DE102007005611A1

DE102007005611A1 - Kollektoranordnung

Info

Publication number: DE102007005611A1
Application number: DE102007005611A
Authority: DE
Inventors: Raoul Von Der Heydt; Markus Haller; Thomas Bonneval
Original assignee: PHOENIX SONNENWAERME AG; Phonix Sonnenwarme AG
Current assignee: PHOENIX SONNENWAERME AG; Phonix Sonnenwarme AG
Priority date: 2007-01-31
Filing date: 2007-01-31
Publication date: 2008-08-07

Abstract

Eine Solarkollektoranordnung zur Trink- oder Brauchwassererwärmung auf eine Temperatur oberhalb von 50°C, enthaltend einen von einem Arbeitsmedium durchströmten Absorber (10) in einem teilweise für Sonnenstrahlung transparenten Gehäuse (38) und Mittel (60) zur Isolierung des Absorbers (10) gegen thermische Verluste an die Umgebung, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Absorber (10) aus Kunststoff gefertigt ist. Der Absorber zur Verwendung in einer solchen Solarkollektoranordnung weist Kanäle auf, die stern- oder fächerförmig radial von dem Einlass abgehen.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Solarkollektoranordnung zur Trink- oder Brauchwassererwärmung auf eine Temperatur oberhalb von 50°C enthaltend einen von einem Arbeitsmedium durchströmten Absorber in einem teilweise für Sonnenstrahlung transparenten Gehäuse und Mittel zur Isolierung des Absorbers gegen thermische Verluste an die Umgebung.
Die Erfindung betrifft weiterhin einen Absorber zur Verwendung in einer Solarkollektoranordnung enthaltend einen Einlass und einen Auslass und zwischen Einlass und Auslass angeordnete Absorberkanäle.
Die Erfindung betrifft schließlich ein Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung der Temperatur in einem Absorber für Solarkollektoren, wobei der Absorber in einem teilweise für Sonnenstrahlung transparenten Gehäuse angeordnet ist, welches eine oder mehrere Öffnungen zur Belüftung des Gehäuseinnenraums aufweist.
Solarkollektoren werden beispielsweise zur Heißwassergewinnung in Gebäuden verwendet. Ein von einem Arbeitsmedium, zum Beispiel Wasser oder einer Wasser/Glykol-Mischung durchflossener Absorber wird der Sonne ausgesetzt. Durch die Sonnenstrahlung erwärmt sich das Arbeitsmedium. Anschließend wird es einem Trinkwassererwärmer, einem Heizungssystem oder sonstigen Wärmeverbrauchern zugeführt.
Stand der Technik
Es ist bekannt, Absorber aus Kunststoff zur Beheizung von Schwimmbädern zu verwenden. Die Wassertemperatur am Einlass des Absorbers liegt üblicherweise unterhalb von beispielsweise 15°C. Eine für Schwimmbäder geeigneten Temperatur liegt gewöhnlich oberhalb von 24°C, aber nicht über 32°C. Das durch die Absorber fließende Wasser wird entsprechend lediglich um eine geringe Temperaturdifferenz erwärmt. Die verwendeten Absorber werden üblicherweise von schwarzen Matten gebildet. Sie arbeiten ähnlich wie ein Gartenschlauch, der in der Sonne liegt. Sie sind nicht isoliert und haben entsprechend hohe Wärmeverluste an die Umgebung, die eine Überhitzung innerhalb des wärmeempfindlichen Kunststoffs verhindern.
Solarkollektoren, die eine höhere Heizleistung erbringen, weisen ein isoliertes und bei Vakuumkollektoren evakuiertes Gehäuse auf. Auf der der Sonne zugewandten Seite des Gehäuses ist eine Glasplatte vorgesehen. Innerhalb des Gehäuses ist ein Absorber angeordnet. Der Absorber besteht im wesentlichen aus einer aus einer Anordnung von Blechen zur Absorption der Sonnenstrahlung und einer Metallverrohrung zum Abtransport der erzeugten Wärme. Aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit und der hohen Absorptionsfähigkeit werden üblicherweise Kupfer, Aluminium oder Stahl verwendet. Diese Materialien sind teuer.
