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Technisches Gebiet:
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Die
Erfindung betrifft einen Hagelschutz für einen Solarkollektor sowie
einen Solarkollektor mit Hagelschutz.
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Stand der Technik:
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Hagelschlag
kann Solarkollektoren zerstören oder
beschädigen,
unabhängig
davon, ob es sich um solarthermische Kollektoren, wie beispielsweise
Vakuumröhrenkollektoren,
oder um solarelektrische Kollektoren, wie beispielsweise photovoltaische
Zellen bzw. aus mehreren photovoltaischen Zellen zusammengesetzte
Photovoltaikmodule handelt. Durch Hagelschlag entstehen an Solarkollektoren
jährlich Schäden in Millionenhöhe, die
von den Eigentümern, Betreibern
und Versicherern getragen werden müssen.
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Insbesondere
sind Vakuumröhrenkollektoren sehr
anfällig
gegen Hagelschlag, weshalb Eigentümer, Betreiber oder Interessenten
solarthermischer Kollektoren trotz der höheren Leistung von Vakuumröhrenkollektoren
im Vergleich zu anderen solarthermischen Kollektoren von dieser
Technik oftmals absehen.
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Technische Aufgabe der Erfindung:
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, einen Hagelschutz für Solarkollektoren sowie einen
Solarkollektor mit Hagelschutz zu schaffen, um die oben genannten
Nachteile zu beseitigen.
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Offenbarung der Erfindung und deren Vorteile:
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- [A1] Die Aufgabe wird gelöst durch einen Hagelschutz
für einen
Solarkollektor, wobei der Hagelschutz mindestens aus einer Gruppe
von Fäden oder
Drähten
besteht, welche an dem Solarkollektor so anordbar ist, dass die
Fäden oder
Drähte der
Gruppe einfallende Hagelkörner,
deren Durchmesser einen bestimmten kritischen Wert übertrifft,
daran hindern, auf den Solarkollektor oder auf einen bestimmten,
gegen Hagelschlag empfindlichen Teil des Solarkollektors aufzutreffen.
- [A2] Bevorzugt verlaufen die Fäden oder Drähte parallel zueinander.
- [A3] Bevorzugt stehen die Fäden
oder Drähte
unter Zugspannung. Die Zugspannung kann insbesondere von unter Spannung
stehenden, mit den Fäden
oder Drähten
verbundenen Federn ausgehen.
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Bei
Vakuumröhrenkollektoren
ist zum Beispiel die Vakuumröhre
besonders empfindlich gegen Hagelschlag. Gemäß einer Variante der Erfindung
ist daher der Hagelschutz so an dem Vakuumröhrenkollektor anordbar, dass
vom Himmel fallende Hagelkörner,
welche eine bestimmte Größe übersteigen,
die Vakuumröhre
des Kollektors nicht treffen können, weil
sie von den Fäden
oder Drähten
des Hagelschutzes daran gehindert werden. Gemäß einer anderen Variante der
Erfindung ist der gesamte Solarkollektor durch den Hagelschutz vor
dem Auftreffen von Hagelkörnern,
welche eine bestimmte Größe übersteigen,
geschützt.
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Der
gegenseitige Abstand der Fäden
oder Drähte
ist vorzugsweise so gewählt,
dass nur solche Hagelkörner,
welche eine bestimmte kritische Größe übersteigen und somit für den Solarkollektor
potentiell gefährlich
sind, sicher von dem Hagelschutz aufgehalten, abgelenkt, auf eine
unkritische Geschwindigkeit abgebremst oder zerstört werden.
Kleinere Hagelkörner,
welche dem Solarkollektor auf Grund ihrer Kleinheit nichts anhaben
können,
können
zwischen den Fäden
oder Drähten
hindurch auf den Solarkollektor gelangen. Der gegenseitige Abstand
der Fäden
oder Drähte
ist also vorzugsweise etwas kleiner gewählt als die kritische Größe, d. h.
kleiner als der Durchmesser von solchen Hagelkörnern, welche dem Solarkollektor
gerade noch gefährlich
werden können.
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Beim
Aufschlagen von Hagelkörnern,
welche die kritische Größe übertreffen,
auf den Hagelschutz werden diese Hagelkörner entweder zerstört, d. h.
in kleine, ungefährliche
Bruchstücke
zerlegt, welche dann auf den Solarkollektor gelangen können, ohne Schaden
anzurichten, oder diese Hagelkörner
prallen als Ganzes von dem Hagelschutz zurück bzw. werden abgelenkt, ohne
auf den Solarkollektor zu gelangen, oder so weit abgebremst, dass
sie für
den Solarkollektor ungefährlich
sind.
- [A4] Der Hagelschutz kann zusätzlich eine
Mehrzahl von Querfäden
oder Querdrähten
aufweisen, welche quer zu den Fäden
oder Drähten
verlaufen und mit diesen zusammen ein Gitter oder Netz bilden. Die
Querfäden
bzw. Querdrähte
können
an den Kreuzungspunkten mit den Fäden bzw. Drähten fest verbunden, z. B.
verklebt oder verlötet, sein.
- [A15] Die Aufgabe wird des weiteren gelöst durch einen Solarkollektor,
welcher einen erfindungsgemäßen Hagelschutz,
d. h. einen Hagelschutz gemäß einem
der Ansprüche
1 bis 14, aufweist.
