DE102007044063A1

DE102007044063A1 - Verfahren und solarthermische Anlage zur Erzeugung von Wärme aus der Sonnenenergie

Info

Publication number: DE102007044063A1
Application number: DE102007044063A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Merkel; Walter Sproll
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-09-14
Filing date: 2007-09-14
Publication date: 2009-03-19
Anticipated expiration: 2027-09-15
Also published as: DE102007044063B4

Abstract

Mit dem Verfahren und der solarthermischen Anlage zur Erzeugung von Wärme aus der Sonnenenergie soll ein Kollektorfeld mit Parabolrinnen und Absorberrohren gesteuert der einstrahlenden Sonnenenergie nachgeführt und eine Nutzung der Wärme zu einem vorhandenen Brauchwassersystem ermöglicht werden. Die Erfindung sieht vor, von Sensorgruppen aufgenommene Signale einer Helligkeitsmessung und Brennpunktüberwachung durch eine analoge und digitale Elektronik auszuwerten, diese Signale über einen nachgeschalteten Verstärker zum Antrieb einer Drehbewegung und/oder Neidung des Kollektorfelds zu einer automatisch gesteuerten, senkrechten Einstrahlung der Sonnenenergie führenden Ausrichtung des Kollektorfelds zu verwenden und die Durchflussmenge des in dem Kreislauf vom Kollektorfeld als Vorlauf ablaufenden und zum Kollektorfeld als Rücklauf zulaufenden Mediums analog zu regeln. Über einen Wärmetauscher (25) wird der Kreislauf des Mediums des Kollektorfelds an den Kreislauf des vorhandenen Brauchwassersystems gekoppelt und die Wärmeübertragung bedarfsweise geregelt. Das modulartig lösbar gefügte, in sich starre Kollektorfeld und dessen einfacher Antrieb unterstützen die wirtschaftliche Realisierung und Nutzung der Erfindung insbesondere für Einfamilienhäuser (Fig. 5).

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung und Regelung einer solarthermischen Anlage zur wirtschaftlichen Erzeugung von Wärme aus der Sonnenenergie. Ferner betrifft die Erfindung eine solarthermische Anlage zur Durchführung des Verfahrens, umfassend ein der einstrahlenden Sonnenenergie gesteuert nachführbares Kollektorfeld mit Parabolrinnen, Absorberrohren und die mögliche Einordnung der solarthermischen Anlage in ein vorhandenes Brauchwassersystem zur Durchführung des Verfahrens.
Stand der Technik
Es sind Anlagen gemäß der DE 195 02 070 A1 bekannt, die sowohl elektrische Energie als auch Wärme erzeugen, die allgemein als Solaranlagen bezeichnet werden. Die Beheizung, Warmwasser- und Stromversorgung von Gebäuden mittels Solarenergie beschreibt die DE 110 48 035 A1 als ein komplexes Beispiel.
Demgegenüber will sich die Erfindung allein auf die wirtschaftliche Umwandlung der Sonnenenergie in Wärme konzentrieren.
Die eingangs gattungsmäßig abgegrenzten Solaranlagen sind herkömmlich oft auf Hausdächern fest montiert und nehmen je nach Dachausrichtung und Sonnenstand nur einen Bruchteil der Sonnenenergie auf.
Je nach Dachausrichtung und Beschaffenheit sind aufwändige konstruktive Maßnahmen für den Bau solcher Anlagen erforderlich, um die Ausbeute der Sonnenenergie zu erhöhen.
Aufgrund des festen Aufbaus des Systems besteht bei hoher Sonneneinstrahlung die Gefahr der Überhitzung des Mediums. Aus Sicherheitsgründen eines üblichen Druckbetriebs müssen dafür Druckschläuche, Überdruckventile sowie Ausdehnungsgefäße eingesetzt werden, Außerdem werden für die Aufrüstung sowie Nachrüstung große Brauchwasserspeicher mit Solaranschlüssen und entsprechender Regelung benötigt.
Bei diesem hohem Aufwand von Material und Lohnkosten ist somit nur bedingt ein wirtschaftlicher Einsatz einer Solaranlage möglich.
Es besteht bei der Entwicklung von thermischen Solaranlagen die allgemeine Anforderung, den Bauaufwand zu senken und die Sonnenenergie effizienter zu nutzen.
Zu diesem Zweck wurden dem Sonnenstand nachführbare Parabolrinnenspiegelkollektoren bekannt, wie sie in der DE 200 03 882 U1 , den DE 298 02 992 U1 und DE 199 16 514 B4 offenbart sind.
Nach der erstgenannten Erfindung wird schon ein elektronisch gesteuertes Konzept verfolgt, jedoch gewährleistet dieses Konzept keine genaue Nachführung.
Entsprechend der letztgenannten Erfindung sind die Kollektoren in modularer Flachbauweise ausgeführt, wobei diese im Einzelnen das Kollektorfeld, die Absorberohre, die Parabolrinnen und deren Antrieb umfassen.
Nachteilig ist hierbei, dass

– jede Parabolrinne einzeln geschwenkt wird,
– die Ansteuerung durch einen Schrittmotor über eine Zeitschaltuhr erfolgt,
– Aussagen über Befestigung oder Drehung in Ost-Süd-West-Richtung fehlen,
– Angaben über die Erwärmung des Mediums, dessen Einspeisung in den Warmwasserspeicher und Druckverhältnisse nicht vorliegen,
– eine Glasabdeckung unzweckmäßig ist und
– die Probleme der Fertigung der Parabolrinnen offen bleiben.

Darüber hinaus erfordert das Kollektorfeld relativ viel Abstand zwischen den einzelnen Parabolrinnen, da bei senkrechter Montage die eine Parabolrinne die andere erheblich abdeckt.
Somit muss das Kollektorfeld, je nach Anzahl von Parabolrinnen, extrem groß gebaut werden. Es wird demzufolge eine Schrägstellung des gesamten Reflektors erforderlich, wodurch eine hohe Verschmutzungsgefahr bei fester Montage besteht.
Auch ist die Justierung der Spiegel auf den Absorberbrennpunkt bei Rollen- bzw. Spindelantrieb und der Austausch der Spiegel aufwendig.
So bedingt auch eine übliche Zeitschaltuhr, dass eine Standortveränderung nicht möglich ist und das Kollektorfeld entsprechend der Sonnenlaufbahn nachjustiert werden muss.
Schon die Fertigung von 1 m bis 2 m langen Parabolrinnen wird kompliziert und teuer, da Wärmeausdehnungen, die den Brennpunkt verändern, konstruktiv zu kompensieren sind.
Ebenfalls wird die Gewährleistung der Torsionsfestigkeit bei diesen Längen zum Problem.
Schließlich besteht kein Sicherheitskonzept bei Ausfall der Pumpe, und die Spiegel können nicht aus dem Brennpunkt gefahren werden.
Eine verbesserte Nachführung beschreibt die DE 198 32 232 mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Sonnenstrahlenumwandlung mittels der Sonne nachlaufender Achse.
Hierbei bleiben nachteilig:

– Ein hoher Energieeinsatz zur Steuerung der Anlage,
– die Servomotoren und deren Ansteuerung
– Justierung von Zahnriemenantrieben
– ein Verdrehen des Kollektorfeldes bei Windeinflüssen und
– die mit der Zuführung von elektrischen Leitungen sowie dem Zulauf bzw. Rücklauf des flüssigen Mediums verbundenen Probleme.

