AT412821B

AT412821B - Sonnenkollektor

Info

Publication number: AT412821B
Application number: AT0907702A
Authority: AT
Original assignee: Mekal Jolanta Dipl Ing; Mekal Krzysztof Dipl Ing
Priority date: 2001-04-12
Filing date: 2002-04-11
Publication date: 2005-07-25
Also published as: ATA90772002A

Description

Die Erfindung betrifft einen Sonnenkollektor mit einem Gehäuse und einem in dem Gehäuse angeordneten Wärmeabsorber, der Fliesskanäle für ein Medium aufweist.

Sonnekollektoren besitzen im Allgemeinen einen relativ komplexen Aufbau, bei dem ein Wärmeabsorber in einem Gehäuse angeordnet ist. Um einen optimalen Wirkungsgrad zu erzielen, muss zumindest eine Fläche des Gehäuses transparent ausgeführt sein, um das Eintreten der Lichtstrahlen möglichst ungehindert zu ermöglichen. Andererseits müssen Wärmverluste sei es durch Strahlung, Konvektion oder Wärmeleitung möglichst verhindert werden. Mit bekannten Sonnenkollektoren können hohe Wirkungsgrade erzielt werden, indem die entsprechenden Verluste minimiert werden. Der Aufbau solcher Sonnenkollektoren ist jedoch komplex und, so dass die Herstellung aufwendig und teuer ist. Insbesondere für Vakuumkollektoren, die einen besonders grossen Wirkungsgrad aufweisen, gelten die oben beschriebenen Nachteile im besonderen Masse.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Sonnenkollektor der oben beschriebenen Art so weiterzubilden, dass dieser einen möglichst einfachen Aufbau aufweist und kostengünstig hergestellt werden kann.

Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass das Gehäuse zumindest teilweise transparent ist und mit zwei Stirnprofilen verbunden ist, die das Gehäuse und die Fliesskanäle abschliessen.

Der Grundkörper des Gehäuses kann dabei vollständig prismatisch ausgeführt werden, das heisst, dass es möglich ist, den Grundkörper aus einem Abschnitt eines endlos extrudierten Profils herzustellen. An sich ist es möglich, in den Grundkörper den Wärmeabsorber in geeigneter Weise einzuführen oder einzuschieben, was jegliche Materialpaarung möglich macht. Ein besonders einfacher Aufbau ist jedoch gegeben, wenn der Wärmeabsorber einstückig am Gehäuse angeformt ist. Die Anzahl der Bauteile kann dadurch auf ein Minimum verringert werden.

Ein besonders hoher Wirkungsgrad kann dadurch erreicht werden, dass der Wärmeabsorber aus einem lichtabsorbierenden Material hergestellt oder mit einem lichtabsorbierenden Material beschichtet ist. Wenn der Wärmeabsorber aus einem lichtabsorbierenden Material hergestellt ist und einstückig am Grundkörper eingeformt ist, so kann dies durch ein Koextrusionsverfahren unter Verwendung verschiedener Werkstoffe für das Gehäuse und den Wärmeabsorber erfolgen. Eine Beschichtung mit einem lichtabsorbierenden Material kann ebenfalls durch Koextrusion oder durch nachträgliches Aufdampfen oder sonstiges Aufbringen der entsprechenden Schicht durchgeführt werden.

Alternativ dazu kann der Wärmeabsorber mit einer Einlage aus einem lichtabsorbierenden Material versehen sein. In diesem Fall ist mindestens eine Seite des Wärmeabsorbers transparent ausgeführt, wenn eine beidseitige Beaufschlagung vorgesehen ist, dann wird der Wärmeabsorber vollständig transparent sein. Es kann jedoch auch ein flüssiges Medium zur Durchströmung des Wärmeabsorbers gewählt werden, das so eingefärbt ist, dass eine geeignete Absorption gewährleistet ist.

Eine optimale Isolierung gegenüber Wärmeverlusten kann dadurch erreicht werden, dass zwischen dem Gehäuse und dem Wärmeabsorber Hohlräume vorgesehen sind und dass der Wärmeabsorber durch Distanzrippen am Gehäuse gehalten ist. Dabei können die Hohlräume an der Rückseite des Sonnenkollektors mit einem geeigneten Isoliermedium gefüllt sein.

Ein besonders einfacher Aufbau kann insbesondere erreicht werden, wenn die Stirnprofile Verteilkanäle für das Medium aufweisen. Auf diese Weise ist es möglich, die Funktion des Gehäuseabschlusses mit der Funktion der Führung und Verteilung des Mediums zu verbinden, das den Sonnenkollektor durchströmt und das die Wärme aufnimmt.