- [A5] Die Drähte
können
insbesondere aus Edelstahl bestehen. Ebenso können die Fäden insbesondere aus Kunststoff
bestehen. Die Fäden
können
sehr vorteilhaft z. B. aus Kevlar bestehen. Die Drähte können z.
B. aus Edelstahl oder rostfreiem Stahl bestehen.
- [A6] Bevorzugt weisen die Fäden
oder Drähte
einen Durchmesser von jeweils 0,05 mm auf. Bevorzugt weisen die
Fäden oder
Drähte
einen gegenseitigen Abstand von 10 mm auf.
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Bei
einem Durchmesser der Fäden
oder Drähte
von 0,05 mm und einem gegenseitigen Abstand von 10 mm ergibt sich
eine Abschattung des Solarkollektors von lediglich 0,5%, was praktisch
vernachlässigbar
ist und keinen Nachteil von Bedeutung darstellt.
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Bevorzugt ist gegenseitige Abstand der Fäden oder Drähte verstellbar und/oder einstellbar, beispielsweise
mittels eines Spindelmechanismus.
- [A8] Gemäß einer
besonders vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung sind die Fäden
oder Drähte
federnd aufgehängt
oder aufhängbar
und stehen unter äußerer Zugspannung.
Alternativ oder zusätzlich
können
die Fäden
oder Drähte aus
einem dehnbaren, elastischen Material bestehen und unter Eigenzugspannung
stehen.
- [A9] Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform weist
der Hagelschutz zwei sich gegenüberliegende
Schienen auf, nämlich
eine erste Schiene und eine zweite Schiene, zwischen welchen die
Fäden oder
Drähte
gespannt oder spannbar sind.
- [A10] Die Schienen können
sich gegenüberliegende
Schenkel eines Rahmens sein, insbesondere eines starren Rahmens
oder eines federnden Rahmens. Die Schienen bzw. der Rahmen bestehen
vorzugsweise aus Edelstahl.
- [A11] Gemäß einer
vorteilhaften Variante der Erfindung sind die Fäden oder Drähte an jeweils ihrem einen
Endbereich an der ersten Schiene befestigt, wobei die zweite Schiene
aus einer Halteschiene und einer Federschiene besteht, die Fäden oder
Drähte
jeweils an ihrem anderen Endbereich an der Federschiene befestigt
sind, die Federschiene auf der von der ersten Schiene abgewandten
Seite der Halteschiene parallel zu dieser und in einem Abstand von
dieser angeordnet ist, die Federschiene federnd mit der Halteschiene verbunden
ist, und die Halteschiene und die erste Schiene beide an dem Solarkollektor
befestigt oder befestigbar sind.
- [A12] Die Fäden
oder Drähte
können
durch verschiedene Bereiche ein- und desselben Fadens oder Drahtes
gebildet sein, welcher mäanderförmig oder
S-förmig oder
mehrfach-S-förmig
verläuft,
d. h. der Faden oder Draht kann mäanderförmig oder S-förmig oder
mehrfach-S-förmig
verlaufen, so dass die Fäden
durch verschiedene Abschnitte eines einzigen durchlaufenden Fadens bzw.
die Drähte
durch durch verschiedene Abschnitte eines einzigen durchlaufenden
Drahtes gebildet sind. Hier wird also von Fäden bzw. Drähten im Plural gesprochen,
obwohl verschiedene Abschnitte bzw. Bahnen ein- und desselben, hin- und
herlaufenden Fadens bzw. Drahtes gemeint sind.
- [A13] Bevorzugt verlaufen die Fäden oder Drähte alle in einer gemeinsamen
Ebene. Gemäß einer anderen
Ausführungsform
verlaufen die Fäden oder
Drähte
des Hegalschutzes in zwei oder mehr als zwei Ebenen. Beispielsweise
können
die Querfäden
oder Querdrähte
in einer separaten Ebene verlaufen.
- [A14] Gemäß einer
sehr vorteilhaften Variante der Erfindung ist der Hagelschutz an
einem bestehenden Solarkollektor nachrüstbar.
- [A16] bevorzugt ist der Solarkollektor ein photovoltaischer
Solarkollektor oder ein solarthermischer Solarkollektor, z. B. ein
Brauchwasserkollektor. Der Solarkollektor kann z. B. ein solarthermischer
Flachkollektor sein.
- [A17] Ein erfindungsgemäßer Solarkollektor
kann z. B. ein Vakuumröhren-Solarkollektor sein,
wobei die Fäden
oder Drähte
parallel zu der Röhre
des Vakuumröhrenkollektors
verlaufen.
- [A18] Gemäß einer
sehr vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung weist der Hagelschutz wenigstens eine Stütze auf,
welche zwischen den Fäden
oder Drähten
und dem Solarkollektor angeordnet und imstande ist, bei Aufprall
eines Hagelkorns auf den Hagelschutz die Auslenkung bzw. Durchbiegung
des getroffenen Fadens oder Drahtes in Richtung auf den Solarkollektor
zu verringern oder auf einen Maximalwert zu begrenzen.
