AT522825B1

AT522825B1 -

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Publication number: AT522825B1
Application number: AT601792019A
Authority: AT
Priority date: 2019-07-31
Filing date: 2019-07-31
Publication date: 2021-06-15
Also published as: AT522825A2; AT522825A3

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Solarkollektor mit einem Kollektorkasten (1), der durch eine Reflektorplatte (3) abgedeckt ist, auf der ein wasserführendes Element (5) aus zwei mit Abstand angeordneten Glasplatten (4, 7) angeordnet ist. Ein hoher Wirkungsgrad wird dadurch erreicht, dass die Reflektorplatte (3) eine Mehrzahl von Sammellinsen (23) aufweist, deren Brennpunkte (24) innerhalb des wasserführenden Elements (5) gelegen sind.

Description

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Solarkollektor mit einem Kollektorkasten, der durch eine Reflektorplatte abgedeckt ist, auf der ein wasserführendes Element aus zwei mit Abstand angeordneten Glasplatten angeordnet ist.

[0002] Thermische Solarkollektoren haben sich seit Jahren bewährt, um Wärme aus der Sonnenstrahlung zu gewinnen. Kollektoren dieser Art sind kostengünstig herstellbar und haben im passenden Temperaturbereich einen hohen Wirkungsgrad. Das wirtschaftlich erreichbare Temperaturniveau ist jedoch begrenzt, da die Wärmeverluste mit steigender Temperatur des erwärmten Mediums stark zunehmen. Die bekannten Kollektoren sind in der Regel auch nicht dazu ausgelegt, höheren Temperaturen über einen längeren Zeitraum standzuhalten.

[0003] Daher können thermische Solarkollektoren in Standardbauweise vorteilhaft für die Erwärmung von Brauchwasser und für Niedertemperaturheizungen eingesetzt werden, sind aber beispielsweise für thermische Kreisprozesse in der Regel nicht sinnvoll einsetzbar.

[0004] Die US 3,918,430 A beschreibt einen Solarkollektor, der versucht, diesen Nachteil zu mildern, indem oberhalb eines wasserführenden Elements mehrere Folienschichten angeordnet sind, die die Wärmeverluste nach oben minimieren sollen. Die Wirkungsweise entspricht dabei im Wesentlichen der eines Mehrscheiben-Isolierglases. Die erzielbare Verbesserung dieser Maßnahme ist jedoch beschränkt, da für eine wirkungsvolle Verringerung der Wärmeverluste mehrere Folienschichten erforderlich sind, wobei jedoch jede dieser Schichten auch einen Teil der einfallenden Strahlung absorbiert und damit wiederum zusätzliche Verluste hervorruft. Außerdem ist ein solcher Kollektor aufgrund der erforderlichen Folienschichten sehr fragil und nicht für einen langfristigen problemlosen Einsatz geeignet.

[0005] Weitere bekannte Lösungen sind in der AT 10 952 U, der US 2011/0226233 A oder der CH 617 766 A offenbart, ohne jedoch eine zufriedenstellende Lösung des beschriebenen Problems anzugeben.

[0006] Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und einen Solarkollektor anzugeben, mit dem ein Arbeitsmedium mit einem hohen Wirkungsgrad auf eine hohe Temperatur erwärmt werden kann. Eine weitere Aufgabe ist es, eine Konstruktion eines solchen Solarkollektors vorzuschlagen, die robust ist und auch hohen Temperaturen langfristig standhält.

[0007] Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Reflektorplatte eine Mehrzahl von Sammellinsen aufweist, deren Brennpunkte innerhalb des wasserführenden Elements gelegen sind. Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass die Strahlungswärme durch die Sammellinsen konzentriert wird und gezielt in das wasserführende Element eingestrahlt wird. Durch die spezielle Bauweise kann innerhalb der wasserführenden Schicht eine Temperaturschichtung erzielt werden, die zusätzlich zur Verringerung der Verluste beiträgt.

