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Die Erfindung betrifft einen solarthermischen Kollektor mit einer transparenten Deckfläche, mit einer Absorbereinheit sowie mit einer der Absorbereinheit zugeordneten Isolierung, und ein Verfahren zu seiner Herstellung.
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Ein solarthermischer Kollektor ist aus der
DE 198 30 345 A1 bekannt. Der bekannte Solarkollektor weist als transparente Deckfläche eine Glasplatte auf, unter der eine Absorbereinheit und eine Isolierung positioniert sind. Die Absorbereinheit und die Isolierung sind in einem Metallrahmen gehalten, auf dem nach dem Einbringen der Absorbereinheit und der Isolierung die transparente Deckplatte von oben her aufgebracht wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen solarthermischen Kollektor und ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, die einen wesentlich vereinfachten Aufbau des Kollektors ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Deckfläche ein einstückiger Teil einer Gehäuseschale ist, die an wenigstens einer Stirnseite offen ist und an zwei gegenüberliegenden Seiten Profilschenkel aufweist zwischen die die Absorbereinheit und die Isolierung von der Stirnseite her einschiebbar sind, und die die Absorbereinheit und die Isolierung in der eingeschobenen Position halten, und dass wenigstens ein Seitenteil zum Verschließen der wenigstens einen offenen Stirnseite vorgesehen ist. Vorzugsweise ist die Gehäuseschale zu beiden, einander gegenüberliegenden Stirnseiten hin offen, so dass die Absorbereinheit und die Isolierung wahlweise von einer der beiden Stirnseiten her in die Gehäuseschale einschiebbar sind. Bei dieser vorteilhaften Ausführungsform ist jeder Stirnseite ein Seitenteil zugeordnet, das die offene Stirnseite nach dem Einfügen der Absorbereinheit und der Isolierung verschließt.
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In Ausgestaltung der Erfindung sind die Gehäuseschale und die Profilschenkel einstückig aus Kunststoff, insbesondere aus Polycarbonat, hergestellt. Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, da lediglich wenige Bauteile benötigt werden, um den solarthermischen Kollektor zu schaffen. Dadurch, dass die Gehäuseschale mit ihrer transparenten Deckfläche und die Profilschenkel ein einstückiges Bauteil bilden, werden Probleme vermieden, die sich beim Stand der Technik ergeben können. Denn beim Stand der Technik müssen die verschiedenen Bauteile, die das den Absorber umgebende Gehäuse bilden, miteinander verbunden und gegeneinander abgedichtet werden. Dies wird bei der erfindungsgemäßen Lösung und bei der beschriebenen Ausgestaltung vermieden. Vorzugsweise sind auch die Seitenteile aus einem thermoplastischen Kunststoff, insbesondere aus Polycarbonat, hergestellt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weisen die gegenüberliegenden Profilschenkel einander zugewandte Führungsstege auf, die die Absorbereinheit und die Isolierung führen und halten. Die Isolierung dient zur Wärmedämmung. Die Führungsstege sind derart auf entsprechende Randbereiche der Absorbereinheit und der Isolierung abgestimmt, dass die gewünschte Führungs- und Haltefunktion erzielt wird.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Gehäuseschale einschließlich der Profilschenkel über ihre gesamte Länge einen gleichbleibenden Querschnitt auf. