DE10039111A1

DE10039111A1 - Solarabsorber

Info

Publication number: DE10039111A1
Application number: DE10039111A
Authority: DE
Inventors: Frank Triesch
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-08-07
Filing date: 2000-08-07
Publication date: 2002-02-28
Anticipated expiration: 2020-08-08
Also published as: DE10039111B4

Abstract

Solarabsorber zur Nutzung von Solarenergie, bestehend aus Absorberstreifen (5) mit absorbierender Oberfläche und den die mit den Absorderstreifen (5) aufgenommene Solarenergie abführenden Wärmeträgerkanälen (1, 2), äußeren Anschlüssen (3) und Verbindungsleitungen zum übrigen Solarsystem, wobei diese umfangsseitig geschlossen sind und ihre Konfiguration, Wanddicke, Querschnittsabmessungen, Materialeigenschaften und Materialkombination in einem frostsicheren und thermisch beständigen Verhältnis zueinander stehen.

Description

Es ist bekannt, Solarabsorber, die in offene Solarsysteme eingebunden sind, zur Gewährleistung der Frostsicherheit entleerbar zu gestalten (deutsche Patentschrift 27 53 810). Dabei erfolgt regelmäßiger Sauerstoffeintrag in das System, was zu Korrosion und Biofouling führt sowie mit der Verdunstung des Wärmeträgermediums und der Begrenzung der Betriebstemperatur auf unter 100°C verbunden ist.

Um diese Probleme zu umgehen, ist es ferner bekannt, zur Gewährleistung der Frostsicherheit Solarabsorber in geschlossene Systeme einzubinden und diese mit Frostschutzmitteln zu betreiben (Fachbuch Schüle, S., Ufheil, M., Thermische Solaranlagen, Rebholz Verlag Freiburg, 1. Auflage, 1994). Frostschutzmittel ermöglichen, dass der herkömmliche Solarabsorber ganzjährig befüllt bleiben kann, jedoch entsteht durch die ihnen im Vergleich zu Wasser eigenen schlechteren Stoffkennwerte ein höherer Druckverlust und Pumpenergieaufwand. Frostschutzmittel erfordern ein vom meist mit Wasser befüllten Wärmeverbraucher getrenntes System mit gesondertem Ausdehnungsgefäß, Sicherheitsventil und Wärmeübertrager. Letzterer bedingt zusätzliche Temperaturdifferenz und Druckverlust. Frostschutzmittel sind nicht umweltneutral, altern und sind im Vergleich zu Wasser um ein Vielfaches teurer.

Zur Lösung einiger der genannten Probleme wurden entleerbare Solarabsorber für geschlossene Solarsysteme mit Flach- und Röhrenabsorbern entwickelt (deutsche Patentschriften 28 39 258, 43 15 864; 44 40 036; Firmenschrift Sonnenkollektor-Anlagen Topas und Diamant, Planungsunterlagen BUDERUS, Ausgabe 3, 1999). Die Entleerbarkeit der ebenfalls frostgefährdeten Anschlussleitungen durch deren Verlegung mit durchgehendem Gefälle ist jedoch nicht in jedem Falle praktisch realisierbar, so dass diese Systeme nicht immer mit Wasser betrieben werden können. Ein gesondertes Auffang- bzw. Entleerungsgefäß sowie eine Spezialpumpe, die die gesamte Förderhöhe des Solarsystems während der Befüllung überwindet, sind erforderlich. Absolute Gasdichtheit ist nur schwer zu gewährleisten, so dass es zu Verlusten kommen kann und Luft bzw. Inertgas nachgespeist werden muss. Beim Einsatz von systemtrennenden Wärmeübertragern werden nicht alle Vorteile des Wärmeträgermediums Wasser nutzbar.

Ferner ist bekannt, Solarabsorber zur direkten Erwärmung von Trinkwasser aus metallischen Absorbern und mit diesen in thermischem Kontakt stehenden flexiblen Schläuchen, insbesondere aus speziell vernetztem und mit Zusatzstoffen versetztem EPDM-Kautschuk auszuführen (deutsche Patentschrift 195 05 857). Dem Wärmeträgermedium braucht kein Frostschutzmittel beigemengt zu werden, da das Kunststoffmaterial aufgrund seiner Elastizität gegen Gefrier- und Auftauprozesse unempfindlich ist. Für eine hohe Anzahl von Einfrier- und Auftauzyklen wird eine Wandstärke von 1,5 mm bis 2 mm gewählt. Der Kunststoffschlauch kann u. a. einteilig ausgeführt sein und durch alle Absorberstreifen eines Solarabsorbers verlaufen.

