DE102014008794A1

DE102014008794A1 - Zweistufiges Konzentratorsystem für einen Paraboloidkollektor

Info

Publication number: DE102014008794A1
Application number: DE102014008794.8A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Grimm
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-06-11
Filing date: 2014-06-11
Publication date: 2015-12-17
Anticipated expiration: 2034-06-12
Also published as: DE102014008794B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen photovoltaischen und solarthermischen Sonnenkollektor (1) mit einer Symmetrieachse (O), bestehend aus einer ersten Konzentratorstufe (10), die von einer auf einen Brennpunkt (F) fokussierenden Parabolschüssel (100) oder von einem auf einen Brennring (R) fokussierenden Parabolringspiegel (101) oder von einer auf einen Brennpunkt (F) oder einen Brennring (R) fokussierenden Fresnellinse (102) gebildet wird, und aus einer zweiten Konzentratorstufe (11) und aus einem Wärmeübertrager (2), der an seiner Oberfläche PV-Zellen (12) trägt. Die erste Konzentratorstufe (10), die zweite Konzentratorstufe (11) und der Wärmeübertrager (2) sind jeweils rotationssymmetrisch zu der Symmetrieachse (O) angeordnet, bilden untereinander eine in sich unverdrehbare Einheit und bündeln bei zweiachsiger Nachführung des Sonnenkollektors (1) um die Drehachsen (x, y) zum jeweiligen Stand der Sonne die tages- und jahreszeitlich in unterschiedlichen Winkeln einfallenden parallelen Strahlen (Sp) auf den Wärmeübertrager (2). Erfindungsgemäß weist die zweite Konzentratorstufe (11) einen Linsenring (110) oder einen Prismenring (111) auf, der die von der ersten Konzentratorstufe (10) zentrierten Strahlen (Sz) in mindestens einem konvergenten Strahlenbündel (Sk) auf mindestens einen Brennring (r1) oder in einer Vielzahl von konvergenten Strahlenbündeln (Sk) auf eine Vielzahl von Brennringen (r1–rn) an der Oberfläche des Wärmeübertragers (2) fokussiert, wobei die Brennringe (r1–rn) mit einem radialen Abstand konzentrisch zu dem Brennpunkt (F) oder dem Brennring (R) der ersten Konzentratorstufe (10) angeordnet sind und die Arbeitsflächen der PV-Zellen (12) auf den Brennringen (r1–rn) liegen.

Description

Die Erfindung betrifft einen rotationssymmetrisch um eine Symmetrieachse aufgebauten photovoltaischen und solarthermischen Sonnenkollektor, der bei zweiachsiger Nachführung zum jeweiligen Stand der Sonne mittels einer ersten und einer zweiten Konzentratorstufe die parallel zu der Symmetrieachse des Sonnenkollektors einfallenden Sonnenstrahlen auf PV-Zellen an der Oberfläche eines Wärmeübertragers fokussiert. Die PV-Zellen sind auf einem Brennring oder auf mehreren Brennringen der zweiten Konzentratorstufe angeordnet und stehen auf ihrer strahlungsabgewandten Seite in einem wärmeleitenden Kontakt mit dem Wärmeübertrager. Die Erfindung betrifft Sonnenkollektoren, die jeweils als Einzelelemente innerhalb eines einstrahlungsseitig transparenten Kollektorgehäuses zur Sonne ausrichtbar sind oder als Module aus einer Vielzahl von Einzelkollektoren aufgebaut sind, die gemeinsam zur Sonne ausrichtbar sind. Erfindungsgemäße Sonnenkollektoren eignen sich sowohl für die Integration in den Kontext eines Gebäudes im Bereich von Dach und Wand als auch für die Energiegewinnung im kraftwerkstechnischen Maßstab an geeigneten Standorten.
Bei den im Rahmen der Erfindung als PV-Zellen bezeichneten Solarzellen handelt es sich um mehrfach dotierte Solarzellen, wie sie z. B. von der Firma SOITEC hergestellt werden und bei einer 250- bis 500-fachen Konzentration des Sonnenlichts auf eine nur etwa 2 × 2 mm große Fläche einen Wirkungsgrad von bis zu 44,7% erreichen. Mehrfach dotierte Solarzellen der Firma Azursolar sind etwa 3 × 3 mm groß und erreichen bei einer 1000-fachen Konzentration des Sonnenlichts einen Wirkungsgrad von 40%. Diese Mehrfach-Solarzellen werden aus Halbleitermaterialien der Gruppen III und V des Periodensystems hergestellt, die in einem sog. Waferbond-Verfahren untereinander so verbunden werden das die Grenzflächen zwischen den einzelnen Schichten stromführend ausgebildet werden können. Die französische Firma SOITEC stellt Solaranlagen her, die den hohen Wirkungsgrad der Stapelsolarzellen im kraftwerkstechnischen Maßstab nutzen. Dabei wird eine Vielzahl von Kollektormodulen, die jeweils aus einer Fresnellinse und einer Stapelsolarzelle bestehen, auf einer Trägerfläche angeordnet, die zweiachsig zur Sonne ausrichtbar ist. Die Tatsache, dass die Mehrfach-Solarzellen im Kraftwerksbetrieb nur etwa die Hälfte der unter Laborbedingungen gemessenen Leistung erreichen, hängt mit einer Reihe von Problemen zusammen, die bisher nicht gelöst sind. Die hohen Temperaturen, denen die Stapelsolarzellen ausgesetzt sind, verringern deren Leistung dramatisch und können bis zur Zerstörung der Zelle selbst führen. Die durch die Konzentration des Sonnenlichts hervorgerufenen hohen Temperaturen bewirken auch unerwünschte Längenänderungen an der Tragkonstruktion der Kollektormodule, die sich wiederum negativ auf die optische Präzision der Konzentratortechnik auswirken. Sowohl die Solarzellen als auch die Fresnellinsen sind den atmosphärischen Bedingungen ausgesetzt, sodass die hochempfindlichen Oberflächen durch die sich einstellende Verschmutzung negativ beeinträchtigt werden. Bekannte solarthermische Kraftwerke nutzen Parabolrinnenkollektoren oder sog. Parabolschüsseln zur Konzentration des Sonnenlichts auf ein Absorberrohr. Bei einem Parabolrinnenkollektor z. B. beträgt die Aperturweite des Parabolspiegels bis zu 8 m, wobei der Durchmesser des Absorberrohrs nur etwa 95 mm beträgt, sodass eine circa 80-fache Konzentration des Sonnenlichts ermöglicht wird. Dabei sind der Parabolspiegel und das Absorberrohr durch eine Tragkonstruktion aus Stahl so präzise zueinander ausgerichtet, dass ein Intercept-Faktor von etwa 98% erreicht wird. Die Winkelabweichungen des Spiegelnormalenvektors von seiner idealen Richtung dürfen auch unter den Betriebslasten aus Windbeanspruchung und Eigengewicht nur wenige Millirad betragen. Strukturverformungen des Parabolrinnenkollektors können deshalb in sehr engen Grenzen gehalten werden. Dies gilt insbesondere auch für rotationssymmetrisch aufgebaute Parabolspiegel, die aufgrund ihrer zweiachsigen Krümmung eine höhere Strukturstabilität haben als einfachgekrümmte Parabolrinnen und theoretisch eine mehrere tausendfache Konzentration des Sonnenlichts ermöglichen. Bei einer auf einen Brennpunkt fokussierenden Parabolschüssel ist es praktisch unmöglich, ein allseitig belichtetes photovoltaisches Element im Brennpunkt selbst anzuordnen und den gewonnenen Strom abzuleiten. Eine Möglichkeit zur Erweiterung des Fokalbereichs stellt ein auf einen Brennring fokussierender Parabolringspiegel dar. Bei solarthermischen Kollektoren wandelt eine absorbierende Beschichtung auf der Oberfläche des Absorberrohrs die eingestrahlte elektromagnetische Energie der Sonne in Wärme um, die unter Vermeidung von Wärmeverlusten seitens eines konzentrisch um das Absorberrohr angeordneten transparenten Hüllrohrs mit einem Vakuum zwischen dem Absorberrohr und dem transparenten Hüllrohr auf ein in dem Absorberrohr geführtes Wärmeträgerfluid übertragen wird.
Bei Parabolrinnenkraftwerken besteht das Wärmträgerfluid aus einem Silikonöl, das auf bis zu 400°C erhitzt wird um Wasserdampf für Turbinen zur Stromerzeugung bereitzustellen. Der Gesamtwirkungsgrad derartiger Parabolrinnenkraftwerke beträgt ca. 16%. Bei bekannten solarthermischen Kollektoren mit Konzentratorelementen erfolgt die Wärmeübertragung auf ein Wärmeträgerfluid durch Wärmeleitung. Um eine möglichst gleichmäßige Wärmeübertragung sicherzustellen, sollte der Wärmeeintrag auf das Absorberrohr möglichst allseitig erfolgen, was bei herkömmlichen Kollektoren nicht der Fall ist, da der Wärmeeintrag vornehmlich von der einstrahlungsabgewandten Seite her erfolgt. Ein Wärmerohr nutzt die Verdampfungsenthalpie einer Flüssigkeit beim Phasenwechsel von flüssig zu gasförmig und umgekehrt. Das Wärmerohr selbst wird als ein mit einem Unterdruck beaufschlagter, gegenüber der Atmosphäre hermetisch abgeschlossener und mit einem Arbeitsmedium befüllter Druckbehälter hergestellt, um die Verdampfungstemperatur des Arbeitsmediums herabzusetzen. Eine besonders vorteilhafte Bauart des Wärmerohrs ist ein sogenannter Zweiphasen-Thermosyphon mit einer Wärmquelle am unteren Ende des Druckbehälters und einer Wärmesenke am seinem oberen Ende. Bei Wärmeeintrag verdampft das Arbeitsmedium, kondensiert an der Wärmsenke und fließt unter dem Einfluss der Schwerkraft wieder zurück an das untere Ende des Druckbehälters. Für die Übertragung der Wärme von einer Wärmequelle auf ein Wärmeträgerfluid, das z. B. in einem berippten Wärmträgerrohr am oberen Ende des Druckbehälters angeordnet ist, wird die Verdampfungsenthalpie des phasenwechselnden Arbeitsmediums genutzt.
