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Die Erfindung betrifft einen Solarkollektor zur solarthermischen Nutzung der Solarenergie, bestehend aus einem Gehäuse, in dem Kanäle für die Durchströmung eines Fluids angeordnet sind, die an einen Zulauf und einen Ablauf angeschlossen sind, wobei die der Sonne zugewandte Seite des Gehäuses mit einer Scheibe verschlossen ist.
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Solar- oder Sonnenkollektoren sind seit geraumer Zeit bekannt. Sie finden Anwendung zur Nutzung der von der Sonne ausgehenden Strahlung, kurz Sonnenenergie, um diese in thermische Energie umzuwandeln. Als Übertragungsfluid finden beispielsweise Wasser, Gas oder Solen Anwendung. Durch die Sonneneinstrahlung heizt sich im Kollektor das Fluid auf, so dass das den Kollektor verlassende Fluid eine höhere Temperatur aufweist, als das einströmende Fluid. Das aufgeheizte Fluid transportiert die gespeicherte Energie zu einem Verbraucher oder einem Wärmespeicher. Bei den Verbrauchern kann es sich um Anlagen zur Brauchwassererhitzung oder Heizungsunterstützung handeln. Bei der Verwendung von Sole als Fluid kommt insbesondere die Unterstützung für Solewärmepumpenkreisläufe in Betracht.
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Sonnenkollektoren sollen über das gesamte Jahr eine unterstützende bzw. ergänzende Funktion für die angeschlossenen Verbraucher darstellen. Da die Kollektoren überwiegend ungeregelt ausgebildet sind, treten jedoch über das gesamte Jahr sehr stark schwankende Wetter- und damit Temperaturverhältnisse auf. Dies wird zwar bei der Auslegung der Kollektoren üblicherweise berücksichtigt; es führt jedoch nicht zu einer optimalen Leistungsfähigkeit der Kollektoren. Dies hat seine Ursache darin, dass die Kollektoren im Falle einer auf die klimatischen Bedingungen im Sommer ausgelegten Kollektordimensionierung aufgrund der im Winter wesentlich geringeren Anzahl der Sonnenstunden und wesentlich geringeren Außentemperaturen nicht in der Lage sind, eine ausreichende Wärmeenergie zur Verfügung zu stellen. Ist dagegen die Größe des Kollektors auf eine ausreichende Wärmeenergiegewinnung in der Winterzeit ausgelegt, führt dies im Sommer zu einer deutlichen Überhitzung des Fluids, was unter Umständen eine Überschreitung des Siedepunktes des Fluids zur Folge hat. Dies kann jedoch zu Bildung von Dampfblasen und einem Ausflocken führen, insbesondere bei der Verwendung von Sole als Fluid. Durch die Dampfblasen entsteht in den Leitungen ein Überdruck, der zu einer Beschädigung des gesamten Fluidkreislaufs führen kann. Dies hat Reinigungs- und Reparaturkosten zur Folge, die eine wirtschaftliche Nutzung negativ beeinflussen. Bei einer Auslegung der Kollektoren auf die im Jahresdurchschnitt mittleren Temperaturen besteht ebenso die Gefahr einer Überhitzung im Sommer; gleichzeitig ist eine nicht ausreichende Wärmeenergiegewinnung im Winter die Regel.
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Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Solarkollektor zur solarthermischen Nutzung der Solarenergie zu schaffen, der unabhängig von den herrschenden Temperaturen sicherstellt, dass die für einen optimalen Betrieb des angeschlossenes Verbrauchers erforderliche Temperatur des Fluids bereitgestellt wird. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass Mittel zur mindestens teilweisen Abdeckung der Kanäle vorgesehen sind.
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Mit der Erfindung ist ein Solarkollektor zur solarthermischen Nutzung der Solarenergie geschaffen, der eine Anpassung der von der Sonne bestrahlten Kollektorfläche ermöglicht. Durch die Mittel zur mindestens teilweisen Abdeckung der Kanäle besteht die Möglichkeit, den Kollektor nach Art einer Jalousie abzudecken, sodass lediglich ein Teilbereich der Kollektorfläche und somit der im Innengehäuse angeordneten Kanäle von der Sonne bestrahlt werden. Dies hat zur Folge, dass im Sommer, bei hohen Temperaturen und starker Sonneneinstrahlung mit Hilfe der Mittel ein Teil des Kollektors abgedeckt wird, sodass die Sonnenbestrahlung nur noch auf den verbliebenen Teil des Kollektors einwirkt. Dadurch ist die Erwärmung des Fluids im Verhältnis zur vollständigen Bestrahlung durch die Sonne reduziert. Auf diese Weise lässt sich eine Überhitzung des Fluids verhindern. Gleichzeitig ist im Winter durch das Öffnen der Mittel zur Abdeckung der Kanäle die Möglichkeit geschaffen, die schwächere Sonneneinstrahlung auf der gesamten Kollektorfläche zu nutzen und somit eine ausreichende Erwärmung des Fluids zum Betrieb der Anlage bereit zu stellen.