[0008] Als besonders günstig hat es sich herausgestellt, wenn der Kollektorkasten aus einem hitzebeständigen Kunstharzmaterial besteht. Dadurch können insbesondere die thermisch bedingten Dehnungen minimiert werden, was die Befestigung auf Dächern oder anderen tragenden Strukturen wesentlich vereinfacht. Insbesondere hat sich eine als DURCEM bezeichnete, vom Patentanmelder selbst entwickelte Mischung bewährt, die aus einem hydraulischen Binder und aus exotherm härtenden Harzen besteht.

[0009] Insbesondere hat es sich als besonders günstig herausgestellt, wenn der Kollektorkasten mit einem Isolierschaum, vorzugsweise aus Formophenol gefüllt ist. Phenol-Formaldehyd-Harze, auch als Formophenol bekannt, sind Kunstharze, die durch Polykondensation aus Phenolen und Aldehyden, insbesondere aus Formaldehyd hergestellt werden.

[0010] Eine besonders begünstigte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Solarkollektors sieht vor, dass die Glasplatten aus eisenfreiem Glas bestehen. Auf diese Weise kann die Absorption der Strahlung im Glas minimiert werden, was den Wirkungsgrad weiter erhöht.

[0011] Es ist auch von besonderem Vorteil, wenn zur Wasserführung Rohre vorgesehen sind,

die aus Borsilikat bestehen. Dadurch ergibt sich insbesondere eine günstige Materialpaarung mit den übrigen Bauteilen.

[0012] Eine besonders vielseitige Verwendung des erfindungsgemäßen Solarkollektors kann dadurch erreicht werden, dass im Kollektorkasten eine Heizpatrone angeordnet ist. Dadurch kann in vorteilhafter Weise eine Einbindung in einen Kreisprozess erreicht werden, also die Verbindung mit einer Wärmepumpe bzw. einem Klimagerät, oder eine Einbindung in eine Absorptionskälteanlage, indem etwa die Heizpatrone an einen Absorberkreislauf angeschlossen ist.

[0013] In der Folge wird die vorliegende Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

[0014] + Fig. 1 schematisch einen erfindungsgemäßen Sonnenkollektor in einer Schrägdarstellung;

[0015] - Fig. 2 ein Schaltungsdiagramm zur Erklärung der Funktion des Kreisprozesses; [0016] - Fig. 3 ein Detail des Sonnenkollektors von Fig. 1; [0017] - Fig. 4 ein weiteres Detail des Sonnenkollektors von Fig. 1;

[0018] - Fig. 5 eine alternative Ausführungsvariante des Sonnenkollektors im Detail in einer Draufsicht;

[0019] - Fig. 6 eine weitere alternative Ausführungsvariante des Sonnenkollektors im Detail.

[0020] Der Sonnenkollektor von Fig. 1 besteht aus einem Kollektorkasten 1 aus DURCEM, das ist eine Mischung aus einem hydraulischen Binder und exotherm härtenden Harzen. Das Material ist hoch-hitzebeständig und mechanisch gut belastbar und weitgehend witterungsresistent.

[0021] Im Inneren des Kollektorkastens 1 befindet sich ein Körper aus Isolierschaum 1a aus Formophenol. Dieses Material ist extrem temperaturbeständig und druckfest. Die Verformung ist ebenfalls sehr gering. Im Inneren des Körpers aus Isolierschaum 1a ist ein Heizelement in Form einer Heizpatrone 2 einer Absorptionskühlung platziert.

[0022] Oberhalb des Körpers aus Isolierschaum 1a ist eine Reflektorplatte 3 vorgesehen, die aus Keramik besteht und die an ihrer Oberseite eine Vielzahl von Vertiefungen in der Form von Sammellinsen besitzt. Darüber ist ein wasserführendes Element 5 aus zwei mit Abstand angeordneten Glasplatten 4, 7 angeordnet. Die Glasplatten 4, 7 bestehen aus eisenfreiem Glas, wobei die obere Glasplatte 7 eine Beschichtung aus Polycarbonat aufweisen kann, um sie widerstandsfähiger gegen Hagel zu machen. Die Glasplatten 4, 7 sind mittels eines weiteren Glasstreifens 22 distanziert und mit den Glasplatten 4, 7 zu einem Monolith verschweißt, der auch die erforderlichen Rohrleitungen, nämlich eine Zulaufleitung 8 und eine Ablaufleitung 9, enthält. Die Rohrleitungen 8, 9 bestehen aus Borsilikat. Zwischen den beiden Glasplatten 4, 7 ist ein Wasserraum 6 vorgesehen.