Eine weitere Vereinfachung kann erzielt werden, wenn Eckprofile vorgesehen sind, die die Enden der Stirnprofile abschliessen und dass Anschlüsse des Sonnenkollektors in den Eckprofilen vorgesehen sind. Es kann sich dabei um die Anschlüsse für das den Sonnenkollektor durchströmende Medium handeln, sowie um Stromanschlüsse, Luftabsauganschlüsse und Anschlüsse für Signalleitungen.

Die Montage des erfindungsgemässen Sonnenkollektors kann dadurch wesentlich vereinfacht werden, dass Entwässerungs- und Befestigungsrinnen einstückig am Gehäuse ausgebildet sind.

Eine Erhöhung des Wirkungsgrades kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass innerhalb des Gehäuses lichtreflektierende Lamellen schwenkbar befestigt sind. Auf diese Weise ist es möglich, den wechselnden Einfallswinkel der Lichtstrahlen zu Folge des sich verändernden Sonnenstandes auszugleichen und eine optimale Bestrahlung des Wärmeabsorbers zu gewährleisten.

Besonders günstig ist es in diesem Zusammenhang, wenn innerhalb des Gehäuses Parabolspiegel beweglich befestigt sind. Auf diese Weise ist es möglich, durch Bündelung der Lichtstrahlen die Bestrahlungsintensität wesentlich zu steigern.

Eine besonders begünstigte Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass eine Vorrichtung zur Steuerung des Lichteinfalls vorgesehen ist, die mindestens zwei Dehnelemente aufweist, die in Abhängigkeit von der Stellung der Vorrichtung der Sonnenbestrahlung ausgesetzt sind und die durch eine Längenänderung eine Bewegung von reflektierenden Lichtleitelementen bewirken.

Bei den Lichtleitelementen kann es sich um lichtreflektierende Lamellen oder bewegliche Parabolspiegel handeln. Durch die begünstigte Ausbildung kann eine selbsttätige Nachführung der Lichtleitelemente ohne Zufuhr von Fremdenergie und ohne Notwendigkeit eine elektronische Steuerungsvorrichtung vorzusehen, erreicht werden.

Um eine Beschädigung des Sonnenkollektors durch übergrosse Temperaturen zu verhindern, kann in besonders begünstigter Weise eine Einrichtung zur Temperaturbegrenzung vorgesehen sein, die vorzugsweise einen Bimetallhebel aufweist. Auf diese Weise kann bei Überschreiten einer vorbestimmten Maximaltemperatur eine Verstellung der Lichtleitelemente bewirkt werden, die eine weitere Aufheizung verhindert.

Eine Verringerung der Wärmeverluste durch Konvektion kann dadurch erfolgen, dass eine Einrichtung zur Erzeugung eines Unterdrucks im Gehäuse vorgesehen ist, wobei es insbesondere günstig ist, wenn die Einrichtung zur Erzeugung eines Unterdrucks aus einer Vakuumpumpe besteht, die über ein Rückschlagventil mit dem Gehäuse verbunden ist.

Der erfindungsgemässe Sonnenkollektor kann in besonders begünstigter Weise auch zur Erzeugung von Strom verwendet werden, wenn an den Wärmeabsorber Photovoltaikelemente vorgesehen sind.

In der Folge wird die vorliegende Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsvarianten näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine axonometrische Explosionsdarstellung einer grundsätzlichen Ausführungsvari- ante der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ein Detail der Erfindung in einer axonometrischen Explosionsdarstellung in vergrö- #ertem Massstab;
Fig. 3 eine Ausführungsvariante der Erfindung in einem Schnitt;
Fig. 4 bis 8 weitere Ausführungsvarianten der Erfindung in Schnitten entsprechend der Fig. 3;
Fig. 9 ein Detail einer weiteren Ausführungsvariante in einem Schnitt;
Fig. 10 einen Schnitt nach Linie X-X in Fig. 9;
Fig. 11 und 12 Schnitte einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung in verschiedenen
Ebenen.

In Fig. 1 ist der grundsätzliche Aufbau eines erfindungsgemässen Sonnenkollektors dargestellt.

