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Die Erfindung betrifft eine Solaranlage mit einer an einem Gehäuse angebrachten Linsenplatte, unter der sich im Gehäuse eine mit dem konzentrierten Licht zu bestrahlende Einheit, wie eine Wärmetauschereinheit oder eine Solarzelleneinheit, befindet.
Auf dem Gebiet der Solaranlagen sind verschiedene Einrichtungen zur Konzentration des Sonnenlichtes auf eine Wärmetauschereinheit zur Heisswasser- oder Warmluftbereitung oder eine Solarzelleneinheit zur Gewinnung von Strom in Form von Reflektor- oder Linsensystemen bekannt.
Eine Solaranlage zur Erwärmung von Wasser ist aus der DE 29 07 245 A bekannt ; als Abdeckung für das Gehäuse der Solaranlage ist eine Linsenplatte vorgesehen, die aus einer Mehrzahl von einander im rechten Winkel kreuzenden konvexen Zylinderlinse besteht, die aneinandergefügt sind, so dass im Ergebnis virtuell einzelne quadratische Sammellinsen an den Kreuzungsstellen der Zylinderlinse gebildet werden, die das Sonnenlicht mehr oder weniger kreuzförmig auf die Oberseite eines unter der Linsenplatte im Gehäuse befindlichen kastenförmigen Behälters richten, in welchem das zu erwärmende Wasser zirkuliert.
Diese Konstruktion ist jedoch wenig effizient bezüglich der Sonnenlicht-Konzentration sowie anfällig für die Ansammlung von Staub, in den Spalten zwischen den Zylinderlinse. Um die Linsenplatte gegen Witterungseinflüsse, wie Staub, Regen und Schnee, zu schützen, soll vor der Linsenplatte eine ebene Glasplatte angeordnet werden. Hieraus resultiert jedoch eine weitere Verminderung der nutzbaren Lichtstrahlung durch Absorption in bzw. Reflexion an der Glasplatte.
Aus der DE 27 12 913 A ist eine Solaranlage bekannt, bei welcher in einer Abdeckplatte eines metallischen Gehäuses in Draufsicht kreisförmige Linsen in Reihen und Spalten in Abstand zueinander angeordnet sind, deren Brennpunkt auf der Oberseite einer im Gehäuse angeordneten Zwischenplatte liegt, die zusammen mit dem Boden und den Seitenwänden des Gehäuses eine Kammer bildet, in der ein zu erwärmender gasförmiger oder flüssiger Wärmeträger zirkuliert. Bedingt durch die zwischen den Linsen befindlichen lichtundurchlässigen Bereiche der Abdeckplatte kann nur ein Teil der eintreffenden Lichtstrahlung genutzt werden.
Aus der GB 2 277 198 A ist eine Solaranlage mit einer Linsenplatte bekannt, die aus konkav-konvexen Zylinderlinse besteht, welche der Länge nach nebeneinandergereiht sind, um die Lichtstrahlen streifenförmig auf längliche Halbleiterelemente zu konzentrieren, die als Kombination eines Voltaikelementes mit einem Peltierelement ausgebildet sind. Auch hier ist die Lichtausnutzung nicht optimal, wenngleich sie für die besondere Form der Halbleiterelemente als angepasst anzusehen ist.
Des weiteren sind aus der DE 10 89 018 B Zylinderlinse bekannt, die oberhalb von kreisförmigen Voltaikelementen angeordnet sind, wobei es ebenfalls zu einer relativ schlechten Ausnutzung der Sonnenlicht-Energie kommt.
Aus der US 5 409 550 A und der US 5 123 968 A sind Solaranlagen mit in Abständen in Reihen und Spalten angeordneten Voltaikelementen bekannt, wobei zur Fokussierung der Lichtstrahlen in Draufsicht kreisförmige Fresnellinsen in einer Linsenplatte eingearbeitet sind. Die zwischen den Linsen liegenden Bereiche der Linsenplatte liefern keinen Beitrag zur Fokussierung, so dass auch hier ein verringerter optischer Wirkungsgrad resultiert.