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In Weiterbildung der Erfindung sind die Mittel zur Abdeckung in dem Gehäuse an der Innenseite der Scheibe vorgesehen. Das Anbringen der Mittel zur Abdeckung auf der Innenseite der Scheibe stellt eine vom wetterunabhängige Anordnung dar. Infolgedessen ist ein Schutz vor mechanischen oder umweltbedingten Einflüssen, beispielsweise durch Wind, Eis, Schnee und Verschmutzung hervorgerufen. In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung sind die Mittel zur Abdeckung von einer Rollfolie gebildet. Die Verwendung einer Rollfolie ermöglicht eine sehr einfache und zugleich zuverlässige Abdeckung der Kollektorfläche.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist die Rollfolie mit einer sonnenreflektierenden Beschichtung versehen. Hierdurch lässt sich insbesondere unter sehr warmen klimatischen Bedingungen mit einer Vielzahl von Sonnenstunden eine Verbesserung des Schutzes gegen Überhitzung erzielen.
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Bevorzugt umfassen die Mittel zur Abdeckung einen Motorantrieb. Mit dem Motorantrieb ist eine automatische Veränderung der Größe der abgedeckten Fläche möglich. Dies führt zu einem komfortablen und gleichzeitig zuverlässigen Betrieb.
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Äußerst bevorzugt ist im Zulauf ein Temperaturfühler angeordnet. Mit Hilfe des Temperaturfühlers lässt sich die Temperatur des Fluids ermitteln, so dass eine automatisierte Verstellung der Größe der abgedeckten Fläche möglich ist. Auf diese Weise ist eine vollautomatische Steuerung des Solarkollektors möglich.
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Andere Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen angegeben. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend im Einzelnen beschrieben. Es zeigen:
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1 die Draufsicht auf einen Solarkollektor mit teilweise abgedeckter Fläche;
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2 die Seitenansicht des in 1 dargestellten Solarkollektors.
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Der als Ausführungsbeispiel gewählte Solarkollektor dient zur termischen Nutzung der von Solarenergie. Der Kollektor 1 besteht aus einem Gehäuse 2, das einen Boden 21 sowie zwei Längsseiten 22 und zwei Stirnseiten 23 aufweist. Auf der der Sonne zugewandten und damit der dem Boden 21 abgewandten Seite ist das Gehäuse 2 mit einer Scheibe 24 abgedeckt.
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In dem Gehäuse 2 sind Kanäle 3 für die Durchströmung eines Fluids angeordnet. Bei dem Fluid kann es sich um Wasser, Öl, Sole oder dergleichen handeln. Die Kanäle 3 sind im Ausführungsbeispiel unmittelbar auf dem Boden 21 vorgesehen. Die Kanäle 3 sind an einen Zulauf 4 und einen Ablauf 5 angeschlossen.
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An dem Sonnenkollektor 1 sind Mittel 6 zumindestens teilweisen Abdeckung der Kanäle 3 vorgesehen. Im Ausführungsbeispiel sind die Mittel 6 von einer Rollfolie 61 gebildet. Die Rollfolie 61 ist vorzugsweise mit einer sonnenreflektierenden Beschichtung versehen. Sie ist an der Innenseite der Scheibe 24 in dem Gehäuse 2 vorgesehen und damit keinen Witterungs- und Umwelteinflüssen ausgesetzt.
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Zur vereinfachten Betätigung umfassen die Mittel 6 einen Motorantrieb 7, der im Ausführungsbeispiel in dem Gehäuse 2 angeordnet ist. Bei dem Motorantrieb 7 handelt es sich um einen einfachen Elektromotor. Der Motorantrieb 7 ist über Seile 62 mit der Rollfolie 61 verbunden. Die Rollfolie 61 selbst ist auf einem Drehstab 63 auf- und abrollbar. Der Drehstab 63 steht unter dem Einfluss einer Drehfeder, die die Rollfolie 61 sowie die Seile 62 unter Spannung hält.
