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Beschreibung des technischen Gebietes
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Weltweite Anstrengungen den fossilen Energiebedarf zur Vermeidung des Klimawandels deutlich zu senken, führen unter anderem in mittleren und hohen Breiten zur Fokussierung auf die Wohn- und Nichtwohngebäude, die bislang einen hohen Anteil am fossilen Energiebedarf einnehmen. Es ist bekannt, dass gut gedämmte, luftdichte Objekte ihren Bedarf zur Heizung und Kühlung komplett aus der das Objekt treffenden solaren Strahlung decken können. Dazu müssen einerseits ein Großteil der bestrahlten Objektfläche zur aktiven solaren Erfassung und deren Betrieb vorteilhaft vor allem auch in strenge winterliche Bedingungen ausgedehnt, sowie anderseits korrelierende ausreichende Speicherkapazitäten zur Überbrückung auch längerer bestrahlungsarmer Zeiten effektiv und effizient in die Objekttechnik integriert werden. Photovoltaikelemente und / oder Solarthermiekollektoren, deren Betrieb, sowie die Anbindung der Solarthermie an die Wärmespeicherung des zu versorgenden Objektes sind Gewerke, die die vorliegende Erfindung unter betriebstechnischer Optimierung vereint.
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Die Erfindung betrifft eine starre oder bewegliche Vorrichtung in Form eines flachen Gehäuses oder Halterahmens, zu installieren als Zaun-, Brüstungs- oder Fassadenelement, zum Zweck der solaren Energieerfassung und ein Verfahren zur Betriebsoptimierung der integrierten Photovoltaik- und/ oder SolarthermieKollektoren. Die Solarthermie ist realisiert als Absorber innerhalb einer Kavität, wiederum innerhalb des Gehäuses angeordnet. Im Folgenden beziehen sich der Begriff „Gehäuse“ auf die solarthermische und der Begriff „Halterahmen“ auf die photovoltaische Anwendung. Das oder die Gehäuse werden mindestens teilweise durch eine oder mehrere im Wellenlängenbereich der energiereichen solaren Intensität transparenten planen Scheibe gebildet. Die Gehäuse sind ein- oder beidseitig mit Ein- und Ausgängen der Absorberkanäle zum Ein- und Ausführen des Wärmeträgermediums, sowie optional mit Ein- und Ausgängen zur stofflichen Füllung und Evakuierung der Kavität sowie elektrischen Aderdurchführungen versehen.
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Stand der Technik
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Neben der Photovoltaik zur Gewinnung von Strom hat sich die Solarthermie zur Bereitstellung von Wärme aus der solaren Einstrahlung breitflächig etabliert.
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Bekannt sind im Wesentlichen zwei Typen von Solarthermiekollektoren, so genannte Flach- und Vakuumröhrenkollektoren. Bei den Vakuumröhrenkollektoren befindet sich der Absorber in der evakuierten oder teilevakuierten Kavität der Röhre. Oftmals werden mehrere Röhren parallel an einen Sammler geschaltet und betrieben. Der Absorber eines Flachkollektors besteht oftmals aus einem Absorberblech, durchzogen mit wärmeleitenden Rohren zur Übergabe der Wärme an den Wärmekapazitätsstrom. Anders als bei den Vakuumröhrenkollektoren, bei denen das Vakuum die Funktion der Dämmung erfüllt, wird der Absorber in Flachkollektoren an den Seiten durch Dämmstoffe zur Minderung von Wärmeverlusten gedämmt. Die Patentschrift
AT344375 beschreibt den Aufbau eines Gehäuses, welches oben durch eine transparente Platte und auf der Unterseite mit einer Wärmedämmung versehen ist.
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Einfluss auf den Solarthermie-Kollektorwirkungsgrad nimmt in besonderem Umfang die Wärmedämmung. Einige Kollektore, besonders aber die Vakuumflach- und Vakuumröhrenkollektoren nutzen das Nahezu- Vakuum zur Unterbindung der Konvektion. Die Patentschrift
DE000010338483A1 weist in diesem Zusammenhang auf die Möglichkeit zur Schaffung eines Vakuums durch Abpumpen hin. Kollektore mit evakuierten Kavitäten zur Wärmedämmung verfügen über deutlich, nicht selten 20% höhere Kollektorwirkungsgrade.
