Wedstrijd alternatieve vormen van energie voor leden en niet-leden van de K VIV Voorstel Zon 01) De zonnebuis door Eddy Thysman Tweede document met bijkomende informatie (Benutting van zonne -energie voor Vlaanderen en ver daarbuiten) September 2003 Inleiding : Zie wat info op volgende sites over stirling motoren in combinatie met zonne -energie: http://www.stirling -engine.de/ http://www.grc.nasa.gov/WWW/tmsb/stirling/animation/animation_TDC_01_jeff.gif http://www.stirlingmotor.com/ http://home.hetnet.nl/~Stirling -hetelucht-motoren/nieuwe_pagina_1.htm http://www.kopfball-online.de/experimente/exp991024_a.html http://www.stirlingmotor.com/funktion.htm http://www.nvo.com/stavy/pictures/view.nhtml?profile=pictures&UID=10030 http://www.es.wapa.gov/pubs/esb/98Aug/at_solargen.htm http://www.germanembassynicosia.org.cy/de/wirtschaft/solarenergie/stirling/stirling_epas_profile.html http://www.psa.es/webesp/convoc/tmrcallent.html http://www.cyber.rdg.ac.uk/ISP/solar/gallery/ http://www.deathvalleypizza.com/1time___.html Een ontwerp uit het verleden dat ook in het heden springlevend is , en me wel aanspreekt is het volgende : Zonnestralen worden via een spiegelparabool gericht op een stirlingmotor die dan draait en via een stroomgenerator elektrische stroom opwekt . John Ericsson (dezelfde van de ironclad Monitor van 1862) was ook al heel lang bezig met een combinatie van zonne-energie met een stirlingmotor . Op de site : http://www.deathvalleypizza.com/1time___.html meerbepaald op : http://www.deathvalleypizza.com/1886.jpg zien we zijn ontwerp uit 1886 : We lezen ook dat hij de tijd niet gehad heeft voor massaproductie : 1888 - Ericsson is so confident with his refined parabolic trough design that he plans to mass produce and supply the apparatus to the "owners of the sunburnt lands on the Pacific Coast" for agricultural irrigation, but dies soon after at 86.
1
Men ziet in zijn ontwerp een collectorbuis in het brandpunt van de stralen en de stirlingmotor staat afzonderlijk . En op de site : http://www.nvo.com/stavy/pictures/view.nhtml?profile=pictures&UID=10030 zien we een hypermoderne versie anno 2003 :
Het geheel is draaibaar en wentelbaar en de stirlingmotor met stroomgenerator beweegt altijd mee in het brandpunt van de stralen . Ik vraag me af of er geen kleine wijzigingen/toevoegingen mogelijk zijn die mogelijks een meerwaarde kunnen vormen . 2
Ontwikkeling van het ontwerp : Werkingsprincipe en technische uitvoering : Wat opvalt is dat men gewoonlijk energie opwekt via stralingswarmte (een stirlingmotor doen draaien) zie : http://www.nvo.com/stavy/pictures/view.nhtml?profile=pictures&UID=10030 ofwel wekt men energie op via convectie (warme luchtstromen die in beweging komen en één of meerdere fans laten draaien) zie : http://www.enviromission.com.au/index1.htm Maar nooit beide : stralingswarmte (een stirlingmotor doen draaien) plus convectie (warme luchtstromen die in beweging komen en één of meerdere fans laten draaien) Als we iets willen ontwerpen dat mogelijks een verbetering inhoudt , dan zullen we beide moeten hebben in één ontwerp . Liefst ook iets statisch , dus niet een zon mee volgende high tech paraboolschotel maar een eenvoudige statische installatie , zonder bewegende delen , op de fan en de stirlingmotor na . Liefst werken we ook in de hoogte , omdat we zuinig moeten zijn met de beschikbare grond . Zo kom ik tot een eerste ontwerp : Zie figuur zon 01-01 :
3