Metallabsorber stehen aus Kostengründen nicht in jeder beliebigen Form zur Verfügung. Die Verrohrung erfolgt üblicherweise entweder meander- oder harfenförmig. Bei der meanderförmigen Verrohrung ist das Metallrohr zwischen Einlass und Auslass meanderförmig in einer Ebene hin- und hergeführt. Diese Absorber werden zwar gleichförmig durchströmt, unterliegen jedoch einem vergleichsweise hohen Druckverlust. Bei der harfenförmigen Verrohrung sind mehrere parallel in einer Ebene angeordnete Rohre jeweils mit einem gemeinsamen Einlass- und Auslassrohr verbunden. Hier ist der Druckverlust geringer. Die Strömung ist jedoch nicht immer gleichmäßig. Der Einlass und der Auslass sind bei beiden Formen seitlich aussen am Gehäuse angeordnet. Die zugehörige Verrohrung ist daher Umwelteinflüssen, wie UV-Strahlung, Vögeln oder Mardern ausgesetzt.
Wenn dem Kreislauf keine Wärme entzogen wird und das Arbeitsmedium im Arbeitsmittelkreislauf bei starker Sonneneinstrahlung stillsteht, erreicht der Absorber ein Temperaturgleichgewicht bei der sogenannten Stillstandstemperatur. Der Gleichgewichtszustand wird erreicht, wenn die Wärmeverluste an die Umgebung durch die Leitung, Konvektion und Strahlung genauso groß sind, wie die durch Sonnenstrahlung durch den Absorber aufgenommene Energie. Diese Stillstandstemperaturen können sehr hoch, zum Beispiel im Bereich von 200°C bis 220°C und bei Vakuumkollektoren darüber liegen.
Nachteilig bei bekannten Absorber ist es, dass das Arbeitsmedium einen hohen Anteil an Frostschutzmittel, insbesondere Glykol enthalten muß. Das Frostschutzmittel ist bei hohen Temperaturen nicht stabil und zersetzt sich unter Bildung von Säure. Diese Säure führt zu frühzeitiger Korrosion der eingesetzten Komponenten. Auch ist der Einsatz von Glykol im Gegensatz zur ausschließlichen Verwendung von Wasser teuer und ggf. umweltschädlich. Weitere Nachteile von Glykol sind die höhere Viskosität als Wasser, was zu einem Druckverlust führt und die niedrigere Wärmekapazität als Wasser.
Offenbarung der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung eine isolierte Solarkollektoranordnung mit hoher Wärmeleistung zu schaffen, die kostengünstig herstellbar und widerstandsfähig gegenüber Umwelteinflüssen ist. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Absorber aus Kunststoff gefertigt ist.
Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass die Verwendung von kostengünstigerem Kunststoff auch für isolierte Absorber möglich ist. Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass Kunststoffe bis über 200°C temperaturstabil sein können und diese Temperaturen für den Anwendungsbereich in Gebäuden mehr als ausreichend ist. Die Verwendung von Kunststoff als Absorbermaterial erlaubt es, Wasser ohne teure und sich zersetzende Frostschutzmittel als Arbeitsmedium zu verwenden. Wenn der Kunststoff im Gegensatz zu Metall flexibel ist, ist ein solcher Kreislauf auch ohne Entleerung im Winter frostsicher. Einige Kunststoffe sind elastisch genug, um Frostsicherheit im befüllten Zustand zu gewährleisten. Insbesondere sind das Elastomere, wie zum Beispiel EPDM.
Geeignet sind ansonsten alle Kunststoffe, die Temperatur-, Druck- und UV-beständig sind. Insbesondere EPDM (Ethylenpropylendienmonomer) und PP (Polypropylen) sind gut geeignet.
