DE102009059883A1

DE102009059883A1 - Solarkollektor, Fassadenelement und Verfahren zum Betreiben einer Solaranlage

Info

Publication number: DE102009059883A1
Application number: DE102009059883A
Authority: DE
Inventors: Jürgen 48565 Kosok
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-12-21
Filing date: 2009-12-21
Publication date: 2011-06-22
Also published as: WO2011085875A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Solarkollektor (2), insbesondere einen Solarflachkollektor, mit mindestens einem Solarstrahlung absorbierenden Absorber (4) mit einer von einem Solarfluid durchströmbaren Kanalstruktur (5), einer mit dem Absorber (4) einen Verbund bildenden Glasabdeckung (3), einem mit Gas gefüllten Raum (7) zwischen Glasabdeckung (3) und Absorber (4) sowie einem den Solarkollektor (2) aufnehmenden Bauelement (1), welches Anschlüsse für eine Be- und/oder Entlüftungsanlage eines Raumes oder Gebäudes aufweist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Solarkollektor, ein Fassadenelement und eine Solaranlage zu schaffen, welche die Nachteile gemäß dem Stand der Technik überwinden und sich gut in Gebäudeteile und Haustechnik integrieren lassen. Gekennzeichnet ist der Solarkollektor (2) dadurch, dass mindestens ein Solarkollektor (2) eine Außenfläche eines Bauelementes (1) bildet und dass der Absorber (4) mit seiner von einem Solarfluid durchströmbaren Kanalstruktur (5) innerhalb eines Bauelementes (1) in einem Luftkanal (6) einer Be- und/oder Entlüftungsanlage angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Solarkollektor, insbesondere einen Solarflachkollektor, nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Weiter betrifft die Erfindung ein solarthermisches Fassadenelement nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 6 sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Solaranlage nach Patentanspruch 8.
Solarkollektoren, insbesondere Solarflachkollektoren, sind allgemein bekannt, dienen der Warmwasserbereitung oder Heizungsunterstützung, und werden entsprechend ihrer Verwendung in Warmwasserbereitungs- und Heizungsanlagen, beispielsweise zusammen mit einem Solarkreislauf über einen Wärmespeicher, integriert.
Derartige Solarkollektoren bestehen im Wesentlichen aus einer Glasabdeckung und einem Absorber, welcher Solarstrahlung absorbiert. Bei Solarkollektoren für die Dachmontage befindet sich üblicherweise hinter dem Absorber ein meist wannenförmiges Isolierungsteil mit zusätzlichem Wärmedämmungsmaterial. Der Absorber ist dabei sandwichartig zwischen der Glasabdeckung und dem Isolierungsteil angeordnet. Er besitzt eine von einem Solarfluid durchströmbare Kanalstruktur und bildet einen Verbund mit einer Glasabdeckung, so dass ein Raum zwischen Glasabdeckung und Absorber entsteht, welcher in der Regel mit Gas gefüllt ist, um den Wirkungsgrad des Absorbers zu steigern. Weiterhin sind sogenannte Luftkollektoren zur Vorwärmung von Raumluft bekannt. Diese besitzen Kanäle, beispielsweise in transparenten Doppelstegplatten, in denen Luft strömt. Diese Luftkollektoren können dann als separates, zum Beispiel außen an einer Fassade montiertes Bauelement, welches Anschlüsse für eine Be- und/oder Entlüftungsanlage eines Raumes oder Gebäudes aufweist, mit der betreffenden Haustechnik verbunden werden.
Zudem ist das Ausbilden größerer Kollektorflächen, beispielsweise für Dach oder Fassade, bekannt. Ausführungsbeispiele sind in der DE 32 01 618 A1 , der DE 31 08 356 A1 oder der DE 33 45 614 A1 enthalten. Dazu werden allerdings immer verschiedene abgestimmte Befestigungs- und/oder Randverbundteile benötigt, die an die jeweilige spezielle Einbausituation angepasst sein müssen. Nachteilig ist außerdem, dass wesentliche Funktionen oder Merkmale von modernen Sonnenkollektoren, welche zu einer erheblichen Leistungssteigerung sowie einer guten Effizienz führen, bei derartigen Sonnenkollektor-Bausätzen häufig prinzipbedingt nicht realisiert werden können. Dazu zählt insbesondere das vorteilhafte Evakuieren des Raumes zwischen Glasabdeckung und Absorberblech oder eine Edelgasfüllung in diesem Raum.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Solarkollektor, ein Fassadenelement und eine Solaranlage zu schaffen, welche die Nachteile gemäß dem Stand der Technik überwinden und sich gut in Gebäudeteile und Haustechnik integrieren lassen.
Erfindungsgemäß wird dies durch die Gegenstände mit den Merkmalen des Patentanspruches 1, des Patentanspruchs 6 und des Patentanspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Der erfindungsgemäße Solarkollektor ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Solarkollektor eine Außenfläche eines Bauelementes eines Gebäudes bildet und dass der Absorber mit seiner von einem Solarfluid durchströmbaren Kanalstruktur innerhalb eines Bauelementes in einem Luftkanal einer Be- und/oder Entlüftungsanlage angeordnet ist. Dabei ist der Absorber mit seiner von einem Solarfluid durchströmbaren Kanalstruktur an eine Heizungs- und/oder Warmwasserbereitungsanlage angeschlossen, so dass unten kühleres Wärmeträgerfluid zugeführt und im oberen Bereich abgezogen wird. In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die von einem Solarfluid durchströmbare Kanalstruktur des Absorbers mit oberflächenvergrößernden Elementen versehen, welche eine Wärmeübertragung an die in einem zugeordneten Luftkanal strömende Luft begünstigen.