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In der Mehrheit aller solartechnischen Applikationen werden die Vorrichtungen zur Erfassung der solaren Strahlung auf günstig ausgerichtete und geneigte Dächer platziert. Bei Flachdächern oder auf Grundstücken werden die Vorrichtungen zur solaren Erfassung in der Mehrzahl der Ausführungen auf eine starre Haltevorrichtung unter einem bestimmten Winkel ortsfest platziert. Seltener kommen bewegliche Vorrichtungen zur Anpassung der Vorrichtung an Elevation und Azimut zum Einsatz.
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Viele Gründe lassen sich finden, neben der Dachfläche alternative Flächen zur solaren Energieerfassung zu identifizieren und nutzbar zu machen. Die Offenbarung
EP-B-0442432 beispielsweise berichtet über Absorberplatten, unter der Rasenoberfläche positioniert, durch welche indirekt die solare Einstrahlung nutzbar gemacht werden kann. Dagegen schlägt die Offenbarung
DE000019915496A1 vor, zusätzliche Absorberfläche durch passive Solarthermie mittels opaker Massivabsorber an separaten Gebäudeteilen bereitzustellen. Auch wird in dieser Offenbarung von Betonfertigteilen berichtet, die als Zaun- oder Brüstungsteil die Funktion eines Absorbers übernehmen. In der Offenbarung
EP 3 191 771 B1 wird eine Haltevorrichtung für ein Solarmodul vorgestellt. Durch diese Haltevorrichtung soll das Solarmodul an der Brüstung eines Balkons befestigt werden. Eine Verstellvorrichtung ermöglicht dabei das horizontale Drehen des Kollektors zur Anpassung an den Azimut. Neben der Brüstung werden Mauern, ein Geländer, eine Balustrade oder Platten- und Fassadenelemente als Orte zur Montage benannt. Anders funktioniert die Technologie, offenbart in der Schrift zur
US 4.058.1009 . Es wird eine Vorrichtung beschrieben, welche auf die Fassade aufgebracht wird. Die Vorrichtung dient zum Dämmen und solaren Heizen. Sie besteht aus einem Vorsatzelement und einem dahinter liegenden Absorber. Das Funktionsprinzip dieser Vorrichtung basiert auf einer sich in der Vorrichtung einstellenden gasbasierten Konvektionsströmung, die entweder eine dämmende Wirkung oder eine wärmeleitende Wirkung mit Verschiebung der solaren Wärmegewinnung hinein in die Wand des Gebäudes bewerkstelligt. Eine andere Lösungsvariante beschreibt die Offenbarung
DE 196 47 567 A1 . Es wird ein schaltbares Vakuumdämmpaneel beschrieben, gefüllt mit Dämmmaterial, dass je nach Bedarf gasdicht umhüllt und automatisch teilevakuiert insbesondere zur Dämmung oder teilgasbefüllt zur solaren Energieerfassung und Gebäudeeinleitung zu nutzen ist. Die solare Strahlung wird absorbiert und bei durchgeschaltetem Paneel (niedriger Leitwiderstand) per Leitung an die Wand weitergeleitet. Nachts, ohne Strahlung ist das Paneel fast evakuiert und entfacht eine dämmende Wirkung. Die Niederschrift der Offenbarung
AT 380 946 B1 berichtet von einem gasförmig durchströmten Röhrensystem mit umschließender Dämmwand. Die Möglichkeit mit einem Solarkollektor zugleich einen Zaun zu bilden wird in der Schrift
CH000000700627A1 erwähnt. Den Fokus eher auf die Gestaltung richtet die Offenbarung
EP 2 038 588 B1 . In ihr werden Fassadenkollektore beschrieben, welche durch Absorber mit teilweise vorgesehen lichten Durchgängen für Teillichtdurchlässigkeit und damit visuellem Gestaltungsspielraum aufwarten. Deren Einsatzgebiet wird zum Bilden von verglaste Brüstungen und visuell gestalteten Fassaden benannt.
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Letztlich kann auch noch auf die Offenbarung
DE2949549A1 verwiesen werden. Sie beschreibt einen Klima-Zaun. Dieser Klima-Zaun verfügt über ein in die Zäune integriertes wärmeaufnehmendes Medium. Ziel ist die Aufnahme der in der Luft enthaltenen Wärme. Die Intention ist, Sonnenwärme über den Umweg der erwärmten Luft zu erfassen.
