unseres Fassaden- Sonnenkollektors- kann sich entspannen und ausdehen, wodurch es wieder Wärme aufnimmt, inder Umgebung aber einen Kühleffekt verursacht

Weitaus interessanter wäre es allerdings, den Kühleffekt des ausd der Drucköffnung austretenden Wärmemediums( Kollektorkreislauf) als KlImaanlage zu nutzen in dem man die Kollektorbahnen auch an der Innenwand verlegt und dann unten wieder mit dem äußeren Fassadenkollektorteil zu einem Kreislauf verbindet

weitere notwendige Maßnahmen hier: Der Sekundärkreislauf ( Dampferzeugung Turbine Generator) wird in diesem Bereich mit einem Überdruckschutzventil gesichert

9 Anschließend fliesst das Sekundärwasser wieder in den Hauptwasserspeicher zurück und wird erneut erwärmt10 Auf der Zeichnung oben ist dieser Austritt nur als senkrechtes Rohr abwärts zur Nullhöhe des Hauses gezeichnet. Es empfielt sich aber , das kollektorrohr hier im Inneren des hauses weiterzuführen ( unter Wände verputzt), um den Kühlungeffekt nützen zu können ( Klimaanlage air conditioning mit Sonnenenergie)

11. Verschiedene einfache mechanische Regelweisen ermöglichten es hier die Klimaanlage zu regulieren- (die Anlage kann gegebenenfalls im Winter einen Heizbeitrag leisten! wenn man es anders) . Wird kein Warmwasser verbraucht stellt die Wirkungsweise als Klimaanlage ( Kühlung) schon eine Vorerwärmung dar , die dann im Sekundärkreislauf -automatisch wenn dort genug Energie zusammengepumpt ist und Dampf entsteht - sich das Ventil öffnet- in elektrische Energie umgewandelt wird .

12. Der Kompressor der Anlage könnte (ggf über ein Photovoltaic Solarmodul ) über Netzstrom aber auch mit Akku betrieben werden um anzulaufen und die Anlage hochzufahren

, kann aber seinen Betriebstrom nach Hochfahren der Anlage aber selbst erzeugen ( hier wäre ein entspr. Akku dann die vollkommene Lösung)

Auf alle Fälle erzeugt so eine Anlage ein Vielfaches dessen an Strom, was einzig dieser Kompressor verbraucht, außerdem Warmwasser und zugleich Kühlung

 
         
         
         
         
         

 

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