Die US 4,048,983 zeigt einen rotationssymmetrisch aufgebauten solarthermischen Kollektor, der starr zur Sonne ausgerichtet ist und einen Parabolspiegel zur Konzentration des Sonnenlichts auf ein zentrales kolbenförmiges Absorberelement besitzt, das von einem Wärmeträgerfluid durchströmt wird. Zwischen dem Absorberelement und dem transparenten Hüllrohr ist ein Vakuum vorgesehen. Die US 4,893,612 zeigt einen starr zur Sonne ausgerichteten und rotationssymmetrisch ausgebildeten solarthermischen Kollektor, bei dem das Kollektorgehäuse eine Prismenanordnung besitzt die dazu ausgebildet ist, die in unterschiedlichen Winkeln einfallenden Strahlenbündel der Sonne auf ein zentrales, kolbenförmiges Empfängerelement zu konzentrieren, das von einem Wärmeträgerfluid durchströmt und von einem transparenten Hüllrohr umgeben wird. Die US 5,269,851 zeigt einen rotationssymmetrisch aufgebauten Sonnenkollektor, der starr zur Sonne ausgerichtet ist mit einem Konzentratorelement, das von einem Parabolspiegel gebildet wird. Eine Vielzahl von Photovoltaikzellen ist in einer Ebene senkrecht zur Symmetrieachse des Parabolspiegels angeordnet. Zwischen dem Parabolspiegel und den PV-Zellen dient eine Prismenanordnung der Umlenkung unterschiedlich geneigter, an dem Parabolspiegel reflektierter Strahlenbündel auf die Solarzellen. Wasser als Wärmeträgerfluid leitet die an den Solarzellen absorbierte Wärme in einem Kreislaufsystem ab. Die Prismenstruktur ist dazu ausgebildet, die von dem Parabolspiegel in unterschiedlichen Winkeln reflektierten Strahlenbündel gleichmäßig auf die in einer Ebene angeordneten Solarzellen zu verteilen.
Die US 5,882,434 zeigt einen starr zur Sonne ausgerichteten rotationssymmetrisch aufgebauten konzentrierenden Sonnenkollektor, der ein primäres Konzentratorelement aus einem Parabolringspiegel mit einem Brennring offenbart. Ein sekundäres Konzentratorelement, das aus einer Vielzahl kegelförmiger Röhren aus Glas besteht und auf der Oberfläche eines kegelstumpfförmigen Absorberelements angeordnet ist, konzentriert die von dem Parabolringspiegel reflektierten Sonnenstrahlen auf streifenförmig an dem Kegelstumpf angeordnete Solarzellen. Zur Kühlung der Solarzellen werden die transparenten Kegelrohre von Wasser durchströmt und können so als optische Sammellinsen wirken. Eine exakte Konzentration der zentrierten Strahlenbündel auf ringförmige Brennlinien ist mit den in dieser Druckschrift beschriebenen Maßnahmen nicht möglich.
Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Strahlungsangebot der Sonne mit einem photovoltaischen und solarthermischen, zweiachsig nachgeführten Sonnenkollektor möglichst vollständig zu nutzen und den hohen Wirkungsgrad mehrfach dotierter PV-Zellen im Dauerbetrieb durch eine permanente Kühlung der PV-Zellen sicherzustellen. Es ist insbesondere die Aufgabe der Erfindung, für einen rotationssymmetrisch aufgebauten, zweiachsig nachgeführten Sonnenkollektor mit einer ersten Konzentratorstufe eine zweite Konzentratorstufe anzugeben, die das Sonnenlicht mit einer 300- bis 500-fachen Konzentration auf mindestens einen Brennring an der Oberfläche eines Wärmeübertragers fokussiert, wobei eine Vielzahl von nur wenige Millimeter großen PV-Zellen auf einem Brennring angeordnet sind, um Strom zu erzeugen und um die an den PV-Zellen absorbierte Wärme auf ein Wärmeträgerfluid zu übertragen. Geht man von einem Wirkungsgrad von 44,7% bei der Umwandlung der elektromagnetischen Energie der Sonne in elektrische Energie aus, kann etwa die Hälfte der Energie als Wärme gewonnen, abgeführt und genutzt werden. Optisch besteht die Aufgabe der Erfindung darin, für eine erste, auf einen Brennpunkt oder einen Brennring fokussierende Konzentratorstufe eine zweite Konzentratorstufe zu finden, die die zentrierten Strahlen der ersten Konzentratorstufe in mindestens einem konvergenten Strahlenbündel auf mindestens einen konzentrisch und mit einem radialen Abstand zu dem Brennpunkt oder zu dem Brennring der ersten Konzentratorstufe angeordneten Brennring fokussiert. Diese Aufgaben werden mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen der Erfindung gelöst. Aus den Unteransprüchen gehen weitere vorteilhafte Merkmale und Ausgestaltungsmöglichkeiten der Erfindung hervor, die eine elektrische Schaltanordnung, ein Kühlsystem und eine Schutzhülle für hocheffiziente, mehrfach dotierte PV-Zellen innerhalb eines photovoltaischen und solarthermischen Sonnenkollektors betreffen.
Im Rahmen der Erfindung besteht die erste Konzentratorstufe entweder aus einer Parabolschüssel mit einem Brennpunkt oder aus einem Parabolringspiegel mit einem Brennring oder aus einer Fresnellinse, die auf einen Brennpunkt oder einen Brennring fokussiert. Im Falle einer Parabolschüssel mit einem Brennpunkt weisen die zweite Konzentratorstufe und der Absorberkolben jeweils einen Kugelschichtkörper auf. Im Falle eines auf einen Brennring fokussierenden Parabolringspiegels weisen die zweite Konzentratorstufe und der Absorberkolben jeweils einen Torus auf, der als Spindel-, Horn- oder Ringtorus ausgebildet sein kann. Ein Linsenring oder ein Prismenring konzentrieren als zweite Konzentratorstufe die von der ersten Konzentratorstufe auf einen Brennpunkt oder einen Brennring zentrierten Strahlen auf jeweils mindestens einen Brennring oder auf mehrere Brennringe, die mit einem konstanten radialen Abstand konzentrisch zu einem Brennpunkt oder zu einem Brennring angeordnet sind. Die Brennringe selbst liegen auf radial angeordneten Rippen an der Oberfläche einer kugel- oder torusförmigen Erweiterung eines Absorberkolbens oder einer torusförmigen Absorberringleitung. Mit ihrer strahlungsabgewandten Seite stehen die PV-Zellen in einem wärmeleitenden Kontakt mit diesen Rippen, gegenüber denen sie jedoch elektrisch isoliert sind. Im Falle eines direkt durchströmten Absorberrohrs übertragen die Rippen die Wärme unmittelbar auf ein Wärmeträgerfluid.