Innerhalb eines Bauelementes ist ein im Wesentlichen vertikaler Luftkanal hinter einem vertikalen Absorber vorgesehen, um die Luft, beispielsweise während des Aufsteigens in einer Wand, vorzuwärmen. So befinden sich vorzugsweise im Bauelement im Bereich unterhalb des Absorbers Zuströmöffnungen für Außenluft und/oder für Raumluft in den zugeordneten Luftkanal. Im Bereich oberhalb des Absorbers sind Ausströmöffnungen für Abluft nach außen und/oder vorgewärmte Raumluft nach innen, also aus dem Luftkanal heraus, angeordnet.
Das erfindungsgemäße Fassadenelement, insbesondere solarthermische Fassadenelement, besteht aus mindestens einem Solarkollektor. Vorteilhafterweise ist der mindestens eine Solarkollektor in eine Pfosten-Riegel-Konstruktion integriert, so dass sich die solarthermisch aktive Außenfläche bzw. die Luftkanalgröße durch Hinzufügen weiterer Elemente einfach erweitern lässt. Auf diese Weise lässt sich der Solarkollektor leicht verbauen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Solaranlage ist dadurch gekennzeichnet, dass je nach Wärmebedarf und Wärmeangebot aus solarer Strahlung der flüssige und/oder der gasförmige Wärmeträger zum Transport der Wärmemenge genutzt werden. Daher wird mindestens im Sommer die solare Strahlung für die Warmwasserbereitung über den Transport mit dem flüssigen Wärmeträger in einen Speicher verwertet. Mindestens im Winter erfolgt eine Verwertung der solaren Strahlung für Raumwärmeerzeugung über Lufterwärmung im zugeordneten Luftkanal. In der Übergangszeit oder speziellen Betriebszuständen kann somit auch eine parallele Wärmeverwertung erfolgen.
Mit dem erfindungsgemäßen Solarkollektor, dem Fassadenelement und dem Verfahren zum Betreiben einer Solaranlage wird eine gute Integration von Solartechnik in Gebäudeteile, insbesondere in eine senkrechte Fassadenstruktur, und Haustechnik erreicht. Dies ist wichtig, weil besonders bei Gebäuden mit Photovoltaikanlagen auf den Dachflächen die für solarthermische Anlagenteile freien Flächen im Bereich der Fassaden zu suchen sind. Erfindungsgemäß liegt ein gegenüber der Atmosphäre abgeschirmter Absorber vor, welcher wie bekannte Komponenten aus Solarsystemen aufgebaut ist, die als Glas/Absorber-Verbund zu bezeichnen sind. Die vorteilhaften Eigenschaften eines solchen Glas/Absorber-Verbundes liegen in der Isolierwirkung, also einer verringerten Abstrahlung nach außen, der Beschlagfreiheit und des dadurch erhöhten Absorber-Wirkungsgrades. Kann die solare Strahlung für den Bedarf an Raumwärme genutzt werden, so wird erfindungsgemäß über die Rückseite des Absorbers Luft zur Temperierung der Raumluft geblasen.
Die zu erwärmende Luft wird erfindungsgemäß nur auf der Rückseite des Absorbers geführt und übernimmt dort die Wärme aus solarer Strahlung. Staubanteile und zum Beispiel Salzgehalte, die aus der angesaugten Luft stammen, treffen nicht auf die wirksame Absorberfläche. Die Absorberbeschichtung ist somit nachhaltig vor schädlichen Einflüssen geschützt.
Ein wesentlicher Vorteil durch die am Absorber vorhandene Rohrführung für flüssige Wärmeträger ist eine bivalente Nutzung des Solarkollektors. Wenn also im Sommer kein Bedarf für solar erzeugte Raumwärme über direkte Erwärmung von Luft besteht, wird die im Absorber gewonnene Wärme über den flüssigen Wärmeträger zu einem Wärmespeicher geführt. Vorteilhaft ist somit die flexible Nutzung des solaren Strahlungsangebotes über direkte Nutzung, da diese in der Regel günstiger als eine Speicherung ist, und die Möglichkeit, solare Wärme in Medien mit hoher Wärmekapazität, wie zum Beispiel Wasser oder Phasenwechsel-Material, zu speichern.
Eine unerwünschte Stagnation des flüssigen Wärmeträgerkreislaufes im solaren Anlagenteil kann mit der Erfindung vermieden werden, weil sich die Möglichkeit zur synchronen Nutzung bzw. Wärmeabfuhr bietet und mit der Luftströmung zusätzlich Wärme aus dem Absorber abtransportiert werden kann. In diesem Falle tritt kühle Außenluft im unteren Bereich ein und oberhalb des Solarkollektors wieder aus dem Luftkanal im Bauteil aus.
Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar und zeigt in einer einzigen Figur schematisch einen vertikalen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Solarkollektor in Einbauposition in einer Wand eines Gebäudes.
Der in ein Bauelement 1 integrierte Solarkollektor 2 besteht aus einer Glasabdeckung 3, einem Absorber 4 mit einer von einem Solarfluid durchströmbaren Kanalstruktur 5 für ein Wärmeträgermedium sowie einem im Randbereich umlaufenden Abstandshalter 6 mit Dichtungen. Daher kann der abgeschlossene Raum 6 zwischen der Glasabdeckung 3 und dem Absorber 4 evakuiert oder mit Edelgas gefüllt sein.
Das den Solarkollektor 2 aufnehmende Bauelement 1 besitzt Anschlüsse für eine Be- und/oder Entlüftungsanlage eines Raumes oder Gebäudes, wobei der Solarkollektor 2 eine Außenfläche des Bauelementes 1 bildet und wobei der Absorber 4 mit seiner Kanalstruktur 5 innerhalb eines Bauelementes 1 in einem vertikalen Luftkanal 6 angeordnet ist. Über eine Solarkreislauf 7 ist der Solarkollektor 2 mit der Kanalstruktur 5 des Absorbers 4 an einer Speicher 8 einer Heizungs- und/oder Warmwasserbereitungsanlage angeschlossen.
Im Bauelement 1 befinden sich im Bereich unterhalb des Absorbers 4 Zuströmöffnungen für Außenluft 9 und/oder Raumluft 10 in den zugeordneten Luftkanal 6. Im Bereich oberhalb des Absorbers 4 sind Ausströmöffnungen für Abluft 11 nach außen und/oder vorgewärmte Raumluft 12 nach innen hin angeordnet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 3201618 A1 [0004]
DE 3108356 A1 [0004]
DE 3345614 A1 [0004]