Kunststoff ist jedoch prinzipiell aus folgenden Gründen schlecht geeignet für Solarabsorber: Die Wärmeleitfähigkeit von Kunststoff ist um Größenordnungen schlechter, als die von Metallen wie Kupfer, Aluminium oder Edelstahl - der Wirkungsgrad von derartigen Solarabsorbern kann deshalb nur schlechter sein, als der von herkömmlichen metallischen. Die Festigkeit von Kunststoffen sinkt sehr stark mit steigender Temperatur, insbesondere bei den an Kollektoren anliegenden hohen Arbeits- und noch höheren Stillstandstemperaturen - dies kann unter Einwirkung des gerade auch bei hohen Stillstandstemperaturen besonders hohen Innendruckes des Solarsystems zu einer eventuell irreversiblen Weitung der Kunststoffschläuche führen bzw. es muss mit wesentlich größeren Wandstärken gearbeitet werden, als bei metallischen Absorbern. Kunststoffe altern, besonders schnell unter Einwirkung hoher Temperaturen - die Arbeitsfähigkeit von derartigen Solarabsorbern ist deshalb zeitlich begrenzter, als die von metallischen Absorbern. Kunststoffschläuche sind aus den genannten Gründen in Röhrenabsorbern mit dem ihnen eigenen extrem hohen Temperaturniveau von bis zu über 300°C überhaupt nicht einsetzbar.

Reine Kunststoffe sind nicht vollständig gasdicht, ein aus der Fußbodenheizung bekanntes Phänomen - die durch die Rohrwand diffundierenden Bestandteile der Luft wie Sauerstoff und Stickstoff lagern sich im Inneren geschlossener Systeme ab, führen zu Strömungsproblemen und Korrosion. Bei Trinkwassersystemen ist dies nicht problematisch, da hier ein ständiger Wasseraustausch erfolgt, die Gase dabei entweichen können und die Trinkwassersysteme aus korrosionsbeständigen Materialien bestehen. Für die Solarenergienutzung mit geschlossenen Heizsystemen wäre jedoch bei Einsatz der geschützten Solarabsorber ein abgetrenntes Solarsystem wie bei Fußbodenheizungen oder Frostschutzmittel befüllten Solarsystemen erforderlich, um Langzeitstabilität des Gesamtsystems zu gewährleisten. Solarabsorber mit einteiligen Kunststoffschläuchen besitzen durch die große Länge und die vielen Umlenkungen des Kunststoffschlauches einen relativ hohen Druckverlust und zudem eine geringere Effektivität, da die Temperaturdifferenz zwischen dem Wärmeträgermedium und dem Solarabsorber über eine größere Fläche hin immer weiter absinkt, als dies bei parallel durchströmten Solarabsorbern der Fall ist.

Auch ist bekannt, Zweisteg-Kammerplatten aus Kunststoff als obere Abdeckung von Solarabsorbern zu verwenden (Broschüre "RETEC Solar technik" der RETEC Regenerative Energieanlagen GmbH, Wartburg 1, 09514 Lengefeld). Hier ersetzen die Zweisteg-Kammerplatten eine Doppelisolierverglasung durch ein leichteres und preiswerteres Mate rial. Ein solcher Solarabsorber ist im ganzen jedoch ähnlich aufge baut, wie alle am Markt üblichen Solarabsorber und ihm haften auch deren Nachteile von relativ hohem Gewicht und großer Bauhöhe an.

Ferner wurde vorgeschlagen, Solarabsorber aus mehrere Ebenen auf weisenden Mehrsteg-Kammerplatten aus Kunststoff zu gestalten (deutsche Patentschrift 38 15 751; deutsches Gebrauchsmuster 91 05 184). Dabei erfolgt direkt in Kanälen der mittleren Ebenen der Mehrsteg-Kammerplatten die Strömung des Wärmeträgermediums. Dementsprechend kompliziert ist die Abdichtung der Anschlüsse und Endverschlüsse der vielen Kanäle derartiger Mehrsteg-Kammerplatten nach außen und untereinander. Der Wärmeträger könnte praktisch nur drucklos durch die Mehrsteg-Kammerplatten geführt werden. Der druck lose Zustand eines flüssigen Wärmeträgermediums würde eine niedrige Verdampfungstemperatur bedingen. Die Mehrsteg-Kammerplatten würden im Stillstand bei Überhitzung durch Schläge des sich bildenden Damp fes undicht oder mechanisch zerstört werden. Das überhitzte Wärme trägermedium würde direkt an den Kanalwänden anliegen und je nach Temperatur zu einer beschleunigten Alterung, thermischen Schädigung oder unmittelbaren Zerstörung des Kunststoffs führen. Vorsichts halber müssten die Solarabsorber bei Stillständen entleert werden.

