DE102005010461A1 - Solar collector, has protective screen rotatable around vacuum tube between two positions, where screen shields tube against solar radiation in one position, and screen exposes tube to solar radiation in another position - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Solarkollektor mit einem in einer strahlungsdurchlässigen Vakuumröhre enthaltenen Absorberrohr.The The invention relates to a solar collector with a contained in a radiation-transmissive vacuum tube Absorber tube.
Bekannt sind Vakuumröhrenkollektoren, die in erster Linie zur Warmwassererzeugung in Einfamilienhäusern eingesetzt werden. Sie bestehen aus einer Reihe paralleler Vakuumröhren, die jeweils ein Absorberrohr enthalten. Das Absorberrohr ist mit seinen Enden an einen Sammler angeschlossen, der eine Vorlaufleitung und eine Rücklaufleitung enthält. Die Vakuumröhre besteht aus Glas. Sie dient der thermischen Isolierung des Absorberrohrs durch ein Vakuum zur Verhinderung konvektiver Wärmeverluste.Known are vacuum tube collectors, used primarily for hot water production in single-family homes become. They consist of a series of parallel vacuum tubes, the each contain an absorber tube. The absorber tube is with his Ends connected to a collector, which has a flow line and a return line contains. The vacuum tube is made of glass. It serves for thermal insulation of the absorber tube by a vacuum to prevent convective heat losses.
In Folge von langanhaltender Solareinstrahlung bei gleichzeitig geringer Wärmeabnahme überhitzt das im Solarkollektor fließende Fluid. Im Normalbetrieb wird das heiße Fluid im Kreislauf aus dem Solarkollektor in einen Tank gepumpt, durch den der Verbraucher, z.B. ein Haushalt, mit Warmwasser versorgt wird. Bei ausbleibender oder geringer Abnahme und anhaltender Solarstrahlung erreicht der Tank seine maximal zulässige Temperatur, die im Allgemeinen in der Größenordnung von 100°C liegt. In Folge der hohen Temperatur wird die Pumpe, die das Fluid durch die Absorberrohre pumpt, abgeschaltet. Damit tritt das sogenannte "Stillstandsproblem" ein, das auch als Stagnation bezeichnet wird. Wird der Kollektor weiterhin bestrahlt, überhitzt er, so dass schließlich durch den hohen Druck ein Sicherheitsventil anspricht, Fluid aus dem Kollektorkreislauf austritt und das Fluid im Kollektor verdampft. Bei dem Fluid handelt es sich im Allgemeinen um eine Wasser-Glykol-Mischung. Bei nach oben offenem Vakuumröhrenkollektor verdampft zunächst das Wasser, wodurch das verbleibende Glykol hohen Temperaturen von bis zu 200°C ausgesetzt ist und sich zersetzt. Die zurückbleibenden Reste können langfristig zu Verstopfungen führen und zu einer Lebensverkürzung des Kollektors. Zudem muss das Fluid von einem Fachmann in den Kreislauf nachgefüllt werden.In Result of long-lasting solar radiation at the same time lower Heat loss overheated the flowing in the solar collector Fluid. In normal operation, the hot fluid in the circulation of the Solar collector pumped into a tank through which the consumer, e.g. a household that is supplied with hot water. In the absence of or low decrease and sustained solar radiation reaches the Tank its maximum allowable Temperature, which is generally of the order of 100 ° C. As a result of the high temperature, the pump that passes the fluid through the absorber pipes are pumping, switched off. Thus enters the so-called "standstill problem", which also as Stagnation is called. If the collector continues to be irradiated, overheating he, so finally due to the high pressure a safety valve responds, fluid off emerges from the collector circuit and vaporizes the fluid in the collector. The fluid is generally a water-glycol mixture. With the vacuum tube collector open at the top evaporates first the water, which makes the remaining glycol high temperatures of up to 200 ° C is exposed and decomposes. The leftovers can be long term lead to blockages and a life shortening of the collector. In addition, the fluid needs to be circulated by a specialist refilled become.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Solarkollektor zu schaffen, der einen Schutz gegen solare Überhitzung aufweist.Of the Invention has for its object to provide a solar collector the protection against solar overheating having.