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Zur bestmöglichen Ausnutzung der einfallenden Strahlung ist es vorteilhaft die Photovoltaik- und/ oder Absorberfläche orthogonal zu bestrahlen. Im umgekehrten Fall reduzieren sich unweigerlich die bestrahlte orthogonal zum Strahl ausgerichtete Fläche und damit das Ertragspotential. Bei besonders flachen Einstrahlwinkeln zur Photovoltaik- und/ oder Absorberparallelen verschlechtern hohe Reflexionsgrade den Ertrag. Die Patentschrift
DE000010338483A1 weist in diesem Zusammenhang auf die Möglichkeit der Absorberausrichtung und Nachführung hin. Vielfältige Systeme nutzen diese Möglichkeit. Auch die Offenbarung
DE000003213084A1 weist auf die Vorzüge des Ausrichtens des Absorbers, bzw. Kollektors, vorzugsweise orthogonal zur einfallenden Strahlung hin.
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Bekannt ist zur Reduktion von Wärmeleitverlusten bei solarthermischen Vorrichtungen mehrschichtiger Scheibenaufbauten die Füllung der Glaszwischenräume mit einem Gas, welches eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit aufweist als Luft. Vorzugweise kommt Argon zur Anwendung. Argon hat eine um ca. 50% niedrigere Leitfähigkeit als Luft. Ein Vorteil von Argon ist das natürliche Vorkommen als Luftbestandteil.
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Bekannt ist das Füllen von Autoreifen mit Gasen höheren molekularen Gewichts. Dem höheren molekularen spezifischen Gewicht wird im Vergleich zu leichteren Gase eine niedrigere Leckagerate zugesprochen.
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Mängel der bisher bekannten Ausführungen
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In den allermeisten Fällen, in denen Solarthermiekollektoren eingesetzt werden, leisten diese nur einen anteiligen Beitrag zur Heiz- und Warmwasserlastdeckung. Gründe hierfür sind mehrere zu benennen. Zunächst werden solche Kollektoren fast ausschließlich über den Dachpfannen auf entsprechend ausgerichteten Dächern mit passenden Dachneigungen montiert. Das schränkt bereits die solare Erfassungsfläche ein. Das Eigengewicht und damit die zusätzliche Dachlast überfordern ggf. die zulässige Dachflächenlast und führen zu weiterer Einschränkung. Das Montieren der Solarthermiekollektoren auf geneigten Dächern folgt zumeist der Logik der Photovoltaik, die einen maximalen Jahresertrag und damit bestmögliche Amortisation anstrebt. Da im Sommer die Heizlast gänzlich wegfällt können Solarthermiekollektore statt zur ganzjähigen Ertragsoptimierung auch im Fokus der winterlichen Heizlastreduzierung eine abweichende Ausrichtung erfahren. Statt der maximalen Energieerfassung zu teilweise ungünstigen Jahreszeiten kann auch der maximale Heizleistungsbeitrag und damit die Reduktion der Leistungsgröße der übrigen Wärmeerzeuger in den Fokus der Auslegung gelegt werden.
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Häuser mit signifikanten Anteilen der Kubatur in Ausrichtung OSO bis WSW nutzen je nach Wandaufbau mehr oder weniger effektiv die passive Strahlungsenergieerfassung. Aufgrund der passiven Erfassung ist eine bedarfsgerechte Verwendung dieser erfassten Strahlungsenergiebeiträge nicht möglich. Das Bestreben der Energiewende, höhere Anteile erneuerbarer Energie bereitzustellen lässt die aktiv ungenutzten Flächen der Gebäudekubatur in den Fokus geraten. Eine höhere aktive Nutzung der Hüllfläche ist im Sinne der dichten Bebauung und begrenzter verfügbarer Flächen zur Erhöhung des Anteils erneuerbarer Energie zielführend.
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Gebäude ohne geeignet ausgerichtete Dachflächen sind zur solaren Energieerfassung auf alternative verfügbare Flächen angewiesen. Bei wenig adressierbarer Fläche reduziert sich gleichfalls der Anteil des adressierbaren Anteils erneuerbarer Energien.
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Nicht orthogonal ausgeleuchtete Erfassungsflächen und damit vom Optimum abweichend betriebene lichte Querschnitte reduzieren die maximal mögliche zu erfassende solare Energie.