Ein Nachteil der Verwendung von Kunststoff ist seine geringere Wärmeleitung. Dieses wurde bisher als wesentliches Hindernis für dessen Verwendung bei höheren Temperaturbereichen angesehen. Die vorliegende Erfindung beruht jedoch auch auf der Erkenntnis, dass die Verwendung von Kunststoff die Herstellung von effektiveren Absorbergeometrien erlaubt, ohne die Produktionskosten zu vergrößern. Eine solche effektivere Absorbergeometrie kompensiert somit die geringere Wärmeleitfähigkeit des Materials. Weiterhin besteht die Möglichkeit, ein nicht-isotropes Material zu verwenden, das eine erhöhte Wärmeleitfähigkeit senkrecht zur Strömungsrichtung im Absorber aufweist.
Vorzugsweise umfasst die Anordnung Mittel zur Regelung der Rücklauftemperatur des Arbeitsmediums in oder hinter dem Absorber auf einen Temperaturbereich von 90°C–95°C. Durch eine solche Regelung wird eine Verdampfung oder Beschädigung des Kunststoffs vermieden. Das Wasser hat aber eine ausreichende Temperatur, die für alle Anwendungen im Gebäudebereich geeignet ist.
In einer Ausgestaltung der Erfindung umfassen diese Mittel zur Regelung der Rücklauftemperatur einen oder mehrere temperaturabhängig einstellbare Belüftungsöffnungen in dem Gehäuse. Durch die Belüftungsöffnungen wird der Absorber zur Vermeidung von Überhitzung gekühlt. Im unteren Temperaturbereich kann die Kondensation von Wasser innerhalb des Gehäuses vermieden werden.
Die Rücklauftemperatur kann aber auch durch die Pumpleistung einer Pumpe beeinflusst werden.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Gehäuse Wandungen aus Kunststoff auf. Durch die Wahl des gleichen oder ähnlichen Materials mit vergleichbarem Wärmeausdehnungskoeffizienten wird die Halterung des Absorbers in dem Gehäuse wesentlich einfacher und stabiler.
Vorzugsweise ist das Arbeitsmedium reines Wasser. Wasser ist kostengünstig und umweltfreundlich. Es steht praktisch überall zur Verfügung. Ein Frostschutzmittel ist nicht erforderlich.
In einer Ausgestaltung der Erfindung sind eine Pumpe zum Umpumpen des Arbeitsmediums in einem geschlossenen Kreislauf und eine Sicherheitsgruppe und/oder ein Ausdehnungsgefäß zur Vermeidung von Überdruck in dem Kreislauf vorgesehen.
Vorzugsweise wird der für Sonnenstrahlung transparente Teil des Gehäuses von einer Glas- oder glasartigen Scheibe gebildet, welche mit Verstärkungsrippen versehen ist und/oder eine integrierte Metalldrahtverstärkung aufweist. Eine solche Scheibe kann wesentlich dünner ausgeführt werden, als herkömmliche Scheiben. Die Stabilität der Scheibe wird durch die Rippen bzw. die Metalldrahtverstärkung erreicht. Eine dünnere Scheibe hat wesentliche Auswirkungen auf das Gesamtgewicht der Solarkollektoranordnung. Die Gewichtsreduzierung erleichtert den Transport und die Handhabung. Im übrigen wird die Transmission der Scheibe verbessert.
Es ist weiterhin möglich, solche Scheiben vor Ort zu montieren, wenn der Rahmen aus Kunststoff so gefertigt ist, dass die Verbindung zwischen Abdeckung und Rahmen unkompliziert ist. Dann reduziert sich die bei Glas anzuwendende Vorsicht bei der Handhabung auf die Scheiben. Die Handhabung und der Transport der Gehäuse wird vereinfacht.
Die Stabilität der Scheibe kann dadurch verbessert werden, dass die Scheibe auf regelmässig verteilten Stützstreben aufliegt, die in den Absorber eingearbeitet sind.