Ein anderer Sonnenkollektor wird in der DE 100 11 052 B4 vorgestellt, bei dem eine „lichtdurchlässige Platte" verwendet wird, hinter der sich die Absorberrohre und Spiegel befinden.
Markante Merkmale sind u. a.:

– Eine Schutzscheibe,
– der evakuierte Hohlraum zwischen Scheibe und Spiegel.
– die Herstellung der Parabolrinne durch Tiefziehen eines Bleches aus einem Stück,
– die Hochdruckleitung und
– die Formstücke aus Halbschalen.

Die Glasscheibe verhindert zwar die Verschmutzung der Spiegel, zugleich vermindert sie aber erheblich und nachteilig die Einstrahlung des gesamten Sonnenspektrums. Technisch aufwendig ist es auch, das dort erforderliche Vakuum zu erzeugen und dieses zu halten.
Die derzeitige Anwendung dieser Lösung bei Röhrenkollektoren steigert die Kosten erheblich.
Insgesamt ist der Herstellungsprozess der Parabolrinnen viel zu aufwendig und somit teuer, da die Spiegelbleche mit Halterung, z. B. mit NC-Blechbiegemaschinen, hergestellt werden müssen.
Die Steueranlage für Solarfelder gemäß der DE 102 47 177 A1 erscheint universell für Klein- bis Großanlagen verwendbar zu sein, sie erfordert jedoch stets eine standortabhängige Justierung. Außerdem erfordern Solaranlagen naturgemäß keine exakte Nachführung
Schließlich wird entsprechend der DE 10 2005 036 703 A1 ein Nachführsystem für Solaranlagen mittels einer mechanische Kurvensteuerung vorgestellt, bei der die Jahreskurve über ein Schrittschaltwerk realisiert werden soll. Diese mechanisch starre Nachführung erfordert neben dem erheblichen technologischen Aufwand, dass die Tageskurve und die Jahreskurve je nach Standort ausgetauscht werden müssen.
Die Gesamtschau des Standes der Technik lässt kein Konzept erkennen, um die angesprochenen Nachteile, wie

– Exakte Nachführung und Nachjustierung,
– Parabolspiegelherstellung und Modulaustausch,
– Brennpunktverzerrungen
– Verschmutzungsgrad,
– Hochdruckbetrieb und
– Sonnenenergieausbeute

Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung und Regelung einer solarthermischen Anlage zur wirtschaftlichen Erzeugung von Wärme aus der Sonnenenergie und eine solarthermische Anlage, umfassend ein der einstrahlenden Sonnenenergie gesteuert nachführbares Kollektorfeld mit Parabolrinnen, Absorberrohren zu schaffen, wobei eine Nutzung zu einem vorhandenen Brauchwassersystem zu ermöglichen ist.
Aufgabengemäß wird ein dreh- und neigbares Kollektorfeld mit Parabolrinnen als Spiegelkollektoren und Absorberrohren verwendet.
Das Kollektorfeld wird nach einem baukastenartigen Modulprinzip zusammengesetzt.
Mit Hilfe einer elektronischen Steuerung wird ein optimaler Brennpunktverlauf und somit ein hoher Wirkungsgrad mit geringem technologischem Aufwand sichergstellt.
Erfindungsgemäß wird dies nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 dadurch gelöst, dass für die Steuerung und Regelung der solarthermischen Anlage, die eine vom jeweiligen Standort des Kollektorfelds in der Zeit vom Sonnenaufgang bis zum Sonnenuntergang unabhängige Steuerung des Parabolrinnen und Absorberrohr aufweisenden Kollektorfelds umfasst,

a) mittels einer nach dem C-MOS-Logik-System wirkenden analogen und digitalen Elektronik und von darin integrierten, verschiedenen Sensorgruppen ausgehenden und in die analoge und digitale Elektronik eingehenden Signalen einer Helligkeitsmessung und Brennpunktüberwachung Signale für eine Drehung und/oder Neigung des Kollektorfelds ausgewertet werden,
b) von einem nachgeschalteten Verstärker diese Signale zum Antrieb einer Drehbewegung und/oder Neigung des Kollektorfelds für eine zu einer senkrechten Einstrahlung der Sonnenenergie zum Kollektorfeld führenden Aus richtung des Kollektorfelds verwendet werden, um mindestens eine optimale Ausrichtung des Kollektorfelds zu erreichen und
c) in den nachgeschalteten Verstärker Signale eines ersten Temperatursensors für eine analoge Regelung der Durchflussmenge des in einem Kreislauf vom Kollektorfeld als Vorlauf ablaufenden und zum Kollektorfeld als Rücklauf zulaufenden Mediums eingehen, um diese Signale zur analogen Regelung einer Tauchpumpe zu verwenden.

Das Verfahren wird dahingehend ausbaufähig, dass

a) ein Wärmetauscher zur Übertragung der Wärme des Kreislaufs des vom Kollektorfeld als Vorlauf ablaufenden und des zum Kollektorfeld als Rücklauf zulaufenden Mediums an einen Kreislauf eines vorhandenen Brauchwassersystems verwendet wird und
b) von einem zweiten Temperatursensor Signale des zum Kollektorfeld als Rücklauf zulaufenden Mediums für eine Zweipunktregelung zur Zu-/Abschaltung der Wärmeübertragung an den Kreislauf des vorhandenen Brauchwassersystems verwendet werden.

Vorteilhaft wird der Kreislauf des vom Kollektorfeld als Vorlauf ablaufenden und zum Kollektorfeld als Rücklauf zulaufenden Mediums drucklos betrieben.
Im Einzelnen werden die verschiedenen Sensorgruppen für folgende Funktionen eingesetzt:

• Eine erste Sensorgruppe zur Helligkeitsmessung,
• eine zweite Sensorgruppe zur Drehung des Kollektorfeldes,
• eine dritte Sensorgruppe zur Feineinstellung, Brennpunküberwachung und/oder der Drehung,
• eine vierte Sensorgruppe zur Neigung des Kollektorfeldes und/oder
• eine fünfte Sensorgruppe zur Feineinstellung, Brennpunküberwachung und/oder der Neigung.