[0023] In Fig. 2 und Fig. 3 ist die hydraulische Schaltung dargestellt, in der der erfindungsgemäße Solarkollektor betrieben werden kann. Der Primärkreislauf geht von der Ablaufleitung 9 aus und führt über eine erste Leitung 12 zu einem Umschaltventil 13. Das heiße Medium wird wahlweise über eine zweite Leitung 14 zu einem Speicher 15 oder über eine dritte Leitung 16 zur Heizpatrone 2 geführt.

[0024] Ein Warmwassersammler 10 steht einerseits über eine vierte Leitung 17 mit der Heizpatrone 2 und andererseits über eine fünfte Leitung 18 mit der Zulaufleitung 8 in Verbindung. Eine sechste Leitung 19 und eine achte Leitung 20 verbinden einen Speicherwärmetauscher 11 mit der Heizpatrone 2. Eine neunte Leitung 21 mündet ausgehend vom Speicher 15 in die vierte Leitung 17.

[0025] Diese Heizpatrone 2 ist in Spiralform um eine Primärleitung (Heißleitung) angeordnet und hat einen optimalen Kontakt zur Absorptionsleitung der Kühlung.

[0026] In Fig. 4 ist der Aufbau des wasserführenden Elements 5 im Detail dargestellt, wobei insbesondere die Relation der Glasplatten 4, 7 zu den Rohrleitungen, also der Zulaufleitung 8 und

der Ablaufleitung 9 ersichtlich ist.

[0027] Fig. 5 zeigt den Kollektorkasten 1 in einer Draufsicht. Es ist ersichtlich, dass die beiden Glasplatten 4, 7 durch einen Randstreifen 22 verbunden sind.

[0028] In der Fig. 6 ist der Aufbau der Reflektorplatte 3 ersichtlich, die unterhalb der Glasplatten 4, 7 angeordnet ist. Die Reflektorplatte 3 besitzt eine Vielzahl von Sammellinsen 23 aufweist, deren Brennpunkte 24 innerhalb des wasserführenden Elements 5 gelegen sind. Insbesondere sollten die Brennpunkte 24 im Wasserraum 6 gelegen sein.

[0029] Die vorliegende Erfindung ermöglicht es eine vielseitige Verwendung bei gleichzeitig hohem Wirkungsgrad.

Claims

Patentansprüche

1. Solarkollektor mit einem Kollektorkasten (1), der durch eine Reflektorplatte (3) abgedeckt ist, auf der ein wasserführendes Element (5) aus zwei mit Abstand angeordneten Glasplatten (4, 7) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektorplatte (3) eine Mehrzahl von Sammellinsen (23) aufweist, deren Brennpunkte (24) innerhalb des wasserführenden Elements (5) gelegen sind.

2. Solarkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollektorkasten (1) aus einem hitzebeständigen Kunstharzmaterial besteht.

3. Solarkollektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollektorkasten (1) mit einem Isolierschaum (1a), vorzugsweise aus Formophenol gefüllt ist.

4. Solarkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasplatten (4, 7) aus eisenfreiem Glas bestehen.

5. Solarkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Wasserführung Rohrleitungen (8, 9) vorgesehen sind, die aus Borsilikat bestehen.

6. Solarkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Kollektorkasten (1) eine Heizpatrone (2) angeordnet ist.

7. Solarkollektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizpatrone (2) an einen Absorberkreislauf angeschlossen ist.

8. Solarkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass aufweist, die Brennpunkte (24) der Sammellinsen (23) innerhalb des Wasserraums (6) gelegen sind.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen