DE102008036738A1

DE102008036738A1 - Folien-Flachkollektor

Info

Publication number: DE102008036738A1
Application number: DE102008036738A
Authority: DE
Inventors: Michael T. Witt; Winfried Eschle
Original assignee: WITT SOLAR AG
Current assignee: WITT SOLAR AG
Priority date: 2008-08-07
Filing date: 2008-08-07
Publication date: 2010-02-11
Anticipated expiration: 2028-08-08
Also published as: DE102008036738B4

Abstract

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Flachkollektor derart auszubilden, dass dessen großflächiger Einsatz ermöglicht wird und die Kosten pro m2 Kollektorfläche wesentlich niedriger als die von herkömmlichen Flachkollektoren sind. Dadurch ist es möglich, ausreichend preiswerte Energie für solarthermische Kraftwerke zur Verfügung zu stellen, um diese mit geringen Stromerzeugungskosten betreiben zu können. Der erfindungsgemäße Folien-Flachkollektor weist mehrere Folienschichten auf. Die Folien sind übereinander angeordnet und haben unterschiedliche Aufgaben und Eigenschaften. Es sind Mittel vorgesehen, die es ermöglichen, den Kollektor großflächig und absolut horizontal zu betreiben. Die Absorberfolie und die Zwangsführung mit den zusätzlichen Absorberflächen liegen auf einer Wärmedämmung. Diese wird durch die Egalisierungsflüssigkeit eben gelagert. Durch die Wärmedämmung unten und die auf dem Wärmeträgermedium schwimmende transparente Wärmedämmfolie werden die Wärmeverluste reduziert. Dieser Effekt wird durch die darüber befindliche Luftisolationsschicht unterstützt. Das Wärmeträgermedium durchfließt den Kollektor der Länge nach und erhitzt sich entsprechend der eingestellten Durchflussgeschwindigkeit.