Ein Absorberkolben ist konzentrisch und koaxial zur Symmetrieachse des Sonnenkollektors angeordnet und besteht von innen nach außen aus einem Vorlaufrohr für die Zufuhr des Wärmeträgerfluids, einem koaxial zum Vorlaufrohr angeordneten Rücklaufrohr mit einer kugel- oder torusförmigen Erweiterung für die Wärmeübertragung von den PV-Zellen auf das Wärmeträgerfluid und einer ebenfalls koaxial angeordneten transparenten Hülle mit einem Vakuum zwischen der transparenten Hülle und dem Rücklaufrohr zur Vermeidung von Wärmeverlusten bei der Wärmeübertragung auf das Wärmeträgerfluid. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung ist ein Linsenring mittels einer Glas-Glas-Verbindung in die transparente Hülle eines Absorberkolbens integriert, wobei z. B. ein oder mehrere Linsen ein zentriertes Strahlenbündel exakt auf einen oder mehrere Brennringe an der Oberfläche eines Wärmeübertragers konzentrieren. Ein Linsenring und ein Prismenring bestehen jeweils aus einem eisenoxydarmen Glas mit einer Brechungszahl von 1–1,8 oder aus einem transparenten Kunststoff (z. B. PLEXIGLAS Solar IM20 der Evonik AG mit einer Brechungszahl von 1,49). Die Linse bzw. Linsen eines Linsenrings oder die Prismen eines Prismenrings können in einem Gussglasverfahren oder im Falle von Kunststoff in einem Spritzgussverfahren als Einzelelemente oder als einstückige Formkörper hergestellt werden. Verbindungselemente aus Metall oder Kunststoff verbinden die einzelnen Linsen oder Prismen untereinander und stellen die Verbindung eines Linsen- oder Prismenrings mit der ersten Konzentratorstufe des Sonnenkollektors her.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung weist der Wärmeübertrager einen in einen Absorberkolben integrierten Zweiphasen-Thermosyphon auf, wobei eine kugel- oder torusförmige Erweiterung des Absorberkolbens die Wärmequelle und ein beripptes Wärmeträgerrohr die Wärmesenke bilden. Ein Zweiphasen-Thermosyphon besitzt in seinem mit einem Unterdruck beaufschlagten Arbeitsraum eine Strömungsleiteinrichtung, die dazu ausgebildet ist, die Innenseite einer kugel- oder torusförmigen Erweiterung des Absorberkolbens mit der Flüssigphase eines Arbeitsmediums zu benetzen, wobei sich das flüssige Arbeitsmedium am unteren Ende des Zweiphasen-Thermosyphons in einem Zwischenraum zwischen der Innenseite des Absorberkolbens und einer konzentrisch dazu angeordneten Dampfbremse sammelt. Bei Wärmeeintrag seitens der Stapelsolarzellen drückt der entstehende Dampfdruck das Arbeitsmedium als Dampfphase durch mikroporöse Öffnungen in der Dampfbremse, sodass es zu dem berippten Wärmeträgerrohr am oberen Ende des Zweiphasen-Thermosyphons aufsteigen kann, um dort zu kondensieren. Der Absorberkolben ist dabei so ausgebildet, dass der Zweiphasen-Thermosyphon auch bei einer Neigung des Absorberkolbens im Zusammenhang mit der Nachführung des Sonnenkollektors zum jeweiligen Sonnenstand von bis zu 20 Grad gegenüber der Horizontalen als Wärmeübertrager arbeiten kann. Die Wärmesenke des Zweiphasen-Thermosyphons besteht aus einem berippten Wärmeträgerrohr, das in einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung von dem Rücklaufrohr des Absorberkolbens gebildet wird, wobei die Rippen auf der Außenseite des Rücklaufrohrs angebracht sind und in den Arbeitsraum des Zweiphasen-Thermosyphons hineinragen. Das berippte Wärmeträgerrohr kann aber auch als gewendeltes Rohr ausgebildet werden und hat in diesem Fall bei einer angenommenen Temperaturdifferenz von 50°K eine Wärmeleistung von 4 kW bei einer angenommenen Abwicklung der Kühlschlange von 1 m. Gewendelte Rippenrohre sind als Heizschlangen für Warmwasserspeicher bekannt. Ein rotationssymmetrisch aufgebauter photovoltaischer und solarthermischer Sonnenkollektor kann als Einzelkollektor ausgebildet und mit einem kugelförmigen Kollektorgehäuse in einem Kalottenlager zur Sonne ausgerichtet werden. Die strahlungsabgewandte Seite der ersten Konzentratorstufe ist dabei als Halbkugel ausgebildet und gleitet auf einer Vielzahl von Kugellagern, die in das kalottenförmige Widerlager eines Kollektorgehäuses eingelassen sind. Seilzüge, die mit dem Rand einer Parabolschüssel oder eines Parabolringspiegels verbunden sind, stehen mit Hebelarmen in Verbindung, die durch pneumatische Steuerungselemente betätigt werden, um den Parabolspiegel exakt zur Sonne auszurichten. Die Nachführung erfolgt in diesem Fall analog zur Steuerung eines Augapfels über Ziliarmuskeln. Mehrere kugelförmige Sonnenkollektoren können z. B. an einem Mast jeweils mit einem vertikalen Abstand zueinander angelenkt und gemeinsam zur Sonne ausgerichtet werden. Der Mast nimmt alle motorischen, elektrischen und hydraulischen Elemente zur Steuerung und Medienversorgung auf. Eine Vielzahl von Sonnenkollektoren kann aber auch zu einem Modul zusammengefasst und auf einer ebenen oder gekrümmten Trägerfläche mit rundem oder polygonalem Zuschnitt angeordnet und in einem Lager auf einer Unterkonstruktion gemeinsam zur Sonne ausgerichtet werden.
Als Wärmeträgerfluid kommt Wasser oder ein Gemisch aus Wasser und Glycerin oder Alkohol in Frage, das in einem geschlossenen Kreislauf mit einem Rückkühlsystem zirkuliert. Ein Vorratsbehälter, der z. B. in einem als Zisterne ausgebildeten Fundament eines Sonnenkollektors integriert werden kann, enthält soviel Wasser, dass eine effektive Kühlung der Solarzellen über die gesamte Sonnenscheindauer eines Tages ermöglicht wird. Bei Nacht wird das in einer Zisterne gesammelte Wasser mittels eines Registers in dem umgebenden Boden rückgekühlt, sodass am nächsten Morgen wieder kühles Wasser zur Kühlung der PV-Zellen zur Verfügung steht. Die Ableitung der Wärme in den Boden steigert den Ertrag einer landwirtschaftlich genutzten Fläche. Zwischen den Masten der Solaranlagen kann eine transparente Folie als Dachkonstruktion aufgespannt werden, um den landwirtschaftlichen Ertrag mit einem Gewächshaus noch weiter zu steigern.
Aus den 1–4, 5–8, 9–13, 14–18 und 19–21 gehen fünf unterschiedliche Ausgestaltungsmöglichkeiten der Erfindung hervor, die jeweils in einem Meridianschnitt I-I, in einem Meridian-Detailschnitt II-II, in einem Äquatorialschnitt III-III und in einem räumlichen Schnitt dargestellt sind. Die 22–27 zeigen Anordnungsmöglichkeiten der Sonnenkollektoren in unterschiedlichen Kollektorgehäusen und Mechanismen zur zweiachsigen Nachführung der Sonnenkollektoren.
Es zeigen:
1 einen Sonnenkollektor, dessen zweite Konzentratorstufe von einem Linsenring gebildet wird, mit exemplarischer Darstellung der Schnittführung für alle weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung in einem räumlichen Schnitt entlang der Symmetrieachse
2 den Sonnenkollektor nach 1 in einem Meridianschnitt I-I
3 den Sonnenkollektor nach 1 und 2 in einem Meridian-Detailschnitt II-II
4 den Sonnenkollektor nach 1–3 in einem Äquatorialschnitt III-III durch den Brennring der ersten Konzentratorstufe
5 einen Sonnenkollektor, dessen zweite Konzentratorstufe von einem Prismenring gebildet wird, in einem Meridianschnitt I-I
6 den Sonnenkollektor nach 5 in einem Meridian-Detailschnitt II-II
7 den Sonnenkollektor nach 5 und 6 in einem Äquatorialschnitt III-III durch den Brennpunkt der ersten Konzentratorstufe
8 den Sonnenkollektor nach 5–7 in einem perspektivischen Meridianschnitt
9 einen Sonnenkollektor, dessen zweite Konzentratorstufe von einem Prismenring mit rautenförmigen Prismen gebildet wird, in einem Meridianschnitt I-I
10 den Sonnenkollektor nach 9 in einem Detailschnitt
11 den Sonnenkollektor nach 9 und 10 in einem Meridian-Detailschnitt II-II
12 den Sonnenkollektor nach 9–11 in einem Äquatorialschnitt III-III durch den Brennring der ersten Konzentratorstufe
13 den Sonnenkollektor nach 9–12 in einem perspektivischen Meridianschnitt
14 einen Sonnenkollektor, dessen Wärmeübertrager von einer Absorberringleitung gebildet wird, in einem Meridianschnitt I-I
15 den Sonnenkollektor nach 14 mit PV-Zellen in einer Ausschnittsperspektive
16 den Sonnenkollektor nach 14 und 15 in einem Meridian-Detailschnitt II-II
17 den Sonnenkollektor nach 14–16 in einem Äquatorialschnitt III-III durch den Brennring der ersten Konzentratorstufe
18 den Sonnenkollektor nach 14–17 in einem perspektivischen Meridianschnitt
19 einen Sonnenkollektor, dessen erste Konzentratorstufe von einer Kombination aus einem Parabolringspiegel und einer Fresnellinse gebildet wird, in einem Meridianschnitt I-I
20 den Sonnenkollektor nach 19 in einem Meridian-Detailschnitt II-II
21 den Sonnenkollektor nach 19 und 20 in einer Ausschnittsisometrie
22 eine Vielzahl von Sonnenkollektoren, die in einem flächenförmigen Modul zusammengefasst und auf einem Mast mit einem Abstand zu einem Baugrund gelagert sind, in der isometrischen Übersicht
23 ein nachführbares Modul aus 24 Sonnenkollektoren, die in ihrem Aufbau dem in 9–13 gezeigten Ausführungsbeispiel entsprechen, in einer perspektivischen Frontansicht
24 das nachführbare Modul nach 23 in einer perspektivischen Rückansicht
25 einen Sonnenkollektor mit einem feststehenden Kollektorgehäuse in einem Meridianschnitt I-I
25 den Sonnenkollektor nach 25 in einer isometrischen Schnittdarstellung
27 sechs an einen Mast angelenkte Sonnenkollektoren in einer perspektivischen Übersicht
1 zeigt einen rotationssymmetrisch um eine Symmetrieachse O aufgebauten Sonnenkollektor 1 in einer isometrischen Schnittdarstellung mit Angabe der Schnittebenen für alle weiteren Ausführungsbeispiele der Erfindung. Der Meridianschnitt I-I ist ein vertikaler Übersichtsschnitt entlang der Symmetrieachse O und zeigt den Aufbau des jeweiligen Sonnenkollektors 1 mit der ersten Konzentratorstufe 10, der zweite Konzentratorstufe 11, dem Wärmeübertrager 2 und den PV-Zellen 12. Der Meridian-Detailschnitt II-II ist ein vertikaler Schnitt durch die zweite Konzentratorstufe 11, den Wärmeübertrager 2 und die PV-Zellen 12. Der Äquatorialschnitt III-III ist ein horizontaler Schnitt durch die zweite Konzentratorstufe 11, den Wärmeübertrager 2 und den Brennpunkt F oder wie im vorliegenden Fall durch den Brennring R der ersten Konzentratorstufe 10.