Die Montage vor Ort wird durch die Verwendung von Kunststoff erleichtert. Dies führt zu geringeren Anforderungen an die Abdichtung.
Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Absorber einen Einlass auf, der mit stern- oder fächerförmig radial von dem Einlass abgehenden Absorberkanälen verbunden ist. Eine solche Form lässt sich mit Kunststoff besonders kostengünstig herstellen. Der Absorber wird gleichmäßig ausgehend von dem Einlass durchströmt. Dabei können die von dem Einlass abgehenden Absorberkanäle im wesentlichen in einer ersten Ebene angeordnet sein und in einer zweiten Ebene auf der der absorbierenden Seite der Absorberkanäle abgewandten Seite der Absorberkanäle können Rückführungskanäle zum Auslass vorgesehen sein. Einlass und Auslass können bei dieser Ausgestaltung senkrecht zur Absorberebene nach hinten zu der der Sonne abgewandten Seite weg geführt werden. Die Zuleitungen sind vor Umwelteinflüssen geschützt. Die Zuleitungen können nicht mehr von Vögeln, Mardern oder dergleichen erreicht und beschädigt werden.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Einlass von einem Einlasskanal gebildet, der um den Auslass herum zu den Absorberkanälen geführt ist. Die Wärmeverluste aus dem Auslass werden an das Arbeitsmedium im Einlasskanal abgegeben. Die Wärme bleibt dem System auf diese Weise erhalten.
Bei einem besonders bevorzugten Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung der Temperatur in einem Absorber für Solarkollektoren, wobei der Absorber in einem teilweise für Sonnenstrahlung transparenten Gehäuse angeordnet ist, welches eine oder mehrere Öffnungen zur Belüftung des Gehäuseinnenraums aufweist, werden die Öffnungen verschlossen, wenn die Temperatur in dem Absorber innerhalb eines ausgewählten Temperaturbereichs liegt. Vorzugsweise liegt der ausgewählte Temperaturbereich zwischen 5°C und 100°C. Oberhalb von 100°C verdampft das Wasser im Absorber. Das ist unerwünscht. Unterhalb von 5°C kondensiert Luftfeuchtigkeit im Gehäuse. Auch dies ist unerwünscht. Die Belüftungsöffnungen werden daher im Bereich zwischen 5°C und 100°C geschlossen. In diesem Bereich sind die Wärmeverluste gering, was zu einer hohen Leistungsausbeute führt. Außerhalb dieses Bereichs wird das Gehäuse belüftet, wodurch eine Kondensation oder Überhitzung vermieden wird.
Das Öffnen und Schließen der Öffnungen kann durch einen Formgedächtniskunststoff, eine Formgedächtnis-Legierung aus Metall oder ein Bimetall bewirkt werden. Dann sind keine elektronischen Regelkreise und Temperaturfühler erforderlich. Ein geeignetes Formgedächtnis-Legierungselement (FGL) ist unterhalb einer festen Schalttemperatur leicht verformbar und springt beim Überschreiten der Schalttemperatur kraftvoll in eine fest definierbare Form.
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Ausführungsbeispiele sind nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Draufsicht auf einen sechseckigen Sonnenkollektor.
2 ist eine Ansicht von unten auf den Sonnenkollektor aus 1.
3 ist eine Draufsicht auf einen quadratischen Sonnenkollektor.
4 ist eine Ansicht von unten auf den Sonnenkollektor aus 3.
5 ist ein Querschnitt durch einen Sonnenkollektor aus einer der 1 bis 4
6 ist eine detaillierte Darstellung des Einlasses und Auslasses für einen Sonnenkollektor aus den 1 bis 5.
7 ist eine Draufsicht eines Sonnenkollektors mit einer alternativen Strömungsführung.
8 ist eine detaillierte Darstellung des Einlasses und Auslasses für einen Sonnenkollektor aus den 7.