Bei ungenügender Sonneneinwirkung sowie nachts wird das Kollektorfeld durch einen Rollladen verschlossen.
Die Drehung des Kollektorfelds und die Neigung des Kollektorfelds kann mittels der analogen und digitalen Elektronik koordiniert dreidimensional gesteuert werden.
Das Kollektorfeld kann bei ungenügender Sonneneinwirkung, vor Sonnenaufgang und/oder nach Sonnenuntergang mittels der analogen und digitalen Elektronik in eine Startposition gefahren werden, um z. B. morgens erneut schnellstmöglich seine exakte Ausrichtung zu finden.
Sinnvollerweise kann die analoge und digitale Elektronik mittels eines Umschalters von Hand- in Automatikbetrieb und von Automatik- in Handbetrieb geschaltet werden
Mit dem Verfahren sind verschiedene Varianten von Nachführungen und Ausrichtungen realisierbar, wie z. B.:

• In einer Ausbildung wird in einer Startphase der Anlage mittels der für die Neigung des Kollektorfelds verantwortlichen vierten Sensorgruppe das Kollektorfeld so geneigt, dass es annähernd senkrecht zur Einstrahlung der Sonnenenergie steht.
• In einer anderen Ausbildung wird in einer Startphase der Anlage mittels der für die Neigung des Kollektorfelds verantwortlichen vierten Sensorgruppe und der für die Drehung des Kollektorfelds verantwortlichen zweiten Sensorgruppe das Kollektorfeld so koordiniert und dreidimensional ausgerichtet, dass es annähernd senkrecht zur Einstrahlung der Sonnenenergie steht.
• Für den Normalbetrieb der Anlage wird das Verfahren so vervollkommnet, dass mittels der die Stellung des Brennpunktes zur Einstrahlung der Sonnenenergie überwachenden dritten Sensorgruppe die Drehung und/oder mittels der die Stellung des Brennpunktes zur Einstrahlung der Sonnenenergie überwachenden fünften Sensorgruppe die Neigung des Kollektorfelds in dreidimensionaler, exakter Ausrichtung erfolgt.
• Das Verfahren kann in Kombination sämtlicher Verfahrensschritte mittels der verknüpfenden analogen und digitalen Elektronik so optimiert werden, dass durch die darin ein gehenden Signale der für die Drehung des Kollektorfelds verantwortlichen zweiten Sensorgruppe und die Stellung des Brennpunktes zur Einstrahlung der Sonnenenergie überwachenden dritten Sensorgruppe und für die Neigung des Kollektorfelds verantwortlichen vierten Sensorgruppe und die Stellung des Brennpunktes zur Einstrahlung der Sonnenenergie überwachenden fünften Sensorgruppe das Kollektorfeld exakt der Sonnenbahn nachführbar wird.
• Mittels der die Signale der ersten Sensorgruppe für die Helligkeitsmessung, der zweiten, dritten, vierten und fünften Sensorgruppe für die eigentliche Nachführung verarbeitenden analogen und digitalen Elektronik kann der Brennpunkt des Kollektorfelds ständig auf eine senkrechte Einstrahlung der Sonnenenergie automatisch überwacht werden, wobei das Kollektorfeld dann entsprechend nachgeführt wird, wenn – so auch nach starker Wolkenbildung mit anschließender Aufhellung – die Einstrahlung der Sonnenenergie vom Brennpunkt des Kollektorfelds wieder abweicht.
• Bei Überhitzung des Solarkreislaufes kann das Kollektorfeld aus dem Brennpunkt gefahren werden.

Das dahingehend schon ausgebaute Verfahren, dass

a) der Wärmetauscher zur Übertragung der Wärme des Kreislaufs des vom Kollektorfeld als Vorlauf ablaufenden und des zum Kollektorfeld als Rücklauf zulaufenden Mediums an einen Kreislauf eines vorhandenen Brauchwassersystems dient, wird
b) über den am Ausgang des Wärmetauschers angebrachten zweiten Temperatursensor durch die Zweipunktregelung mit einstellbarer Führungsgröße zur Regelung einer Umwälzpumpe im vorhandenen Brauchwassersystem vervollkommnet.

Vorteilhaft wird der Kreislauf des vom Kollektorfeld als Vorlauf ablaufenden und zum Kollektorfeld als Rücklauf zulaufenden Mediums drucklos betrieben.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist das Kollektorfeld mit den Parabolrinnen und die zu einem Kreislauf für das Medium geschlossenen Absorberrohre auf und umfasst erfindungsgemäß

a) eine analoge und digitale Elektronik in C-MOS-Technik, die eingehende Signale von verschiedenen Sensorgruppen zur Helligkeitsmessung, Drehung und Neigung des Kollektorfeldes sowie die Brennpunktüberwachung auswertet,
b) einen nachgeschalteten Verstärker, der Signale zum Antrieb einer Drehbewegung und/oder Neigung des Kollektorfeldes liefert, um eine optimale Ausrichtung des Kollektorfeldes zu erreichen, und
c) der ein Signal von einem ersten Temperatursensor im Solarkreislauf zur analogen Regelung einer Tauchpumpe nutzt.

Zur Wärmeübertragung des Kreislaufs des vom Kollektorfeld als Vorlauf ablaufenden und des zum Kollektorfeld als Rücklauf zulaufenden Mediums sind

a) ein Wärmetauscher an einen Kreislauf eines vorhandenen Brauchwassersystems angeschlossen und
b) ein zweiter, am Ausgang des Wärmetauschers angeschlossener Temperatursensor vorgesehen, der eine vorhandene Umwälzpumpe mittels einer vergleichenden Zweipunktregelung in Abhängigkeit einer einstellbaren Führungsgröße dann einschaltet, wenn die Brauchwassertemperatur kleiner als die ein gestellte Führungsgröße ist.

Für den drucklos betriebenen Kreislauf des vom Kollektorfeld als Vorlauf ablaufenden und zum Kollektorfeld als Rücklauf zulaufenden Mediums sind eine kleiner offener Behälter mit der Tauchpumpe und ein Rückschlagventil vorgesehen.
Der analogen und digitalen Elektronik mit der integrierten

– ersten Sensorgruppe
– zweiten Sensorgruppe,
– dritten Sensorgruppe,
– vierten Sensorgruppe und
– fünften Sensorgruppe

– einem Antrieb der Drehbewegung,
– einem Antrieb der Neigung,
– einem Antrieb des Rollladens und
– dem Tauchpumpenmotor

Technologisch günstig wird das Kollektorfeld mit einem die Parabolrinnen aufnehmenden Rahmen lösbar gefügt, wobei

– das Kollektorfeld in die Parabolrinnen aufnehmende Felder unterteilt ist,
– der Rahmen aus Profilen und Profillaufschienen mit seitlichen Profillaufschienen besteht,
– der Rahmen die Parabolrinnen aufnehmende und lösbar zugefügte Winkelprofile und T-Profile aufweist,
– der Rahmen an den seitlichen Profillaufschienen angebrachte Schellen zur Befestigung der Absorberrohre aufweist,
– die Parabolrinnen aus Spiegelmodulen zusammengesetzt sind,
– die Spiegelmodule aus Parabolbetten und Kleinparabolspiegeln bestehen,
– das Parabolbett aus Hartschaum geformt ist und/oder
– der Kleinparabolspiegel aus einer auf das Parabolbett klemmbaren Spiegelfolie bzw. einem hochreflektierenden Aluminiumspiegel geformt wird.