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine besonders einfache Herstellung von Gehäuseschale und Profilschenkeln. Denn diese können in einfacher Weise aus einem Plattenmaterial gebildet werden, das an gegenüberliegenden Randbereichen unter Bildung der Profilschenkel umgebogen wird. Da das Plattenmaterial vorzugsweise aus Kunststoff besteht, erfolgt die Biegung durch Warmumformen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das wenigstens eine Seitenteil mit Randprofilierungen versehen, die auf einen Stirnrand der Gehäuseschale und der Profilschenkel derart abgestimmt sind, dass das Seitenteil stirnseitig auf die Gehäuseschale und die Profilschenkel aufsteckbar ist. Eine dichte Verbindung zwischen Seitenteil und Gehäuseschale und Profilschenkeln erfolgt vorzugsweise stoffschlüssig, insbesondere durch Verklebung. Das Seitenteil besteht vorzugsweise aus thermoplastischem Kunststoff.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Seitenteil mit Aussparungen für Zu- und Ablaufanschlüsse von Strömungskanälen der Absorbereinheit versehen. Vorzugsweise ragen die Zu- und Ablaufanschlüsse der Absorbereinheit durch diese Aussparungen des Seitenteiles nach außen. Alternativ ist es möglich, die Aussparungen des Seitenteiles direkt mit Zu- und Ablaufanschlüssen zu versehen und einen dichten Anschluss zu entsprechenden Zu- und Ablaufstutzen der Absorbereinheit zu schaffen. Falls das Seitenteil Aussparungen aufweist, durch die entsprechende Zu- und Ablaufstutzen der Absorbereinheit hindurchragen, ist vorgesehen, einen umlaufenden Rand jeder Aussparung des Seitenteiles zu den Zu- und Ablaufstutzen abzudichten.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Seitenteil mit Funktionsprofilierungen für die Halterung einer Zusatzfunktionseinheit versehen. Dadurch ist es möglich, an entsprechende Seitenteile mehrerer solarthermischer Kollektoren andere Funktionseinheiten wie insbesondere Photovoltaikmodule anzufügen. Alternativ oder ergänzend können Zusatzfunktionseinheiten in Form von Verbindungsbrücken vorgesehen sein, die benachbarte Reihen mehrerer solarthermischer Kollektoren miteinander verbinden, um einen sicheren und formstabilen Verbund zu bilden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Zusatzfunktionseinheit Verbindungsmittel für den beidseitigen Anschluss an unterschiedliche Seitenteile verschiedener Kollektoren auf. Die Seitenteile weisen zu den Verbindungsmitteln komplementäre Anschlussstellen auf, um eine vorzugsweise werkzeuglose Verbindung zu ermöglichen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind gegenüberliegende Profilschenkel der Gehäuseschale außenseitig derart komplementär profiliert, dass eine seitliche, bündige Aneinanderfügung an eine weitere, identische Gehäuseschale ermöglicht ist. Vorteilhaft sind auch die Seitenteile in entsprechender Weise auf die aneinander anschließenden Gehäuseschalen abgestimmt. Durch diese Ausgestaltung ist es möglich, eine Reihe von mehreren, nebeneinander angeordneten Solarkollektoren zu bilden, ohne einen Abstand zwischen diesen solarthermischen Kollektoren zu belassen. Dadurch ist ein besonders kompakter Verbund mehrerer, nebeneinander angeordneter solarthermischer Kollektoren ermöglicht. Dadurch ist es vorteilhaft möglich, eine Fassadenkollektoranordnung vorzunehmen, die an Gebäudefassaden angebracht werden kann. In vorteilhafter Weise kann eine derartige Kollektoranordnung auf einem Untergestell, insbesondere einem Aluminium-Rahmengestell, aufgebaut sein.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Gehäuseschale und den Profilschenkeln an zwei gegenüberliegenden Stirnseiten jeweils ein Seitenteil zugeordnet, wobei beide Seitenteile nach unten abragende Stützfüße aufweisen. Dadurch ist eine sichere Positionierung eines solarthermischen Kollektors auf einem entsprechenden Untergrund ermöglicht. Die Stützfüße können insbesondere zur Befestigung an einem geeigneten Untergestell dienen.