9 zeigt eine Sonnenkollektoranordnung mit einer Mehrzahl zusammengesetzter Absorber.
10 zeigt einen Steuermechanismus für Belüftungsöffnungen in geschlossenem Zustand.
11 zeigt den Steuermechanismus aus 10 in geöffnetem Zustand.
12 ist eine schematische Darstellung eines Kollektor-Kreislaufs.
13 ist ein Querschnitt durch den Rand eines Solarkollektors mit Absorber und Gehäuse.
14 zeigt einen alternativen Steuermechanismus für Belüftungsöffnungen in geschlossenem Zustand.
15 zeigt den Steuermechanismus aus 14 in geöffnetem Zustand.
16 ist ein Querschnitt durch den in 14 und 15 gezeigten Steuermechanismus.
17 zeigt Absorber mit Fächerform.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 1 ist ein allgemein mit 10 bezeichneter Absorber schematisch dargestellt. Der Absorber 10 ist als regelmäßiges Sechseck ausgebildet. Der Absorber 10 weist einen zentralen Einlass 12 auf. Der Einlass 12 ist an einen geschlossenen Wasserkreislauf 20 (12) angeschlossen. Das durch den Einlass 12 fließende Wasser verteilt sich gleichmäßig auf eine Vielzahl von Absorberkanälen 14. Im vorliegenden Beispiel weist der Absorber 10 24 Absorberkanäle auf. Die Absorberkanäle 14 sind unterhalb einer Glasplatte 16 angeordnet. Dies ist in dem Querschnitt in 5 entlang der Schnittlinie A-A in 1 dargestellt.
Die durch die Glasplatte 16 auf die Absorberkanäle 14 treffende Sonnenstrahlung 18 (12) wird in Wärme umgewandelt und erwärmt so das Wasser in dem Wasserkreislauf 20. Das erwärmte Wasser wird mit einer Pumpe 22 einem Wärmetauscher 24 zugeführt. Mit dem Wärmetauscher 24 wird das Trinkwasser eines Trinkwassererwärmers 26 erwärmt. Für den Fall, dass mehr Trinkwasser zu erwärmen ist, als dies mit der zur Verfügung stehenden Sonneneinstrahlung möglich ist, ist eine zusätzliche, herkömmliche Heizung 28 vorgesehen.
Neben der Erwärmung von Brauch- und Trinkwasser ist eine solche oder ähnliche Anordnung auch geeignet für die Bereitstellung von Heizwärme, sowohl zur Unterstützung konventioneller Heizanlagen als auch zur vollständigen solarthermischen Versorgung, zur Bereitstellung von Prozesswärme, für Trocknungsprozesse, zur Raumklimatisierung, z. B. in Verbindung mit einer Absorptionskältemaschine und zur Erwärmung des Trägermediums in solarthermischen Kraftwerken.
Die Absorberkanäle 14 verlaufen radial, sternförmig vom Einlass 12 nach außen zum Randbereich 30 des Absorbers. Das durch die Absorberkanäle 14 geführte Wasser fließt im Randbereich 30 durch Öffnungen in Rückführkanäle 32. Die Rückführkanäle 32 liegen unterhalb, auf der der Sonne abgewandten Seite der Absorberkanäle 14. Dies ist am besten in 5 zu erkennen. 2 zeigt die geometrische Verteilung der Rückführkanäle 32. Sie bilden im wesentlichen große Kammern, die die gesamte Querschnittsfläche des Absorbers einnehmen. Bereiche, die von den Absorberkanälen 14 nicht abgedeckt werden, werden ebenfalls der Sonnenstrahlung ausgesetzt.
Das erwärmte Wasser fließt durch die Rückführkanäle 32 radial nach innen zum Auslass 34. Von dort wird es mit der Pumpe 22 zurück zum Wärmetauscher 24 im Trinkwassererwärmer 26 gepumpt. In 5 ist deutlich zu erkennen, dass die Wasserführung in zwei Ebenen erfolgt: in der der Sonne zugewandten Ebene (oben in 5) fließt das Wasser nach außen. In der der Sonne abgewandten Ebene (unten in 5) fließt das Wasser zurück nach innen. Es versteht sich, dass die Strömungsführung auch umkehrbar ist.