Der erfindungsgemäße Solarkollektor ist durch den Patentanspruch 1 bezeichnet. Er weist einen Schutzschirm auf, der um die Vakuumröhre schwenkbar ist zwischen einer ersten Position, in der er die Vakuumröhre gegen Solarstrahlung abschirmt, und einer zweiten Position, in der er die Vakuumröhre der Solarstrahlung aussetzt.Of the Solar collector according to the invention is designated by the patent claim 1. He has a protective screen on, which pivots around the vacuum tube is between a first position in which he opposes the vacuum tube Solar radiation shields, and a second position in which he the vacuum tube of the Solar radiation exposes.
Im Falle einer drohenden Überhitzung wird der Schutzschirm vor die Vakuumröhre gedreht, so dass er den Kollektor gegen die Sonne abschattet. Dadurch wird eine Überhitzung des Wärmeübertragungsfluids verhindert; verdampftes Fluid braucht nicht durch Nachfüllen ersetzt zu werden und die Lebensdauer des Kollektors verlängert sich in Folge der geringeren thermischen Beanspruchung.in the Case of impending overheating the protective screen is turned in front of the vacuum tube, so that he Shades collector against the sun. This will cause overheating the heat transfer fluid prevented; vaporized fluid does not need to be replaced by refilling and the life of the collector is extended due to the lower thermal stress.
Einen weiteren Zweck erfüllt der Schutzschirm, wenn er von der Sonne aus gesehen hinter die Vakuumröhre geschwenkt wird. Er reflektiert dann die Sonnenstrahlung, die an den Seiten der Vakuumröhre vorbeistrahlt, auf die Vakuumröhre und vergrößert so die Strahlungsmenge, die auf die Vakuumröhre fällt. Damit wird die Effizienz des Kollektors gesteigert, insbesondere für Anwendungen mit hohen Temperaturen. Es sind weniger Vakuumröhren nötig, um die gleiche Energiemenge zu sammeln. Dies bedeutet auch, dass weniger Material eingesetzt wird und die energetische Amortisationszeit verringert wird.a fulfilled another purpose the protective screen, when viewed from the sun, swung behind the vacuum tube becomes. He then reflects the solar radiation on the sides the vacuum tube radiated to the vacuum tube and increases that way the amount of radiation that falls on the vacuum tube. This will increase the efficiency of the collector, especially for high temperature applications. There are fewer vacuum tubes necessary, to collect the same amount of energy. This also means that less material is used and the energetic payback period is reduced.
Es besteht eine Tendenz zu Kollektorfeldern mit höheren Deckungsgraden. Das heißt die Kollektorfläche wird im Verhältnis zum erforderlichen Wärmebedarf größer ausgelegt. Im Winterhalbjahr und in der Übergangszeit kann so ein größerer Teil des Wärmebedarfs gedeckt werden. Bei einer solchen Auslegung tritt dann aber das Überhitzungsproblem vor allem im Sommer häufiger auf.It there is a tendency for collector fields with higher coverages. That means the collector surface will be in relation to to the required heat requirement designed larger. In the winter half-year and in the transitional period can be such a bigger part the heat requirement be covered. In such a design but then enters the overheating problem especially in the summer more often on.
Auch besteht eine Tendenz zu Solarkollektoren, die eine höhere Temperatur für den Verbraucher bereitstellen. Dies ist beispielsweise für die solare Kühlung und für Prozesswärmeanwendungen erforderlich. Bei derartig hohen Temperaturen erweist sich der Schutzschirm als besonders zweckmäßig. Bei hohen Temperaturen wird die Stillstandsproblematik verschärft, da der Solarkollektor bereits nahe an der Temperaturgrenze arbeitet.Also There is a tendency for solar collectors to have a higher temperature for the Provide consumers. This is for example for solar cooling and for process heat applications required. At such high temperatures proves the protective screen as particularly useful. At high Temperatures, the standstill problem is exacerbated because the solar collector is already working close to the temperature limit.