2 zeigt den Sonnenkollektor 1 nach 1 in einem Meridianschnitt I-I mit einer ersten Konzentratorstufe 10, die aus einem Parabolringspiegel 101 besteht, der die parallelen Strahlen Sp der Sonne bei zweiachsiger Nachführung auf einen Brennring R fokussiert. Der Wärmeübertrager 2 für die PV-Zellen 12 besteht aus einem Zweiphasen-Thermosyphon 24, dessen mit einem Unterdruck U beaufschlagter Arbeitsraum 240 konzentrisch zu dem Vorlaufrohr und dem Rücklaufrohr des Absorberkolbens 200 angeordnet ist. Die Wirkungsweise des Zweiphasen-Thermosyphon 24 wird in 3 und 4 näher erläutert. Wie in 3 gezeigt, weist der Linsenring 110 auf seiner den zentrierten Strahlen Sz zugewandten Seite einen Torus 113 auf, der als Abschnitt eines Spindeltorus ausgebildet ist und fokussiert, die auf den Brennring R zentrierten Strahlen Sz auf die Brennlinien r1–r3.
3 zeigt den Sonnenkollektor 1 nach 1 und 2 in einem Meridian-Detailschnitt II-II durch die als Linsenring 110 ausgebildete zweite Konzentratorstufe 11 und den als Zweiphasen-Thermosyphon 24 ausgebildeten Wärmeübertrager 2. Wie in 2 gezeigt, konzentriert der Parabolringspiegel 101 das Sonnenlicht bei zweiachsiger Nachführung als zentrierte Strahlen Sz auf einen Brennring R. Die zentrierten Strahlen Sz werden von dem Linsenring 110 auf insgesamt drei Brennringe r1–r3 fokussiert, die auf einer spindeltorusförmigen Erweiterung des Absorberkolbens 200 angeordnet sind. Die Außenkontur des Linsenrings 110 weist einen Torus 113 als Segment eines Spindeltorus auf. Der Brennring R liegt auf der äußeren Mantelfläche des Absorberrohrs 20. Bei einem angenommenen Durchmesser des Parabolringspiegels 101 von 1 m erfolgt eine 500-fache Konzentration des Sonnenlichts auf die insg. 330 PV-Zellen 12. Der an seinem oberen Ende geschlossene Absorberkolben 200 besteht aus konzentrisch um eine Symmetrieachse O angeordneten Rohren die im Bereich des Linsenrings 110 eine spindeltorusförmige Erweiterung aufweisen. In einem koaxial und konzentrisch zu der Symmtrieachse O angeordneten Vorlaufrohr wird ein Wärmeträgerfluid 21 in ein ebenfalls koaxial zu der Symmetrieachse O angeordnetes Rücklaufrohr eingeleitet. Ein weiteres koaxiales Rohr bildet den äußeren Mantel des Absorberkolbens 20 und begrenzt den mit einem Unterdruck U beaufschlagten Arbeitsraum 240 des Zweiphasen-Thermosyphons 24. Das Rücklaufrohr weist ein beripptes Wärmeträgerrohr 243 auf und bildet am oberen Ende des Zweiphasen-Thermosyphons 24 die Wärmesenke 242, während eine Vielzahl von PV-Zellen 12 am unteren Ende des Zweiphasen-Thermosyphons 24 die Wärmequelle 241 bildet. Auf ihrer strahlungsabgewandten Seite stehen die PV-Zellen 12 in einem wärmeleitenden Kontakt mit der spindeltorusförmigen Erweiterung des Arbeitsraums 240. Der Zweiphasen-Thermosyphon 24 nimmt ein phasenwechselndes Arbeitsmedium auf das bei Wärmeintrag seitens der PV-Zellen 12 verdampft und innerhalb des Arbeitsraums zur Wärmesenke 242 aufsteigt, wo es kondensiert und als Kondensat in einen von einer Strömungsleiteinrichtung 244 gebildeten Zwischenraum 247 zwischen der Innenseite des Absorberkolbens 20 und einer konzentrisch dazu angeordneten Dampfbremse 245 geleitet wird. Die Dampfbremse 245 ist für die Flüssigphase des Arbeitsmediums undurchlässig und für die Gasphase des Arbeitsmediums durchlässig. Die Strömungsleiteinrichtung 244 stellt sicher, dass die Flüssigphase des Arbeitsmediums auch bei einer geneigten Anordnung des Absorberkolbens 20 die Wärmequelle 241 auf der Innenseite der spindeltorusförmigen Erweiterung des Absorberkolbens 20 vollständig benetzt. Der Brennring R des Parabolringspiegels 101 liegt auf der äußeren Mantelfläche des als beripptes Wärmeträgerrohr 243 ausgebildeten Rücklaufrohrs des Absorberkolbens 20. Der mit einem Unterdruck U beuafschlagte Arbeitsraum 240 des Zweiphasen-Thermosyphons 24 ist mit Wasser, Methanol, Ethanol, Ammoniak oder einem anderen Kältemittel aus der Stoffgruppe der Kohlenwasserstoffe befüllt. Am unteren Ende der transparenten Hülle 22 befindet sich der Elektroanschluss 223 zur Ausleitung des an den PV-Zellen 12 gewonnenen Gleichstroms.
4 zeigt den Sonnenkollektor 1 nach 1–3 in einem Äquatorialschnitt III-III durch den Linsenring 110 und den Brennring R des Parabolringspiegels 101. Die auf den Brennring R zentrierten Strahlen Sz behalten beim Durchgang durch den Linsenring 110 ihre radiale Ausrichtung bei, werden aber, wie in 3 gezeigt, als konvergente Strahlenbündel Sk auf Brennringe r1–r3 fokussiert. Der Äquatorialschnitt zeigt den Brennring r2 an der Oberfläche einer von dem Absorberkolben 200 abkragenden Rippe 202. Sammelleitungen 204 mit Anode (–) und Kathode (+) werden mittels einer Isolierung 203 durch die Rippen 202 geführt und leiten den an den PV-Zellen 12 gewonnenen Strom, wie in 3 gezeigt, zu einem Anodenring 221 und einem Kathodenring 222 am unteren Ende der transparenten Hülle 22. Der Linsenring 110 ist Bestandteil der transparenten Hülle 22. Der Absorberkolben 20 weist einen mit einem Unterdruck U beaufschlagten Arbeitsraum 240 für einen Zweiphasen-Thermosyphon 24 auf. Die Funktionsweise des Zweiphasen-Thermosyphons 24 wird in 7 näher erläutert.
5 zeigt einen rotationssymmetrisch um eine Symmtrieachse O aufgebauten Sonnenkollektor 1 in einem Meridianschnitt I-I, bei dem die erste Konzentratorstufe 10 von einer Parabolschüssel 100 gebildet wird, die bei einer zweiachsigen Nachführung des Sonnenkollektors 1 die tages- und jahreszeitlich in unterschiedlichen Winkeln einfallenden parallelen Strahlen Sp der Sonnen als zentrierte Strahlen Sz auf einen Brennpunkt F fokussiert. Die zweite Konzentratorstufe 11 ist als Prismenring 111 aus drei dreiecksförmigen Prismen aufgebaut, die das Sonnenlicht, wie in 6 gezeigt, als konvergente Strahlenbündel Sk auf insgesamt vier Brennlinien r1–r4 konzentrieren, die auf radialen Rippen 202 an der kugelförmig erweiterten Oberfläche eines als Absorberkolben 200 ausgebildeten Wärmeübertragers 2 angeordnet sind. Die Außenkontur des Prismenrings 111 weist einen Kugelschichtkörper 112 auf. An seinem unteren Ende besitzt der von einer transparenten Hülle 22 umgebene Absorberkolben 200 einen Elektroanschluss 223, der als Steckverbindung in der transparenten Hülle 22 ausgebildet und außerhalb des Absorberkolbens 200 mit einem Gleichspannungswandler 23 verbunden ist.