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Für das Verfahren wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe zur Herstellung eines solarthermischen Kollektors mit einer transparenten Deckfläche, einer Absorbereinheit und einer Isolierung dadurch gelöst, dass ein transparentes Kunststoffplattenmaterial durch Extrusion hergestellt und anschließend abgelängt wird, und dass quer zur Extrusionsrichtung verlaufende, einander gegenüberliegende Seitenbereiche des Kunststoffplattenmaterials zu den Profilschenkeln warmumgeformt werden, und dass anschließend die Absorbereinheit und die Isolierung von einer Stirnseite her zwischen die Profilschenkel eingeschoben werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders vorteilhaft, da hierdurch auch sehr breite Kollektoren hergestellt werden können. Denn dadurch, dass die Profilschenkel an den quer zur Extrusionsrichtung liegenden Seitenbereichen geformt werden, können Deckflächen mit in Extrusionsrichtung gesehener, relativ großer Länge geschaffen werden. Die Breite des Kollektors ist demzufolge nicht von der maximal möglichen Breite einer Extrudermatrize abhängig. Es ist daher möglich, in äußerst einfacher Weise Solarkollektoren mit großen Abmessungen herzustellen.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung, die anhand der Zeichnungen dargestellt sind.
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1 zeigt schematisch in einer Querschnittsdarstellung eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen solarthermischen Kollektors,
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2 in vergrößerter Darstellung einen Ausschnitt des Kollektors nach 1,
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3 in perspektivischer Explosionsdarstellung den Kollektor nach den 1 und 2,
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4 in einer weiteren Explosionsdarstellung, schräg von unten gesehen, den Kollektor nach den 1 bis 3,
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5 eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Seitenteiles des Kollektors nach 3,
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6 in perspektivischer Explosionsdarstellung eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen solarthermischen Kollektors,
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7 in perspektivischer Darstellung einen Verbund aus insgesamt vier Kollektoren gemäß 6,
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8 eine Seitenansicht des Kollektors nach 6,
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9 eine Seitenansicht von zwei hintereinander angeordneten Kollektoren nach 8,
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10 in perspektivischer Darstellung zwei bündig aneinandergefügte Gehäuseschalen von zwei Kollektoren nach 6,
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11 in vergrößerter Darstellung einen Ausschnitt im Bereich der Verbindungsstellen der Gehäuseschalen nach 10,
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12 eine perspektivische Darstellung mehrerer solarthermischer Kollektoren nach den 10 und 11 in einer Fassadenkollektoranordnung und
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13 in vergrößerter Darstellung eine Seitenansicht der Fassadenkollektoranordnung nach 12.
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Ein solarthermischer Kollektor 1 gemäß den 1 bis 5 weist eine transparente Deckfläche auf, die durch eine Gehäuseschale 2, 9, 10 aus einem transparenten Kunststoffmaterial, vorliegend Polycarbonat, hergestellt ist. Die Gehäuseschale weist einen die Deckfläche bildenden, ebenen Deckbereich 2 auf, der plattenförmig ausgebildet ist. An gegenüberliegenden Seitenbereichen weist die Gehäuseschale jeweils einen rechtwinklig nach unten abgewinkelten Profilschenkel 9 auf, der an seinem unteren Endbereich unter Bildung eines Führungssteges 10 rechtwinklig nach innen gekrümmt ist. Die Gehäuseschale weist über ihre gesamte, in Richtung der Profilschenkel 9 erstreckte Länge den gleichen, U-artigen Querschnitt auf. Die Gehäuseschale ist einschließlich des Deckbereiches 2 und der Profilschenkel 9 aus einem einstückigen, transparenten Plattenbauteil geformt. Hierzu wird das entsprechende transparente Kunststoffplattenmaterial durch Extrusion als Halbzeug hergestellt und anschließend je nach gewünschter Länge der Gehäuseschale quer zur Extrusionsrichtung abgelängt. Dann werden die quer zur Extrusionsrichtung liegenden, vorderen und hinteren Seitenränder des abgelängten Plattenteils durch Warmumformung nach unten umgebogen, wodurch sich die Profilschenkel 9 und die Führungsstege 10 ergeben. Durch die Warmumformung quer zur Extrusionsrichtung ist es möglich, die Erstreckung des Deckplattenbereiches 2 und damit die Ablängung des Plattenhalbzeugs unabhängig vondurch eine Extrusionsmatrize vorgegebenen Abmessungen zu gestalten. Denn würde eine Extrusionsmatrize bereits gemäß dem U-förmigen Querschnitt der Gehäuseschale gestaltet sein, so wäre die Breite des Solarkollektors und damit die Erstreckung des Deckplattenbereichs zwischen den gegenüberliegenden Profilschenkeln abhängig von der Breite der Extrusionsmatrize. Durch die vorliegende Erfindung hingegen, die ein einfach extrudiertes Plattenmaterial verwendet, kann die Erstreckung des Deckplattenbereiches 2 zwischen den gegenüberliegenden Profilschenkeln 9 relativ groß gestaltet sein. Denn die Biegung der Profilschenkel 9 erfolgt erst nach gewünschter Ablängung des Plattenmaterials in einem zweiten Verfahrensschritt durch Warmumformung.