Die solarthermische Anlage wird für die Durchführung des Verfahrens so mechanisiert, dass das Kollektorfeld mittels der Befestigung über einen die Drehung und Neigung übertragenden Bügel mit einem die Drehung des Kollektorfelds übertragenden und um ein inneres Ständerrohr drehbar geführten äußeren Ständerrohr sowie mit einer die Neigung des Kollektorfelds übertragenden und in einer Mutter laufenden Gewindespindel verbunden ist. Dabei wird die Drehung des Kollektorfelds von einem ersten Getriebestrang und die Neigung des Kollektorfelds von einem zweiten Getriebestrang übertragen.
Der erste Getriebestrang umfasst einen ersten Getriebemotor mit Schnecke und das äußere Ständerrohr mit Zahnkranz. Der zweite Getriebestrang umfasst einen zweiten Getriebemotor mit Schnecke und die Gewindespindel mit Zahnkranz.
Zweckmäßig wird der kleine offene Behälter für die Tauchpumpe am äußeren Ständerrohr angebracht.
Das Kollektorfeld ist durch den Rollladen abdeckbar, wenn die Anlage außer Betrieb ist, wobei dieser sinnvoll oben am Rahmen angeordnet wird. Der Rollladen wird motorisch betrieben.
Dadurch, dass in einer denkbaren Kombination der erfindungsgemäßen Merkmale, wie

a) ein Rahmen, der das Kollektorfeld umfasst, mehrere parallel angeordnete Parabolrinnen aus mehreren Spiegelmodulen und Absorberrohren, die zu einer starren Einheit lösbar gefügt sind,
b) das Kollektorfeld einachsig senkrecht zur Drehung und einachsig waagerecht zur Neigung für eine dreidimensionale Ausrichtung angeordnet ist,
c) das Kollektorfeld eine erste Sensorgruppe, zweite Sensorgruppe, dritte Sensorgruppe, vierte Sensorgruppe und fünfte Sensorgruppe zur koordinierten Helligkeitsmessung, Nachführung und zur Überwachung seines Brennpunktes aufweist,
d) das Kollektorfeld eine auswertende analoge- und digitale Elektronik für eine dreidimensionale Ausrichtung des Brennpunktes des Kollektorfelds auf eine senkrechte Einstrahlung der Sonnenenergie besitzt,
e) eine elektronische Wirkverbindung zwischen der ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Sensorgruppe besteht und
f) ein Anschluss des Kreislaufs des Kollektorfelds über einen Wärmetauscher an ein Brauchwasserversorgungssystem vorgesehen ist,