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Gemäß einer
Variante ist die Stütze
ferner imstande, bei Aufprall eines Hagelkorns auf den Hagelschutz
die Auslenkung bzw. Durchbiegung der Fäden oder Drähte auch quer zur Flugrichtung
des Hagelkorns zu verringern oder auf einen Maximalwert zu begrenzen.
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Somit
kann die Auslenkung oder Durchbiegung der Fäden oder Drähte, welche diese durch den Aufprall
eines Hagelkorns erleiden, durch die Stütze oder eine Mehrzahl derartiger,
voneinander in Längsrichtung
der Fäden
bzw. Drähte
beabstandeter Stützen
begrenzt sein.
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Bei
einem erfindungsgemäßen Solarkollektor
können
die Fäden
oder Drähte
insbesondere in einem vorgegebenen Abstand von der Oberfläche des Solarkollektors
verlaufen.
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Gemäß einer
sehr vorteilhaften Variante der Erfindung ist der Hagelschutz so
eingerichtet, dass er nachträglich
an bestehenden Solarkollektoren anordbar, also nachrüstbar ist.
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Um
Solarkollektoren oder Teile davon, beispielsweise bei Vakuumröhrenkollektoren
insbesondere deren Glasröhren,
hagelresistent zu machen, sieht die Erfindung einen speziellen Hagelschutz
mit Fäden
oder Drähten
zum Schutz von Solarkollektoren vor Hagelschlag vor, die parallel
zueinander verlaufen und einfallende Hagelkörner vor Erreichen des Solarkollektors
entweder vom Solarkollektor abhalten, ablenken, hinreichend abbremsen
oder zerstören.
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Vorteile
der Erfindung gegenüber
dem Stand der Technik ergeben sich beispielsweise dadurch, dass
die Erfindung aufgrund ihrer einfachen Bauweise kostengünstig und
schnell mit sehr geringem Aufwand verwirklicht werden kann und die
zu schützenden
Solarkollektoren kaum abschattet. Die Fäden bzw. Drähte können aus hochgradig reißfestem
Material und extrem dünn
ausgeführt
werden.
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Mittels
der Erfindung können
Solarkollektoren mit äußerst geringen
Investitionen hagelresistent gemacht werden, auch solche Solarkollektoren,
auf deren Installation bislang aufgrund ihrer gegen Hagelschlag
empfindlichen Konstruktion von Eigentümern, Betreibern und Interessenten
von Solarkollektoren unter anderem und gerade auch in solchen Gebieten,
in denen häufig
mit Hagelschlag zu rechnen ist, verzichtet wurde.
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Beispielsweise
können
mit Hilfe der Erfindung gerade auch solche Solarkollektoren, die
zwar eine hohe Ausbeute bzw. einen hohen Wirkungsgrad aufweisen,
aber die auch aufgrund ihrer Konstruktion sehr anfällig gegen Hagelschlag
sind, nunmehr in Gebieten aufgestellt werden, in denen häufig mit
Hagelschlag zu rechnen ist. Darüber
hinaus ermöglicht die
Erfindung eine Senkung der Versicherungsbeiträge für die mit ihr geschützten Solarkollektoren,
da der Einsatz der Erfindung deren Zerstörung oder Beschädigung durch
Hagelschlag wirkungsvoll verhindert.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Fäden bzw.
Drähte
längs zu
dem Solarkollektor gespannt.
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Der
Abstand zwischen den Fäden
bzw. Drähten
beträgt
vorzugsweise 5 mm bis 50 mm, insbesondere 10 mm bis 15 mm.
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Vorzugsweise
kann der Abstand zwischen den parallel zueinander verlaufenden Fäden oder Drähten einzeln
oder in Gruppen eingestellt bzw. variiert werden, beispielsweise
genau so, dass nur solche Hagelkörner
abgefangen werden, deren Masse und damit deren Durchmesser hinreichend
groß ist, dass
durch sie der Solarkollektor beschädigt oder gar zerstört werden
könnte.
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Besonders
bevorzugt sind die Fäden
bzw. Drähte
federnd gespannt und/oder gelagert und/oder befestigt. Dadurch können aufgrund
von Temperaturänderungen
und/oder Hagelschlag auftretende Spannungen im Draht aufgefangen
werden und eine gleichmäßige und
zuverlässige
Spannung des Drahts über
lange Zeiträume
sichergestellt werden.
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Bei
den Drähten
kann es sich beispielsweise um Edelstahldrähte, vorzugsweise aus seewasserbeständigem V4A-Edelstahl
handeln. Ebenso sind andere biegesteife oder biegeschlaffe Materialien denkbar,
die beispielsweise unter einer Vorspannung stehend genügend Widerstandsfähigkeit
besitzen, um vom Himmel herabfallende Hagelkörner auf eine für den zu
schützenden
Solarkollektor unschädliche Geschwindigkeit
abzubremsen bzw. die Hagelkörner abzulenken
oder zu zertrümmern.
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Vorzugsweise
sind die Materialien, aus welchen die Fäden bzw. Drähte bestehen, alterungsbeständig gegen
sonstige Witterungseinflüsse,
wie beispielsweise Feuchtigkeit, Hitze, Kälte und ultraviolette Strahlung,
sowie gegen Luftschadstoffe.