Eine Solaranlage zur Erzeugung von Warmluft ist beispielsweise durch die DE 29 43 159 A bekannt geworden. Diese Solaranlage besteht aus einem schachtelförmigen Gehäuse mit einem Rahmen, auf dessen Oberseite als Deckel eine Glasplatte angebracht ist. Unterhalb der Glasplatte ist eine weilblechför- mige Absorberplatte angeordnet, unter welcher sich eine schräg verlaufende Strahlenplatte mit Löchern befindet, welche genau unterhalb der Wellentäler der Absorberplatte liegen. Beim höher liegenden Ende der Strahlenplatte ist im Rahmen ein Lufteinlass, und am tiefer liegenden Ende ist ein Luftauslass vorgesehen, wobei die Luft unter Druck eingeblasen wird. Eine Linsenplatte zur Konzentration des Sonnenlichts ist hier nicht vorgesehen.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Solaranlage der eingangs genannten Art, bei der die Linsenplatte einen optimalen optischen Wirkungsgrad bei der Nutzung der Lichtstrahlung ermöglicht und Witterungseinflüssen ohne Beeinträchtigung des optischen Wirkungsgrades standhält.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Linsenplatte mit in Reihen und Spalten fugenlos aneinander anschliessenden, in Draufsicht quadratischen, plankonvexen oder konkav-konvexen Linsenelementen ausgebildet ist, und dass die Linsenelemente mit ihrer planen oder konkaven Seite nach aussen gewandt angeordnet sind. Durch diese Ausbildung kann praktisch die gesamte Fläche der Linsenplatte zur Strahlungsfokussierung beitragen : ausserdem wird eine Ansammlung von Staub, Regen etc. an der planen bzw. konkaven Oberseite der Linsenplatte weitestgehend vermieden, wobei auch eine allfällige Reinigung der Linsenplatte rasch und einfach ermöglicht wird.
Im Hinblick auf eine kompakte Bauweise der Solaranlage mit einer relativ niedrigen Bauhöhe hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Linsenelemente eine Seitenlänge von 24 bis 50 mm und eine Brennweite von 50 bis 70 mm aufweisen. Hierdurch kann eine hohe Anzahl von Linsen mit relativ kurzer
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Brennweite pro Flächeneinheit in der Solaranlage angeordnet werden.
Zur wahlweisen Gewinnung von elektrischem Strom, zur Heisswasserbereitung oder zur Warmluftbereitung ist mit Vorteil vorgesehen, dass unter der Linsenplatte ein Voltaikmodul oder, wie an sich bekannt, ein Absorberbehälter oder eine Absorbermetallplatte angeordnet ist.
Eine baulich vorteilhafte Ausführungsform der Solaranlage ist dadurch gekennzeichnet, dass die Linsenplatte in nutförmigen Ausnehmungen am oberen Endabschnitt eines das Gehäuse bildenden Rahmens gehaltert ist, der an der Unterseite durch eine Bodenplatte abgeschlossen ist, wobei oberhalb der Bodenplatte nutförmige Ausnehmungen im Rahmen zur Halterung des Voltaikmoduls oder des Absorberbe- halters oder der Absorbermetallplatte vorgesehen sind ; dadurch wird eine einfache Montage oder Demontage der Linsenplatte bzw. des Voltaikmoduls, des Absorberbehälters oder der Absorberplatte ermöglicht.
Eine besonders zweckmässige Ausgestaltung der Solaranlage besteht ferner darin, dass der Rahmen seitlich leistenförmige Vorsprünge aufweist, die entweder am oberen oder am unteren Endabschnitt des Rahmens angeordnet sind. Hierdurch wird wahlweise ein Aufbau oder ein Einbau der Solaranlage auf bzw. in einen tragenden Untergrund ermöglicht.
Im Falle der Verwendung der Solaranlage zur Warmluftbereitung ist es günstig, wenn die Absorbermetallplatte als Wellblech ausgebildet ist, und wenn die von den Linsenelementen gebündelten Lichtkegel auf die Wellenberge des Wellbleches gerichtet sind. Dabei ist es weiters von Vorteil, wenn in den Wellentälern Bohrungen zum Absaugen der Warmluft zu einem Absaugstutzen in der Bodenplatte vorgesehen sind. Durch diese Massnahmen kann der Wärmetauscheffekt zwischen dem Wellblech und der zu erwärmenden Luft weiter erhöht werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispielen, auf die sie jedoch nicht beschränkt sein soll, noch weiter erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Solaranlage ; Fìg. 2 einen Teil einer Solaranlage zur Stromgewinnung im
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: Fig. 3Solaranlage zur Warmluftbereitung im Schnitt.
In Fig.1 bis 4 bezeichnet 1 allgemein eine Solaranlage mit einem kastenförmigen metallischen Gehäuse 2 und einer die Oberseite des Gehäuses 2 bildenden Linsenplatte 3, die aus fugenlos und rasterförmig aneinandergereihten quadratischen Linsenelementen 4 besteht. Die Linsenelemente 4 weisen eine Seitenlänge von 24 mm auf, so dass bei einer Breite von 450 mm und einer Länge von 970 mm der Linsenplatte 3 insgesamt 720 Linsenelemente 4 angeordnet werden können.