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Über den Jahresverlauf ändern sich der Sonnenstand und damit die Elevation. Nachführbare Solarthermiekollektoren und/ oder Photovoltaikflächen sind aus Gründen des aparativen Aufwands, den damit verbundenen Investitionskosten und aus gestaltungstechnischen Aspekten die Ausnahme. Aufwand und Nutzen der Nachführung stehen in keinem attraktiven Verhältnis.
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Die Effizienz der solaren Erfassungseinrichtungen wird darüber hinaus nachteilig von Schmutzablagerungen oder Schneefall beeinflusst. Im Winter erfahren die Einrichtungen zur solaren Energieerfassung bei Schneefall eine Schneebedeckung. Selbst bei recht steiler Aufstellung haftet der Schnee an der Oberfläche und verhindert somit den solaren Ertrag. Die schlechte Zugänglichkeit der Erfassungseinrichtungen verhindert das manuelle Abreinigen, mechanische Reinigungssysteme rentieren sich aufgrund des Aufwands zum erzielbaren Nutzen nicht. Eine technisch anzutreffende Lösung ist das Abtauen des Schnees durch Wärmezufuhr. Diese Wärme geht dabei der Erfassungsbilanz verloren.
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In winterlichen Jahreszeiten muss der Planer sich mit dem Konflikt auseinandersetzen, dass gerade in diesen Zeiten die solaren Intensitäten über den Jahresverlauf den geringsten Wert einnehmen während anderseits durch die kalten Außenlufttemperaturen der Heizleistungsbedarf sein Maximum annimmt. In der Vielzahl der Installationen ist durch die geringe Erfassungsfläche der solarthermischen Kollektoren in winterlichen Betriebszeiten nur eine geringe Heizlastabsenkung zu realisieren.
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Der Großteil der gängigen am Markt verfügbaren solaren Erfassungseinrichtungen integriert sich nicht harmonisch in die Dachspiegel der Häuser, sondern wird in der Regel plump oberhalb der Dachpfannen installiert. Die Erfassungseinrichtung ist im Erscheinungsbild der Dächer in der Regel ein Fremdkörper.
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Solarthermiekollektore, vor allem Flachkollektoren mit Luftfüllung verlieren über Wärmeleitung und Konvektion einen signifikanten Teil der erfassten Sonnenenergie und verfügen daher über zumeist niedrigere Erfassungsgrade als Vakuumkollektore. Besonders zum Zweck der Heizungsunterstützung im Winter mit seinen kalten Außentemperaturen ist der Wärmeverlust von Nachteil. Speziell Applikationen zur Heizungsunterstützung müssen daher Maßnahmen der Wärmedämmung ergreifen.
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Evakuierte Kavitäten haben durch Diffusionsprozesse und Leckagen die Schwierigkeit, das Vakuum über Jahre aufrechtzuerhalten.
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Technische Probleme im Fokus der Erfindung
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Im Fokus der Erfindung ist die Nutzung der solaren Erfassungseinrichtungen in einer Doppelfunktion. Ziel ist Platz und verfügbare Investitionsmittel bestmöglich zu teilen und damit die Investitionsbereitschaft zu erhöhen und letztendlich zu höheren Energiebereitstellungsgraden zu gelangen.
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Die winterliche Betriebsweise erfährt im Vergleich zu den übrigen Jahreszeiten einen niedrigeren Sonnenstand und damit eine niedrigere Elevation. Auslegungen mit dem Schwerpunkt der winterlichen solaren Erfassung erlauben eine abweichende Ausrichtung zum Ausführungsstandard und der Vielzahl der Applikationen.
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Die passive solare Energienutzung durch die angestrahlte Hüllfläche eines Gebäudes ist rein reaktiv und hängt im Wesentlichen von Wetterbedingungen und Bauphysik ab. Die Konvertierung von passiver zu aktiver, regel- und speicherbarer solarer Energiegewinnung vermag die Reaktionsfähigkeit auf Spitzenlasten im Energiebedarf und gleichfalls die Effizienz der Energieerfassung und Verwertung zu erhöhen.
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Die winterliche Schneebedeckung von solaren Erfassungseinrichtungen reduziert deren Ertrag oder erfordert zusätzlichen Energieeinsatz zum Abtauen. Verschmutze transparente Abdeckungen vermindern die Effizienz der solaren Energieerfassung. Dachinstallationen sind schlecht zugänglich und erschweren dem normal geschulten Betreiber die Reinigungszugänglichkeit.