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Die
Begriffe Fäden
und Drähte
sind hierbei allgemein für
jegliche Art von sich im Wesentlichen in einer Richtung ausdehnenden
biegesteifen oder biegeschlaffen faserartigen Materialien, wie beispielsweise
einem Metalldraht, einem Drahtseil, einem Seil, einer Faser, einem
Nylonfaden zu verstehen. Wichtig ist hierbei, dass die Fäden bzw.
Drähte
dem Aufschlag auch extrem großer
Hagelkörner
standhalten müssen.
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Vorzugsweise
weisen die Fäden
bzw. Drähte einen
Durchmesser von 0,05 mm auf. Hierdurch wird die Verschattung des
zu schützenden
Solarkollektors bei gleichzeitig ausreichender Widerstandsfähigkeit der
Fäden bzw.
Drähte
gegen Hagelschlag klein gehalten.
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Der
Hagelschutz weist vorzugsweise zwei parallel zueinander verlaufende
Schienen auf, zwischen denen die Fäden bzw. Drähte gespannt sind. Die Schienen
können
gegenüberliegende
Schenkel eines Rahmens sein, innerhalb dem die Fäden bzw. Drähte gespannt sind. Die Schienen
können
beispielsweise aus Edelstahl, vorzugsweise seewasserbeständigem V4A-Edelstahl
hergestellt sein.
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Die
Fäden bzw.
Drähte
können
darüber
hinaus mit Querfäden
bzw. Querdrähten
vernetzt bzw. netzförmig
verlaufend angeordnet sein. Ebenso ist eine maschendrahtähnlich geflochtene
Anordnung denkbar. Beispielsweise können mehrere Drähte oder
mehrere parallel verlaufende Bahnen eines Drahts rechtwinklig schneidend
angeordnet sein.
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Bei
erfindungsgemäßen Solarkollektor
handelt es sich besonders bevorzugt um mindestens einen Vakuumröhrenkollektor.
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Der
erfindungsgemäße Hagelschutz
ist vorzugsweise so gestaltet, dass er nachträglich an jedem bestehenden
Solarkollektor zu dessen Hagelschutz angeordnet werden kann.
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Der
erfindungsgemäße Hagelschutz
macht Solarkollektoren hagelresistent, auch bestehende, bereits
in Betrieb befindliche Solarkollektoren, insbesondere beispielsweise
bei Vakuumröhrenkollektoren
deren gegen Hagelschlag empfindliche Glasröhren. Der Hagelschutz kann
bereits bei der Herstellung oder Installation eines oder mehrerer
Solarkollektoren vorgesehen werden, oder bei bestehenden Solarkollektoren
nachgerüstet
werden. Der erfindungsgemäße Hagelschutz
kann so auch nachträglich
an jedem bestehenden Solarkollektor zu dessen Hagelschutz angeordnet
werden.
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Eine
federnde Aufhängung
der Fäden
oder Drähte
ist vorteilhaft, um Spannungen verursacht z. B. durch Hagelschlag
und/oder Temperaturänderungen
ausgleichen zu können,
und um eine gleichmäßige Spannung
der Drähte
unabhängig
von Witterungseinflüssen
sicherzustellen. Alternativ oder zusätzlich können die Fäden oder Drähte aus einem dehnbaren, elastischen
Material bestehen und unter Eigenzugspannung stehen.
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Bevorzugt
kann der Abstand zwischen den parallel zueinander verlaufenden Drähten einzeln oder
in Gruppen beliebig eingestellt werden, beispielsweise zur Anpassung
an unterschiedliche Geometrien von Solarkollektoren.
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Die
Drähte
können
aus Edelstahl, beispielsweise aus seewasserbeständigem V4A-Edelstahl bestehen.
Ebenso können
die Schienen aus Edelstahl, beispielsweise aus seewasserbeständigem V4A-Edelstahl
bestehen.
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Bei
dem Solarkollektor kann es sich insbesondere um einen Vakuumröhrenkollektor
handeln.
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Ein
Problem von Solarkollektoren ist die Zerstörung durch Hagelschlag. Dadurch
entsthen den versicherungen jährlich
Schäden
in Milionenhöhe. Vor
allem sind Vakuumröhrenkollektoren
sehr anfällig und
dies ist ein Grund für
nicht wenige Solaranlagenbenutzer von dieser Technik abzusehen,
trotz höherer
Leistung der Vakuumröhrenkollektoren.
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Damit
insbesondere diese Kollektoren bzw. deren Glasröhren (aber auch alle anderen
Arten von Solarkollektoren) hagelresistent werden, wurde im Rahmen
der vorliegenden Erfindung ein spezieller Hagelschutz entwickelt.
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Dieser
besteht gemäß einer
Ausführungsform
aus dünnen
Edelstrahldrähten
von 0,05 mm, die durch eine Vorrichtung parallel zu den Röhren gespannt
werden im Abstand von 10 mm. Vorzugsweise kann der Abstand beliebig
eingestellt werden. Die Drahtfaden werden vorzugsweise an eine obere
und untere Schiene gespannt, die federnd gelagert ist am oberen
und unteren Ende des kollektors um die Spannungen durch Temperatur
und Hagelschlag abzufangen.
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Ein
erfindungsgemäßer Hagelschutz
kann an jedem Kollektor nachträglich
angebracht werden. Das Material besteht vorzugsweise aus nichtrostendem
Edelstahl (V4A). Der Kollektor wird durch die vorzugsweise extrem
dünnen
Drähte
nicht bzw. kaum verschattet. Ein erfindungsgemäßer Hagelschutz ist vorzugsweise
flexibel.
