DE102020004952A1

DE102020004952A1 - Vorrichtung und Verfahren zur kalorischen Erfassung von solarer Strahlungsenergie

Info

Publication number: DE102020004952A1
Application number: DE102020004952.4A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-08-14
Filing date: 2020-08-14
Publication date: 2022-02-17

Abstract

Vorrichtung der solaren Energieerfassung, Wärme- und / oder Strombereitstellung in der Ausführung als lotrecht zu installierendes Zaunelement zur hauptsächlichen Senkung der winterlichen Heiz- und / oder Brauchwarmwasser- und /oder Stromlasten eines Objektes.

Description

2.1 Beschreibung des technischen Gebietes
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. Dabei gilt trotz zunehmender Bestrebungen der Wärmedämmung, besonders für den sanierten und unberührten Gebäudebestand ein Mehrbedarf der Energie zur Deckung des Heizwärmebedarfs in Übergangszeiten und im Winter im Vergleich zur Deckung des Warmwasserbedarfs.
Selbst Neubauten nach aktuellem Stand der Energieeinsparverordnung weisen ein Verhältnis von 5, Heizlast zur Last der Warmwassererzeugung auf. Es wird deutlich, dass Anstrengungen der Bereitstellung erneuerbarer Energien vor allem auf die kalten Jahreszeiten zu fokussieren sind. Heiz- und Warmwasserlasten lassen sich bestens durch die Solarthermie decken, besonders da hocheffiziente Solarthermiekollektoren in etwa um den Faktor 3 die Sonneneinstrahlung zur Nutzenergiebereitstellung besser verwerten als Photovoltaikelemente.
Es ist bekannt, dass der Sonnenstand in der Übergangszeit, vor allem aber im Winter niedriger verläuft als im Sommer. 2 zeigt beispielhaft die Elevation der Sonne am Standort Gießen über die Jahresmonate auf.
Hocheffiziente Solarthermiekollektoren mit hervorragender Dämmung, speziell solche deren Ausrichtung von der südlichen Ausrichtung abweicht, sind Inhalt, den die vorliegende Erfindung beschreibt.
Die Erfindung betrifft lotrecht oder nahezu lotrechte zu installierende Vorrichtungen zur vornehmlichen Erfassung der Sonneneinstrahlung in der Übergangszeit und im Winter bei deutlicher abweichender Ausrichtung der erfassenden Fläche von der Himmelsrichtung Süd. Die Vorrichtungen können gleichzeitig die Funktion eines Zaunelementes übernehmen. Die Vorrichtungen erfassen ebenfalls die Sonnenenergie im Sommer, sind hierfür aber nicht optimiert.
Die Erfindung betrifft einerseits eine starre oder bewegliche Vorrichtung in Form eines flachen Gehäuses, zu installieren vorzugsweise als Zaunelement, zum Zweck der solaren Energieerfassung, realisiert als beidseitig aktiver Absorber oder aber als zwei gegenläufig ausgerichtete einseitig aktive Absorber innerhalb einer Kavität, wiederum innerhalb des Gehäuses angeordnet. Das oder die Gehäuse werden mindestens teilweise durch zwei 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.
Die Erfindung betrifft anderseits eine eigenstabile lotrecht oder nahezu lotrecht zu betreibende Fläche oder Halterung, welche beidseitig mit Photovoltaikelementen zur Erfassung der solaren Sonnenenergie versehen ist.
2.2 Stand der Technik
Neben der Photovoltaik zur Gewinnung von Strom hat sich die Solarthermie zur Bereitstellung von Wärme aus der solaren Einstrahlung breitflächig etabliert.
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.
Bekannt ist die empfohlene Ausrichtung von Solarthermiekollektoren und Photovoltaikelementen vorzugsweise in Richtung Süd und mit einer Neigung von vorzugsweise ca. 30° zur Horizontalen um den solaren Jahresertrag zu optimieren. 3 zeigt die Abhängigkeit der solaren Ausbeute von Orientierung und Neigung der Kollektorausrichtung auf.
Einfluss auf den 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.
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.
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.
Zur bestmöglichen Ausnutzung der einfallenden Strahlung ist es vorteilhaft die Kollektorfläche bzw. die Netto-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 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.