Chemische Wärmeträgermedien, wie bestimmte Frostschutzmittel, zersetzen selektiv Kunststoffe. Sie altern unter direkter Lichteinwirkung auch selbst schneller und müssten aus diesen Gründen speziell ausgewählt werden. Die Kanäle von handelsüblichen Mehrsteg- Kammerplatten fassen eine überdurchschnittlich große Menge an Wärme trägermedium, was bei Frostschutzmitteln zu einer Erhöhung der Investitionskosten, der Trägheit des Systems und des Solarabsorber gewichts führen würde.

Ebenfalls bekannt sind Speicher-Solarabsorber, bei denen direkt das aufzuwärmende Wasser gespeichert wird (deutsche Patentschrift 38 07 605). Unaufbereitetes Brauchwasser ist nicht das ideale Speicher medium. Es kann die Wärme bei den gewünschten Nutzungstemperaturen nur sensibel speichern. Hohe Wärmeverluste versucht man durch eine aufwendige Isolierung zu verringern. Das unaufbereitete Brauchwasser kann Ablagerungen oder Korrosion an den Absorberflächen verursachen. Brauchbare Speichermengen bedingen einen großen Solarabsorber mit hohem Gewicht, der einen Teileinbau in ein Dach erfordert oder optisch wenig ansprechend aussieht.

All diese Probleme haben dazu geführt, dass es bisher nicht zu einem nennenswerten Einsatz dieser Vorschläge in der Praxis gekommen ist.

Der Erfindung liegt somit das Problem zugrunde, Solarabsorber unter anderem auch in metallischer Ausführung effektiver zu gestalten und in jedem Falle unabhängig von den örtlichen Gegebenheiten auch in geschlossenen Systemen mit Wasser und bei Bedarf mit sehr hohen Temperaturen sicher betreiben zu können, sie kompakter, leichter und preiswerter zu gestalten.

Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielbaren Vorteile bestehen gemäß Anspruch 1 insbesondere darin, dass für die Solarenergienutzung auch in geschlossenen Systemen weder ein gesonderter Solarkreislauf, noch Frostschutzmittel oder ein Entleerungssystem mit Luft oder Inertgas erforderlich sind.

Durch die gezielte Auslegung der Wärmeträgerkanäle in Konfiguration und/oder Wanddicke, Querschnittsabmessungen, Materialeigenschaften und Materialkombination widerstehen sie ohne Ermüdung sowohl extrem hohen Temperaturen als auch einer mehrfachen Verformung durch das Einfrieren eines gegebenenfalls frostgefährdeten Wärmeträgermediums, z. B. Wasser, auch wenn für die Kanäle metallische Werkstoffe ver wendet werden. Der direkte Anschluss an ein mit Wasser betriebenes Wärmeverbrauchssystem ohne Zwischenwärmeübertrager wird möglich.

Mit dem Wärmeübertrager entfällt auch die daran auftretende Temperaturdifferenz zwischen dem Solarkreislauf und dem wärmenutzenden Heizsystem, was insbesondere bei freier Konvektion an einem in einen Speicher eingebauten Wärmeübertrager zu beträchtlichen Wirkungsgradeinbußen bei der Solarenergienutzung in herkömmlichen Solarsystemen führen kann.

Das Ausdehnungsgefäß und Sicherheitsventil des Wärmeverbrauchs systems sind bei entsprechender Auslegung und Anordnung gleichzeitig für den Solarkreislauf nutzbar. Wenn das Heizungswasser direkt gespeichert und das Brauchwasser im Durchflussprinzip bereitet wird, sind außerdem keine speziellen Speicherinnenbeschichtungen, wie für Brauchwasserspeicher erforderlich. Insgesamt entsteht so eine beträchtliche Vereinfachung des Solarsystems, eine kürzere Montagezeit und im Ergebnis eine nicht unerhebliche Kostensenkung.

Durch eine äußere gegebenenfalls gestaffelte Isolierung oder natürliche und/oder künstliche Heiz- oder Kühlelemente kann der Einfluss der Aussentemperatur auf ein frostgefährdetes Wärmeträgermedium zeitlich gesteuert verzögert oder beschleunigt, verringert oder erhöht werden, so dass die Wärmeträgerkanäle, äusseren Anschlüsse und Verbindungsrohre der Reihenfolge nach von der Mitte des Kollektors nach aussen einfrieren und/oder gegebenenfalls umgekehrt wieder auftauen und so ein Abfluss des sich beim Einfrieren eventuell ausdehnenden Wärmeträgermediums aus dem Solarabsorber in das nicht frostgefährdete restliche Solarsystem erfolgen kann, und nur die Ausdehnung des im Solarabsorber und den Verbindungsleitungen verbleibenden Restvolumens an Wärmeträgermedium von den Kanalwänden kompensiert werden muss, und beim Auftauen ein Rückfluss des Wärmeträgermediums in den Solarabsorber gewährleistet ist, ohne dass es im Inneren zu einem Vakuum oder Überdruck kommt.