Unterhalb der Rückführkanäle 32 auf der der Sonne abgewandten Seite des Absorbers ist eine thermische Isolierung 36 vorgesehen. Die thermische Isolierung verringert die Wärmeverluste des Absorbers an die Umgebung.
Jeder Absorber 10 ist in einem Gehäuse 38 angeordnet. Das Gehäuse weist einen Rahmen und Boden aus Kunststoff auf. Im Rahmen ist eine Glasscheibe eingelassen. Einzelne Kollektoren werden nebeneinander auf ein Metallgestell montiert. Der Kollektorrahmen ist am besten in 13 zu erkennen.
Das Gehäuse 38 umfasst neben der bereits erwähnten Glasscheibe 16 einen Rahmen 40 (12) und einen Boden 42 (5). Die thermische Isolierung ist über die gesamte Gehäusefläche zwischen dem Absorber 10 bzw. den Absorber und dem Gehäuseboden 42 verteilt. Der Boden 42 und der Rahmen 40 des Gehäuses 38 sind ebenso wie der Absorber vollständig aus Kunststoff gefertigt. Der Kunststoff, z. B. EPDM ist UV-beständig und bis zu 150°C temperaturstabil. Durch die Verwendung von Materialien mit dem gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten ist das Gehäuse leicht abdichtbar und die Absorber sind leicht zu haltern.
In 3 und 4 ist ein Absorber 44 mit einer anderen Geometrie dargestellt. Der Absorber ist quadratisch ausgebildet und weist 32 Absorberkanäle auf. Im Übrigen ist der Absorber ähnlich aufgebaut, wie der Absorber 10 aus 1 und 2.
6 ist ein Querschnitt entlang der Schnittlinie B-B in 1. Man erkennt den Einlass 12 und den Auslass 34 im Detail. Das Wasser strömt durch den Einlass 12 von unten, d. h. von der der Sonne abgewandten Seite, in die Absorberkanäle 14 im oberen Bereich des Absorbers 10. Unterhalb der Absorberkanäle 14 fließt das Wasser durch die Rückführkanäle 32 zurück zum Auslass 34. Der Einlass 12 und der Auslass 34 sind auf der der Sonne abgewandten Seite angeordnet und nicht seitlich, wie bei bekannten Anordnungen. Entsprechend ist die Zuleitung Tieren oder Strahlung nicht ausgesetzt.
Ein alternatives Ausführungsbeispiel ist in 7 dargestellt. Hier sind die Absorberkanäle 50 schlaufenförmig ausgebildet. Die Kanäle 50 liegen alle in einer Ebene in dem Absorber 52. Der Einlass und der Auslass 54 sind jedoch auch hier zentral angeordnet. Dieses Ausführungsbeispiel für einen Absorber ist besonders flach. Vorteil bei dieser Ausführung ist, dass der Absorber wegen der weniger komplizierten Geometrie einfach herzustellen ist.
8 zeigt einen Schnitt entlang der Schnittlinie C-C in 7. Der Auslass 54 weist einen Ringkanal 56 auf, in welchen die Enden der schlaufenförmigen Absorberkanäle 50 münden. Der Ringkanal 56 ist ringförmig um den Einlass 58 herum angeordnet. Auf der Höhe des Ringkanals 56 ist die thermische Isolierung 60 vorgesehen.
Die vorstehend beschriebenen sechseckigen Kollektoren können innerhalb des Gehäuses 38 quasi lückenlos zu einem Kollektorfeld 62 zusammengesetzt werden. Dies ist schematisch in 9 dargestellt. Die Zuführungen zu den einzelnen Kollektoren können dabei je nach erforderlicher Wärmeleistung, mittlerer Sonneneinstrahlung und Anlaufzeit der Anordnung parallel oder in Reihe geschaltet werden.