Die in Fig. 2 dargestellte Solaranlage 1 dient zur Stromgewinnung und weist zu diesem Zweck ein Voltaikmodul 5 auf, das im Abstand von der Linsenplatte 3 im Bodenbereich des Gehäuses 2 angeordnet ist, wobei Kabelanschlüsse für das Voltaikmodul 5 mit 6 bezeichnet sind. Das Gehäuse 2 besteht aus einem die vier Seitenwände des Gehäuses 2 bildenden Rahmen 7 und einer mittels Schrauben 8 am Rahmen 7 befestigten Bodenplatte 9. Am oberen Endabschnitt des Rahmens 7 ist die Linsenplatte 3 in nutförmigen Ausnehmungen 10 des Rahmens 7 formschlüssig gehaltert. Desgleichen ist das Voltaikmodul 5 in nutförmigen Ausnehmungen 11 im unteren Endabschnitt des Rahmens 7 formschlüssig gehaltert. Die Linsenelemente 4 der Linsenplatte 3 sind beispielsweise plankonvex ausgebildet und weisen eine sphärische Krümmung mit einem Radius R auf.
Die einfallende Sonnenstrahlung 12 wird durch die Linsenelemente 4 jeweils zu einem Lichtkegel 13 gebündelt, wobei die Lichtkegel 13 auf die einzelnen Solarelemente (nicht näher dargestellt) des Voltaikmodules 5 gerichtet sind.
Zur Befestigung bzw. Verankerung des Gehäuses 2 an einem tragenden Untergrund sind, wie in Fig. 2 mit strichlierten Linien dargestellt ist, seitlich des Rahmens 7 leistenförmige Vorsprünge 14 mit einer Bohrung 15 zur Aufnahme von Befestigungsschrauben (nicht dargestellt) vorgesehen, wobei die Vorsprünge 14 wahlweise entweder im unteren oder im oberen Endabschnitt des Rahmens 7 angebracht sind, je nachdem ob ein Aufbau oder ein Einbau der Solaranlage 1 auf bzw. in den Untergrund geplant ist.
Bei der in Fìg. 3 dargestellten Solaranlage l'zur Heisswasserbereitung ist im Abstand von der Linsenplat- te 3 im Bodenbereich des Gehäuses 2 als Wärmetauschereinheit ein Absorberbehälter 16 mit einem durch die Bodenplatte 9 geführten Zulauf 17 für das zu erwärmende Wasser und einem Ablauf (nicht dargestellt) für das erwärmte Wasser angeordnet, wobei der Absorberbehälter 16 in gleicher Weise wie das Voltaikmodul 5 bei der Solaranlage 1 nach Fig. 2 in der Ausnehmung 11 des Rahmens 7 gehaltert ist. Desgleichen ist die Linsenplatte 3 in der Ausnehmung 10 des Rahmens 7 gehaltert, wobei die Linsenelemente 4 konkavkonvex ausgebildet sind und eine Brennweite von 50 bis 70 mm aufweisen. Zur Montage der Solaranlage l' sind wiederum leistenförmige Vorsprünge 14 vorgesehen.
Bei der in Fig. 4 dargestellten Solaranlage 1" zur Warmluftbereitung ist im Abstand von der Linsenplatte 3 im Bodenbereich des Gehäuses 2 als Wärmetauschereinheit eine Absorbermetallplatte 17 in Form eines Wellbleches 18 angeordnet, das in gleicher Weise wie das Voltaikmodul 5 bei der Solaranlage 1 nach Fig. 2 in der Ausnehmung 11 des Rahmens 7 gehaltert ist ; die Bodenplatte 9 weist eine Öffnung 19 auf, in welche
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ein Absaugstutzen 20 für die erwärmte Luft eingesetzt ist.
Die zu erwärmende Luft strömt über einen oberhalb des Wellbleches 18 im Rahmen 7 angeordneten Einlassstutzen (nicht dargestellt) über Bohrungen 21 im Wellblech 18 zum Absaugstutzen 20, wobei die Bohrungen 21 in den Wellentälern 22 des Wellbleches 18 vorgesehen sind und die Luft vom Absaugstutzen 20 mittels eines Ventilators (nicht dargestellt) abgesaugt wird. Das Wellblech 18 ist hierbei so ausgerichtet bzw. gehaltert, dass die von den Linsenelementen 4 gebündelten Lichtkegel 13 auf die Wellenberge 23 des Wellbleches 18 gerichtet sind.
Bei der in Fig. 2 gezeigten Solaranlage 1 bilden die planen Seiten der Linsenelemente 4 die Oberseite
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Seiten der Linsenelemente 4 die Oberseite der Linsenplatte 3 bilden, wodurch in beiden Fällen eine leichte und einfache Reinigung der Oberseite der Linsenplatte 3 erfolgen kann.