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Ein
erfindungsgemäßer Hagelsschutz
ist vorzugsweise charakterisiert durch eine Konstruktion aus Edelstahl
aus dünnen
Edelstahldrähten,
längstgespannt
und federnd gelagert über
eine obere und untere Schiene aus Edelstahl mit variierbaren Abständen.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnung, in welcher anhand von Ausführungsbeispielen der Erfindung beispielhaft
und schematisch zeigen:
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1 eine
erste Variante eines erfindungsgemäßen Hagelschutzes in Draufsicht
von oben, mit parallel zwischen zwei Schienen verlaufenden Drähten für einen
nicht dargestellten Solarkollektor,
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2 eine
zweite Variante eines erfindungsgemäßen Hagelschutzes in Draufsicht
von oben, mit parallel zwischen zwei Schienen in einem Rahmen verlaufenden
Drähten
für einen
Solarkollektor, wobei der Hagelschutz zwei Abstandshalter aufweist,
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3 den
Hagelschutz und den Solarkollektor von 2 in Draufsicht
von vorn in derjenigen Blickrichtung, welche in 2 der
Richtung von unten nach oben entspricht,
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4 einen
Querschnitt durch den Hagelschutz der 2 und 3,
wobei die Querschnittsebene quer zu den Drähten und mittig durch einen
der Abstandshalter verläuft,
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5 eine
dritte Variante eines erfindungsgemäßen Hagelschutzes in Draufsicht
von oben, mit parallel zwischen zwei Schienen in einem Rahmen verlaufenden
Drähten,
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6 eine
vierte Variante erfindungsgemäßen Hagelschutzes
in Draufsicht von oben, mit parallel verlaufenden Drähten, welche
durch verschiedene Abschnitte ein- und desselben mehrfach-S-förmig durchlaufenden
Drahtes gebildet sind und kein Solarkollektor, keine Schienen und
kein Rahmen dargestellt sind, und
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7 nochmals
den erfindungsgemäßen Hagelschutz
von 2 in Draufsicht von oben, welcher aber hier zusätzlich mit
Querdrähten
ausgestattet ist, wobei wiederum kein Solarkollektor, keine Schienen
und kein Rahmen dargestellt sind.
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1 zeigt
eine erste Variante eines erfindungsgemäßen Hagelschutzes für ein Array
von nicht dargestellten Solarkollektoren. Der Hagelschutz besteht
aus einer Gruppe von parallelen gespannten Drähten 2, welche an
dem Solarkollektor so anordbar ist, dass einfallende Hagelkörner, deren
Durchmesser einen bestimmten kritischen Wert übertrifft, durch die Gruppe
von Drähten 2 daran
gehindert werden, auf den Solarkollektor oder auf einen bestimmten, gegen
Hagelschlag empfindlichen Teil des Solarkollektors aufzutreffen.
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Die
Drähte 2 bestehen
bevorzugt aus Edelstahl und weisen bevorzugt einen Durchmesser von jeweils
0,05 mm bei einem gegenseitigen Abstand von 10 mm auf. Alle Drähte 2 liegen
in einer gemeinsamen Ebene.
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Die
Drähte 2 sind
federnd aufgehängt.
Und zwar weist der Hagelschutz 1 zwei einander gegenüberliegende
Schienen 3, 4 auf, nämlich eine erste Schiene 3 und
eine zweite Schiene 4, zwischen welchen die Fäden oder
Drähte 2 gespannt
sind, wobei die zweite Schiene 4 aus einer Halteschiene 6 und
einer Federschiene 8 besteht. Die letztere ist auf der von
der ersten schiene 3 abgewandten Seite der Halteschiene 6 in
einem Abstand von der Halteschiene 6 dieser gegenüberliegend
und parallel zu dieser angeordnet und über elastische Elemente 7 federnd
mit der Halteschiene 6 verbunden. Die Drähte 2 sind
jeweils an ihrem einen Endbereich mittels Befestigungen 9 an
der Federschiene 8, an ihrem anderen Endbereich mittels
Befestigungen 10 an der ersten Schiene 3 befestigt
und durch die Halteschiene 6 längsverschiebbar durchgeführt, ohne
an dieser befestigt zu sein.
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Die
Drähte 2 sind
also mittels den Befestigungen 9, 10 an den Schienen 3, 4 befestigt,
wobei die Befestigungen 10 an der gegenüber der Halteschiene 6 mittels
der elastischen Elemente 7 federnd abgestützten Federschiene 8 angeordnet
sind.
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Die
Halteschiene 6 und die erste Schiene 3 sind mittels
Laschen 5 an dem Solarkollektor so befestigt, dass alle
Drähte 2 unter
Zugspannung stehen, welche von den elastischen Elementen 7 ausgeübt wird.
Somit sind alle Drähte 2 federnd
aufgehängt.
Bei Erhöhung
der Zugspannung in den Drähten 2 nähert sich
somit die Federschiene 8 unter Belastung der elastischen
Elemente 7 an die Halteschiene 6 an.
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Die
Drähte 2 sind
in acht Untergruppen 11 zu je fünf Drähten 2 aufgegliedert.