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Evakuierte und damit hocheffiziente Solarthermiekollektoren können über die Betriebsdauer durch Undichtigkeiten und Diffusion einen Teil oder das komplette Vakuum einbüssen. Die Reduktion des Vakuums geht mit einer Reduktion der Erfassungseffizienz einher.
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Schlussendlich ermöglicht die Ausprägung der Erfindung eine harmonische Integration der solaren Erfassungseinrichtungen in das Erscheinungsbild der Objekte und damit eine mögliche Steigerung der Akzeptanz zur Nutzung erneuerbarer Energien.
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Mittel zur Lösung der technischen Probleme
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Bekannt ist, dass die solare Intensität im Winter die geringsten Werte einnimmt. Anderseits ist der Heizwärmebedarf im Winter am höchsten. Ist die Solarthermie wie eine ergänzende Vorrichtung zur Wärmebereitstellung zu planen, so kann der winterliche Sonnenstandsverlauf Berücksichtung finden. Eine nicht optimierte solare Energieerfassung im Sommer ist aufgrund des Überangebotes und des geringen Wärmebedarfs leicht zu verschmerzen. Unter diesem Maxim der Planung können andere Elevationen zur Ausrichtung angesetzt werden. 2 zeigt am Beispiel des Standortes Gießen die maximal auftretende Elevationen der Sonneneinstrahlung über die Monate des Jahres, beginnend mit 1 gleichbedeutend dem Januar. Es wird deutlich, dass in den Monaten November bis einschließlich Februar keine Elevation über dem Winkel von 30° liegt.
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Bekannt ist, dass bei flacher Einstrahlung ab einem Winkel von ca. 60° (Strahl zur Orthogonalen der transparenten Abdeckung) bis hin zu einer Einstrahlung, parallel zur transparenten Abdeckung verlaufend, der Reflexionsgrad massiv zu- und damit der Erfassungsgrad der solaren Erfassungseinrichtungen abnimmt. Im Taschenbuch für Heizung + Klimatechnik sind exemplarische Verläufe des Reflexionsgrades über dem Einfallswinkel hinterlegt.
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Es bietet sich an, abweichend vom Stand der Technik die plane Fläche solarer Erfassungseinrichtungen bewusst möglichst orthogonal zur solaren winterlichen Einstrahlung und damit in weitestgehend lotrechter Ausführung zu realisieren. Diese Ausrichtung begünstigt die Symbiose der Erfassungseinrichtung mit senkrechten Funktionselementen wie dem Zaun-, Brüstungs- und Fassadenelement.
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Steht neben der winterlichen Erfassung auch eine effiziente sommerliche solare Energieerfassung im Fokus der Planung, beispielsweise um mit der gewonnenen Wärme mittels Adsorptionskältemaschine zu klimatisieren oder aber im Fall der photovoltaischen solaren Energieerfassung den Stromertrag zu optimieren, so kann leicht manuell oder mechanisch, auch automatisch mechanisch der Winkel der planaren Fläche zu Lotrechten durch das Drehen der Vorrichtung um eine horizontale Achse bewerkstelligt werden. 3 zeigt exemplarisch die maximalen Einstrahlverhältnisse im Winter und Sommer sowie den akzeptablen Einstrahlbereich zum Erhalt geringer Reflexionswerte. 6 und 7 zeigen auf einer Kollektorseite eine konstruktive Lösung zur Verstellung und Fixierung des Kollektors zwischen der Winter- und Sommerkollektorneigung. Diese Vorrichtung kann sowohl für die solarthermische wie auch photovoltaische solare Erfassung Anwendung finden.
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Zur symbiotischen Nutzung der solaren Erfassungseinrichtung als Zaunelement ist eine vorzugsweise einfache bautechnische Integration derart umzusetzen, dass die Erfassungseinrichtung ähnlich der Doppelstabgittermatten zwischen zwei kommerziell am Markt erhältlichen Zaunpfosten positioniert und montiert wird. 6 und 7 zeigen eine Verstellvorrichtung, die einen zum U gebogenen Stab (6) nutzt, der entsprechend an seinen Enden abgelängt, mit seinem vertikalen Anteil im Zaunpfosten geklemmt die ortsfeste Montage als Zaunelement ermöglicht. Der gebogene Stab (6) kann für die nicht verstellbare Ausführung direkt in Aufnahmen (7) fixiert gesteckt oder wie in 6 und 7 dargestellt zur Anbindung einer Verstellvorrichtung herangezogen werden.
