[002] Als alleinige Energiequelle hat sich die Solarenergie-neben der vielfältigen Anwendung bei Kleinverbrauchern wie Uhren, Rechnern oder Beleuchtungseinrich- tungen-seit längerem besonders dort durchgesetzt, wo der Energiebedarf weitge- hend synchron zum Energieangebot anfällt, z. B. bei der Bewässerung in ariden und halbariden Zonen. Aber auch für die Raum-und Lebensmittelkühlung ist die Solar- technik-namentlich durch Absorptionskälteanlagen, deren Austreiber solarthermisch beheizt werden-erfolgreich eingeführt.

[003] Autarke photovoltaische Anwendungen für Kältezwecke sind nach wie vor nur aus der Literatur und durch vergleichsweise wenige Versuchs-bzw. Pilotanlagen be- kannt (vgl. z. B. Rudischer, R. ; Ulbrich, G. : Solar (photovoltaisch) angetriebene au- tarke Kühleinheit. 8. Symposium"Photovoltaische Solarenergie", Staffelstein 1993 ; Gems, B. ; Fett, F. : Photovoltaische Raumkühlung als Alternative zum thermischen Verfahren. und Meliß, M. u. a. : PV-Kühlhaus-Autonomes System zur Lebensmittel- kühlung. Ebenda, 1994 sowie Rittmüller, I. ; Rudischer, R. : PVCOOL-Ein Simulai- onsprogramm zur Auslegung PV-versorgter Kühlanlagen. Ebenda, 1997).

[004] Neben Entwicklungen für den stationären Betrieb sind auch transportable, pho- tovoltaisch versorgte Geräte für die direkte Kühlung von Lebensmitteln bekannt. So wird beispielsweise in DE 295 06 347 U1 eine tragbare Kühlbox mit aktivem Kühl- element und in den Deckel integrierten photovoltaischen Zellen beschrieben ; aus DE 100 11 540 A1 ist ein ausschließlich photovoltaisch versorgter, transportabler Kühl- container, dessen Inneres als Kühllagerraum für Lebensmittel oder Medikamente ausgeführt ist, bekannt. Die Kopplung einer Photovoltaikanlage mit einer Kompressi- onskälteanlage für ein Kühlgerät, insbesondere eine Tiefkühl-oder Eiscremetruhe,

die allerdings zusätzlich zum solar versorgten Kompressor einen netzversorgten Kompressor vorsieht, wird in DE 296 13 801 U1 beansprucht.

[005] Bereits seit langem (vgl. z. B. DE 39 20 058 A1, WO 08901119) wird vorge- schlagen, Eis mittels solarthermisch betriebener Absorptionskälteanlagen herzustel- len. Aufgrund der vergleichsweise komplizierten Anlagestruktur sind jedoch keine Anwendungen dieses Prinzips für die mobile Eiserzeugung bekannt. Auch photovol- taisch betriebene transportable Eiserzeugungsanlagen sind, obgleich gerade Wasse- reis wegen seiner vielfältigen Vorteile (geringe Kosten, hohe Lebensmittel-und Um- weltverträglichkeit, leichte Desinfizierung bzw. Entkeimbarkeit) für die direkte Küh- lung von Lebensmitteln (z. B. Fisch) in sonnenscheinreichen Regionen prädestiniert ist, nicht bekannt.

[006] Bislang wurde nur eine stationäre, überwiegend photovoltaisch versorgte Eis- erzeugungsanlage mit Batteriespeicher und Kompressionskälteanlage, die seit etwa drei Jahren in Mexiko im Pilotbetrieb ist, näher vorgestellt ("First-Year Performance of the Chorreras PV-Hybrid Ice-Making System in Chihuahua, Mexico", International Solar Energy Society, Proceedings of the Millenium Solar Forum 2000, Mexico City ; Mexico, 17. -22. 09.2000, p. 513-518). Der PV-Generator der Anlage ist getrennt von den anderen Komponenten auf einer Betonplattform fest verankert, der Eiserzeuger befindet sich in einem separaten Gebäude.

[007] Obgleich in den umrissenen geographischen Regionen ein hoher und kontinu- ierlich wachsender Bedarf an Eis für kommerzielle und private Anwendungen besteht und für die Energieversorgung entsprechender Eiserzeugungsanlagen ein ausrei- chend vorhandenes solares Energieangebot zur Verfügung steht, haben bisherige Versuche hinsichtlich Einführung einer kostengünstigen solaren Kühlgutlagerung wegen der hohen Einzelstückkosten der Anlagen oder aufgrund von technischen Un- zulänglichkeiten nicht zum Ziel geführt.

[008] Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu besei- tigen. Es soll insbesondere eine photovoltaisch angetriebene, transportable, Stand- alone Kompakt-Eiserzeugungsanlage für den Betrieb bei hohen Umgebungstempe- raturen angegeben werden, die unter realistischen Marktbedingungen wettbewerbs-

fähig ist. Die Anlage soll die tägliche Versorgung von gewerblichen Erzeugern mit Kühllager-bzw. Frischhaltebedarf (z. B. von Großerzeugern in der Fischerei-sowie Land-und Weidewirtschaft) mit 250-300 kg Block-oder Scherbeneis gewährleisten.