Die Spiegelkollektoren wie Parabolrinnen werden so einsetzbar, dass das gesamte Spektrum der Sonnenenergie fokussiert auf die Absorberrohre gelenkt wird. Die Spiegelfläche kann dabei nur maximal 3 Quadratmeter betragen. Größere Flächen, die aufwändige konstruktive Maßnahmen erfordern und die Anlage im Vergleich zu den bisherigen auf dem Markt befindlichen Kollektoren verteuern würden, werden unnötig und somit wirtschaftlich uninteressant.
Die erfindungsgemäße Solaranlage kann für 2 bis 6 Personenhaushalte problemlos auf Hausdächern, an Giebeln, Garagen und in Gärten installiert werden. Hervorzuheben ist, dass herkömmliche, bestehende Brauchwasserspeicher genutzt werden können und keine Eingriffe in bestehende Warmwasser- bzw. Heizungssysteme erforderlich sind. Das einfach aufgebaute und demnach preiswerte, nach dem Baukasten- und Modulprinzip zusammensetzbare System kann selbst im Eigenbau montiert und installiert werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
In den Zeichnungen zeigen
1 die Draufsicht auf ein erfindungsgemäß aus Parabolrinnen 2 gefügtes Kollektorfeld 17 mit Absorberrohren 3,
2 die Seitenansicht des Kollektorfelds 17 mit geschnitten dargestellten Spiegelmodulen 12 nach 1,
3 die Drauf- und Seitenansichtansicht eines einzelnen Kleinparabolspiegels 13 im einzelnen Parabolbett 14,
4 die Seitenansicht des neig- und schwenkbaren Kollektorfelds 17
5 ein Prinzipschaltbild der solarthermische Anlage und deren Zuordnung an ein vorhandenes Brauchwassersystem und
6 ein Blockschaltbild der verfahrensgemäßen Steuerung und Regelung der solarthermischen Anlage.
Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
Gemäß 1 besitzt die solarthermische Anlage mit einem Kollektorfeld 17 einen, die Parabolrinnen 2 aufnehmenden Rahmen 1, welcher lösbar gefügt und in die Parabolrinnen 2 aufnehmende Felder unterteilt ist. Der Rahmen 1 ist aus handelsüblichen Profilen 4 aus Aluminium zusammengesteckt. Der Rahmen 1 nimmt die Parabolrinnen 2 mittels lösbar gefügter wie zusammensteckbarer Winkelprofile 10 und T-Profile 11 entsprechend 2 auf.
Am Rahmen befinden sich Profillaufschienen 5 und seitliche Profillaufschienen 8, die Schellen 9 zur Befestigung von Absorberrohren 3 aufweisen. Dadurch ist eine einfache Einstellung der Absorberrohre 3 auf den Brennpunkt der einzelnen Parabolrinnen 2 möglich.
In 1 und 2 ist angedeutet, dass die Parabolrinnen 2 aus Spiegelmodulen 12 lösbar gefügt sind. Dabei ist nach 3 das Parabolbett 14 aus Hartschaum mit entsprechendem Kleinparabolspiegel 13 geformt.
Entsprechend diesem Grundaufbau können der Rahmen 1 und seine benannten Bestandteile im Sinne eines Leichtbaus schnell und günstig zusammengefügt werden.
Es ist hervorzuheben, dass nicht die einzelnen Parabolrinnen 2 auf die senkrechte Sonneneinstrahlung ausgerichtet werden, sondern das gesamte Kollektorfeld 17 mit Rahmen 1 als ein starres, aber lösbares System von Parabolrinnen 2, welches als Kollektorfeld, wie unten beschrieben, neig- und schwenkbar ausgebildet ist. Damit entfallen derartige antriebstechnische Elemente für die Parabolrinnen 2, wie sie im Stand der Technik dargestellt wurden.
In der Nacht und bei ungenügender Sonneneinstrahlung wird das Kollektorfeld 17 mit den Parabolrinnen 2 durch einen am Rahmen 1 angebrachten Rollladen 6 abgedeckt und so gegen Verschmutzung geschützt. Der Rollladen 6 wird durch einen in 6 symbolisch dargestellten Motor 37 angetrieben.
2 zeigt die Seitenansicht des Kollektorfelds 17 mit den einzelnen Spiegelmodulen 12, den Absorberrohren 3 und einer Befestigung 7 des Kollektorfelds 17 an einem in 4 dargestellten Bügel 15.
Die Anbringung des Kollektorfelds 17 ist so gewählt, dass bei einer etwa 45°-Stellung des Kollektorfelds 17 eine Balance besteht. Dadurch können Befestigung 7 und Antriebstechnik mit vertretbarem Aufwand ausgeführt werden.
Gemäß 3 ist die Vorder- und Seitenansicht des einzelnen Spiegelmoduls 12 dargestellt, welches aus dem in dem Parabolbett 14 wiederum lösbar eingesetzten Kleinparabolspiegel 13 besteht. Es können hier für die Kleinparabolspiegel 13 Industriespiegel aus Edelstahl, Aluminium oder Spiegelfolien mit einem Gesamtreflexionsgrad von über 90% eingesetzt werden, deren Außeneinsatz sich allgemein schon bewährt hat.
Um nachteilige Verformungen der Kleinparabolspiegel 13 und deren aufwendige Fertigung jeglicher Art zu vermeiden, können die Spiegelgrößen mit einer Breite von etwa 0,2 bis 0,3 m eingesetzt werden. Dabei ist es sinnvoll, als Parabolbett 14 Blöcke aus dem schon erwähnten Hartschaumstoff zu formen.
Besonders vorteilhaft ist, dass bei den erfindungsgemäß lösbar zusammengesetzten Parabolrinnen 2 der aus dem Stand der Technik bekannte Nachteil, wonach große Parabol-Spiegelflächen mit entsprechenden Auflagebetten äußerst kompliziert und nur mit hohem Kostenaufwand herzustellen sind, hinsichtlich der nachteiligen Folgen wie Brennpunktverzerrungen und Stabilitätsprobleme erfindungsgemäß hier vermieden werden.
Durch die erfindungsgemäßen, lösbar gefügten Parabolrinnen 2 werden somit Fertigungs- und physikalisch-optische Probleme auf ein Optimum minimiert.
Somit ist für den Fachmann nachvollziehbar, dass die aus einzelnen Kleinparabolspiegeln 13 und Parabolbetten 14 zusammengesetzten Spiegelmodule 12 sehr einfach in das Kollektorfeld als Parabolrinnen 2 in eine Halterung mit den Winkeln 10 und T-Profilen 11 eingesetzt oder ausgetauscht werden können.
Die praktikable Grüße der einzelnen Spiegelmodule 12 ermöglicht auch die Zusammenstellung beliebiger Größen von Spiegelflächen.
Aufgrund des relativ geringen Gewichts eines derart gefügten Kollektorfelds 17 entfallen aufwendige konstruktive Maßnahmen.
In 4 ist die Seitenansicht des neig- und schwenkbaren Kollektorfelds 17 dargestellt. Das Kollektorfeld 17 ist mittels der Befestigung 7 über den Bügel 15 mit einem die Drehung des Kollektorfelds 17 übertragenden und um ein inneres Ständerrohr 18 drehbar geführten äußeren Ständerrohr 19 sowie mit einer die Neigung des Kollektorfelds 17 übertragenden und in einer Mutter 16.2 laufenden Gewindespindel 16.1 verbunden. Die Drehung des Kollektorfelds 17 wird von einem ersten Getriebestrang 20, aufweisend einen in 7 schematisch dargestellten ersten Getriebemotor 35 mit einer nicht dargestellten Schnecke und einem am äußeren Ständerrohr 19 befestigtem Zahnkranz 20.1 übertragen. Die Neigung des Kollektorfelds 17 wird von einem zweiten Getriebestrang 16, aufweisend einen zweiten in 7 schematisch dargestellten zweiten Getriebemotor 36 mit einer nicht dargestellten Schnecke und der in der Mutter 16.2 laufenden Gewindespindel 16.1 mit nicht bezeichnetem Zahnkranz übertragen.
Das innere Ständerrohr 18 kann entweder auf einer geeigneten Platte mit Flansch oder mit Schellen z. B. an Hausgiebeln befestigt werden. Darüber wird das drehbare äußere Ständerrohr 19 mit Kugellagern geführt, an welchem gemäß 4 der für die Neigung schwenkbare und die Drehung für das Kollektorfeld übertragende Bügel 15 angebracht ist. Der erste Getriebestrang 20 zur Drehung des Kollektorfelds verhindert zugleich ein versehentliches Verstellen der Drehbewegung infolge der Hemmung zwischen dem Zahnkranz 20.1 und nicht dargestellter Schnecke zum ersten Getriebemotor 35, wobei letzterer als Getriebe-Gleichstrommotor für eine langsame Drehbewegung sorgt.
An dem drehbaren äußeren Ständerrohr 19 ist das Kollektorfeld 17 mittels des schwenkbaren Bügels 15 derart gelenkig angebracht, dass mit der Gewindespindel 16.1 die gewollte senkrechte Ausrichtung des Kollektorfelds 17 auf die Sonnenstrahlen erfolgen kann. Der zweite Getriebestrang 16 kann auf einer entsprechend der Neigung mitschwenkenden nicht bezeichneten Platte gelagert sein.
Außerdem dient das drehbare äußere Ständerrohr 19 zur Aufnahme eines kleinen offenen Behälters 22, in der sich eine Tauchpumpe 23 entsprechend 5 befindet. Mit dieser regelbaren Tauchpumpe 23 erfolgt die bedarfsweise Förderung des Mediums über ein Rückschlagventil 21 an die Absorberrohre 3 des Kollektorfelds 17.
5 zeigt nun das Prinzipschaltbild der Funktion der solarthermischen Anlage und deren problemlose Anbindung an ein vorhandenes Brauchwassersystem, und zwar in der durch einen Wärmetauscher 25 vermittelten und zusammengeführten Wirkung von Solar- und Brauchwasserkreislauf.
Beginnend mit den aus 1 und 2 ersichtlichen Absorberrohren 3, die im Kollektorfeld 17 in Reihe geschaltet sind, bildet das obere, vom Kollektorfeld 17 ablaufende Absorberrohr 3 einen Zulauf für den Wärmetauscher 25 bei einem vorhandenen Warmwasserspeicher. Der Rücklauf vom Wärmetauscher 25 führt in den kleinen offenen Behälter 22, in dem sich die Tauchpumpe 23 befindet. Diese drückt das Medium durch ein Rückschlagventil 21 in das untere, zum Kollektorfeld zulaufende Absorberrohr 3. Somit bildet der Kreislauf des Mediums ein offenes, druckloses System. Bisher übliche Drucksicherheitsschläuche, Sicherheitsventile und Ausdehnungsgefäße können somit entfallen.
Weiterhin ist in 5 eine analoge Regelung 23.1 dargestellt, die mittels eines ersten Temperatursensors 23.2, welcher an dem vom Kollektorfeld 17 ablaufenden Absorberrohr 3 angebracht ist, die Temperatur des Mediums erfasst und die Drehzahl der Tauchpumpe 23 in Abhängigkeit von der Temperatur des Mediums regelt.
Darüber hinaus wird eine, im nicht bezeichneten Brauchwasserkreislauf vorhandene Umwälzpumpe 24 über eine Zweipunktregelung 24.1 mittels eines zwischen dem Wärmetauscher 25 und am Zulauf zum kleinen offenen Behälter 22 angebrachten zweiten Temperatursensors 24.2 in Abhängigkeit von einer als Führungsgröße einstellbaren Temperatur geregelt. Selbstverständlich wird die Umwälzpumpe nur dann in Betrieb gesetzt, wenn die Brauchwassertemperatur niedriger ist, als die eingestellte Führungsgröße.
In 5 ist ein zusätzlicher weiterer Temperatursensor nicht dargestellt, da vor Ort geklärt werden muss, ob der vorhandene Brauchwassersensor dafür verwendet werden kann.
In 6 ist die Steuerung und Regelung der solarthermischen Anlage als Blockschaltbild zusammengefasst dargestellt.
Da erfindungsgemäß die Ausrichtung des Kollektorfelds 17 unabhängig vom Standort erfolgen soll, kann ein kostenaufwendiges computergestütztes, wie bei Großanlagen übliches Nachführen des Kollektorfelds 17 entfallen. Ebenfalls entfällt eine zeitabhängige Steuerung, da sie vom Standort abhängig ist.
Deshalb setzt die Erfindung eine Schaltung aus C-MOS-Logikbaugruppen und Operationsverstärkern ein. Diese bewirkt bei entsprechender Sonneneinstrahlung ein automatisches Suchen des optimalen Brennpunktes des Kollektorfelds 17.
Im Block der analogen und digitalen Elektronik 31 werden Signale