Der Sonnenkollektor besteht aus einem Gehäuse 1, das aus einem extrudierten Kunststoffprofil hergestellt ist. In das Gehäuse 1 ist ein Wärmeabsorber 4 eingeschoben, der von Distanzrippen 3 gehalten ist. An den Stirnseiten ist das Gehäuse 1 durch Stirnprofile 8 abgeschlossen, die ebenfalls als extrudierte Kunststoffprofile ausgebildet sind und die jeweils einen Verteilkanal 10 aufweisen, der an den Wärmeabsorber 4 anschliessbar ist.

Fig. 2 zeigt den Anschluss des Stirnprofils 8 an dem Gehäuse 1 in einer vergrösserten Darstellung. Es ist aus der Fig. 2 ersichtlich, dass sich die einzelnen Fliesskanäle 5 des Wärmabsorbers 4 in den Innenraum 6 des Verteilkanals 10 öffnen. In Fig. 3 ist diese Situation nochmals ersichtlich, wobei die linke Hälfte als Querschnitt und die rechte als Längsschnitt des Sonnenkollektors dargestellt ist. In den Fliesskanälen 5 des Absorbers 4 ist eine lichtabsorbierende Einlage 7 eingeführt, um die Wärmaufnahme zu verbessern. Die Isolation nach aussen wird durch die Kammern 2 gewährleistet, die durch die Distanzrippen 3 voneinander getrennt sind. Die Ausführungsvarianten der Fig. 2 und 3 unterscheiden sich von der Fig. 1 weiters dadurch, dass der Wärmeabsorber 4 einstückig mit dem Gehäuse 1 ausgebildet ist.

Die Ausführungsvariante von Fig. 4 besitzt einen Wärmeabsorber 4, der in das Gehäuse 1 eingeschoben ist und an dem ein Verteilkanal 10 einstückig angeformt ist. Das Stirnprofil 8 dient dabei nur zur Befestigung des Wärmeabsorbers 4 bzw. des Verteilkanals 10.

Bei der Ausführungsvariante von Fig. 5 ist die Wärmeisolierung durch ein Doppelkammersystem des Gehäuses 1 wesentlich verbessert. Der Verteilkanal 10 ist jedoch wie bei den ersten

beschriebenen Ausführungsvarianten einstückig in den Stirnprofilen 8 ausgebildet. Entwässerungsund Befestigungsrinnen 18, die direkt an dem Gehäuse 1 bzw. dem Stirnprofil 8 angeformt sind, dienen der Ableitung von Regenwasser und der Montage von Befestigungsbügeln 24.

Fig. 6 zeigt einen freistehenden Sonnenkollektor, der von beiden Seiten her Lichtstrahlen nutzen kann, mit Photovoltaikelementen 17, die auf den Wärmeabsorber 4 aufgebracht sind.

Fig. 7 zeigt eine Ausführungsvariante eines einseitig wirkenden Kollektors mit Photovoltaikelementen 17, die durch Führungsrippen 34 im Gehäuse 1 gehalten sind. Weiters ist in dieser Figur die optionale Verbindung von mehreren Sonnenkollektoren durch Abdeckprofile 25 angedeutet.

Fig. 8 zeigt eine bevorzugte Ausführungsvariante eines erfindungsgemässen Sonnenkollektors, der mit Lamellen 11 ausgestattet ist, die über Verbindungsseile 27 und Steuerungsseile 30 mit einem Bimetallhebel 15 in Verbindung stehen, so dass bei Überschreiten einer vorbestimmten Maximaltemperatur eine Verschwenkung der Lamellen 11 um Achsen 26 erfolgt, so dass der Wärmeabsorber 4 weitgehend abgedeckt wird und eine weitere Erwärmung vermieden wird. Eine Rückstellfeder 29 spannt die Lamellen 11in die geöffnete Stellung vor.

In Fig. 9 und 10 ist die Ausbildung der Ecke eines Sonnenkollektors mit einem Eckprofil 19 gezeigt. Das Eckprofil 19 schliesst den Übergangsbereich zwischen dem Gehäuse 1 und dem Stirnprofil 8 ab und besitzt insbesondere einen Anschluss 19 für das Medium, das den Sonnenkollektor durchströmt, sowie weitere Anschlüsse 21 für die Absaugung der Luft aus dem Gehäuse 1 mit einem Rückschlagventil 16, einen Anschluss 22 für einen nicht dargestellten Temperaturfühler, einen Anschluss 23 für einen nicht dargestellten Unterdruckfühler und einen Anschluss 20 für die Durchführung einer nicht dargestellten elektrischen Leitung.