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In der solarthermischen Ausführung sind die Vor- und Rücklaufleitungen des Wärmeträgermediums vorzugsweise auf der Unterseite des Gehäuses der Kollektorvorrichtung zu führen. Aus optischen, ergonomischen und wärmetechnischen Vorzügen geleitet ist es von Vorteil, die Vor- und Rücklaufleitungen ins Erdreich zu führen und bis zum zu versorgenden Objekt oder Speicher zu führen.
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Ähnlich der Vakuumröhrenkollektoren bietet es sich an, die Kavität der solarthermischen Erfassungsvorrichtung mindestens im Teilvakuum zu betreiben um so die Kollektoreffizienz durch geringere Transmissionsverluste zu erhöhen. Vor allem aber kann das Gehäuse in diesem Fall schlank realisiert werden. Die schlanke Bauweise hilft der Vorrichtung durch ein gefälliges Erscheinungsbild höhere Akzeptanz als gestalterisches Bauelement zu erhalten.
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Die leichte Zugänglichkeit der solarthermischen Kollektoren ermöglicht über die Integration eines Manometers, ähnlich der Funktion bei Feuerlöschern, die leichte Kontrolle des gewünschten Betriebsvakuums. Über Anschlüsse zur Evakuierung kann das gewünschte Betriebsvakuum regelmäßig erneuert und damit aufrechterhalten werden.
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Alternativ zum Vakuum kann die Kavität der solarthermischen Kollektoren mit einem Gas höheren molekularen Gewichts befüllt werden. Aufgrund der fehlenden Druckdifferenz und der verminderten Tendenz der Leckage hält diese stoffliche Befüllung ihren Zustand weit länger aufrecht als ein Teil - oder Nahezu- Vakuum.
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Gebäudewände müssen auf Basis von Verordnungen mit einem Mindestdämmstandard oder besser errichtet oder saniert werden. Das evakuierte solarthermische Kollektorgehäuse verfügt selbst über einen sehr hohen Wärmeleitwiderstand, der in der Größenordnung von Vakuumdämmpaneelen liegt. Zur Einsparung von Gebäudewandstärke besteht die Möglichkeit das evakuierte flache Kollektorgehäuse flächig auf die Wand zur weiteren Reduktion des Wärmeleitwiderstandes der Wand aufzubringen.
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Im Sommer sind hohe Wärmeleitwiderstände der Gebäudewand nicht uneingeschränkt gewünscht, vor allem dann nicht, wenn es gilt aufgestaute Wärme aus dem Gebäude abzuführen. Das Ausklappen der solaren Erfassungsvorrichtung, schematisch dargestellt in 4 reduziert die Dämmwirkung der Wand und hilft über Transmissionswärme, vorzugsweise nachts, Wärme im Sommer abzuführen. Gleichzeitig wird die sommerliche solare Erfassung verbessert.
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Vorteilhaft zur Optimierung des solaren Erfassungsgrades der hier beschriebenen Vorrichtung sind Absorber und/ oder Photovoltaikelemente, welche weitestgehend möglichst hohe Erfassungsgrade unabhängig vom Einstrahlwinkel aufweisen.
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Ausführungsbeispiel mit Einzelheiten zu möglichen Ausführungen
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Ausführungsbeispiele sind im Text beschrieben und in den 1, 4, 5, 6, 7 und 8 dargestellt.
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Erzielte Vorteile der Erfindung
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Der weitere Ausbau der erneuerbaren Energien auf Basis der solaren Energieerfassung setzt die Investition zur Umsetzung und das Erschließen weiterer nutzbarer Flächen voraus. Die Erfindung erschließt durch die Symbiose eines baulichen Gestaltungselementes, in Form eines Zaun-, Brüstungs- oder Fassadenelementes und einer solaren Erfassungsvorrichtung, Solarthermie und/ oder Photovoltaik, mit der Möglichkeit zur vorzugsweise lotrechten Installation neue nutzbare Flächen bei gleichzeitig reduzierten spezifischen Investitionsaufwendungen.