6 zeigt einen Meridian-Detailschnitt II-II durch die zweite Konzentratorstufe 11 und den Wärmeübertrager 2 des Sonnenkollektors 1 nach 5. Der Absorberkolben 200 weist an seinem oberen Ende eine konzentrisch zum Brennpunkt F der in 5 gezeigten Parabolschüssel 100 angeordnete kugelförmige Erweiterung auf. Ein koaxial und konzentrisch zur Symmetrieachse O angeordnetes Vorlaufrohr leitet das Wärmeträgerfluid 21 an die Innenseite der kugelförmigen Erweiterung des Absorberkolbens 200. Die PV-Zellen 12 sind an ihrer strahlungsabgewandten Seite über Rippen 202 wärmeleitend mit der kugelförmigen Erweiterung des Absorberkolbens 200 verbunden, sodass die von den PV-Zellen 12 absorbierte Wärme auf das Wärmeträgerfluid 21 übertragen und in einem koaxial zum Vorlaufrohr angeordneten Rücklaufrohr abgeleitet werden kann. Der Absorberkolben 200 besitzt eine tansparente Hülle 22, die am unteren Ende des Absorberkolbens 200 über eine Stirnkappe 220 aus Kupfer mit der transparenten Hülle 22 aus einem eisenarmen Glas vakuumdicht verlötet ist. In dem mit einem Vakuum V beaufschlagten Raum zwischen dem Absorberkolben 200 und der transparenten Hülle 22 sind die PV-Zellen 12 einschließlich ihrer Sammelleitungen 204 angeordnet und über einen Anodenring 221 und einen Kathodenring 222 mit einem externen Elektroanschluss 223 für einen Stecker verbunden. Der Prismenring 111 ist als hohler Kugelschichtkörper 112 ausgebildet und zeigt im Querschnitt einen Prismenring 111, der aus drei konzentrisch um den Brennpunkt F angeordneten Prismen aufgebaut ist. Die zentrierten Strahlen Sz werden beim Durchtritt durch den Prismenring 111 als konvergente Strahlenbündel Sk auf insgesamt vier Brennringe r1–r4 konzentriert. Der externe Elektroanschluss 223 ist an einen Gleichspannungswandler 23 angeschlossen.
7 zeigt den Sonnenkollektor 1 nach 5 und 6 in einem Äquatorialschnitt III-III durch den als Kugelschichtkörper 112 ausgebildeten Prismenring 111, den Absorberkolben 200 und den Brennpunkt F der ersten Konzentratorstufe 10. Ein Wärmeträgerfluid 21 wird in einem Vorlaufrohr und einem Rücklaufrohr geführt. Eine Vielzahl von PV-Zellen 12 ist auf radial von dem Absorberkolben 200 auskragenden Rippen 202 angeordnet. Die Brennringe r1–r4 liegen auf dem den zentrierten Strahlen Sz zugewandten Ende der Rippen 202 und tragen eine Vielzahl von PV-Zellen 12 in einer ringförmigen Anordnung. Sammelleitungen 204 der PV-Zellen 12 mit Anode (–) und Kathode (+) werden durch isolierte Durchbrüche in den Rippen 202 geführt. Die transparente Hülle 22 umschließt den Absorberkolben 200 und verhindert durch ein Vakuum V zwischen dem Absorberkolben 200 und der transparenten Hülle 22 Wärmeverluste bei der Übertragung der an den PV-Zellen 12 absorbierten Wärme auf das Wärmeträgerfluid 21.
8 zeigt den rotationssymmetrisch zu einer Symmetrieachse O aufgebauten Sonnenkollektor 1 nach 5–7 in einem perspektivischen Meridianschnitt. Der Sonnenkollektor 1 besitzt, wie in 5 gezeigt, eine auf einen Brennpunkt F fokussierende Parabolschüssel 100 als erste Konzentratorstufe 10 und einen auf die in 6 gezeigten Brennringe r1–r4 an der Oberfläche des Wärmeübertragers 2 fokussierenden Prismenring 111 als zweite Konzentratorstufe 11. Der Prismenring 111 ist als Kugelschichtkörper 112 ausgebildet. Die PV-Zellen 12 einschließlich ihrer elektrischen Kontakte und einem Elektroanschluss 223 sind innerhalb des Vakuums V zwischen dem Absorberkolben 200 und der transparenten Hülle 22 angeordnet.
9 zeigt einen um eine zentrale Symmetrieachse O rotationssymmetrisch aufgebauten Sonnenkollektor 1 in einem Meridianschnitt I-I, bei dem die erste Konzentratorstufe 10 von einem Parabolringspiegel 101 gebildet wird, der die parallelen Strahlen Sp der Sonne als zentrierte Strahlen Sz auf einen Brennring R fokussiert. Die zweite Konzentratorstufe 11 weist einen Prismenring 111 mit zwei untereinander verbundenen rautenförmigen Prismen auf. Die äußeren Spitzen der rautenförmigen Prismen liegen auf einer Hüllkurve, die durch einen Torus 113 in Form eines Spindeltorus definiert wird. Der Prismenring 111 fokussiert die zentrierten Strahlen Sz, wie in 10 gezeigt, auf drei Brennringe r1–r3, die auf einer torusförmigen Erweiterung des Wärmeübertragers 2 angeordnet sind. Der Wärmeübertrager 2 weist einen koaxial und konzentrisch zu einem Absorberkolben 200 angeordneten Zweiphasen-Thermosyphon 24 auf. Der Brennring R des Parabolringspiegels 101 liegt auf der äußeren Mantelfläche des Rücklaufrohrs des Absorberkolbens 200.
10 zeigt den Sonnenkollektor 1 nach 9 in einem Detailschnitt durch die von einem Prismenring 111 gebildete zweite Konzentratorstufe 11. Am Beispiel eines ausgewählten Lichtstrahls ist dargestellt, wie der Lichtstrahl beim Durchtritt durch das rautenförmige Prisma des Prismenrings 111 zweimal gebrochen und an der Einfallsseite mit dem Einfallswinkel α und dem Brechungswinkel β und an der Ausfallsseite mit dem Einfallswinkel α' und dem Ausfallswinkel δ auf den Brennring r2 fokussiert wird. Dabei weisen der Einfallswinkel α und der Ausfallswinkel δ denselben Betrag auf. Um eine gleichmäßige Verteilung des zu einem konvergenten Strahlenbündel Sk konzentrierten Lichts zu gewährleisten, sind auf der Brennlinie r2 zwei PV-Zellen 12 parallel nebeneinander angeordnet. Die elektrische Kontaktierung mit Anode (–) und Kathode (+) erfolgt in diesem speziellen Fall jeweils durch Sammelleitungen 204 an einer Seite der PV-Zellen 12. An den Brennlinien r1, r3 erfolgt der Anschluss an eine ringförmige Sammelleitung 204 jeweils an den zwei einander gegenüberliegenden Seiten der PV-Zellen 12.
11 zeigt den Sonnenkollektor 1 nach 9 und 10 in einem Meridian-Detailschnitt II-II durch den rotationssymmetrisch um die Symmetrieachse O aufgebauten Absorberkolben 200, der von einer transparenten Hülle 22 umschlossen wird. Im Inneren des Absorberkolbens 200 dient ein Vorlaufrohr der ständigen Zufuhr eines Wärmeträgerfluids 21, das am oberen Ende des Vorlaufrohrs in das konzentrisch und koaxial zum Vorlaufrohr angeordnete Rücklaufrohr umgelenkt wird. Ein weiteres, koaxiales und an seinem oberen Ende abgeschlossenes Rohr, das sich an seinem unteren Ende spindeltorusförmig erweitert und vakuumdicht an das Rücklaufrohr anschließt, bildet zusammen mit der äußeren Mantelfläche des Rücklaufrohrs den Arbeitsraum 240 des Zweiphasen-Thermosyphons 24. Der Arbeitsraum 240 ist mit einem Unterdruck U beaufschlagt, sodass ein Arbeitsmedium bereits bei einer Temperatur von etwa 25°C verdampft und als Dampf von der Wärmequelle 241 am unteren Ende des Zweiphasen-Thermosyphons 24 zu der Wärmsenke 242 am oberen Ende des Zweiphasen-Thermosyphons 24 aufsteigt. Das Rücklaufrohr ist an seinem oberen Ende als beripptes Wärmeträgerrohr 243 ausgebildet, an dem das Arbeitsmedium des Zweiphasen-Thermosyphons 24 kondensiert. Unter dem Einfluss der Schwerkraft wird das Kondensat von einer Strömungsleiteinrichtung 244 in einen Zwischenraum 247 zwischen dem an seinem unteren Ende torusförmig erweiterten Absorberkolben 200 und einer konzentrisch dazu angeordneten Dampfbremse 245 geleitet. Bei Wärmeaufnahme durch die PV-Zellen 12 verdampft das Arbeitsmedium und gelangt durch mikroporöse Öffnungen in der Dampfbremse 245 in einen zentralen Arbeitsraum 240 und steigt über Dampfdurchtrittsöffnungen 246 zu der Wärmesenke 242 am oberen Ende des Rücklaufrohrs auf um dort erneut zu kondensieren. Der Prismenring 111 als eine Anordnung von zwei im Querschnitt rautenförmigen Prismen konzentriert, wie in 10 gezeigt, die zentrierten Strahlen Sz in der Meridianebene des Sonnenkollektors 1 als konvergente Strahlenbündel Sk auf die Brennringe r1–r3 am äußeren Ende der Rippen 202, auf denen eine Vielzahl von PV-Zellen 12 jeweils in einem Kreisring angeordnet ist. An der strahlungsabgewandten Seite der PV-Zellen 12 leiten Sammelleitungen 204 den an den PV-Zellen 12 gewonnenen Gleichstrom jeweils als Anode (–) und Kathode (+) zu einem Anodenring 221 und einem Kathodenring 222 am unteren Ende des Absorberkolbens 200. Ein vakuumdichter Elektroanschluss 223 mit einer Steckverbindung ermöglicht die Ausleitung des Gleichstroms. Die transparente Hülle 22 ist mit einer Stirnkappe 224 vakuumdicht verlötet, die ihrerseits vakuumdicht mit dem Rücklaufrohr verbunden ist.