Fig. 11 und 12 zeigen eine weitere besonders begünstigte Ausführungsvariante der Erfindung, bei der Parabolspiegel 12 vorgesehen sind, die um Gelenke 26 schwenkbar ausgebildet sind. Die Schwenkbewegung der Parabolspiegel wird durch einen Steuerungshebel 33 bewirkt, der über Steuerungsseile 35 und Verbindungsseile 27 mit Bändern 14 in Verbindung steht, die von einem der Parabolspiegel 12 belichtet werden. Je nach Temperatur der Bänder 14 ändert sich deren Länge, und es wird der Hebel 33 über Steuerungsseile 35, die über Rollen 32 umgelenkt werden, bewegt.

Durch die Bewegung der Parabolspiegel 12 wird erreicht, dass die Lichtstrahlen 36 unabhängig vom Einfallswinkel stets optimal auf die Photovoltaikschichten 17 gerichtet sind. Zum besseren Verständnis sind in der Fig. 11 die einzelnen Parabolspiegel 12 in unterschiedlichen Stellungen dargestellt. In einem realen Sonnenkollektor sind die einzelnen Parabolspiegel 12 jedoch stets in der gleichen Orientierung ausgerichtet.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, Sonnekollektoren mit hohem Wirkungsgrad in einer einfachen Bauweise kostengünstig herzustellen.

PATENTANSPRÜCHE :
1. Sonnenkollektor mit einem zumindest teilweise transparenten Gehäuse (1) und einem in dem Gehäuse (1) angeordneten Wärmeabsorber (4), der Fliesskanäle (5) für ein Medium aufweist, wobei das Gehäuse (1) mit zwei Stirnprofilen (8) verbunden ist, die das Gehäuse (1) abschliessen, und wobei zwischen dem Gehäuse (1) und dem Wärmeabsorber (4) erste
Hohlräume (2) vorgesehen sind und der Wärmeabsorber (4) vorzugsweise durch Distanz- rippen (3) am Gehäuse gehalten ist und mit Verteilkanälen (10) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnprofile (8) die Verteilkanäle (10) enthalten oder abstützen, dass die Verteilkanäle (10) durchgängig offene Längsschlitze zur Aufnahme des Wärmeabsorbers (4) aufweisen, und dass das Gehäuse (1) zusätzliche Hohlräume aufweist, die vorzugsweise ausserhalb der ersten Hohlräume (2) angeordnet sind.

Claims

2. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeabsorber (4) in das Gehäuse (1) eingeschoben ist.

3. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeabsorber (4) einstückig am Gehäuse (1) angeformt ist.

4. Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnprofile nebeneinander liegende Hohlräume (2) aufweisen. <Desc/Clms Page number 4>

5. Sonnenkollektor nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) einstückig ausgebildet ist und von zwei Stirnprofilen (8) abgeschlossen ist.

6. Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnprofile (8) Verteilkanäle (10) für das Medium aufweisen.

7. Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Eck- profile (19) vorgesehen sind, die das Gehäuse (1) und die Enden der Stirnprofile (8) ab- schliessen und dass Anschlüsse des Sonnenkollektors in den Eckprofilen (19) vorgesehen sind.

8. Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeabsorber (4) aussen im Wesentlichen ebenflächig ausgebildet ist.

9. Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Ent- wässerungs- und Befestigungsrinnen (18) einstückig am Gehäuse (1) oder an den Stirn- profilen (8) ausgebildet sind.

10. Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in- nerhalb des Gehäuses (1) lichtreflektierende Lamellen (11) schwenkbar befestigt sind.

11. Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in- nerhalb des Gehäuses (1) Parabolspiegel (12) beweglich befestigt sind.

12. Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung zur Steuerung des Lichteinfalls vorgesehen ist, die mindestens zwei Dehnelemente (14) aufweist, die in Abhängigkeit von der Stellung der Vorrichtung der Sonnenbestrahlung ausgesetzt sind und die durch eine Längenänderung eine Bewegung von reflektierenden Lichtleitelementen (11, 12) bewirken.

13. Sonnenkollektor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Temperaturbegrenzung vorgesehen ist, die vorzugsweise einen Bimetallhebel (15) auf- weist.

14. Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Erzeugung eines Unterdrucks im Gehäuse (1) vorgesehen ist.

15. Sonnenkollektor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erzeugung eines Unterdrucks aus einer Vakuumpumpe besteht, die über ein Rückschlag- ventil mit dem Gehäuse (1) verbunden ist.

16. Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass an den Wärmeabsorber (4) Photovoltaikelemente vorgesehen sind.

17. Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeabsorber (4) aussen glattflächig und im Bereich der Hohlräume (2) gerundet ist.