Bei einem Einfrieren und Auftauen kann der Volumenausgleich des flüssigen Wärmeträgermediums mit dem übrigen Solarsystem und/oder Ausdehnungsgefäßen durch zusätzliche Anschlüsse unterstützt werden.

Dessen ungeachtet lässt die Erfindung es selbstverständlich zu, dass in entsprechenden Bedarfsfällen auch ein nicht frostgefährdetes Wärmeträgermedium und/oder ein Zwischenwärmeübertrager eingesetzt werden können.

Die Ausgestaltung nach den Ansprüchen 2 oder 4 ermöglicht die Wiederherstellung der - durch ein Einfrieren des Wärmeträgermediums veränderten - ursprünglichen Wandform und -Abmessungen beim Auftauen des Wärmeträgermediums, ohne vorzeitige Materialermüdung, entweder durch eine Änderung der Form durch Biegung, oder durch Dehnung bzw. Kontraktion oder durch deren Kombination.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Anspruch 3 angegeben. Diese Weiterbildung ermöglicht es, z. B. handelsübliche Kapillarrohre zu verwenden. Durch die Ausführung der Wärmeträgerkanäle aus Kupferkapillarrohren mit einem entsprechend grossen Verhältnis aus Wanddicke und Durchmesser widerstehen diese einer vielfachen Verformung durch ein Einfrieren des Wärmeträgermediums Wasser, ohne dass es zu einer Ermüdung des Materials innerhalb einer üblichen Lebensdauer von Solarabsorbern von ca. 25 Jahren kommt. Durch die Nutzung von Kapillarrohren wird eine bisher nicht gekannte Kompaktheit des Solarabsorbers, verbunden mit einem äußerst geringen spezifischen Gewicht erreicht. Dadurch wird wiederum die Montage erleichtert. Der sehr geringe Wärmeträgerinhalt bedingt eine niedrige Wärmekapazität des Solarabsorbers, die dazu führt, dass etwa 10mal schneller eine gewünschte Temperatur erreicht wird, als bei herkömmlichen Solarabsorbern, was bei einem in Mitteleuropa verbreiteten häufigen Wechsel von Bewölkung und klarem Himmel zu einer erhöhten Solarausbeute auf einem gewünschten Temperaturniveau führt.

Die Ausgestaltung nach Anspruch 5 ermöglicht es, mit serienmäßigem Wellrohr-, Kompensator- oder Balgmaterial zu arbeiten. Durch die Ausführung insbesondere der Wärmeträgermedium durchflossenen Sammel- und Verbindungsrohre aus Edelstahlwellrohren mit einem entsprechenden Profil und einer bestimmten Wanddicke widerstehen diese einer vielfachen Verformung durch ein Einfrieren des Wärmeträgermediums Wasser, ohne dass es zu einer Ermüdung des Materials innerhalb einer üblichen Lebensdauer von Solarabsorbern von ca. 25 Jahren kommt.

Mit der Ausgestaltung nach den Ansprüchen 6 oder 7 wird es möglich, die Ausdehnung des Wärmeträgermediums beim Einfrieren zu kompensieren, und zwar durch eine Komprimierung der in den Zwischenräumen oder in den Innenkanälen von Doppelrohren befindlichen speziellen Medien oder Materialien, und/oder durch die Aufteilung der Verformungskraft eines sich ausdehnenden Wärmeträgermediums auf einen Innen- und/oder einen Stützkanal, ohne übermäßige mechanische Belastung des Materials dieser Kanäle.

Mit der Ausgestaltung nach Anspruch 8 ist mit dem preiswertesten Wärmeträgermedium, nämlich Wasser der Solarabsorber direkt an ein im allgemeinen ebenfalls mit Wasser als Wärmeträgermedium betriebenes offenes oder geschlossenes Wärmenutzungssystem anschließbar.

Die Ausgestaltung nach Anspruch 9 ermöglicht die Kompensation der durch ein Einfrieren des Wärmeträgermediums auftretenden Querschnittszunahme ohne bzw. mit geringer Materialdehnung durch eine Verformung der Wärmeträgerkanäle aus einem beliebigen nichtkreisrunden in Richtung eines kreisrunden Querschnitts bei gleichzeitig mehr gestalterischer Freiheit bei der Konstruktion des Solarabsorbers durch z. B. eine flachere Ausführung. Der Querschnitt kann beliebig - halbrund, oval, elliptisch oder mehreckig sein. Die Seiten eines Mehrecks können gleich oder ungleich, die Kanten eckig oder abgerundet gestaltet sein.

Die Ausgestaltung nach Anspruch 10 ermöglicht die Kompensation der durch ein Einfrieren des Wärmeträgermediums auftretenden Volumenzunahme allein durch Querschnittszunahme ohne oder bei geringer radialer und/oder linearer Dehnung des Materials.