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Dadurch, dass die Gehäuseschale 2, 9, 10 über ihre gesamte Länge – quer zur Extrusionsrichtung gesehen – den gleichen Querschnitt besitzt, ist die Gehäuseschale zu ihren gegenüberliegenden Stirnseiten hin offen. Von einer dieser offenen Stirnseiten her wird in die Gehäuseschale 2 eine Absorbereinheit 3 gemeinsam mit einer als Wärmedämmung dienenden Isolierung 4 eingeschoben, wobei unterhalb der Isolierung 4 eine Bodenplatte zur Stützung der Isolierung 4 vorgesehen ist. Die Absorbereinheit 3 ist in der Isolierung eingebettet, die einen U-förmigen Querschnitt aufweist und mit gegenüberliegenden Seitenschenkeln die Absorbereinheit 3 seitlich flankiert. Die Isolierung 4 kann aus entsprechend geformter Steinwolle oder aus einem anderen geeigneten Wärmedämmungsmaterial hergestellt sein. Die Isolierung 4 liegt auf einer Bodenplatte 5 auf, die vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt ist und in montierter Position innerhalb der Gehäuseschale 2, 9, 10 auf den nach innen ragenden Führungsstegen 10 aufliegt. Die Absorbereinheit 3 weist in grundsätzlich bekannter Weise ein Strömungskanalsystem auf, um aufzuwärmendes Wasser durch die Absorbereinheit hindurchzuleiten. Oberhalb der Strömungskanäle ist eine dunkle, vorzugsweise schwarze Absorberplatte vorgesehen.
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Nach dem Einschieben der Absorbereinheit 3 und der Isolierung 4 werden die gegenüberliegenden Stirnseiten der Gehäuseschale 2, 9, 10 durch jeweils ein Seitenteil 6 verschlossen. Beide Seitenteile 6 sind in Form von Endkappen aus Kunststoff gestaltet, die auf die Stirnrandbereiche der Gehäuseschale 2, 9, 10 und der Bodenplatte 5 aufgesteckt und anschließend umlaufend verklebt werden. Ein umlaufender Randbereich jedes Seitenteiles 6 ist auf die stirnseitige Außenkontur der Baueinheit aus Gehäuseschale 2, 9, 10, Absorbereinheit 3, Isolierung 4 und Bodenplatte 5 derart abgestimmt, dass ein umlaufender Randbereich des Seitenteiles 6 diese Außenkontur in aufgestecktem Zustand kraftschlüssig überdeckt. Zusätzlich ist die Verklebung jedes Seitenteiles 6 mit der genannten Baueinheit vorgesehen.
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Jedes Seitenteil 6 weist Durchtritte 7 für entsprechende Anschlussstutzen der Strömungskanäle der Absorbereinheit 3 auf. Über die Anschlussstutzen ist ein Anschluss der Absorbereinheit 3 an einen entsprechenden Flüssigkeitskreislauf gewährleistet.