Die Absorber können statt sternförmig auch jeweils fächerförmige Anordnungen der Absorberkanäle 98 aufweisen. Dies ist in 17 dargestellt. Auch dann ist ein gemeinsamer Einlass und Auslass 100 vorgesehen. Dieser liegt jedoch nicht mehr zentral in der Mitte, sondern in einem Randbereich des Absorbers. Diese fächerförmigen Absorber stellen quasi ein Segment 102 der oben beschriebenen sechseckigen oder quadratischen Absorbergeometrie 104 dar. Segmente 106 und 108 können wie in 17 dargestellt zu unterschiedlichen Geometrien zusammengesetzt werden.
In 13 ist ein Querschnitt durch den Gehäuserahmen 40 und den Gehäuseboden 42 gezeigt. Der Rahmen 40 und der Boden 42 sind in einem Stück hergestellt. Zwischen dem schematisch dargestellten Absorber 70 und dem Boden 42 ist die thermische Isolierung 72 vorgesehen. Zwischen einer Glasplatte 74 und dem Absorber 70 ist ein Hohlraum 76 gebildet. Die Glasplatte 74 und der Absorber 70 sind jeweils mit ihren Rändern 78 bzw. 80 in zugehörigen Nuten auf der Rahmeninnenseite 82 des Gehäuserahmens 40 gehalten.
In dem Rahmen 40 sind auf der Höhe des Hohlraums 76 seitliche Öffnungen vorgesehen. Diese Öffnungen sind in 10 und 11 dargestellt. Klappen 84 sind an der Unterseite der Öffnungen 86 angelenkt. Mehrere solcher Klappen 84 sind über Führungsstangen 88 verbunden. Auch die Führungsstangen 88 sind gelenkig an den Klappen 84 befestigt. Eine endseitige Führungsstange 90 ist von der Federkraft einer Feder 92 beaufschlagt. Die Feder 92 sitzt auf einem Federwiderlager 96. Das Federwiderlager 96 ist fest mit dem Ende der Führungsstange 90 verbunden. Gegenüber dem Gehäuse 40 ist es frei beweglich. Durch die Änderung der Federkräfte von 92 und 94 ändert sich die Position von Federwiderlager und Führungsstange relativ zum Gehäuse. Auf der gegenüberliegenden Seite ist eine Rückstellfeder 94 vorgesehen, die ebenfalls auf die Führungsstange 90 wirkt. Die Feder 92 und die Rückstellfeder 94 haben unterschiedliche, temperaturabhängige Federkräfte. In 10 ist der Zustand dargestellt, bei dem die Federkraft der Feder 92 nach oben auf die Führungsstange 90 geringer ist, als die Kraft der Rückstellfeder 94 in entgegengesetzter Richtung. Entsprechend sind die Klappen 84 geschlossen.
11 zeigt den umgekehrten Fall, bei dem die Klappen geöffnet sind.
14 und 15 zeigen ein alternatives Ausführungsbeispiel für einen Verschlussmechanismus der Belüftungsöffnungen. Eine Belüftungsklappe 112 ist in 14 in geschlossenem und in 15 in geöffnetem Zustand dargestellt. Ein Rahmen 110 ist fest mit dem Kollektorrahmen 40 verbunden. Die Belüftungsklappe ist als Deckel 112 zum Verschließen der Öffnung ausgebildet. Der Deckel 112 ist senkrecht zum Rahmen 110 beweglich. Seine Position wird – nach dem gleichen Prinzip wie in der in 10 und 11 gezeigten Ausführung – durch die temperaturabhängigen Federkräfte der Stellfedern 114 und 116 bestimmt. In 16 ist ein Schnitt D-D dargestellt, um die Verbindung von Rahmen und Deckel zu verdeutlichen.