Die einzelnen Drähte 2 innerhalb
jeder Untergruppe 11 sind äquidistant aufgehängt. Der
freie Raum zwischen den Untergruppen 11 ist größer als
der gegenseitige Anstand der Drähte
innerhalb der Untergruppen 11. Diese Aufgliederung in Untergruppen
dient dazu, insbesondere die Röhren
mehrerer parallel nebeneinander zu einem Kollektor-Array angeordneten
Vakuumröhren-Kollektoren vor Hagelschlag
zu schützen.
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Die
Röhren
von Vakuumröhren-Solarkollektoren
sind besonders empfindlich gegen Hagelschlag, während die übrigen Teile dieser Solarkollektoren
weniger empfindlich sind. Die Untergruppen 11 sind daher
so angeordnet, dass sie imstande sind, speziell die Röhren vor
Hagelschlag zu schützen.
Der gegenseitige Abstand der Untergruppen 11 entspricht
dem gegenseitigen Abstand der Röhren
der einzelnen Vakuumröhren-Kollektoren
des Arrays. Die Drähte 2 verlaufen
hierbei parallel zu den Röhren, wobei
die Mitte jeder Untergruppe 11 über der Mitte einer Röhre liegt.
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Die
Befestigungen 9, 10 können einzeln oder in Gruppen
an den Schienen 3, 4 längsverschiebbar, d. h. quer
zum Verlauf der Drähte 2,
verschiebbar angeordnet sein, so dass in diesem Fall der gegenseitige
Anstand der Drähte 2 einzeln
oder in Gruppen verstellbar ist.
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2 zeigt
einen erfindungsgemäßen Solarkollektor
K, R, welcher eine Kollektorröhre
K sowie einen Reflektor R aufweist und durch eine zweite Variante
eines erfindungsgemäßen Hagelschutzes
vor Hagelschlag geschützt
ist. Der erfindungsgemäße Solarkollektor
K, R ist also mit einem erfindungsgemäßen Hagelschutz ausgerüstet. Der
Reflektor R ist parabolisch geformt und gegenüber der Kollektorröhre K so
angeordnet, dass Sonnenlicht vom Reflektor R auf die Kollektorröhre K reflektiert
wird.
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Der
Hagelschutz von 2 weist fünfzehn parallel zwischen zwei
Schienen 3', 4' verlaufende Drähte 2' auf. Acht dieser
Drähte 2' sind an jeweils
ihrem einen Endbereich mittels Befestigungen 10' an der Schiene 3' befestigt.
Der jeweils andere Endbereich dieser Drähte 2' ist mit dem einen Ende je einer Feder
F verbunden. Die anderen Enden dieser Federn F sind mittels Befestigungen 9' an der Schiene 4' befestigt.
Die übrigen
sieben Drähte 2' sind an jeweils
ihrem einen Endbereich mittels Befestigungen 9' an der Schiene 4' befestigt,
wobei der jeweils andere Endbereich dieser sieben Drähte 2' ebenfalls mit
einem Ende je einer Feder F verbunden ist und die anderen Enden
dieser Federn F mittels Befestigungen 10 an der Schiene 3' befestigt sind.
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Die
Schienen 3', 4' bilden zusammen
mit zwei rechtwinklig zu den Schienen 3', 4' verlaufenden Längsträgern 14', 15' einen starren rechteckigen Rahmen,
innerhalb welchem die Drähte 2' gespannt sind.
Jeder Draht 2' ist
mittels je einer der Spiralfedern F elastisch aufgehängt und
unter Zugspannung gehalten. Der Rahmen 3', 4', 14', 15' ist unter Verwendung von Bohrungen 5', welche nicht
gezeigte Befestigungsschrauben aufnehmen, an dem Solarkollektor
K, R befestigt und als Ganzes mitsamt den Drähten 2' und den Federn F von dem Solarkollektor K,
R abnehmbar.
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Die
Drähte 2' verlaufen parallel
zur Achse der Röhre
K und verlaufen in einem Abstand von der Oberfläche des Solarkollektors K,
R.
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Der
Hagelschutz von 2 weist ferner zwei voneinander
und von den Schienen 3', 4' beabstandete
Abstandshalter A auf, welche als Stützen A und Führung für die Drähte 2' dienen und
auf welche unter Bezug auf die 4 noch näher eingegangen wird.
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Der
Hagelschutz von 2 besteht also aus den Drähten 2', den Federn
F, den Befestigungen 9', 10', dem Rahmen 3', 4', 14', 15' und den Abstandshaltern
bzw. Stützen
A.
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Der
Solarkollektor K, R von 2 ist ein Vakuumröhren-Kollektor
und wird üblicherweise
so aufgestellt, dass die Achse seines Rohres K in einem Gefälle liegt.
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Der
Hagelschutz von 2 schützt den Solarkollektor K, R
nicht vollständig,
sondern er schützt im
wesentlichen das gegen Hagelschlag besonders empfindliche Kollektorrohr
K.
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3 zeigt
den Hagelschutz und den Solarkollektor von 2 in Draufsicht
von vorn in derjenigen Blickrichtung, welche in 2 der
Richtung von unten nach oben entspricht, so dass die parabolische Querschnittsform
des Reflektors R zu sehen ist. Der Reflektor R ist auf einem Unterbau
U angeordnet. Das zylindrische Kollektorrohr K ist durch eine Vorderwandung
W verschlossen.