Die Ausgestaltung gemäss Anspruch 11 ermöglicht es, die Vorteile der Merkmale der Ansprüche 8 und 10 zu verbinden und unter Nutzung des preiswertesten Wärmeträgermediums Wasser die Kanäle so zu konfigurieren, dass die beim Einfrieren auftretende Volumenzunahme allein durch Querschnittszunahme ohne oder bei geringer radialer und/oder linearer Dehnung des Materials kompensiert werden kann.

Bei der Nutzung der Merkmale des Anspruches 12 können die Oberflächen der Wärmeträgerkanäle, Anschlüsse und/oder Verbindungs leitungen gleichzeitig als Absorber genutzt werden. Ein zusätzlicher Arbeitsgang der Verbindung von Absorber und Wärmeträgerkanälen, zum Beispiel durch Löten oder Schweißen entfällt, ebenso der damit ver bundene Wärmeübergangswiderstand vom Absorber zum mit Wärmeträger medium gekühlten Wärmeträgerkanal. Anschlüsse und/oder Verbindungs leitungen werden so ebenfalls zur Solarenergienutzung herangezogen, z. B. zum Auftauen eines frostgefährdeten Wärmeträgermediums.

Mit der Ausgestaltung nach Anspruch 13 wird es leichter möglich, den Solarabsorber fortlaufend zu produzieren.

Die Ausgestaltung 14 erlaubt, unter Nutzung z. B. handelsüblicher transparenter Kunststoffmehrkammerplatten, aus Absorberstreifen ei nen kostengünstigen Solarabsorber herzustellen. Die Benutzung einer Mehrkammerplatte bewirkt eine sehr gute Wärmedämmung des Solarabsorbers nach oben und erlaubt eine kompakte Wärmedämmung nach unten. Durch die Auswahl der Anordnung des Solarabsorbers in einer der Ebe nen der Kunststoffmehrkammerplatte besteht die Möglichkeit der Opti mierung des Solarabsorbers hinsichtlich des Verhältnisses aus der Solartransmission durch die oberhalb des Solarabsorbers befindlichen Ebenen und dem Gesamtwärmeverlust des Solarabsorbers nach oben und unten. Durch die geringe Breite eines jedem Wärmeträgerkanal zuge ordneten Absorberstreifens wird durch die absorbierte Solarwärme per Wärmeleitung ein geringer Weg zurückgelegt. Die Absorberstreifen können deshalb aus dünnem Material ausgeführt werden. Trotzdem besteht eine geringe Übertemperatur zum Wärmeträgermedium.

Nach der Ausgestaltung gemäß Anspruch 15 werden die Kanäle der Kammerplatte gleichzeitig als Wärmespeicher und/oder zur verbesserten thermischen Isolierung nutzbar, so dass ein mit dem erfindungsgemäßen Solarabsorber ausgestattetes Solarsystem noch weiter vereinfacht werden kann.

Die Ausgestaltung gemäß Anspruch 16 schützt die Wände der Kammer platte auch im Stillstand vor überhöhten Temperaturen der Absorber streifen und/oder der Wärmeträgerkanäle und verringert gleichzeitig die Verluste der bereits absorbierten solaren Wärmeenergie.

Unter Nutzung der Ausgestaltung 17 wird der Rahmen eines Solarabsorbers äußerst preiswert herstellbar, ist stabil und dicht.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.

Die Fig. 1 zeigt einen Solarabsorber aus Streifenabsorbern 5, eingefügt in eine 4-Kammerplatte 4 aus transparentem Kunststoff. Die Wärmeträgerkanäle 1 in Form von Absorberrohren sind aus Kapillarrohren gebildet, bestehend z. B. aus Kupfer. Die Wärmeträgerkanäle 2 in Form von Sammelrohren sind aus Wellrohr ausgeführt, z. B. aus Edelstahl und besitzen an ihren Enden jeweils äussere Anschlüsse 3 für die Verbindungsleitungen zum übrigen Solarsystem. Der Solarabsorber ist eingefügt in die Kammern der dritten Ebene einer 4-Kammerplatte 4, die z. B. aus transparentem Polycarbonat besteht, welche den Wärmeverluststrom des Solarabsorbers nach oben und unten reduziert und gleichzeitig als wetterfeste Deckplatte des Solarabsorbers dient. Dafür besteht der Solarabsorber aus Streifen 5, die in ihrer Breite an die Kammerbreite der 4-Kammerplatte 4 angepasst sind. Die Wärmeträgerkanäle 1 sind mit den Absorberstreifen 5 und mit den Wärmeträgerkanälen 2 z. B. durch Löten verbunden. Die Wärmedämmung des Solarabsorbers nach unten besteht neben der z. B. mit Luft gefüllten 4-ten Ebene der 4-Kammerplatte 4 aus einer beidseitig mit Aluminium kaschierten Polystyrolplatte 6. Die 4-Kammerplatte 4 mit den darin befindlichen Absorberstreifen 5, die an ihren Enden befestigten Wärmeträgerkanäle 2 und die darunter angeordnete Polystyrolisolierplatte 6 sind von einem leichten Profilrahmen 7 z. B. aus Aluminium mit aufgesetzten Ecken 8 z. B. aus Edelstahl eingefasst. Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Rahmen aus schrumpffähiger Kunststofffolie auszuführen, z. B. in durchschei nender Ausführung, die kraftschlüssig und dicht die genannten Bauteile umgibt.