Bei höheren Temperaturen des Wärmeübertragungsfluids macht sich durch die Erfindung eine höhere Effizienz des Kollektors bemerkbar. Durch die reflektierende Innenseite des Schutzschirmes wird die einsammelnde Bestrahlungsfläche vergrößert. Dadurch verbessert sich das Verhältnis von Verlustfläche zu einsammelnder Fläche, so dass die thermischen Verluste des Kollektors verringert werden.at higher Temperatures of the heat transfer fluid makes the invention a higher efficiency of the collector noticeable. Through the reflective inside of the protective screen the collecting radiation area is increased. This improves The relationship of loss area to collecting surface, so that the thermal losses of the collector are reduced.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind mehrere Vakuumröhren parallel zueinander mit gegenseitigen Abständen angeordnet, wobei jede Vakuumröhre einen Schutzschirm aufweist. Die Schutzschirme sind durch einen gemeinsamen Antrieb miteinander gekoppelt, derart dass die Schutzschirme synchron verstellt werden. Dadurch können großflächige Solarkollektoren mit hohem Energiegewinn überhitzungssicher realisiert werden.According to a preferred embodiment of the invention, a plurality of vacuum tubes are arranged parallel to each other at mutual distances, each vacuum tube having a protective screen. The shields are coupled together by a common drive, so that the shields are adjusted synchronously. This allows large-scale solar panels with high energy gain overheating safely realized.
Der Schutzschirm kann durch einen motorischen Antrieb in Abhängigkeit von der Temperatur des Absorberrohrs oder der darin fließenden Flüssigkeit automatisch verstellt werden.Of the Protective screen can be powered by a motorized drive from the temperature of the absorber tube or the liquid flowing therein be automatically adjusted.
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.in the Embodiments will be described below with reference to the drawings closer to the invention explained.
Es zeigen:It demonstrate:
Der
Kollektor, der in den
Parallel
zur Vakuumröhre
Das
Bewegen des Schutzschirms
Die
zweite Position kann auch entsprechend dem jeweiligen Sonnenstand
variiert werden, so dass der Schutzschirm
Der
Schutzschirm
Die
In
den
Jeder
Vakuumröhre
Ein korrekt nachgeführter parabolischer Reflektor reflektiert geometrisch gesehen die gesamte direkte Strahlung auf den Absorber. Die diffuse Strahlung wird nur zu einem Teil auf den Absorber reflektiert. Ein nachgeführter CPC- Reflektor reflektiert einen Teil der direkten und der diffusen Strahlung auf den Absorber.One correctly tracked parabolic reflector reflects geometrically the entire direct Radiation on the absorber. The diffused radiation only becomes one Part reflected on the absorber. A tracked CPC reflector reflects part of the direct and diffuse radiation on the absorber.
Der Schutzschirm kann auch in eine existierende Bauweise von Vakuumröhrenkollektoren integriert werden. Bei existierenden Kollektoren liegen die Vakuumröhren relativ nah beieinander. Dabei können jede zweite oder mehrere Vakuumröhren entfernt werden, so dass Platz für den Schutzschirm geschaffen wird. Die Drehachse des Schutzschirms kann mit der Längsachse der Vakuumröhre zusammenfallen.Of the Protective screen can also be used in an existing construction of evacuated tube collectors to get integrated. In existing collectors, the vacuum tubes are relatively close together. It can every second or several vacuum tubes be removed, leaving room for the protective screen is created. The axis of rotation of the protective screen can with the longitudinal axis the vacuum tube coincide.
Neben der Anwendung zur Wärmegewinnung und zur Warmwasserbereitung, besteht ein weiteres Anwendungsgebiet der Erfindung in der solaren Kühlung, bei der die Solarwärme aus den Vakuumröhrenkollektoren zum Antrieb einer thermisch angetriebenen Kältemaschine genutzt wird. Allgemein kann ein mit Schutzschirmen versehener Vakuumröhrenkollektor auch zur Prozesswärmeerzeugung genutzt werden oder zum Antrieb einer Wärme-Kraftmaschine, die über einen Generator Strom erzeugen kann.Next the application for heat recovery and for hot water, there is another area of application the invention in solar cooling, at the solar heat from the vacuum tube collectors is used to drive a thermally driven chiller. General can a vacuum tube collector provided with protective screens also used for process heat generation be or drive a heat engine that has one Generator can generate electricity.
Claims (6)
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