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Auf
Grund der Blickrichtung ist die Schiene 3' mit den Befestigungen 10' in 3 von
vorn zu sehen. Unterhalb der Bohrungen 5' befinden sich Befestigungsstützen B,
durch welche der Rahmen 3', 4', 14', 15' von 2 in
einem bestimmten Abstand vom Reflektor R gehalten ist. Durch die
Bohrungen 5' und die
Befestigungsstützen
B hindurch ragen von oben nach unten nicht gezeigte Befestigungsschrauben, mittels
welchen der Rahmen 3', 4', 14', 15' mit dem Reflektor
R verschraubt ist. Der Abstandshalter bzw. die Stütze A ist
in 3 durch die Schiene 3' und die Befestigungsstützen B teilweise
verdeckt.
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4 zeigt
einen Querschnitt durch den Hagelschutz der 2, wobei
die Querschnittsebene senkrecht zu den Drähten 2' und mittig durch die Stütze A von 3 verläuft. Die
Blickrichtung in 4 ist die gleiche wie in 3.
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Man
erkennt, dass im Inneren des Kollektorrohres konzentrisch eine Röhre H verläuft, nämlich eine
Heatpipe H (bzw. ein Zweiphasen-Thermosiphon), wie sie im Stand
der Technik auch als ”Wärmerohr” bekannt
ist. Zwischen der Heatpipe und der Außenwandung des Kollektorrohres
K befindet sich ein wärmedämmendes
Vakuum V. Die Heatpipe H ist teilweise mit einer Flüssigkeit
und teilweise mit Dampf dieser Flüssigkeit gefüllt, was
in 4 nicht dargestellt ist.
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Die
Stütze
A der 2 und 3 ist in 4 im Querschnitt
zu sehen. Sie weist an ihrer Oberseite eine Reihe von nach oben
offene Scharten oder Kerben 17 mit dreieckigem Querschnitt
auf, wobei je ein Draht 2' durch
eine der Kerben 17 durchgeführt ist. Die Anzahl der Kerben 17 entspricht
somit der Anzahl der Drähte 2'.
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Bezogen
auf die Blickrichtung von 4 fallen
bei Hagel die Hagelkörner
von oben ein. Die Stütze
A ist unter den Drähten 2', also auf der
von der Einfallsseite der Hagelkörner
abgewandten Seite der Drähte 2' angeordnet
und dient dazu, bei Aufprall eines Hagelkorns auf den Hagelschutz
die Auslenkung bzw. Durchbiegung des getroffenen Drahtes 2' in Flugrichtung
des Hagelkorns zu verringern oder auf einen Maximalwert zu begrenzen.
Die Stütze
A dient somit als Anschlag für
eine durch Aufprall eines Hagelkorns bedingte Auslenkung der Drähte 2' nach unten.
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Die
Stütze
A ist ferner imstande, bei Aufprall eines Hagelkorns auf den Hagelschutz 1 die
Auslenkung bzw. Durchbiegung des getroffenen Drahtes 2' auch quer zur
Flugrichtung des Hagelkorns zu verringern oder auf einen Maximalwert
zu begrenzen. Dies wird erreicht durch die Kerben 17, durch
welche die Drähte 2' geführt sind,
so dass die Flanken der Kerben 17 Anschläge bilden
gegen eine seitliche Auslenkung der Drähte 2'. Alternativ sind Kerben z. B.
mit rechteckigem, trapezförmigem,
kreisförmigem
oder elliptischem Querschnitt möglich.
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Die
maximal nach unten oder seitlich mögliche Auslenkung der Drähte 2' bei Aufprall
eines Hagelkorns kann durch Hinzufügen weiterer Stützen A verringert
werden.
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5 zeigt
den Solarkollektor K, R von 2 ausgestattet
mit einer dritten Variante eines erfindungsgemäßen Hagelschutzes. Dieser umfasst zwei
Schienen 3'', 4'', zwischen welchen eine Vielzahl
von Drähten 2'' gespannt sind. Die Schienen 3'', 4'' sind über Längsträger 14'', 15'' verbunden,
wobei die Schienen 3'', 4'' und die Längsträger 14'', 15'' zusammen einen starren rechteckigen
Rahmen 3'', 4'', 14'', 15'' bilden, welcher mit Hilfe von
Bohrungen 5'' und nicht gezeigten
Befestigungsschrauben an dem Solarkollektor K, R befestigbar ist.
Der Hagelschutz von 5 unterscheidet sich von demjenigen
von 2 im wesentlichen durch eine erheblich größere Anzahl
von Drähten.
Anders als der Hagelschutz von 2 schützt der
Hagelschutz von 5 den gesamten Solarkollektor
K, R, also auch die Randbereiche des Reflektors R, vor Hagelschlag.
Daher weist der Hagelschutz von 5 eine entsprechend
höhere
Zahl von Drähten
auf als der Hagelschutz von 2.
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Ein
Schutz auch des vollständigen
Reflektors R vor Hagel kann z. B. wünschenswert sein, um den Reflektor
R vor dem Einschlag von großen
Hagelkörnern
zu schützen,
welche den Reflektor R verbeulen und dadurch seine Reflexionseigenschaften verschlechtern
könnten.