Der Solarabsorber arbeitet folgendermaßen:
Das Wärmeträgermedium Wasser wird über einen der Wärmeträgerkanäle 2, z. B. den unteren, dem Solarabsorber zugeführt, durchströmt die Wärmeträgerkanäle 1 und sammelt sich erneut im gegenüberliegenden - oberen nicht näher dargestellten - Wärmeträgerkanal 2. Zur Gewährleistung einer gleichmäßigen Durchströmung aller Wärmeträgerkanäle 1 sind die Verbindungsleitungen jeweils an den diagonal gegenüberliegenden Anschlüssen 3 der beiden Wärmeträgerkanäle 2 des Solarabsorbers angeschlossen. Bei Sonneneinstrahlung gelangen die Sonnenstrahlen durch die oberen 2 Kammern der 4-Kammerplatte 4 bis zu den Absorberstreifen 5, werden dort durch die spezielle selektive Ausführung der Oberfläche zu einem großen Teil absorbiert und in Wärme umgewandelt. Die Wärme gelangt durch die Wärmeleitung des Materials der Absorberstreifen 5, die z. B. aus Kupfer bestehen, und durch die Lötverbindung zu den unter den Absorberstreifen 5 angeordneten Wärmeträgerkanälen 1, welche vom Wärmeträgermedium Wasser ständig gekühlt werden. Damit sich das Wärmeträgermedium bis zum Verlassen des Solarabsorbers auch bei unterschiedlicher Strahlungsintensität auf eine gewünschte gleichmäßige Temperatur erwärmt, wird seine Durchsatzmenge geregelt, z. B. über die Drehzahl der Umwälzpumpe. Das erwärmte Wasser gelangt über das mit dem entsprechenden oberen äusseren Anschluss 3 verbundene nicht näher dargestellte Verbindungsrohr im geschlossenen System direkt in einen Heizwasserspeicher, von wo es zur Bereitung des Brauchwassers, z. B. im Durchflussprinzip oder für die Gebäudeheizung entnommen wird. Bei fehlender Einstrahlung im Winter wird das Wasser nicht durch den Solarabsorber umgewälzt. Vielmehr gefriert es durch die unterschiedlichen Durchmesser und eine differenzierte Isolierung der Reihenfolge nach in den frostgefährdet angeordneten Wärmeträgerkanälen 1, anschließend in den gering isolierten Wärmeträgerkanälen 2 größeren Durchmessers, den isolierten äusseren Anschlüssen 3 und zuletzt in den besonders gut isolierten Verbindungsleitungen zwischen dem Solarabsorber und dem frostfreien übrigen Solarsystem.

Beim Wiedereinsetzen der Sonnenstrahlung bzw. bei positiven Außentemperaturen tauen die Wärmeträgerkanäle 1, die Wärmeträger kanäle 2, die äusseren Anschlüsse 3 und die Verbindungsleitungen, letztere verzögert, auf, und die Zirkulation des Wärmeträgermediums Wasser kann wieder aufgenommen werden.

Anstelle der Ausführung der Kammerplatte aus Kunststoff ist auch Glas als Material denkbar, z. B. ähnlich einer Mehrfachverglasung von Scheiben, innen evakuiert und/oder mit Edelgas gefüllt.

Ebenso wie an Flachabsorbern ist es natürlich auch möglich, die Erfindung an Röhrenabsorbern einzusetzen.

Die Fig. 2 zeigt den Querschnitt eines Absorberstreifens 5 mit einem darunter angeordneten, im Verhältnis zum Durchmesser dickwandigen Kapillarrohr als Wärmeträgerkanal 1.