12 zeigt den Sonnenkollektor 1 nach 9–11 in einem Äquatorialschnitt III-III durch den Prismenring 111 der zweiten Konzentratorstufe 11 und den Brennring R der ersten Konzentratorstufe 10 und den als Zweiphasen-Thermosyphon 24 ausgebildeten Wärmeübertrager 2 an der Oberfläche eines Absorberkolbens 200. Die zentrierten Strahlen Sz durchqueren den Prismenring 111 unter Beibehaltung ihrer radialen Fokussierung auf den Brennring R des Parabolringspiegels 101. Wie in 10 und 11 gezeigt, werden die zentrierten Strahlen Sz in der Meridianebene des Sonnenkollektors 1 von dem Prismenring 111 in drei konvergenten Strahlenbündeln Sk auf drei Brennringe r1–r3 mit einer Vielzahl von PV-Zellen 12 fokussiert. Die Brennringe r1–r3 sind auf radial zum Brennring R der ersten Konzentratorstufe 10 vom Absorberkolben 200 auskragenden Rippen 202 angeordnet. Der Äquatorialschnitt zeigt auch den Arbeitsraum 240 des Zweiphasen-Thermosyphons 24 im Bereich der Wärmequelle 241 an der Innenseite des Absorberkolbens 200. Der Arbeitsraum 240 ist mit einem Unterdruck U beaufschlagt und nimmt ein phasenwechselndes Arbeitsmedium auf, das die an den PV-Zellen 12 absorbierte Wärme auf ein Wärmeträgerfluid 21 überträgt. Dazu ist eine Strömungsleiteinrichtung 244 mit einer Dampfbremse 245 vorgesehen, wobei sich das phasenwechselnde Arbeitsmedium als Kondensat in dem Zwischenraum 247, der von der Dampfbremse 245 selbst und der Innenoberfläche des Absorberkolbens 200 gebildet wird, sammelt. Die Dampfbremse 245 besteht aus einem mikroporösen Gewebe oder aus einer mikroporösen Metallmembran, die wasserdicht aber dampfdurchlässig ist. Bei Sonneneinstrahlung steigt der Dampfdruck des Arbeitsmediums, das durch die mikroporösen Öffnungen in der Dampfbremse 245 in den zentralen Arbeitsraum 240 gelangt und, wie in 11 gezeigt, zur Wärmesenke 242 am oberen Ende des Absorberkolbens 200 aufsteigt. In der Rippe 202 sind Durchbrüche erkennbar, in denen die Sammelleitungen 204 abwechselnd als Anode (–) und Kathode (+) geführt werden. Zwischen der Rippe 202 und der Sammelleitung 204 ist eine Isolierung 203 vorgesehen. Das Wärmeträgerfluid 21 zirkuliert in einem Vorlauf- und einem Rücklaufrohr, die konzentrisch zur Symmetrieachse O des Sonnenkollektors 1 angeordnet sind. Zwischen der transparenten Hülle 22 und dem Absorberkolben 200 ist zur Vermeidung von Verlusten der an den PV-Zellen 12 absorbierten Wärme ein Vakuum V vorgesehen. Der Sonnenkollektor 1 wird über eine vertikale Achse y zum Azimutwinkel der Sonne und über eine horizontale Achse x zum jeweiligen Höhenwinkel der Sonne ausgerichtet.
13 zeigt den Sonnenkollektor 1 nach 9–12 in einem perspektivischen Meridianschnitt zur Erläuterung des Zusammenwirkens der optischen, elektrischen und wärmetechnischen, rotationssymmetrisch um die Symmetrieachse O angeordneten Komponenten des Sonnenkollektors 1.
14 zeigt einen rotationssymmetrisch um die Symmetrieachse O aufgebauten Sonnenkollektor 1 in einem Meridianschnitt I-I mit einem auf einen Brennring R fokussierenden Parabolringspiegel 101 als erste Konzentratorstufe 10 und einen Prismenring 111, der als Abschnitt eines Torus 113 in Form eines Horntorus ausgebildet ist, als zweite Konzentratorstufe 11. Bei zweiachsiger Nachführung um die Achsen x und y werden die parallelen Strahlen Sp der Sonne als zentrierte Strahlen Sz auf den Prismenring 111 konzentriert. Der Torus 113 weist auf seiner dem Brennring R des Parabolringspiegels 101 zugewandten Seite drei untereinander verbundene Prismenringe 111 auf, die das Sonnenlicht, wie in 18 gezeigt, exakt auf vier Brennringe r1–r4 konzentrieren. Der konzentrisch zu dem Brennring R der ersten Konzentratorstufe 10 angeordnete Wärmeübertrager 2 ist als eine von einer transparenten Hülle 22 umgebene und an ein Vorlauf- und ein Rücklaufrohr für das Wärmeträgerfluid 21 angeschlossene Absorberringleitung 201 ausgebildet. Über einen Elektroanschluss 223 und einen nachgeschalteten Gleichspannungswandler 23 wird der an den PV-Zellen gewonnene Strom in ein externes Netz eingespeist.
15 zeigt den Sonnenkollektor 1 nach 14 mit der elektrischen Kontaktierung der PV-Zellen 12 an flankierenden Ringleitungen als Anode (–) und Kathode (+) in einer Ausschnittsperspektive, exemplarisch auch für die Ausführungsbeispiele in 1–4 und 5–8. Die PV-Zellen 12 werden mittels nicht näher bezeichneter winkelförmiger Kontakte auf die Sammelleitungen 204 aufgesteckt. Wie in 16–18 gezeigt, sind auf der Absorberringleitung 201 Rippen 202 als umlaufende Ringe angeordnet, die auf ihrer den zentrierten Strahlen Sz zugewandten Oberfläche eine Vielzahl von PV-Zellen 12 tragen. Auf der strahlungsabgewandten Seite der Rippen 202 sind Durchbrüche mit einer Isolierung 203 für die Durchleitung der Sammelleitungen 204 vorgesehen. Die an den PV-Zellen 12 absorbierte Wärme wird von den Rippen 202 durch Wärmeleitung auf ein in der Absorberringleitung 201 zirkulierendes Wärmeträgerfluid 21 übertragen.
16 zeigt den Sonnenkollektor 1 nach 14 und 15 in einem Meridian-Detailschnitt II-II durch den Prismenring 111 und die Absorberringleitung 201, wobei der Prismenring 111 einen als Horntorus ausgebildeten Torus 113 und die Absorberringleitung 201 einen Ringtorus aufweisen. Die auf den Brennring R der ersten Konzentratorstufe 10 zentrierten Strahlen Sz werden beim Eintritt in den Prismenring 111 an jedem einzelnen der drei Prismen totalreflektiert und gebrochen und als konvergente Strahlenbündel Sk auf die Brennringe r1–r4 konzentriert. Auf den Brennringen r1–r4 ist jeweils eine Vielzahl von PV-Zellen 12 in Ringen angeordnet. Rippen 202, die radial auf den Brennring R ausgerichtet sind, leiten die von den PV-Zellen 12 absorbierte Wärme an der strahlungsabgewandten Seite der PV-Zellen 12 auf das als Absorberringleitung 201 ausgebildete Absorberrohr 20, in dem ein Wärmeträgerfluid 21 für die Wärmeableitung zirkuliert. Die elektrische Kontaktierung der PV-Zellen 12 erfolgt sowohl über die die PV-Zellen 12 flankierenden, ringförmigen Sammelleitungen 204 als auch über Sammelleitungen 204 auf der strahlungsabgewandten Seite der PV-Zellen 12, die durch isolierte Öffnungen in den Rippen 202 geführt werden. In einem Anodenring 221 und einem Kathodenring 222, die mit einem Elektroanschluss 223 in der transparenten Hülle 22 verbunden sind, wird der an den PV-Zellen 12 gewonnene Gleichstrom abgeleitet und über einen Gleichspannungswandler 23 als Wechselstrom in ein externes Stromnetz eingespeist.
17 zeigt den Sonnenkollektor 1 nach 14–16 in einem Äquatorialschnitt III-III durch den Brennring R der ersten Konzentratorstufe 10 und den Prismenring 111 der zweiten Konzentratorstufe 11 und durch das als Absorberringleitung 201 ausgebildete Absorberrohr 20 des Wärmeübertragers 2. Die zentrierten Strahlen Sz sind auf den Brennring R des Parabolringspiegels 101 konzentriert und werden beim Eintritt in den Prismenring 111, wie in 16 gezeigt, als konvergente Strahlenbündel Sk auf insgesamt vier Brennringe r1–r4 fokussiert. Auf diesen Brennringen ist eine Vielzahl von PV-Zellen 12 angeordnet. Das in der Absorberringleitung 201 zirkulierende Wärmeträgerfluid 21 dient der Kühlung der PV-Zellen 12.
18 zeigt den Sonnenkollektor 1 nach 14–17 in einem perspektivischen Meridianschnitt durch den Prismenring 111 und die konzentrisch zu dem Brennring R des Parabolringspiegels 101 angeordnete Absorberringleitung 201. Ringförmige Rippen 202 auf der Oberfläche des als Ringtorus ausgebildeten Wärmeübertragers 2 tragen auf ihren den Prismen zugewandten Oberflächen eine Vielzahl von PV-Zellen 12 jeweils in einer Ringanordnung.