Description

Es ist vorgesehen, den Erfindungsgegenstand vorwiegend als großflächigen Folien-Flachkollektor für solarthermische Kraftwerke einzusetzen. Der Folien-Flachkollektor weist mehrere Folienschichten auf. Die Folien sind übereinander angeordnet und haben unterschiedliche Aufgaben und Eigenschaften.
Es sind Mittel vorgesehen, die es ermöglichen, den Kollektor großflächig und absolut horizontal zu betreiben.
Das Wärmeträgermedium (8) fließt zwischen den Folien durch den Flachkollektor. Zur optimalen Nutzung der Sonneneinstrahlung wird das Wärmeträgermedium durch eine Zwangsführung (10) mit geringem Druckverlust zwangsgeführt.
Flachkollektoren dienen in der Regel dazu, um bei möglichst kleiner Fläche aus der Solarstrahlung einen möglichst großen Anteil in nutzbare Wärme umzuwandeln. Dabei wird das Trägermedium in gängigen Systemen durch Kupferrohre geführt, auf welche der Absorber zur optimalen Wärmeübertragung angelötet ist. Eine andere Bauform sind miteinander verlötete profilierte Kupferplatten, deren Profilzwischenraum vom Trägermaterial direkt durchströmt wird. Diese so genannten Streifenabsorber werden aber immer seltener eingesetzt – vorwiegend in Selbstbaukollektoren oder wenn es um spezielle geometrische Flächen geht.
Ein Sonnenkollektor mit innen liegendem Absorber ist aus der DE 29603275 U1 bekannt. Durch die Nutzung von Bauformen wie Doppelstegplatten, ist der spezifische Materialaufwand sehr hoch.
Ein Einfachkollektor, bei dem der Speicher sich direkt unterhalb des Kollektors befindet, ist aus G 9012422.7 bekannt. Da bei diesem System eine aufwendige Regelung sowie viel Verrohrungsaufwand erforderlich ist, ist diese Erfindung für großtechnischen Anwendungen weniger geeignet.
Aus der EP 0029565 ist ein Folienkollektor bekannt, bei dem die zu erwärmende Flüssigkeit zwischen zwei Kunststoff-Folien durch ein Glasfaservlies oder durch eine poröse Kunststoffmatte fließt. Für Kollektorlängen über ca. 10 m muß mit einem hohen Druckverlust gerechnet werden, der zu unzulässig hohen Spannungen in der Folienkonstruktion und zu hohem Pumpenergiebedarf führt.
All diese Flachkollektoren sind daher für einen großflächigen Einsatz ungeeignet bzw. unwirtschaftlich.
Im Handel werden auch so genannte Schwimmbadabsorber angeboten. Bei Schwimmbadabsorbern handelt es sich meist um Matten aus Hitze- und UV-beständigen schwarzem Kunststoff, die meistens auf Dächern von Umkleidekabinen ausgelegt sind. In diese Matten sind Schläuche eingebettet, durch die das Schwimmbadwasser direkt hindurchgepumpt wird. Im Vergleich zu Flach- und Vakuumröhrenkollektoren erreichen solche Kollektoren aber nur geringe Temperaturen, die allerdings für die Unterstützung der Erwärmung eines Schwimmbeckens ausreichend sind.
Auch wenn mit den bekannten Vorrichtungen gute Ergebnisse erzielt werden, so haftet ihnen doch der Nachteil an, dass sie für einen großflächigen Einsatz entweder aufgrund ihrer Konstruktion, ihrer technischen Eigenschaften oder wegen der hohen Anschaffungskosten nicht geeignet sind.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen eingangs genannten Flachkollektor derart auszubilden, dass dessen großflächiger Einsatz ermöglicht wird und die Kosten pro m² Kollektorfläche wesentlich niedriger als die von herkömmlichen Flachkollektoren sind. Dadurch ist es möglich, genügend preiswerte Energie für solarthermische Kraftwerke zur Verfügung zu stellen, um diese mit geringen Stromerzeugungskosten betreiben zu können.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Gemäß der Erfindung sind Mittel vorgesehen, durch die das im Flachkollektor befindliche Wärmeträgermedium den Flachkollektor auf einer sehr ebenen Fläche gleichmäßig durchfließt. Die Füllhöhe des Wärmeträgermediums kann dadurch gleichmäßig gering gehalten werden, so dass die Vorteile eines Flachkollektors, einer geringen Wärmeüberträgermenge, eine große Einstrahlfläche zur Verfügung zu stellen, größtmöglich erfüllt wird. Die Absorberfolie und die Zwangsführung mit den zusätzlichen Absorberflächen liegen auf einer Wärmedämmung. Diese wird durch die Egalisierungsflüssigkeit eben gelagert. Durch die Wärmedämmung unten und die auf dem Wärmeträgermedium schwimmende transparente Wärmedämmfolie werden die Wärmeverluste reduziert. Dieser Effekt wird durch die darüber befindliche Luftisolationsschicht unterstützt.
Das Wärmeträgermedium durchfliegt den Kollektor der Länge nach und erhitzt sich entsprechend der eingestellten Durchflussgeschwindigkeit.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines besonderen Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung
Es zeigt:
1 einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäßen Folien-Flachkollektor.
Wie aus der Zeichnung zu entnehmen ist, sieht eine Ausführungsform der Erfindung vor, dass die Grundfläche, auf die der Kollektor aufgelegt werden soll, grob eingeebnet wird. Nach dem Anbringen der Seitenbegrenzung (12) wird die Grundfolie (1) verlegt, auf die anschließend das Egalisierungsmedium (7) eingeleitet wird, bis die gesamte Fläche mit dem Egalisierungsmedium aufgefüllt ist. Auf der sich dadurch gebildete ebene Oberfläche wird die Schwimmfolie (2) gelegt, auf die wiederum eine schwimmfähige Wärmedämmung (9) installiert wird. Auf diese wird die Absorberfolie (3) aufgebracht. Die Zwangsführungen (10) werden auf die Absorberfläche aufgelegt und fixiert. Das Wärmeträgermedium (8) wird bis zu einer bestimmten Füllhöhe eingefüllt. Ist die Füllhöhe erreicht, wird die transparente Wärmedämmfolie (4) auf das Wärmeträgermedium aufgelegt. Darüber wird die Zwischenfolie (5) angebracht, wodurch eine Luftzwischenschicht (11) entsteht, die als zusätzliche Isolation dient. Alle aufgeführten Folien werden an der Seitenbegrenzung (12) befestigt. Im Anschluss werden die Dachstreben montiert und die Deckfolie (6) aufgelegt, die ebenfalls an den Seitenbegrenzungen (12) befestigt wird.
Die Wärmeträgerzufuhr erfolgt auf einer der beiden Stirnseiten des Kollektors mittels einer Zuführpumpe. Die Zuführmenge wird durch die aktuelle Solarstrahlung und die gewünschte Temperatur an der Ausgangsseite des Kollektors geregelt. Bei bestimmten Wärmeträgermedien und Temperaturen entstehen an der Oberfläche des Wärmeträgermediums (8) Gase, die abgeführt werden müssen. In diesem Fall wird die Wärmedämmfolie (4) leicht perforiert ausgeführt. Durch eingebaute Ventilatoren werden Luftfeuchtigkeit und Lufttemperatur zwischen den Folien reguliert. Dies kann ebenfalls dadurch erreicht werden, dass die Zwangsführung (10) Öffnungen und Hohlräume aufweist, durch die bei der Erwärmung des Wärmeträgermediums (8) auftretende Gase abgeführt werden können.