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Ein
Teil der Drähte 2'' des Hagelschutzes von 5 sind
an jeweils ihrem einen Endbereich mittels Befestigungen 10'' an der Schiene 3'' befestigt, wobei der jeweils andere
Endbereich dieser Drähte 2'' mit dem einen Ende je einer Spiralfeder
F verbunden ist. Die anderen Enden dieser Federn F sind mit Befestigungen 9'' an der Schiene 4'' befestigt. Die restlichen Drähte 2'' sind mit jeweils an ihrem einen
Endbereich mittels Befestigungen 9'' an
der Schiene 4'' befestigt,
wobei der jeweils andere Endbereich dieser Drähte 2'' ebenfalls
mit einem Ende je einer Spiralfeder F verbunden ist und die anderen Enden
dieser Federn F mit Befestigungen 10'' an
der Schiene 3'' befestigt sind.
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Mittels
der Federn F sind die Drähte 2'' federnd aufgehängt und unter elastischer Zugspannung
gehalten.
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Der
Hagelschutz von 5 weist ferner zwei voneinander
und von den Schienen 3'', 4'' beabstandete Abstandshalter A'' auf, welche als Stützen A'' und
Führung
für die
Drähte 2'' dienen und deren Auslenkung bei
Aufprall eines Hagelkorns prinzipiell ebenso begrenzen, wie es unter
Bezug auf 4 bereits beschrieben wurde.
Die Stützen
A'' sind an ihrer Oberseite
ebenso wie die Stützen
A von 4 mit Kerben versehen, durch welche die Drähte 2'' durchgeführt sind, was in 5 nicht
gezeigt ist.
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6 zeigt
eine vierte Variante erfindungsgemäßen Hagelschutzes, in Draufsicht
von oben, wobei kein Solarkollektor und kein Rahmen, sondern nur
Drähte 2''',
zwei Federn F sowie Befestigungen 9''', 10''' dargestellt
sind.
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Die
Drähte 2''' des
Hagelschutzes sind durch verschiedene Bereiche ein- und desselben
mäanderförmig oder
mehrfach-S-förmigen
durchlaufenden Drahtes gebildet, welcher an nicht dargestellten,
einander gegenüberliegenden
Schienen aufgehängt
ist. Die Drähte 2''' sind
somit durch einen einzigen durchlaufenden Draht gebildet. Hier wird
also von Drähten 2''' im
Plural gesprochen, obwohl verschiedene Abschnitte bzw. Bahnen 2''' ein-
und desselben, zwischen den Schienen in parallelen Bahnen hin- und herlaufenden
Drahtes gemeint sind.
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Bei
dieser Ausführungsform
können
die Schienen vorteilhaft zur Umlenkung des durchlaufenden Drahtes
dienen.
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An
jedem seiner Enden ist der mehrfach-S-förmig durchlaufende Draht mit
dem einen Ende je einer Spiralfeder F verbunden, wobei die anderen
Enden der Federn F jeweils mittels Befestigungen 9''', 10''' an
einer der Schienen (welche nicht dargestellt sind) befestigt ist.
Mittels der Federn F sind die Drähte 2''' federnd
aufgehängt
und flexibel unter elastischer Zugspannung gehalten.
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7 zeigt
nochmals den erfindungsgemäßen Hagelschutz
von 2. Dieser ist aber in 7 zusätzlich mit
Querdrähten
Q ausgestattet, wobei hier die Federn F und die Befestigungen 9', 10', aber kein
Solarkollektor, keine Schienen und kein Rahmen dargestellt sind.
Die Drähte 2' bilden zusammen
mit den Querdrähten
Q ein Drahtnetz. Vorzugsweise sind die Drähte 2' an den Kreuzungspunkten mit den Querdrähten Q fest
verbunden, z. B. verlötet
oder verschweißt.
Die Querdrähte
Q dienen zur Parallelführung
der Drähte 2' sowie dazu,
bei Aufprall eines Hagelkorns die Auslenkung bzw. Durchbiegung der Drähte 2' quer zur Flugrichtung
des Hagelkorns zu verringern oder auf einen Maximalwert zu begrenzen.
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Gewerbliche Anwendbarkeit:
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Die
Erfindung ist insbesondere im Bereich der Herstellung, der Installation
und dem Betrieb von Solarkollektoren gewerblich anwendbar.
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- 1
- Hagelschutz
- 2,
2', 2'', 2'''
- Drähte
- 3,
3', 3''
- erste
Schienen
- 4,
4', 4''
- zweite
Schiene
- 5
- Laschen
- 5', 5''
- Bohrungen
- 6
- Halteschiene
von 4
- 7
- elastisches
Element
- 8
- Federschiene
von 4
- 9,
9', 9'', 9'''
- Befestigungen
- 10,
10', 10'', 10'''
- Befestigungen
- 11
- Untergruppe
von Drähten
- 14', 14''
- Längsträger
- 15', 15''
- Längsträger
- 17
- Kerben
in A
- A
- Abstandshalter
- B
- Befestigungsstütze
- F
- Spiralfedern
- H
- Heatpipe
- K
- Kollektorrohr
- R
- Reflektor
- U
- Unterbau
- V
- Vakuum
- W
- Vorderwandung
von K