19 zeigt einen Sonnenkollektor 1, bei dem die erste Konzentratorstufe 10 aus der Kombination eines Parabolringspiegels 101 und einer Fresnellinse 102 mit einem gemeinsamen Brennring R besteht, in einem Meridianschnitt I-I. Die zweite Konzentratorstufe 11 weist, wie in 20 gezeigt, einen Linsenring 110 auf, der konzentrisch zu dem Brennring R der ersten Konzentratorstufe 10 und zu dem als Absorberringleitung 201 ausgebildeten Wärmeübertrager 2 angeordnet ist. Die Fresnellinse 102 besteht aus einer flexiblen transparenten Folie, die sich durch einen Überdruck P innerhalb einer pneumatischen Konstruktion auf den Parabolringspiegel 101 abstützt. Nicht näher bezeichnete, konzentrisch zueinander angeordnete Regenrinnen mit radialen Querträgern bilden als Druckringe die Widerlager für die pneumatisch gestützte Fresnellinse 102. Der Sonnenkollektor 1 ist in einer Regenwasser-Sammelstellung mit einem vertikalen Abstand zu einem Baugrund dargestellt und stützt sich auf einen Mast 14, sodass eine Nutzung des Baugrunds unterhalb des Sonnenkollektors ermöglicht wird. Der zentrale Mast 14 ist in einer Zisterne 15 gegründet, in der das auf den Sonnenkollektor 1 niedergehende Regenwasser gesammelt wird. Die als transparente Folie ausgebildete Fresnellinse 102 der ersten Konzentratorstufe 10 trägt konzentrisch angeordnete Prismenringe, die jeweils mit einem Abstand zueinander angeordnet sind, sodass etwa die Hälfte der Strahlung von der transparenten Folie durchgelassen und auf den Parabolringspiegel 101 trifft. Wie in 20 gezeigt, ermöglicht die Kombination des Parabolringspiegels 101 und der Fresnellinse 102 in der ersten Konzentratorstufe 10 des Sonnenkollektors 1 ermöglicht eine allseitige Fokussierung der zentrierten Strahlen Sz auf insgesamt 12 Brennringe r1–r12. Bei Regen wird der Sonnenkollektor 1 in eine horizontale Stellung geschwenkt, wobei die Fresnellinse 102 das Regenwasser an konzentrisch zueinander angeordnete Regenrinnen an der Außen- und Innenseite des Parabolringspiegels 101 und der Fresnellinse 102 leiten. Die Regenrinnen sind über einen flexiblen Schlauch mit dem Mast 14 verbunden, sodass das Regenwasser durch den Mast 14 in die Zisterne 15 geleitet werden kann. Die Zisterne 15 dient als Vorratsbehälter für ein Wärmeträgerfluid 21, das in einem geschlossenen Kreislauf, wie in 21 beschrieben, in einem Rückkühlregister 25 gekühlt wird.
20 zeigt den Sonnenkollektor 1 nach 19 in einem Meridian-Detailschnitt II-II durch den als Ringtorus ausgebildeten Linsenring 110 der zweiten Konzentratorstufe 11 und den als Absorberringleitung 201 ausgebildeten Wärmeübertrager 2. Die zentrierten Strahlen Sz sind auf den Brennring R der ersten Konzentratorstufe 10 gerichtet und werden durch den Linsenring 110 durch einmalige Brechung in 12 konvergenten Strahlenbündeln Sk auf 12 Brennringe r1–r12 fokussiert. Auf den Brennringen r1–r12 ist jeweils eine Vielzahl von PV-Zellen 12 angeordnet, die von ringförmigen Sammelleitungen 204 als Anode (–) und Kathode (+) flankiert werden.
21 zeigt den Sonnenkollektor 1 nach 19 und 20, bei dem die erste Konzentratorstufe 10 aus einer Kombination von einer einstrahlungsseitigen Fressnellinse 102 und einem Parabolringspiegel 101 mit einem gemeinsamen Brennring R gebildet wird, in einer isometrischen Ausschnittsdarstellung. Die Fressnellinse 102 und der Parabolringspiegel 101 bilden einen durch Überdruck P stabilisierten Pneu, der zwischen zwei konzentrisch zueinander angeordneten und durch nicht näher bezeichnete radiale Träger untereinander verbundene, im Querschnitt U-förmigen Regenrinnen aufgespannt wird. Der Sonnenkollektor 1 ist in einer Regenwassersammelstellung dargestellt, in der die ringförmigen Regenrinnen das auf die Fressnellinse 102 niedergehende Regenwasser über einen nicht näher bezeichneten, flexiblen Schlauch in den Mast 14 und in die Zisterne 15 einleiten. Wie in 20 gezeigt, bildet das Regenwasser das Wärmeträgerfluid 21 zur Kühlung der auf dem Wärmeübertrager 2 angeordneten PV-Zellen 12. Ein im Baugrund verlegtes Rückkühlregister 25 überträgt die von den PV-Zellen 12 tagsüber absorbierte Wärme in einen umgebenden, landwirtschaftlich genutzten Baugrund.
22 zeigt eine Solaranlage, bei der eine Vielzahl von Sonnenkollektoren 1 auf einer Trägerfläche zu einem Modul zusammengefasst sind und durch Verschwenken in den Drehachsen x, y gemeinsam zur Sonne ausgerichtet werden. Die Solaranlage ist in einer Regenwassersammelstellung dargestellt, bei die Trägerfläche mit den Sonnenkollektoren 1 in eine horizontale Stellung geschwenkt wird, um das an der von ebenen Glasscheiben gebildeten transparenten Abdeckung 130 gesammelte Regenwasser in den Mast 14 und die Zisterne 15 einzuleiten. Das Regenwasser dient als Wärmeträgerfluid 21 zur Kühlung der auf den Absorberkolben 200 angeordneten PV-Zellen 12, wie in den 3, 6, 8, 10, 11 und 13 gezeigt. Das im Erdreich verlegte Rückkühlregister 25 dient der permanenten Kühlung des Wärmeträgerfluids 21.
23 zeigt eine Solaranlage, bei der eine Vielzahl von Sonnenkollektoren 1 in einem Kollektorgehäuse 13 zusammengefasst und einstrahlungsseitig durch eine von Glasscheiben gebildete transparente Abdeckung 130 vor Witterungseinflüssen geschützt ist. Die Parabolringspiegel 101 der ersten Konzentratorstufe 10 sind untereinander zu einer flächendeckenden, lückenlosen Struktur verbunden. Die Sonnenkollektoren 1 entsprechen in ihrem Aufbau dem in 1–4 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
24 zeigt die Nachführung der Solaranlage nach 23 in einem von einer Kreisringschiene gebildeten Azimutlager mit einer vertikalen Drehachse y und in einem als Scharnier ausgebildeten Drehlager mit einer horizontalen Drehachse x. Nicht näher bezeichnete Spindelantriebe stellen eine exakte, sensorgesteuerte Nachführung zum jeweiligen Höhenwinkel der Sonne sicher. Das Wärmeträgerfluid 21 wird in einem Rohrleitungsnetz mit Vor- und Rücklauf geführt.
25 zeigt einen Sonnenkollektor 1, dessen Kollektorgehäuse 13 von einer feststehenden, einstrahlungsseitig halbkugelförmigen, transparenten Abdeckung 130 gebildet wird. Der Sonnenkollektor 1 mit einer von einem Parabolringspiegel 101 gebildeten ersten Konzentratorstufe 10 und einer von einem Linsenring 110 gebildeten zweiten Konzentratorstufe 11 entspricht in seinem Aufbau dem in 1–4 dargestellten Ausführungsbeispiel. Ein Kalottenlager für den halbkugelförmig ausgebildeten, strahlungsabgewandten Teil der ersten Konzentratorstufe 10 mit einer Vielzahl kugelförmiger Lagerpunkte dient der freien Beweglichkeit des Sonnenkollektors 1 zur Nachführung zum jeweiligen Sonnenstand um die Drehachsen x, y. Seilzüge, die in der Art von Ziliarmuskeln eines Augapfels an den Parabolringspiegel 101 mit Kalottenlager angreifen, werden durch pneumatische, in ihrer Länge veränderbare, druckbefüllte Schläuche bewegt und dienen der exakten Ausrichtung des Sonnenkollektors 1 zur Sonne. Das Wärmeträgerfluid 21, die Stromkabel und die Druckluftversorgung der pneumatischen Steuerung des Sonnenkollektors 1 werden in einem flexiblen Schlauch, der mit der Basis des Parabolringspiegels 101 verbunden ist, geführt. Um diesem flexiblen Schlauch die nötige Freiheit zu geben, weist das strahlungsabgewandte Kalottenlager eine trichterförmige Einbuchtung auf.
26 zeigt den Sonnenkollektor 1 nach 25 in einer isometrischen Schnittdarstellung mit den pneumatischen Steuerungselementen, die in das Kollektorgehäuse 13 integriert sind. Ein Sonnenkollektor 1 mit einem Durchmesser von etwa 1 m weist eine Leistung von 500 W auf. Die PV-Zellen 12 werden durch ein Wärmeträgerfluid 21 permanent gekühlt. Die auf das Wärmeträgerfluid 21 übertragene Wärme kann innerhalb eines Gebäudes für Heizung oder Kühlung genutzt werden. Derartige Sonnenkollektoren 1 können in die Hüllkonstruktion eines Gebäudes im Bereich von Dach und Wand integriert werden.