Die Fig. 3 zeigt den Querschnitt eines Absorberstreifens 5 mit einem darüber angeordneten Wärmeträgerkanal 1, die Fig. 4 den Querschnitt eines konkaven Absorberstreifens 5 mit darüber angeordnetem Wärmeträgerkanal 1, die Fig. 5 den Querschnitt eines Wärmeträgerka nals 1 in Form eines kreissegmentförmigen nach unten geraden Rohrs, die Fig. 6 den Querschnitt eines Wärmeträgerkanals 1 in Form eines kreissegmentförmigen nach oben geraden Rohrs, die Fig. 7 den Quer schnitt eines Wärmeträgerkanals 1 in Form eines flachelliptischen Rohrs, die Fig. 8 eines zweieckigen leicht rhombischen Rohrs, z. B. aus Metallen mit unterschiedlichen Querausdehnungskoeffizienten, die Fig. 9 den Querschnitt eines Wärmeträgerkanals 1 in Form eines flachovalen Rohrs, die Fig. 10 eines rechteckigen Rohrs, die Fig. 11 eines dreieckigen Rohrs, die Fig. 12 eines abzweigförmigen Rohrs, die Fig. 13 eines gleichseitig kreuzförmigen Rohrs, welches z. B. auch aus unterschiedlich langen, geraden oder nach innen oder aussen gewölbten Seiten ausgeführt sein kann, die Fig. 14 eines plankonkaven Rohrs, die Fig. 15 eines bikonkaven Rohrs, die Fig. 16 eines nach oben konvex/konkav gewölbten Rohrs, die Fig. 17 eines elliptisch/runden Doppelrohrs, die Fig. 18 eines runden Doppelrohrs mit innerem komprimierbarem/dehnbarem Rohr, die Fig. 19 eines runden Doppelrohrs mit innerem am äusseren Stützrohr dicht anliegen dem Wellrohr, die Fig. 20 einen Ausschnitt einer Kammerplatte 4 mit einem Absorberstreifen 5 mit darunter angeordnetem Wärmeträgerkanal 1, wobei der Zwischenraum des Wärmeträgerkanals 1 der Kammerplatte 4 mit einem Wärmespeichermedium gefüllt ist, die Fig. 21 einen Aus schnitt einer Kammerplatte 4 mit einem Wärmeträgerkanal 1 in Form eines abzweigförmigen Rohrs, wobei die darunter liegende Ebene der Kammerplatte 4 mit einem Wärmespeichermedium gefüllt ist, und die Fig. 22 einen Ausschnitt einer Kammerplatte 4 mit einem Wärme trägerkanal 1 in Form eines konvex/konkav gewölbten Rohrs, wobei der Zwischenraum des Wärmeträgerkanals 1 der Kammerplatte 4 mit einem Wärmespeichermedium gefüllt ist als nur einige weitere Ausführungs möglichkeiten frostsicherer Wärmeträgerkanäle 1 oder 2.

Bezugszeichenaufstellung

1

Wärmeträgerkanäle

2

Wärmeträgerkanäle

3

äussere Anschlüsse

4

Kammerplatte aus Polycarbonat

5

Absorberstreifen aus Kupfer, selektiv beschichtet

6

mit Aluminium beidseitig kaschierte Polystyrolisolierplatte

7

Aluminiumprofilrahmen

8

aufgesetzte Edelstahlecken.

Claims

1. Solarabsorber zur Nutzung von Solarenergie, bestehend aus einem Absorber (5) und den die mit dem Absorber (5) aufgenommene Solarenergie abführenden Wärmeträgerkanälen (1, 2) mit den entsprechenden äusseren Anschlüssen (3) und Verbindungsleitun gen zum übrigen Solarsystem, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeträgerkanäle (1 und/oder 2) und/oder die freiliegenden äusseren Anschlüsse (3) und/oder die Verbindungsleitungen umfangseitig geschlossen und ihre Konfiguration und/oder Wanddicke, Querschnittsabmessungen, Materialeigenschaften und Materialkombination in einem frostsicheren und thermisch beständigen Verhältnis ausgestaltet sind, und/oder dass sie zum Teil bzw. vollständig gegebenenfalls differenziert isoliert ausgeführt sind, und/oder dass sie gleichzeitig oder wechselseitig, ständig oder nur in bestimmten Betriebszuständen, automatisch mit oder ohne Hilfsenergie oder durch Handeingriff an zusätzliche Verbindungsleitungen und/oder innere und/oder äussere Ausdehnungsräume angeschlossen sind und/oder dass sich in ihrem Inneren oder aussen zum Teil bzw. vollständig mit einer natürlichen oder künstlichen Wärmequelle oder Wärmesenke verbundene Heiz- und/oder Kühlelemente befinden.

2. Solarabsorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeträgerkanäle (1, ggf. und/oder 2) und/oder äusseren Anschlüsse (3) und/oder Verbindungsleitungen zumindest zum Teil aus einer elastisch-dehnbaren Komponente bestehen.

3. Solarabsorber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeträgerkanäle (1, ggf. und/oder 2) und/oder äusseren Anschlüsse (3) und/oder Verbindungsleitungen mit einem großen Wanddicke-Innendurchmesser-Verhältnis ausgebildet sind.