– einer ersten Sensorgruppe 26 für eine Helligkeitsmessung,
– einer zweiten Sensorgruppe 27 für eine Drehung des Kollektorfelds,
– einer dritten Sensorgruppe 28 für eine Feineinstellung, Brennpunktüberwachung und/oder Drehung des Kollektorfelds,
– einer vierten Sensorgruppe 29 für eine Neigung des Kollektorfelds und
– einer fünften Sensorgruppe 30 für eine Feineinstellung, Brennpunktüberwachung und/oder Neigung des Kollektorfelds

Die analoge und digitale Elektronik 31 gibt über einen Verstärker 34, zu dem auch die vom ersten Temperatursensor 23.2 aufgenommenen Werte und geregelten Signale der analogen Regelung der Tauchpumpe 23 einlaufen, die Steuersignale für

– den ersten Getriebemotor 35 des ersten Getriebestrangs 20 zum Antrieb der Drehung des Kollektorfelds 17,
– den zweiten Getriebemotor 36 des zweiten Getriebestrangs 16 zum Antrieb der Neigung des Kollektorfelds 17,
– den Motor 37 zum Antrieb des Rollladens 6 und
– einen Motor 38 zum Antrieb der Tauchpumpe 23.

Mit einem Pfeil ist ein Anschluss einer Spannungsversorgung 33 der Elektronik angedeutet, und ein Umschalter 32 gestattet eine Umschaltung zwischen Hand- und Automatikbetrieb und umgekehrt.
Durch die optimal angebrachten ersten bis fünften Sensorgruppen 26–30 und der analogen und digitalen Elektronik 31 werden die Funktionen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der solarthermischen Anlage, wie

– laufende Überwachung des Brennpunkts und erforderliche Nachführung des Kollektorfelds 17,
– Suchen des Brennpunktes des Kollektorfelds 17 vom Sonnenaufgang bis zum Sonnenuntergang,
– Dreidimensionale Drehung und Einstellung des Winkels des Kollektorfelds 17 zur Sonne,
– exakter Verlauf des Kollektorfelds 17 nach der Sonnenbahn,
– Nachlaufen des Kollektorfelds 17 in den Brennpunkt nach starker Wolkenbildung mit anschließender Aufhellung,
– Fahren in eine Ausgangsposition und Schließen des Rollladen 6 bei ungenügender Sonneneinwirkung sowie nachts,
– temperaturabhängige Regelung der Tauchpumpe 23 und
– Fahren des Kollektorfelds 17 aus dem Brennpunkt bei Überhitzung

Eine einfache als Vergleicher wirkende Zweipunktregelung 24.1 und der zweite Temperatursensor 24.2 am Ausgang des Wärmetauschers 25 regeln die vorhandene Umwälzpumpe 24 zwischen einem vorhandenen Kessel und dem vorhandenen Warmwasserspeicher, wenn die Temperatur der Solaranlage höher ist, als die Brauchwassertemperatur.
Es ist somit kein Eingriff in eine vorhandene Heizungselektronik erforderlich. Außerdem erfordert die Erfindung keine elektrische und keine mediumtechnische Verbindung zwischen den Kreisläufen einer vorhandenen Heizung und der solarthermischen Anlage.
Die gesamte auswertende Elektronik befindet sich als analoge und digitale Elektronik 31 in einem Block. Über den kontaktlosen Verstärker 34 wird die gesamte Antriebstechnik gesteuert bzw. geregelt.
Der Umschalter 32 sorgt für eine Wahl von Hand- in Automatikbetrieb und umgekehrt. Außerdem können alle Motoren 36–38 über Taster auf ihre Funktionen überprüft werden. Die Spannungsversorgung 33 mit z. B. 12 V kann über einen kleinen nicht dargestellten Pufferakku erfolgen. Die minimale Stromaufnahme (im mA Bereich) kann somit über ein Solarmodul oder ein kleines Netzteil realisiert werden.
Schließlich werden bei der elektrischen Anlage die Sicherheitsbestimmungen SELV (Schutzkleinspannung) und Schutzart IP 64 problemlos eingehalten.
Die erfindungsgemäße solarthermische Anlage selbst, deren Steuerung und Regelung und die Übertragung der Wärme in das bestehende Brauchwassersystem schafft Vorteile, weil

– ein Brauchwasserspeicher mit getrenntem Solaranschluss nicht erforderlich ist und
– die Übertragung der Wärme in das bestehende Brauchwassersystem einfach und kostengünstig durch den Wärmetauscher 25 realisiert und der Wärmetauscher 25 dem bestehenden Kreislauf Kessel-Brauchwasserspeicher zugeordnet werden kann.

Der scheinbare Nachteil der Erwärmung des Kessels kehrt sich zum Vorteil, da

– dieser sich nicht abkühlt,
– wodurch sich in diesem kein Schwitzwasser bildet,
– deshalb keine die Kesselwand angreifende (Schwefel-)Säure entstehen kann und
– die Lebensdauer des Kessels erhöht wird.

Gewerbliche Anwendbarkeit
Bei der Anwendung der Erfindung ist es praktisch, dass die Parabolrinnen 2 fest im Rahmen 1 angeordnet sind, d. h. dass nur das Absorberrohr 3 bei horizontaler sowie vertikaler Verstellmöglichkeit einmal justiert werden muss. Beim Austausch einer Parabolrinne 2 ist keine Justierung erforderlich, da nur die Spiegelmodule 12 entsprechend ihrer Zusammenfügbarkeit zu ersetzen und anzubringen sind.
Bei üblichen Flächen des Kollektorfelds 17 bis max. 3 m² und entsprechenden Gleichstromgetriebemotoren (200 mA) für die Getriebestränge 16, 20 ist der Energieaufwand verhältnismäßig gering.
Eine teure Ansteuerelektronik und Schrittmotoren entfallen zu Gunsten der einfachen analogen und digitalen Elektronik 31, wodurch die günstigen Getriebestränge 16, 20 einsetzbar werden.
Gemäß der Erfindung erfolgt eine dreidimensionale Ausrichtung des Kollektorfelds 17 vom Sonnenaufgang bis zum Sonnenuntergang. Da das Kollektorfeld 17 und sein Dreh- und Neigungssystem eine Einheit bilden, sind nur kurze Schlauchverbindungen oder elektrische Verbindungen erforderlich.
Der Rollladen 6 verhindert eine Verschmutzung des Kollektorfelds 17 außerhalb der Betriebszeit, und das gesamte Sonnenspektrum kann während der Betriebszeit ohne Glasscheiben ausgenutzt werden.
Da das erfindungsgemäße Umlaufsystem des Mediums offen ist, entfallen Hochdruckleitungen und eine dementsprechende Sicherheitstechnik.
Durch die in kleinen Modulen ausgeführten und geformten Parabolbetten 14 aus Hartschaumstoffen entfallen aufwendige technologische Arbeiten für sonst übliche metallene Aufnahmegestelle und Parabolspiegel.
Die automatische Nachführung des Kollektorfelds 17 ermöglicht eine vom Standort unabhängige Aufstellung. Damit entfällt auch jede Art von Einjustierung.
Der hohe Wirkungsgrad des Verfahrens und der einfache modulartige und preiswerte Aufbau der erfindungsgemäßen Anlage gewährleisten eine umfassende gewerbliche Verwendung.