27 zeigt einen Mast 14 mit paarweise mit einem vertikalen Abstand zueinander angeordneten, kugelförmigen Sonnenkollektoren 1, die in ihrem Aufbau im Wesentlichen dem in 1–4 gezeigten Beispiel entsprechen. An den aus konzentrisch zueinander angeordneten Rohrabschnitten aufgebauten Mast 14 sind insgesamt sechs kugelförmige Sonnenkollektoren 1 angelenkt und werden um eine vertikale Drehachse y und um drei horizontale Drehachsen x exakt zum jeweiligen Sonnenstand ausgerichtet. Das Kollektorgehäuse 13 mit der transparenten Abdeckung 130 ist kugelförmig ausgebildet. LEDs, die auf dem Absorberkolben 200 eines Sonnenkollektors 1 angeordnet sind, machen den Sonnenkollektor 1 bei Nacht zu einem Scheinwerfer mit parallel zur Symmetrieachse O ausgerichtetem Strahlengang. Diese Form der Kollektoranordnung ist besonders für den öffentlichen Raum in einem städtischen Kontext geeignet. Bezugszeichenübersicht

Sonnenkollektor	1	Wärmeübertrager	2
Symmetrieachse	O	Absorberrohr	20
Erste Konzentratorstufe	10	Absorberkolben	200
Parabolschüssel	100	Absorberringleitung	201
Brennpunkt	F	Rippe	202
Parabolringspiegel	101	Isolierung	203
Fresnellinse	102	Sammelleitung	204
Brennring	R	Anode	(–)
Zweite Konzentratorstufe	11	Kathode	(+)
Brennringe	r1–rn	Wärmeträgerfluid	21
Linsenring	110	Transparente Hülle	22
Prismenring	111	Stirnkappe	220
Kugelschichtkörper	112	Anodenring	221
Torus	113	Kathodenring	222
Drehachsen	x, y	Elektroanschluss	223
Parallele Strahlen	Sp	Gleichspannungswandler	23
Zentrierte Strahlen	Sz	Zweiphasen-Thermosyphon	24
Konvergentes Strahlenbündel	Sk	Arbeitsraum	240
Einfallswinkel	α, α'	Wärmequelle	241
Brechungswinkel	β	Wärmesenke	242
Reflexionswinkel	γ	Beripptes Wärmeträgerrohr	243
Ausfallswinkel	δ	Strömungsleiteinrichtung	244
PV-Zellen	12	Dampfbremse	245
Kollektorgehäuse	13	Dampfdurchtrittsöffnung	246
Transparente Abdeckung	130	Zwischenraum	247
Mast	14	Unterdruck	U
Zisterne	15	Vakuum	V
Überdruck	P	Rückkühlregister	25

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 4048983 [0004]
US 4893612 [0004]
US 5269851 [0004]
US 5882434 [0005]

Claims

Photovoltaischer und solarthermischer Sonnenkollektor (1) mit einer Symmetrieachse (O), bestehend aus einer ersten Konzentratorstufe (10), die von einer auf einen Brennpunkt (F) fokussierenden Parabolschüssel (100) oder von einem auf einen Brennring (R) fokussierenden Parabolringspiegel (101) oder von einer auf einen Brennpunkt (F) oder einen Brennring (R) fokussierenden Fresnellinse (102) gebildet wird, und aus einer zweiten Konzentratorstufe (11) und aus einem Wärmeübertrager (2), der an seiner Oberfläche PV-Zellen (12) trägt, welche erste Konzentratorstufe (10) und welche zweite Konzentratorstufe (11) und welcher Wärmeübertrager (2) rotationssymmetrisch zu der Symmetrieachse (O) angeordnet sind und untereinander eine in sich unverdrehbare Einheit bilden und bei zweiachsiger Nachführung des Sonnenkollektors (1) um die Drehachsen (x, y) zum jeweiligen Stand der Sonne die tages- und jahreszeitlich in unterschiedlichen Winkeln einfallenden parallelen Strahlen (Sp) auf den Wärmeübertrager (2) bündeln, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Konzentratorstufe (11) einen Linsenring (110) oder einen Prismenring (111) aufweist, der die von der ersten Konzentratorstufe (10) zentrierten Strahlen (Sz) in mindestens einem konvergenten Strahlenbündel (Sk) auf mindestens einen Brennring (r1) oder in einer Vielzahl von konvergenten Strahlenbündeln (Sk) auf eine Vielzahl von Brennringen (r1–rn) an der Oberfläche des Wärmeübertragers (2) fokussiert, wobei die Brennringe (r1–rn) mit einem radialen Abstand konzentrisch zu dem Brennpunkt (F) oder dem Brennring (R) der ersten Konzentratorstufe (10) angeordnet sind und die Arbeitsflächen der PV-Zellen (12) auf den Brennringen (r1–rn) liegen.
Sonnenkollektor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Linsenring (110) mindestens eine auf einen Brennring (r1) fokussierende Linse aufweist und dass ein Prismenring (111) mindestens zwei auf einen Brennring (r1) fokussierende Prismen aufweist, wobei ein Linsenring (110) oder ein Prismenring (111) entweder als ein von der transparenten Hülle (22) unabhängiges Element ausgebildet ist oder mit der transparenten Hülle (22) zu einem vakuumdichten Glasbehälter verbunden ist.
Sonnenkollektor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorberrohr (20) einen von einem Wärmeträgerfluid (21) durchströmten, mit Vor- und Rücklauf versehenen Absorberkolben (200) aufweist, der konzentrisch zu dem Brennpunkt (F) oder zu dem Brennring (R) einer primären Konzentratorstufe (10) angeordnet ist und von einer transparente Hülle (22) umgeben wird, wobei ein Vakuum (V) zwischen dem Absorberkolben (200) und der transparenten Hülle (22) vorgesehen ist.
Sonnenkollektor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorberrohr (20) eine von einem Wärmeträgerfluid (21) durchströmte, mit Zu- und Ableitung versehene Absorberringleitung (201) aufweist, die konzentrisch zu dem Brennring (R) einer primären Konzentratorstufe (10) angeordnet ist und von einer transparente Hülle (22) umgeben wird, wobei ein Vakuum (V) zwischen der Absorberringleitung (201) und der transparenten Hülle (22) vorgesehen ist.
Sonnenkollektor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (2) als Zweiphasen-Thermosyphon (24) ausgebildet ist, der einen in den Absorberkolben (200) integrierten und gegenüber der Atmosphäre hermetisch abgeschlossenen, mit einem Unterdruck (U) beaufschlagten und mit einem phasenwechselnden Arbeitsmedium befüllten Arbeitsraum (240) aufweist, an dessen unterem Ende sich die von den PV-Zellen (12) erzeugte Wärmequelle (241) und an dessen oberem Ende sich die von einem in einem berippten Wärmeträgerrohr (243) geführten Wärmeträgerfluid (21) gebildete Wärmesenke (242) befinden.
Sonnenkollektor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zweiphasen-Thermosyphon (24) eine Strömungsleiteinrichtung (244) aufweist, die dazu ausgebildet ist, die Wärmequelle (241) am unteren Ende des Zweiphasen-Thermosyphons (24) mit der Flüssigphase des Arbeitsmediums vollständig zu benetzen, wobei sich das Arbeitsmedium in einem Zwischenraum (247) zwischen der Innenseite des Absorberkolbens (200) und einer konzentrisch zu einer kugel- oder torusförmigen Erweiterung des Absorberkolbens (200) angeordneten Dampfbremse (245) sammelt, um bei Wärmeeintrag seitens der PV-Zellen (12) die Dampfbremse (245) unter Druck zu passieren und zu dem von einem Wärmeträgerfluid (21) durchströmten, berippten Wärmeträgerrohr (243) über eine Dampfdurchtrittsöffnung (246) aufzusteigen, um an dem berippten Wärmeträgerrohr (243) zu kondensieren.
Sonnenkollektor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die PV-Zellen (12) auf einstückig mit dem Wärmeübertrager (2) verbundenen ringförmigen Rippen (202) angeordnet sind und dass zwischen dem Wärmeübertrager (2) und den Anoden (–) und den Kathoden (+) der PV-Zellen (12) eine Isolierung (203) angeordnet ist, wobei die Sammelleitungen (204) durch isolierte Durchbrüche in den ringförmigen Rippen (202) geführt werden.
Sonnenkollektor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anoden (–) und die Kathoden (+) der PV-Zellen (12) jeweils in Sammelleitungen (204) zusammengefasst sind und innerhalb der transparenten Hülle (22) mit einem Anodenring (221) und einem Kathodenring (222) verbunden und durch einen Elektroanschluss (223) in der transparenten Hülle (22) über einen Gleichspannungswandler (23) an ein externes Stromkabel angeschlossen sind.
Sonnenkollektor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sonnenkollektor (1) ein Kollektorgehäuse (13) mit einer transparenten Abdeckung (130) aus Glas mit einer ebenen, gewölbten oder sphärischen Form aufweist und z. B. als einzelner Kugelkollektor oder als ein aus einer Vielzahl von Sonnenkollektoren (1) aufgebautes Kollektormodul ausgebildet ist.
Sonnenkollektor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein aus einer Vielzahl von Sonnenkollektoren (1) aufgebautes Kollektormodul mit einem Abstand zu einem Baugrund angeordnet ist und über einen Mast (14) mit einer Zisterne (15) verbunden ist, wobei ein Kollektormodul als Regensammler ausgebildet ist und bei Regen sensorgesteuert in eine horizontale Stellung geschwenkt wird, sodass das Wärmeträgerfluid (21) als Regenwasser in der Zisterne (15) gesammelt und über ein Rückkühlregister (25) im Baugrund gekühlt werden kann.