4. Solarabsorber nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeträgerkanäle (1, ggf. und/oder 2) und/oder äusseren Anschlüsse (3) und/oder Verbindungsleitungen zumindest zum Teil aus einer elastisch- federnden Komponente bestehen.

5. Solarabsorber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeträgerkanäle (1, ggf. und/oder 2) und/oder äusseren Anschlüsse (3) und/oder Verbindungsleitungen aus wellenartig geformten Wandungen bestehen, die längs, diagonal- schraubenförmig, kreuzförmig und/oder ringförmig mehr oder wenig stark gewellt sind.

6. Solarabsorber nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeträgerkanäle (1, ggf. und/oder 2) und/oder äusseren Anschlüsse (3) und/oder Verbindungsleitungen als Doppelrohre ausgebildet sind, deren Wärmeträgermedium führende Innenkanäle in die äusseren Stützkanäle eingezogen sind, und die Zwischenräume mit einem frostsicheren Medium unter einem beliebigen mechanisch zulässigen ggf. gezielt gesteuerten Druck gefüllt sind und/oder durchströmt werden, oder aus komprimierbarem Voll- oder Hohlmaterial bestehen, oder nur drucklos sind, mit der Atmosphäre kommunizieren und/oder verschlossen sind, wobei gegebenenfalls ein mechanischer Kontakt zwischen den Wärmeträgermedium führenden Innenkanälen und den äusseren Stützkanälen ständig oder nur in bestimmten Betriebszuständen direkt oder über spezielle Kontaktvermittler bestehen kann.

7. Solarabsorber nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeträgerkanäle (1, ggf. und/oder 2) und/oder äusseren Anschlüsse (3) und/oder Verbindungsleitungen als Doppelrohre ausgebildet sind, deren Innenkanäle in die äusseren Stützkanäle eingezogen sind und mit diesen einen Wärmeträgermedium führenden Zwischenraum bilden, wobei die Innenkanäle mit einem frostsicheren Medium unter einem beliebigen mechanisch zulässigen ggf. gezielt gesteuerten Druck gefüllt sind und/oder durchströmt werden, oder aus komprimierbarem Voll- oder Hohlmaterial mit durchgehender oder unterbrochener Wandung bestehen, oder nur drucklos sind, mit der Atmosphäre kommunizieren und/oder verschlossen sind.

8. Solarabsorber nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeträger Wasser ist.

9. Solarabsorber nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeträgerkanäle (1, ggf. und/oder 2) und/oder äusseren Anschlüsse (3) und/oder Verbindungsleitungen einen nichtkreisrunden Querschnitt haben.

10. Solarabsorber nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeträgerkanäle (1, ggf. und/oder 2) und/oder äusseren Anschlüsse (3) und/oder Verbindungsleitungen beliebigen nichtkreisrunden Querschnitts ein Umfangsquadrat/Querschnitts verhältnis von mindestens dem vierfachen des Wertes π, vergrößert um das Verhältnis des spezifischen Volumens bei bereits festem und gerade noch flüssigem Wärmeträger (u²/A ≧ 4 . π . v_fe/v_fl) haben.

11. Solarabsorber nach den Ansprüchen 8 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeträgerkanäle (1, ggf. und/oder 2) und/oder äusseren Anschlüsse (3) und/oder Verbindungsleitungen beliebigen nichtkreisrunden Querschnitts ein Umfangsquadrat/Querschnittsverhältnis von mindestens u²/A ≧ 13,7 . . . haben.

12. Solarabsorber nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Umfangsseite der Wärmeträgerkanäle (1, ggf. und/oder 2) und/oder äusseren Anschlüsse (3) und/oder Verbindungsleitungen gleichzeitig als Absorber dient und dementsprechend vorteilhaft ausgeführt ist.

13. Solarabsorber nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass er in Streifen (5) ausgeführt ist, denen jeweils mindestens ein Wärmeträgerkanal (1) zugeordnet ist.

14. Solarabsorber nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich net, dass die Absorberstreifen (5) in einer der Ebenen von transparenten Kammerplatten (4) angeordnet sind.

15. Solarabsorber nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich net, dass die Kanäle der Kammerplatte (4) um die Absorberstrei fen (5) und/oder Wärmeträgerkanäle (1) herum und/oder in den Ebenen darunter und/oder darüber mit einem transparenten oder die Sonnenstrahlung absorbierenden festen, flüssigen, gasförmigen bzw. dampfförmigen und/oder die Phasen wechselnden Wärmespeichermedium und/oder Wärmeisoliermedium gefüllt sind und/oder dass in ihnen Vakuum herrscht.

16. Solarabsorber nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorber (5) und/oder die Wärmeträgerkanäle (1, 2) gegenüber den Wänden der Kammerplatte (4) thermisch isoliert sind.

17. Solarabsorber nach den Ansprüchen 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen aus schrumpffähigem Kunststoff besteht.