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Der solarthermische Kollektor 1a, wie er anhand der 6 bis 11 dargestellt ist, weist grundsätzlich den gleichen Aufbau auf wie der solarthermische Kollektor 1 nach den 1 bis 5. Funktionsgleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen unter Hinzufügung des Buchstabens a versehen. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird bezüglich der funktionsgleichen Bauteile auf die Beschreibung zu der Ausführungsform nach den 1 bis 5 verwiesen. Nachfolgend wird auf die Unterschiede der Ausführungsform nach den 6 bis 11 eingegangen. Auch bei der Ausführungsform nach den 6 bis 11 weist die Gehäuseschale 2a, 9a, 9b, 10a einen ebenen Deckplattenbereich 2a auf, der eine transparente Deckfläche für den Kollektor 1a bildet. Die Herstellung der Gehäuseschale erfolgt in gleicher Weise wie bei dem zuvor beschriebenen solarthermischen Kollektor 1. Wesentlicher Unterschied ist es bei der Ausführungsform nach den 6 bis 11, dass die gegenüberliegenden seitlichen Profilschenkel 9a und 9b nicht spiegelsymmetrisch zueinander gestaltet sind, wie dies bei der Ausführungsform nach den 1 bis 5 der Fall war. Beide Profilschenkel 9a und 9b weisen an ihrem unteren Endbereich jeweils einen zur Mitte nach innen weisenden Führungssteg 10a auf. Wie anhand der 11 erkennbar ist, sind die gegenüberliegenden Profilschenkel 9a und 9b derart komplementär zueinander gestaltet, dass benachbarte Gehäuseschalen 1a (10) bündig und flächig mit ihren benachbarten Profilschenkeln 9a, 9b aneinandergefügt werden können. Die Profilschenkel 9a und 9b sind in gleicher Weise durch Warmumformung gestaltet wie bei dem Ausführungsbeispiel nach den 1 bis 5. Die Seitenrandbereiche des Deckplattenbereiches sind jedoch aufwendiger profiliert als bei der Ausführungsform nach den 1 bis 5. Wie anhand der 11 erkennbar ist, sind beide Profilschenkel 9a und 9b durch einen an den Deckplattenbereich 2a anschließenden, rechtwinklig nach unten ragenden Profilabschnitt gebildet, wobei bei dem Profilschenkel 9a ein rechtwinklig nach außen abragender Profilabschnitt anschließt. Bei dem Profilschenkel 9b schließt ein rechtwinklig nach innen ragender Profilabschnitt an den zuvor beschriebenen Profilabschnitt an. An diese in der Darstellung nach 11 horizontalen Profilabschnitte schließen bei den Profilschenkeln 9a und 9b rechtwinklig nach unten ragende Profilabschnitte an, die in die jeweils zur Mitte der jeweiligen Gehäuseschale 1a ragenden Führungsstege 10a münden. Die in der Darstellung nach 11 vertikalen Profilabschnitte jedes Profilschenkels 9a und 9b weisen in ihrer Summe die gleiche Länge auf, wobei bei dem Profilschenkel 9a der obere Profilabschnitt länger und der untere Profilabschnitt kürzer sind. Beim Profilschenkel 9b ist der obere Profilabschnitt kürzer und der untere Profilabschnitt länger. Die mittleren, in der Darstellung nach 11 horizontalen Profilabschnitte weisen die gleiche Länge auf.
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Die direkte Aneinanderfügung der komplementären Profilschenkel 9a, 9b zweier nebeneinander liegender Kollektoren 1a kann durch entsprechende Verklebung im Bereich der Anlagefläche wasserdicht ausgeführt sein.
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Die nicht dargestellte Absorbereinheit einschließlich Isolierung und Bodenplatte sind in ihren Außenkonturen auf die durch die gegenüberliegenden Profilschenkel 9a, 9b jeder Gehäuseschale vorgegebenen Dimensionierungen abgestimmt.