Ik stel me voor dat we een statisch opgestelde paraboolspiegel hebben , waar door een verticale buis naar boven stijgt . Een dergelijke opstelling lijkt wel wat op die van 1870 door Auguste Mouchot : http://www.deathvalleypizza.com/1870.html Zie ook recenter : http://www.de athvalleypizza.com/1957.jpg http://www.deathvalleypizza.com/1960.jpg http://www.deathvalleypizza.com/1961.jpg http://solarcooking.org/plans.htm Onder de paraboolspiegel hebben we een grote reductie die dienst doet als luchtinlaat . De grote reductie staat met enkele steuntjes op de grond en de lucht wordt aangezogen door deze reductie en komt in de buis terecht . Het geheel staat bvb op een zwartgeverfde plaat die behoorlijk warm wordt in de zon en die de aangezogen lucht al voorverwarmt . De buis bevat bvb staalwol of metaalplaatjes die een verbinding met de wand hebben en die de warmte van de buiswand binnenin de buis verdelen . De lucht in de buis wordt opgewarmd en stijgt naar boven en wordt op het laatste nog even extra versneld in een kleine reductie . Dan komt de lucht in de fan terecht die hierdoor draait en dankzij de stroomgenerator elektriciteit produceert . En onmiddellijk daarna komt de lucht in de stirlingmotor terecht die hierdoor draait en dankzij een stroomgenerator ook elektriciteit produceert . De warme lucht verdwijnt naar buiten via de stirlingmotor . De bedoeling is velden van dergelijke zonnebuizen te hebben , die mogelijks toch behoorlijk wat energie zouden kunnen opwekken . We moeten het testen op één , natuurlijk . De buis kan niet te hoog worden , want ze moet nog altijd kunnen beschenen worden door de weerkaatste stralen van de paraboolspiegel . Kunnen we het ontwerp verbeteren ? Het zou beter zijn indien de buis hoger zou zijn en over de ganse lengte beschenen worden met geconcentreerde straling . Dat zou de temperatuur in de buis verder kunnen opdrijven evenals de opbrengst . Dit zouden we mogelijks kunnen realiseren met fresnel lenzen . Zie enkele sites over fresnel lenzen : http://ourworld.compuserve.com/homepages/awi_industries/Optic_Frensel.htm http://www.ntkj.co.jp/products-e.html http://www.powerfromthesun.net/chapter1/Chapter1.htm http://www.nasatech.com/Briefs/Mar99/LEW16662.html Als we nu eens de paraboolspiegel vervingen door een opstelling met fresnel lenzen ? Lange fresnel lensplaten zouden we in zeshoekvorm omheen de buis kunne n plaatsen .
4
Zie figuur zon 01-02 :
Ik stel me voor dat de 6 rechthoekige fresnel lensplaten dan moeten steunen op een onderplaat en bovenaan afgedicht moeten worden door een bovenplaat . Het geheel mag wel niet luchtdicht zijn . Onderaan de bodemplaat hebben we juist dezelfde grote reductie en luchtinlaat als vroeger . En boven de bodemplaat hebben we idem dezelfde opstelling met kleine reductie en fan en stirlingmotor en stroomgeneratoren als vroeger . We zetten deze zonnebuizen ook volgens het principe van gelijkbenige driehoeken verdeeld over het terrein . We kunnen de buizen nu veel hoger maken , zodat eventueel de noodzaak zou kunnen ontstaan om de zonnebuizen bovenaan met elkaar te verbinden dmv kabels of stangen , enz. zodat een stijver ge heel ontstaat dat niet kan omwaaien , vermits de buitenste zonnebuizen bvb kabels kunnen hebben naar de grond . Een probleem met dit soort ontwerp hebben we als de zon loodrecht aan de hemel staat . In dat geval zou de bovenplaat ook beter een fresnel lens zijn met zeshoek vorm en uitsparing in het midden voor de buis . Doen we !
5
Zie figuur zon 01-03 :
6
Daar zien we een 3D voorstelling van een dergelijke zonnebuis .
Zie figuur zon 01-04 :
7
Daar zien we een 3D voorstelling van een terrein met dergelijke zonnebuizen . Domein en toepassingsgebied : Energiewinning dmv de zon . Verschillen met bestaande systemen , sterke en zwakke punten zowel van het werkingsprincipe als van de technische uitvoering : Zowel stralingswarmte wordt benut evenals convectiestromen . Becijfering of schatting van de efficiëntie en van de energetische impact : Niet geweten . Uit te testen .
8