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In dem Zulauf 4 ist ein Temperaturfühler 8 angeordnet. Der Temperaturfühler 8 erfasst die Temperatur des Fluids im Vorlauf. Er ist mit einer nicht dargestellten Regel- und Steuereinheit verbunden, die wiederum mit dem Motorantrieb 7 in Verbindung steht. Je nach gemessener Temperatur im Vorlauf ist dadurch die Möglichkeit geschaffen, den Motorantrieb 7 anzusteuern und eine Vergrößerung der abgedeckten Fläche durch Abrollen der Rollfolie 61 bzw. eine Verkleinerung der abgedeckten Fläche durch Zurückfahren der Rollfolie 61 bereit zu stellen.
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Beim Betrieb des erfindungsgemäßen Sonnenkollektors 1 durchströmt das Fluid in bekannter Weise den Kreislauf zwischen Verbraucher und Solarkollektor 1. Es strömt dabei durch den Zulauf 4 in den Solarkollektor 1 ein und durchströmt die im Gehäuse 2 vorgesehenen Kanäle 3. Das Fluid verlässt den Kollektor 1 durch den Ablauf 5 in Richtung des Verbrauchers.
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Mit Hilfe des Temperaturfühlers 8 wird im Zulauf 4 die Temperatur des Fluids ermittelt. Stellt der Temperaturfühler 8 eine geringe Temperatur des Fluids fest, wie dies beispielsweise in den Wintermonaten üblicherweise der Fall ist, sind die Kanäle 3 nicht von den Mitteln 6 zur Abdeckung der Kanäle 3 bedeckt. Im Ausführungsbeispiel ist dann die Rollfolie 61 vollständig eingerollt, um ein Maximum der Sonneneinstrahlung für die Erwärmung des Fluids in den Kanälen 3 erfassen zu können.
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Ermittelt der Temperaturfühler 8 eine hohe Temperatur, beispielsweise in den Sommermonaten, wird diese an die Regel- und Steuereinheit weitergeleitet. Diese steuert dann den Motorantrieb 7 an, der ein Aufrollen der Seile 62 im Bereich der Längsseiten 22 des Sonnenkollektors 1 bewirkt. Das Aufrollen der Seile 62 hat gleichermaßen ein Abrollen der Rollfolie 61 gegen die Drehfeder zur Folge. Hierdurch werden die Kanäle 3 jedenfalls bereichsweise abgedeckt, wie dies beispielhaft in 1 dargestellt ist. Die bereichsweise Abdeckung der Kanäle 3 hat eine Reflektion der in 2 mit „9” gekennzeichneten Sonnenstrahlen zur Folge. In dem Bereich, in dem die Rollfolie 61 ausgerollt ist, werden die Sonnenstrahlen 9 reflektiert, wohingegen in demjenigen Bereich, in denen die Rollfolie nicht vorgesehen ist, die Sonnenstrahlen 9 auf die Kanäle 3 einwirken. Bei sehr hohen Sonneneinstrahlungen ist es möglich, die Rollfolie 61 vollständig abzurollen und somit die gesamten Kanäle 3 abzudecken.
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Stellt der Temperaturfühler 8 ein Sinken der Fluidtemperatur fest, wird durch die Regel- und Steuereinheit ebenfalls der Motorantrieb 7 angesteuert, der dann ein Abrollen der Seile 62 zur Folge hat. Unter dem Einfluss der Rollfeder wird dann die Rollfolie 61 auf den Drehstab 63 aufgerollt, so dass mehr Sonnenstrahlen 9 auf die Kanäle 3 einwirken können.
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Mit der Erfindung ist ein Solarkollektor geschaffen, der in Abhängigkeit von der Fluidtemperatur eine bedarfsgerechte Regelung der nutzbaren Sonneneinstrahlung ermöglicht. Hierdurch ist insbesondere ein Überhitzen des Fluids und die sich daraus ergebenden Folgeschäden verhindert. Gleichzeitig ist aufgrund der an der Innenseite der Scheibe 24 vorgesehenen Anbringung der Mittel 6 zur mindestens teilweisen Abdeckung der Kanäle 3 eine von Wettereinflüssen und Umwelteinflüssen unabhängige Regelung möglich.