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Auch die Kollektoren 1a weisen an den gegenüberliegenden Stirnseiten jeder Gehäuseschale jeweils ein als Endkappe gestaltetes Seitenteil 6a auf, das in gleicher Weise auf dem Stirnwandbereich der Gehäuseschale 2a, 9a, 9b, 10a befestigt wird, wie bei der Ausführungsform nach den 1 bis 5. Die Randkontur des jeweiligen Seitenteils 6a ist auf die Außenkontur der jeweiligen Stirnseite jeder Gehäuseschale abgestimmt. Die gegenüberliegenden Seitenteile 6a jedes Kollektors 2a sind nicht identisch zueinander gestaltet, sondern weisen unterschiedliche Halteprofilierungen 11, 13 für die Befestigung von Zusatzfunktionseinheiten 14 auf, die zusätzlich Photovoltaikmodule 16 tragen können. Wie anhand der 6 bis 9 erkennbar ist, sind die Zusatzfunktionseinheiten 14 als Adapterfortsätze aus Kunststoff gestaltet, die über Steckprofilierungen 13, 15 mit dem jeweiligen Seitenteil 6a verbindbar sind. Das jeweils gegenüberliegende Seitenteil 6a weist eine über die Länge des Seitenteiles 6a verlaufende Halteprofilierung 11 auf, die einstückig an dem entsprechenden Seitenteil 6a ausgeformt ist. Der als Adapter dienende Trägerfortsatz (Zusatzfunktionseinheit 14) weist korrespondierend zu der Halteprofilierung 11 eine über die Länge des Trägerfortsatzes 14 erstreckte Verbindungsprofilierung 15 auf, die komplementär zu der Halteprofilierung 11 gestaltet ist, um eine formschlüssige Verbindung gemäß 9 mit der Halteprofilierung 11 eingehen zu können. Der Trägerfortsatz 14 weist Aufnahmebereiche für die Befestigung entsprechender Photovoltaikmodule 16 auf. Anhand der 7 und 9 ist erkennbar, dass mittels der Trägerfortsätze 14 benachbarte Reihen nebeneinander befindlicher Solarkollektoren 1a miteinander verbunden werden können. Zusätzlich können in die durch die Trägerfortsätze 14 gebildeten Zwischenräume Photovoltaikmodule 16 oder andere Zusatzfunktionselemente eingebettet werden.
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Jedes Seitenteil 6a der Ausführungsform nach den 6 bis 11 weist einstückig ausgeformte Stützfüße 12 auf, die nach unten abragen und eine sichere Positionierung des jeweiligen solarthermischen Kollektors 1a auf einem entsprechenden Untergrund ermöglichen.
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Anhand der 12 und 13 ist erkennbar, dass die entsprechenden Seitenteile 6b für die Gehäuseschalen 1a gemäß den 10 und 11 an die Profilierungen der Gehäuseschalen 1a angepasst sind. Zwei bündig aneinander schließende Gehäuseschalen 1a weisen demzufolge auf jeder Stirnseite auch jeweils ein Seitenteil 6b auf, das bündig an dem benachbart anschließenden Seitenteil 6b anliegt. Die gegenüberliegenden Stirnseiten jedes Seitenteiles 6b sind somit komplementär gestuft gestaltet. Zudem sind die jeweils zur nächsten Reihe von Solarkollektoren zugewandten Seitenflächen der Seitenteile 6b mit Verbindungsprofilierungen 18 und 19 versehen, die ein überlappendes Aneinanderfügen oder Verrasten benachbarter Reihen von Solarkollektoren ermöglichen. Dies ist anhand der 12 und 13 gut erkennbar. Durch die Gestaltungsmerkmale der Solarkollektoren gemäß den 10 bis 13 ist es möglich, Fassadenkollektoranordnungen zu schaffen, die an Gebäudefassaden befestigt werden können. Vorzugsweise sind diese Fassadenkollektoranordnungen auf einem geeignet gestalteten Untergestell gehalten, das bei einer bevorzugten Ausführungsform als Aluminium-Rahmengestell ausgeführt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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