1: Rahmen
2: Parabolrinne
3: Absorberrohr
4: Profil
5: Profillaufschiene
6: Rollladen
7: Befestigung
8: seitliche Profillaufschiene
9: Schelle
10: Winkelprofil
11: T-Profil
12: Spiegelmodul
13: Kleinparabolspiegel (Spiegelfolie)
14: Parabolbett
15: Bügel
16: zweiter Getriebestrang
16.1: Gewindespindel
16.2: Mutter
17: Kollektorfeld
18: inneres Ständerrohr
19: drehbares äußeres Ständerrohr
20: erster Getriebestrang
20.1: Zahnkranz
21: Rückschlagventil
22: kleiner offener Behälter
23: Tauchpumpe
23.1: analoge Regelung für Tauchpumpe
23.2: erster Temperatursensor (Tauchpumpe)
24: Umwälzpumpe
24.1: Zweipunktregelung für Umwälzpumpe
24.2: zweiter Temperatursensor (Umwälzpumpe)
25: Wärmetauscher
26: erste Sensorgruppe (Helligkeitsmessung)
27: zweite Sensorgruppe (Drehung)
28: dritte Sensorgruppe (Drehung, Brennpunktüberwachung)
29: vierte Sensorgruppe (Neigung)
30: fünfte Sensorgruppe (Neigung, Brennpunktüberwachung)
31: analoge Elektronik und digitale Elektronik
32: Umschalter zwischen Hand- und Automatikbetrieb
33: Spannungsversorgung
34: Verstärker
35: erster Getriebemotor zum Antrieb der Drehbewegung
36: zweiter Getriebemotor zum Antrieb der Neigung
37: Motor zum Antrieb des Rollladens
38: Tauchpumpenmotor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19502070 A1 [0002]
- DE 11048035 A1 [0002]
- DE 20003882 U1 [0009]
- DE 29802992 U1 [0009]
- DE 19916514 B4 [0009]
- DE 19832232 [0020]
- DE 10011052 B4 [0022]
- DE 10247177 A1 [0027]
- DE 102005036703 A1 [0028]