1: Grundfolie
2: Schwimmfolie
3: Absorberfolie
4: Wärmedämmfolie
5: Zwischenfolie
6: Deckfolie
7: Egalisierungsmedium
8: Wärmeträgermedium
9: Wärmedämmung
10: Zwangsführung
11: Luftzwischenschicht
12: Seitenbegrenzung
13: Luftisolationsschicht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 29603275 U1 [0005]
- EP 0029565 [0007]

Claims

Folien-Flachkollektor zur solaren Erwärmung eines Wärmeüberträgermediums, das stirnseitig zugeführt wird und großflächig den Flachkollektor durchströmt, der aus mehreren Folienschichten besteht und dessen unterer Teil von einem Egalisierungsmedium (7) gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmedämmfolie (4) transparent ist und direkt auf dem Wärmeträgermedium (8) aufliegt und dass die Absorberfolie (3) auf einer Wärmedämmung (9) exakt horizontal aufliegt, die wiederum auf einer Schwimmfolie (2) liegt, die direkt auf einem Egalisierungsmedium (7) aufliegt.
Folien-Flachkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllhöhe des Wärmeträgermediums (8) veränderbar ist und sich die transparente Wärmedämmfolie (4) automatisch dem Wasserstand folgt.
Folien-Flachkollektor nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Absorberfolie (3) und Wärmedämmfolie (4) eine Zwangsführung (10) angeordnet ist, durch welche der Durchfluss durch den Kollektor zwangsgeführt wird wodurch die Strahlung optimal genutzt werden kann.
Folien-Flachkollektor nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwangsführung (10) Öffnungen und Hohlräume aufweist, durch die bei der Erwärmung des Wärmeträgermediums (8) auftretende Gase abgeführt werden können.
Folien-Flachkollektor nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich in der transparenten Wärmedämmfolie (4) eine spezielle Perforation befinden kann, die bei der Erwärmung des Wärmeträgermediums (8) auftretende Gase nach oben abführt.
Folien-Flachkollektor nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen der auf den Boden aufliegenden Grundfolie (1) und der Schwimmfolie (2) ein Egalisierungsmedium (7) befindet, das die Unebenheiten der zur Verfügung stehenden Grundfläche ausgleicht.
Folien-Flachkollektor nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dieser im wesentlichen rechteckig ausgebildet ist und die Länge ein vielfaches der Breite betragen kann.
Folien-Flachkollektor nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Luftzwischenschicht (11) durch eine zusätzliche Zwischenfolie (5) gebildet wird.
Folien-Flachkollektor nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente Deckfolie (6) so auf Streben aufgelegt wird, dass Wasser und loses Material abfließen bzw. abgewaschen werden können.
Folien-Flachkollektor nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einer der Stirnseiten des Kollektors ein oder mehrere Ventilatoren angebracht sind, die die eventuell auftretende Luftfeuchtigkeit in der Luftisolationsschicht (13) und der Luftzwischenschicht (11) gezielt ableiten und die Temperatur regulieren.
Folien-Flachkollektor nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenbegrenzung (12) direkt auf dem Boden aufliegt.