[009] Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2- 15.

[010] Nach Maßgabe der Erfindung ist eine solare Kompakt-Eiserzeugungsunit vor- gesehen, die aus einer transportablen, geschlossenen oder offenen Gehäusestruktur und einem an ihr außen schwenkbar angebrachten Photovoltaikgenerator besteht.

Die Gehäusestruktur, bevorzugt ein Container mit international standardisierten Au- ßenabmessungen, umschließt zumindest eine leistungsregelbare Kompressionskäl- temaschine zur Versorgung jeweils einzeln oder gruppenweise zuschaltbarer Eis- bilder, eine Energiewandlungseinheit einschließlich Steuerung, einen Energiespei- cher, einen Speisewasser-Vorratsbehälter, einen thermisch isolierten Eis-Speicher sowie Hilfsaggregate und-vorrichtungen. Der Photovoltaikgenerator gewährleistet die ausschließliche Energieversorgung. Es ist mit einer manuell oder elektrisch be- triebenen Vorrichtung versehen, die eine rasche Herstellung der Betriebslage des PV-Generators, d. h. seine Ausrichtung entsprechend der geographischen Lage des Einsatzortes zwecks optimalen elektrischen Energieeintrages, ermöglicht ; im Trans- portzustand ist der PV-Generator herangeklappt.

[011] Erfindungsgemäß verfügt die Kältemaschine über mindestens zwei, einzeln schaltbare Kältemittelverdichter, die drehzahlregelbar sind und über unterschiedliche Leistung verfügen. Die Verdampfung des Kältemittels erfolgt in abgeschlossenen Räumen innerhalb der Eisbildner oder in einem zwischengeschalteten Wärmeüber- trager, die mit der Kompressionskältemaschine verbunden sind. Das verdichtete Käl- temittel wird entweder in Luftkondensatoren, die außen an der Gehäusestruktur fest angebracht sind, oder in Flüssigkeitskühlern, die innerhalb der Gehäusestruktur an- gebracht sind, verflüssigt.

[012] Die Eiserzeugungsunit verfügt über einen elektrischen Energiespeicher, der überschüssige Energie aufnehmen und kurzfristig zwischenspeichern kann. Entspre-

chend sind notwendige elektrische Energiewandler wie Laderegler und Wechselrich- ter sowie eine Steuereinheit ebenfalls Bestandteil der erfindungsgemäßen Anlage.

Vorzugsweise kommt als Energiespeicher ein Batteriespeicher geringer Kapazität oder ein kapazitiver Elektroenergiespeicher zum Einsatz.

[013] Die solar versorgte, containerisierte Einheit ist ohne Modifikation nach dem Wasseranschluß für die kontinuierliche Eiserzeugung bereit. Der Speisewasser- Vorratsbehälter besitzt Einrichtungen zur Aufbereitung des zu gefrierenden Wassers, die wie die Einrichtungen zur Wasserzuführung gleichfalls ausschließlich photovol- taisch betrieben werden ; insbesondere ist eine Einrichtung zur Entkeimung des Wassers-bevorzugt mittels UV-Bestrahlung-vorhanden. Im etwa 2 m2 großen Eis- Speicher der Kompakt-Eiserzeugungsunit können mindestens zwei Tagesproduktio- nen gelagert werden.

[014] Ansonsten sind Hilfsaggregate und-vorrichtungen wie Wasser-und Solepum- pen, Wärmetauscher, Ausgleichsgefäße, Ventile und eine geneigte Ebene, die den problemlosen Transport des erzeugten Eises in der Unit ermöglicht, von der Gehäu- sestruktur umfaßt. Schließlich verfügt die solare Kompakt-Eiserzeugungsunit über eine Anschlußmöglichkeit für eine externe Stromquelle, mittels der in Notfällen (Aus- fall des Photovoltaikgenerators) die Eiserzeugung aufrechterhalten werden kann.

[015] Mit der Erfindung wird ein transportables, einfach aufstellbares und vor allem kurzfristig betriebsfertiges System einer autarken Eiserzeugung vorgestellt. Der pro- blemlose Transport per LKW, Schiff oder Helikopter, die praktisch fundamentfreie Aufstellung, die solare Energieversorgung über Photovoltaikgenerator gepaart mit einer halbautomatischen Betriebsführung sichern, daß die Kompakt- Eiserzeugungsunit ohne Modifikation bis zu einer Umgebungstemperatur von 48°C innerhalb einer Stunde einsatzbereit ist. Die containerisierte Eiserzeugungsunit bietet zudem die Chance, die hohen Einzelstückkosten solarer Entwicklungen nachhaltig zu reduzieren.

[016] Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.

[017] Fig. 1 zeigt die Darstellung des Kältekreislaufs und des Solekreislaufs der sola- ren Eiserzeugungsunit mit mehreren Eisbildnern. Der Photovoltaikgenerator 1 befin- det sich außerhalb der geschlossenen Gehäusestruktur 2, mit der er schwenkbar verbunden ist, und liefert die erzeugte Elektroenergie an die Energiewandlungsein- heit 3. Diese enthält die Steuerung des Kompakteiserzeugers sowie die leistung- elektronischen Komponenten für die Bereitstellung von frequenzvariablen Wechsel- spannungen für die Kältemittelverdichter 4 und 5 und einer frequenzfesten Wechsel- spannung für weitere Verbraucher wie die Wasserpumpe 6 und die Solepumpen 7.