Claims

Verfahren zur Steuerung und Regelung einer solarthermischen Anlage umfassend die Steuerung eines der einstrahlenden Sonnenenergie nachführbaren Kollektorfelds (17) mit Parabolrinnen (2) und Absorberrohren (3) und die Regelung der Durchflussmenge des Mediums im angeschlossenen Kreislauf des Kollektorfelds (17), dadurch gekennzeichnet, dass unabhängig vom jeweiligen Standort des Kollektorfelds (17) während einer Zeit vom Sonnenaufgang bis zum Sonnenuntergang a) mittels einer nach dem C-MOS-Logik-System wirkenden analogen und digitalen Elektronik (31) und von darin integrierten ersten bis fünften Sensorgruppen (26, 27, 28, 29 und 30) ausgehenden und in die analoge und digitale Elektronik (31) eingehenden Signalen einer Helligkeitsmessung und Brennpunktüberwachung Signale für eine Drehung und/oder Neigung des Kollektorfelds (17) ausgewertet werden, die b) von einem nachgeschalteten Verstärker (34) als Signale zum Antrieb einer Drehbewegung und/oder Neigung des Kollektorfelds (17) für eine zu einer senkrechten Einstrahlung der Sonnenenergie zum Kollektorfeld (17) führenden Ausrichtung des Kollektorfelds (17) ausgehen und c) in den nachgeschalteten Verstärker (34) Signale eines ersten Temperatursensors (23.1) für eine analoge Regelung (23.1) der Durchflussmenge des in einem Kreislauf vom Kollektorfeld (17) als Vorlauf ablaufenden und zum Kollektorfeld (17) als Rücklauf zulaufenden Mediums verwendet werden.
Verfahren zur Steuerung und Regelung einer solarthermischen Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass d) ein Wärmetauscher (25) zur Übertragung der Wärme des Kreislaufs des vom Kollektorfeld (17) als Vorlauf ablaufenden und des zum Kollektorfeld (17) als Rücklauf zulaufenden Mediums an einen Kreislauf eines vorhandenen Brauchwassersystems verwendet wird und e) von einem zweiten Temperatursensor (24.2) Signale des zum Kollektorfeld (17) als Rücklauf zulaufenden Mediums für eine Zweipunktregelung (24.1) mit einstellbarer Führungsgröße des Mediums zu einer Zu-/Abschaltung der Wärmeübertragung an den Kreislauf des vorhandenen Brauchwassersystems verwendet werden, wobei.
Verfahren zur Steuerung und Regelung einer solarthermischen Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragung dann zugeschaltet wird, wenn die Brauchwassertemperatur kleiner als die eingestellte Führungsgröße ist
Verfahren zur Steuerung und Regelung einer solarthermischen Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kreislauf des vom Kollektorfeld (17) als Vorlauf ablaufenden und zum Kollektorfeld (17) als Rücklauf zulaufenden Mediums drucklos betrieben wird.
Verfahren zur Steuerung und Regelung einer solarthermischen Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Signale für eine f) Helligkeitsmessung mittels einer ersten Sensorgruppe (26), g) Drehung des Kollektorfelds (17) mittels einer zweiten Sensorgruppe (27), h) Feineinstellung, Brennpunktüberwachung und/oder Drehung des Kollektorfelds (17) mittels einer dritten Sensorgruppe (28), i) Neigung des Kollektorfelds (17) mittels einer vierten Sensorgruppe (29) und/oder j) Feineinstellung, Brennpunktüberwachung und/oder Neigung des Kollektorfelds (17) mittels einer fünften Sensorgruppe (30) vom Verstärker (31) ausgewertet und für die zu der senkrechten Einstrahlung der Sonnenenergie zum Kollektorfeld (17) führenden Ausrichtung verwendet werden.
Verfahren zur Steuerung und Regelung einer solarthermischen Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die von der zweiten Sensorgruppe (27) ausgewerteten Signale für die Drehung des Kollektorfelds (17) verwendet werden.
Verfahren zur Steuerung und Regelung einer solarthermischen Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die von der dritten Sensorgruppe (28) ausgewerteten Signale für die Feineinstellung, Brennpunktüberwachung und Drehung des Kollektorfelds (17) in die zu der senkrechten Einstrahlung der Sonnenenergie zum Kollektorfeld (17) führenden Ausrichtung des Kollektorfelds (17) verwendet werden.
Verfahren zur Steuerung und Regelung einer solarthermischen Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die von der vierten Sensorgruppe (29) ausgewerteten Signale für die Neigung des Kollektorfelds (17) verwendet werden.
Verfahren zur Steuerung und Regelung einer solarthermischen Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die von der fünften Sensorgruppe (30) ausgewerteten Signale für die Feineinstellung, Brennpunktüberwachung und Neigung des Kollektorfelds (17) in die zu der senkrechten Einstrahlung der Sonnenenergie zum Kollektorfeld (17) führenden Ausrichtung des Kollektorfelds (17) verwendet werden.
Verfahren zur Steuerung und Regelung einer solarthermischen Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei ungenügender Sonneneinwirkung sowie nachts das Kollektorfeld (17) durch einen Rollladen (6) verschlossen wird.
Verfahren zur Steuerung und Regelung einer solarthermischen Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehung des Kollektorfelds (17) und die Neigung des Kollektorfelds (17) mittels der analogen und digitalen Elektronik (31) koordiniert dreidimensional gesteuert werden.
Verfahren zur Steuerung und Regelung einer solarthermischen Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der Temperatur des im Kreislauf vom Kollektorfeld (17) als Vorlauf ablaufenden und zum Kollektorfeld (17) als Rücklauf zulaufenden Mediums das Kollektorfeld (17) aus seinen oder in seinen Brennpunkt gefahren wird.
Verfahren zur Steuerung und Regelung einer solarthermischen Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Kollektorfeld (17) bei ungenü gender Sonneneinwirkung, vor Sonnenaufgang und/oder nach Sonnenuntergang mittels der analogen und digitalen Elektronik (31) in eine Startposition gefahren wird.
Verfahren zur Steuerung und Regelung einer solarthermischen Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die analoge und digitale Elektronik (31) von Hand- in Automatikbetrieb und von Automatik- in Handbetrieb mittels eines Umschalters (32) geschaltet wird.
Solarthermische Anlage zur Durchführung des Verfahrens, aufweisend ein Kollektorfeld (17) mit Parabolrinnen (2) und zu einem Kreislauf für ein Medium geschlossenen Absorberrohren (3), gekennzeichnet durch a) eine nach dem C-MOS-Logik-System wirkende, Signale einer Helligkeitsmessung und Brennpunktüberwachung für eine Drehung und/oder Neigung des Kollektorfelds (17) auswertende analoge und digitale Elektronik (31) mit integrierten ersten bis fünften Sensorgruppen (26, 27, 28, 29 und 30), b) einen nachgeschalteten, die Antriebe einer Drehbewegung und/oder Neigung des Kollektorfelds (17) für eine senkrechte Einstrahlung der Sonnenenergie zum Kollektorfeld (17) steuernden Verstärker (34) und c) einer mit dem nachgeschalteten Verstärker verbundenen, diesem Signale zuführenden, die Durchflussmenge im Solarkreislauf in Abhängigkeit der Temperatur regelnden analogen Regelung (23.1) mit einem ersten Temperatursensor (23.2).
Solarthermische Anlage nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch d) einen Wärmetauscher (25), der zur Wärmeübertragung des Kreislaufs des vom Kollektorfeld (17) als Vorlaufablaufenden und des zum Kollektorfeld (17) als Rücklauf zulaufenden Mediums an einen Kreislauf eines vorhandenen Brauchwassersystems angeschlossen ist, und e) eine vergleichende, mittels eines zweiten, die Temperatur am Ausgang des Wärmetauschers (25) messenden Temperatursensors (24.2), eine Umwälzpumpe (24) in Abhängigkeit einer einstellbaren Führungsgröße zu- und abschaltende Zweipunktregelung (24.1), wobei die Umwälzpumpe dann zuschaltbar ist, wenn die Brauchwassertemperatur kleiner als die eingestellte Führungsgröße ist.
Solarthermische Anlage nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass für den drucklos betriebenen Kreislauf des vom Kollektorfeld (17) als Vorlauf ablaufenden und zum Kollektorfeld (17) als Rücklauf zulaufenden Mediums ein kleiner offener Behälter (22) mit einer Tauchpumpe (23) und ein Rückschlagventil (21) vorgesehen sind.
Solarthermische Anlage nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass • der analogen und digitalen Elektronik (31) mit der integrierten – ersten Sensorgruppe (26), – zweiten Sensorgruppe (27), – dritten Sensorgruppe (28), – vierten Sensorgruppe (29) und – fünften Sensorgruppe (30) • der Verstärker (34) nachgeschaltet ist, welcher • steuerungsmäßig mit – einem Antrieb der Drehbewegung, – einem Antrieb der Neigung, – einem Antrieb des Rollladens (6) und – dem Tauchpumpenmotor (38) verbunden ist.
Solarthermische Anlage nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Kollektorfeld (17) einen die Parabolrinnen (2) aufnehmenden Rahmen (1) aufweist, welcher lösbar gefügt ist.
Solarthermische Anlage nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Kollektorfeld (17) in die Parabolrinnen (2) aufnehmenden Felder unterteilt ist.
Solarthermische Anlage nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (1) aus Profilen und mit seitlichen Profillaufschienen (5,8) gefügt ist.
Solarthermische Anlage nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (1) die Parabolrinnen (2) aufnehmende und lösbar zugefügte Winkelprofile (10) und T-Profile (11) aufweist.
Solarthermische Anlage nach einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (1) an den seitlichen Profillaufschienen (8) angebrachte Schellen (9) zur Befestigung der Absorberrohre (3) aufweist.
Solarthermische Anlage nach einem der Ansprüche 15 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Parabolrinnen (2) aus Spiegelmodulen (12) lösbar gefügt sind.
Solarthermische Anlage nach einem der Ansprüche 15 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelmodule (12) aus Parabolbetten (14) und Kleinparabolspiegeln (13) lösbar gefügt sind.
Solarthermische Anlage nach einem der Ansprüche 15 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Parabolbett (14) aus Hartschaum geformt ist.
Solarthermische Anlage nach einem der Ansprüche 15 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Kleinparabolspiegel (13) aus einer auf das Parabolbett (14) klemmbaren Spiegelfolie oder aus Alu-Spiegeln geformt ist.
Solarthermische Anlage nach einem der Ansprüche 15 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Kleinparabolspiegel (13) als Modul einfach aus- und einfach einfügbar ist.
Solarthermische Anlage nach einem der Ansprüche 15 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Kollektorfeld (17) mittels der Befestigung (7) über einen die Drehung und Neigung übertragenden Bügel (15) mit einem die Drehung des Kollektorfelds (17) übertragenden und um ein inneres Ständerrohr (18) drehbar geführten äußeren Ständerrohr (19) sowie mit einer die Neigung des Kollektorfelds (17) übertragenden und in einer Mutter (16.2) laufenden Gewindespindel (16.1) verbunden ist, wobei die Drehung des Kollektorfelds (17) von einem ersten Getriebestrang (20) und die Neigung des Kollektorfelds (17) von einem zweiten Getriebestrang (16) übertragbar ist.
Solarthermische Anlage nach einem der Ansprüche 15 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Getriebestrang (20) einen ersten Getriebemotor (35) mit Schnecke und das äußere Ständerrohr (19) mit Zahnkranz umfasst.
Solarthermische Anlage nach einem der Ansprüche 15 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Getriebestrang (16) einen zweiten Getriebemotor (36) mit Schnecke und die Gewindespindel (16.1) mit Zahnkranz umfasst.
Solarthermische Anlage nach einem der Ansprüche 15 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass der kleine offene Behälter (22) am äußeren Ständerrohr (19) angebracht ist.
Solarthermische Anlage nach einem der Ansprüche 15 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass das Kollektorfeld (17) durch den Rollladen (6) abdeckbar ist.
Solarthermische Anlage nach einem der Ansprüche 15 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass der Rollladen (6) am Rahmen (1) angeordnet ist.
Solarthermische Anlage nach einem der Ansprüche 15 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass der Rollladen (6) durch einen Motor (37) antreibbar ist.