Bei dieser Ausführung wird die Kraftübertragung durch eine Führungsstange vermieden. Die Anzahl der beweglichen Teile wird dadurch verringert und die Zuverlässigkeit der Konstruktion wird erhöht.

Claims

Solarkollektoranordnung zur Trink- oder Brauchwassererwärmung auf eine Temperatur oberhalb von 50°C enthaltend einen von einem Arbeitsmedium durchströmten Absorber (10) in einem teilweise für Sonnenstrahlung transparenten Gehäuse (38) und Mittel (60) zur Isolierung des Absorbers (10) gegen thermische Verluste an die Umgebung, dadurch gekennzeichnet, dass der Absorber (10) aus Kunststoff gefertigt ist.
Solarkollektoranordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel (84, 86, 110, 112) zur Regelung der Rücklauftemperatur des Arbeitsmediums in oder hinter dem Absorber auf einen Temperaturbereich von 90°C–95°C.
Solarkollektoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Regelung der Rücklauftemperatur einen oder mehrere temperaturabhängig einstellbare Belüftungsöffnungen (86) in dem Gehäuse (38) umfassen.
Solarkollektoranordnung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse Wandungen (40, 42) aus Kunststoff aufweist.
Solarkollektoranordnung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsmedium reines Wasser ist.
Solarkollektoranordnung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pumpe (22) zum Umpumpen des Arbeitsmediums in einem geschlossenen Kreislauf vorgesehen ist und dass eine Sicherheitsgruppe und/oder ein Ausdehnungsgefäß zur Vermeidung von Überdruck in dem Kreislauf vorgesehen sind.
Solarkollektoranordnung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der für Sonnenstrahlung transparente Teil (16) des Gehäuses (38) von einer Glas- oder glasartigen Scheibe gebildet wird, welche mit Verstärkungsrippen versehen ist und/oder eine integrierte Metalldrahtverstärkung aufweist.
Solarkollektoranordnung nach einem der vorgehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Stützen, die aus dem Absorber herausragen zum Abstützen des für Sonnenstrahlung transparenten Teils.
Solarkollektoranordnung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Teile des Gehäuses mit einem Profil zur vereinfachten Dachintegration versehen sind.
Solarkollektoranordnung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Absorber einen Einlass (12) aufweist, der mit stern- oder fächerförmig radial von dem Einlass abgehenden Absorberkanälen (14) verbunden ist.
Solarkollektoranordnung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbgebung des Kollektorrahmens optisch an das Untergrundmaterial angepasst ist.
Absorber zur Verwendung in einer Solarkollektoranordnung enthaltend einen Einlass (12) und einen Auslass (34) und zwischen Einlass und Auslass angeordnete Absorberkanäle (14), dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle stern- oder fächerförmig radial von dem Einlass abgehen.
Absorber nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Einlass abgehenden Absorberkanäle (14) im wesentlichen in einer ersten Ebene angeordnet sind und dass in einer zweiten Ebene auf der der absorbierenden Seite der Absorberkanäle abgewandten Seite der Absorberkanäle Rückführungskanäle (32) zum Auslass (34) vorgesehen sind.
Absorber nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass von einem Einlasskanal gebildet ist, der um den Auslass herum zu den Absorberkanälen geführt ist.
Absorber nach einem der Ansprüche 12 bis 14, gekennzeichnet durch eine sechseckige Form.
Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung der Temperatur in einem Absorber für Solarkollektoren, wobei der Absorber in einem teilweise für Sonnenstrahlung transparenten Gehäuse angeordnet ist, welches eine oder mehrere Öffnungen (86) zur Belüftung des Gehäuseinnenraums (76) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (86) verschlossen werden, wenn die Temperatur in dem Absorber innerhalb eines ausgewählten Temperaturbereichs liegt.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der ausgewählte Temperaturbereich zwischen 5°C und 100°C liegt.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Öffnen und Schließen der Öffnungen durch Formgedächtnismetall, Formgedächtniskunststoff oder Bimetall bewirkt wird.