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Die einfache Zugänglichkeit ermöglicht neben der Reinigung und Entfernung einer möglichen Schneeabdeckung die anpassende Ausrichtung der Erfassungsausrichtung, mindestens in der Unterscheidung Sommer- und Winterbetrieb. Die Installation der Vorrichtung als Zaun-, Brüstungs- oder Fassadenelement ermöglicht das Umgehen der sonst einschränkenden zulässigen Dachlasten.
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Als dämmendes Fassadenelement wird der erforderliche Wärmeleitwiderstand mit einem reduzierten Wandaufbau erreicht oder aber der Wärmeleitwiderstand zusätzlich erhöht. Das manuelle oder mechanische Ausklappen der Vorrichtung reduziert Wandwärmeleitwiderstände, vorzugsweise im Sommer um Kühllasten teils auch über Transmissionswandströme abzuführen. Im Sommer wirkt die Vorrichtung verschattend.
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Die gedämmte Vor- und Rücklaufleitung eines solarthermischen Zaunkollektors, im Erdreich verlegt, profitiert im Winter von den im Vergleich zur Lufttemperatur höheren Temperaturen im Erdreich durch niedrigere Verluste. Das Verlegen der Vor- und Rücklaufleitungen im Erdreich ist speziell in der Sanierung einfach umzusetzen, ein Erdreichwärmspeicher leicht anzuschließen.
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Die Füllung der Kavität solarthermischen Kollektors mit einem Gas höherer spezifischer molekularer Dichte, beispielsweise Argon, reduziert Wärmeverluste bei gleichzeitig lang anhaltendem stofflichem Betriebszustand des Kollektors.
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Fundstellen zum Stand der Technik
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Recherchierte Patentschriften und Gebrauchsmuster
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Literatur
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- 1. Taschenbuch für Heizung + Klimatechnik, Auflage 03/04, Recknagel, Sprenger, Schramek. S. 1497. ISBN 3-486-26534-2
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Solare Kollektorvorrichtung
- 2
- Zaun- oder Brüstungspfosten
- 3
- Wand oder Fassade
- 4
- Drehachse
- 5
- Wandleisten
- 6
- Haltedraht zur Montage der Erfassungsvorrichtung am Gittermatten - Zaunpfosten
- 7
- Aufnahmevorrichtung zur Anbindung an die Zaunpfosten
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Figurenliste
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- 1: Solarkollektor um 10° in Richtung Sonnenstrahlung um horizontale Achse gedreht
- 2: Maximale Elevation der solaren Einstrahlung je Monat, beginnend mit dem Januar (1), exemplarisch für den Standort Gießen.
- 3: Darstellung der Einstrahlwinkel in Bezug zum Bereich akzeptabler geringer Reflexionsgrade, dargestellt für den Sommer- und Winterbetrieb sowie des Verstellwinkel zur Anpassung der solaren Erfassungseinrichtung an Winter - und die Sommersaison.
- 4: Schematische Darstellung der Kollektorvorrichtung, vorzugsweise bei Zaun- und Brüstungselementen in die zu umschließende Fläche gedreht und bei Fassadenelementen weg von der Wand gedreht.
- 5: Skizze der Vorrichtung im Einsatz als Fassadenelement. Im Sommerbetrieb herausgedreht mit verringerter Dämmwirkung und Verschattungseffekt. Im Winter eindreht mit erhöhter Wirkung auf die Wandwärmedämmung.
- 6: Konstruktionsbeispiel eines Kollektorgehäuses mit Verstellvorrichtung. Darstellung im lotrechten Winterbetriebsmodus.
- 7: Konstruktionsbeispiel eines Kollektorgehäuses mit Verstellvorrichtung. Darstellung im geneigten Sommerbetriebsmodus.
- 8: Verstellvorrichtung in der Schnittdarstellung mit gebogenem Stab (8) zur Zaunpfostenanbindung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- AT 344375 [0004, 0045]
- DE 000010338483 A1 [0005, 0009, 0045]
- EP 0442432 B [0007, 0045]
- DE 000019915496 A1 [0007, 0045]
- EP 3191771 B1 [0007, 0045]
- US 40581009 [0007, 0045]
- DE 19647567 A1 [0007, 0045]
- AT 380946 B1 [0007, 0045]
- CH 000000700627 A1 [0007, 0045]
- EP 2038588 B1 [0007, 0045]
- DE 2949549 A1 [0008, 0045]
- DE 000003213084 A1 [0009]
- DE 102014113216 A1 [0045]