Claims

Solarkollektor (2), insbesondere ein Solarflachkollektor, mit mindestens einem Solarstrahlung absorbierenden Absorber (4) mit einer von einem Solarfluid durchströmbaren Kanalstruktur (5), einer mit dem Absorber (4) einen Verbund bildenden Glasabdeckung (3), einem mit Gas gefüllten Raum (7) zwischen Glasabdeckung (3) und Absorber (4) sowie einem den Solarkollektor (2) aufnehmenden Bauelement (1), welches Anschlüsse für eine Be- und/oder Entlüftungsanlage eines Raumes oder Gebäudes aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Solarkollektor (2) eine Außenfläche eines Bauelementes (1) bildet und dass der Absorber (4) mit seiner von einem Solarfluid durchströmbaren Kanalstruktur (5) innerhalb eines Bauelementes (1) in einem Luftkanal (6) einer Be- und/oder Entlüftungsanlage angeordnet ist.
Solarkollektor (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Absorber (4) mit seiner von einem Solarfluid durchströmbaren Kanalstruktur (5) an eine Heizungs- und/oder Warmwasserbereitungsanlage angeschlossen ist.
Solarkollektor (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die von einem Solarfluid durchströmbare Kanalstruktur (5) des Absorbers (4) mit oberflächenvergrößernden Elementen versehen ist, welche eine Wärmeübertragung an die in einem zugeordneten Luftkanal (6) strömende Luft begünstigen.
Solarkollektor (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb eines Bauelementes (1) ein im Wesentlichen vertikaler Luftkanal (6) hinter einem vertikalen Absorber (4) vorgesehen ist.
Solarkollektor (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Bauelement (1) im Bereich unterhalb des Absorbers (4) Zuströmöffnungen für Außenluft (9) und/oder Raumluft (10) in den zugeordneten Luftkanal (6) sowie im Bereich oberhalb des Absorbers (4) Ausströmöffnungen für Abluft (11) und/oder vorgewärmte Raumluft (12) angeordnet sind.
Fassadenelement, insbesondere ein solarthermisches Fassadenelement, mit mindestens einem Solarkollektor (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
Fassadenelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Solarkollektor (2) in eine Pfosten-Riegel-Konstruktion integriert ist.
Verfahren zum Betreiben einer Solaranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass je nach Wärmebedarf und Wärmeangebot aus solarer Strahlung der flüssige und/oder der gasförmige Wärmeträger zum Transport der Wärmemenge genutzt werden.
Verfahren zum Betreiben einer Solaranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens im Sommer die solare Strahlung für die Warmwasserbereitung über den Transport mit dem flüssigen Wärmeträger in einem Speicher (8) verwertet wird und dass mindestens im Winter eine Verwertung der solaren Strahlung für Raumwärmeerzeugung über Lufterwärmung im zugeordneten Luftkanal (6) erfolgt.