An die Energiewandlungseinheit 3 ist ein Elektroenergiespeicher 8 angeschlossen, der kurzzeitige Energieangebotsschwankungen abpuffert und zusätzliche Energie für den Anlauf von Pumpen und Verdichtern bereitstellt. Die Kältemittelverdichter 4 und 5 besitzen unterschiedliche Kühlkapazitäten (z. B. im Verhältnis 1 : 2), so daß durch wahlweises Zuschalten der Verdichter (4 oder 5 oder 4 und 5) und deren drehzahlva- riablen Betrieb eine optimale Anpassung des Energieverbrauchs an das Energiean- gebot des Photovoltaikgenerators 1 erfolgen kann. Verdichtetes Kältemittel wird in den Luftkondensatoren 9 verflüssigt, die sich außerhalb der Umschließung 2 befin- den, mit der sie fest verbunden sind. Das kondensierte Kältemittel expandiert hinter einem regelbaren Einspritzventil 10 und kann in einem Verdampferwärmetauscher 11 einer Kälteträgersole Wärmeenergie entziehen. Temperaturbedingte Volumen- schwankungen der Sole werden durch ein Ausgleichsgefäß 12 ausgeglichen.

[018] Durch die wahlweise Zuschaltung von wassergefüllten Eisbildnern 13, in denen dem zu gefrierenden Wasser durch die Sole Wärme entzogen wird, kann die Sole- temperatur in einem Bereich von beispielsweise-3°C bis-7°C gehalten werden. Zur Regelung der Soletemperatur wird auch die Solepumpe im Eisformen-Kühlkreis drehzahlregelbar ausgeführt. Die erwähnte Soletemperatur ermöglicht einerseits eine akzeptable Eiserzeugungsrate und andererseits eine möglichst hohe Verdampfungs- temperatur des Kältemittels, welche wiederum verantwortlich ist für die Energieeffi- zienz der Kälteerzeugung. Der Kompakteiserzeuger verfügt über so viele Eisbildner 13, daß zu Zeiten maximaler Energiebereitstellung durch den Photovoltaikgenerator 1 die gesamte erzeugte Kälteenergie ohne wesentliche Absenkung der Soletempera- tur von den Eisbildnern zur Eiserzeugung genutzt werden kann.

[019] Ist in einem Eisbildner der Eiserzeugungsprozeß abgeschlossen, erfolgt durch Sole, die in einem Wärmetauscher 14 mit Hilfe des heißen, kondensierten Kältemit- tels erwärmt wurde, ein Antauen des Eiskörpers. Dazu wird die entsprechende Eis- form mit Hilfe der ihr zugeordneten Dreiwegeventile 15 vom Sole-Kühlkreis getrennt und mit dem Sole-Heizkreislauf verbunden. Anschließend kann der Eiskörper leicht, z. B. durch Neigen der Eisform, aus dieser entfernt werden. Die Abkühlung des Käl- temittels im Wärmetauscher 14 führt zu einer zusätzlichen Effizienzsteigerung des Kältekreislaufs.

[020] Fig. 2 zeigt schematisch die Wasserversorgung der Eisbildner 13 sowie die Einrichtungen zur Eisspeicherung. Vorzugsweise zu Zeiten eines hohen Energiean- gebots wird mit Hilfe der Wasserpumpe 6 der Wasserspeicher 16 gefüllt. Innerhalb des Wasserspeichers befinden sich die Einrichtungen zur Aufbereitung des zu gefrie- renden Wassers 17. Nach dem Entfernen des Eiskörpers wird der entsprechende Eisbildner über eines der Ventile 18 mit frischem Wasser gefüllt und steht erneut für einen Eisbildungsprozeß zur Verfügung. Das fertige Eis gleitet über eine geneigte Ebene 19 in den thermisch isolierten Eis-Speicher 20. Wird frisches Eis benötigt, kann dieses von außerhalb der Umschließung 2 des Kompakteiserzeugers aus die- sem Speicher entnommen werden.

Liste der verwendeten Bezugszeichen 1 Photovoltaikgenerator 2 geschlossene oder offene Gehäusestruktur 3 Energiewandlereinheit 4 Kältemittelverdichter 5 Kältemittelverdichter 6 Wasserpumpe 7 Solepumpen 8 Elektroenergiespeicher 9 Luftkondensatoren 10 regelbares Einspritzventil 11 Verdampferwärmetauscher 12 Ausgleichsgefäß 13 wassergefüllte Eisbildner 14 Wärmetauscher 15 Dreiwegeventile 16 Wasserspeicher/Speisewasser-Vorratsbehältnis 17 Einrichtungen zur Aufbereitung des zu gefrierenden Wassers 18 Ventile 19 geneigte Ebene 20 thermisch isolierter Eis-Speicher