Bekannt ist, dass der Wirkungsgrad der Kollektoren nahezu in linearem Zusammenhang zu der Temperaturdifferenz von Kollektor- und Umgebungstemperatur steht. Aufgrund der besseren Wärmedämmung durch das Vakuum verläuft die Kurve der Vakuumröhren- Kollektoren flacher als jene der Flachkollektore. Allen Kollektoren gemein ist die Zunahme der Effizienz mit abnehmender Temperaturdifferenz und damit abnehmendem Wärmeverlust und größerer Strahlungstemperaturdifferenz. Der zusätzliche Wärmeübertragungsprozess im Sammler der Vakuumröhrenkollektoren beschert diesen bei niedrigen Temperaturdifferenzen einen verringerten Wirkungsgrad, oft unterhalb jener der Flachkollektoren. 4 verdeutlicht diesen Sachverhalt schematisch.
Die Verwendung von Rippenrohren als Absorber ist eine vereinzelt beschriebene Möglichkeit der Wärmeaufnahme und Übergabe. Das Gebrauchsmuster ( DE202013102828U1 ) schlägt die Verwendung eines Solar-Rippenrohres vor. Auch das Gebrauchsmuster DE000020215126U1 weist auf die Verwendung von einzelnen Rippenrohren zur solaren Wärmeaufnahme hin und begründet dies mit der durch die Rippen erhöhten Fläche zur solaren Erfassung. DE000008015430U1 argumentiert mit einem spiralförmig ausgebrachten einzelnen Rippenrohr, welches sich durch Fläche und Orientierung den solaren Einstrahlwinkeln bessern anzupassen vermag. Dass dabei ein Großteil der Rippenrohrspirale immer ungünstig zur einfallenden Strahlung orientiert ist und damit zwangsläufig Erfassungsverluste unvermeidbar sind, wird nicht diskutiert. Das Gebrauchsmuster argumentiert damit, dass Reflexionen weitgehend durch die Verwendung des Rippenrohres vermieden werden. Ebenfalls benennt die Offenbarung DE000003246919A1 die Möglichkeit, ein Rippenrohr zur Wärmegewinnung der solaren Strahlung direkt oder aber der indirekt erwärmten Luft bestrahlter Räume, beispielsweise dem Dachstuhl, auszusetzen. Die Patentschrift AT344375 beschreibt einen Solarkollektor, der eine Kombination eines berippten Rohres mit einer Reflektorrinne mit den Ziel vereint, direkte und diffuse Strahlung nicht durch Reflexion anteilig zu verlieren und möglichst starr und unabhängig vom Einstrahlwinkel operieren zu können.
2.3 Mängel der bisher bekannten Ausführungen
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 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 muss der Mangel einer für das Jahr optimalen aber im Winter unpassenden Neigung der solaren Erfassungsvorrichtung Beachtung finden. Neigungen der Kollektoren sollen statt zur ganzjährigen Ertragsoptimierung im Fokus der winterlichen Heizlastreduzierung eine abweichende Ausrichtung erfahren. 5 zeigt anschaulich auf, dass im Winter der Kollektorertrag bei lotrechter Neigung sein Maximum erreicht.
Der Bedarf an regenerativer Energie zur Deckung der Heizlast ist nach wie vor deutlich höher als der Bedarf zur Deckung des Warmwasserbedarfs. Das Verhältnis liegt über das Jahr betrachtet in etwa bei 5. Dennoch werden Solarthermiekollektore, zumeist auf Dächer montiert, mit einer Neigung betrieben, die dem optimalen Ertrag zu Zeiten des winterlichen maximalen Bedarfs an Wärme widerspricht.
Zäune wurden in einer vorangehenden Anmeldung bereits als potentielle synergetische Vorrichtung zur Erfassung der solaren Einstrahlung beschrieben. Während der Vorteil der Zäune exakt deren lotrechte und damit bevorzugte Neigung zur winterlichen Erfassung der solaren Einstrahlung ist, muss als Nachteil die Orientierung von Zäunen benannt werden, die sich zumeist nach dem Verlauf der Grundstücksgrenze richtet und damit nur wenig Fläche Richtung Süden offenbart. Dieser Mangel schränkt das Potential synergetisch zu nutzender Zäune als Solarkollektor deutlich ein.
Über den Jahresverlauf ändern sich der Sonnenstand und damit die Elevation. Nachführbare Solarthermiekollektoren 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 und kommen für Zaunanlagen nicht in Betracht.
Die Effizienz der Kollektoren wird darüber hinaus nachteilig von Schmutzablagerungen oder Schneefall beeinflusst. Im Winter erfahren die Kollektoren 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 Kollektoren 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.
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 Kollektoren in winterlichen Betriebszeiten nur eine geringe Heizlastabsenkung zu realisieren.
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.
Evakuierte Kavitäten haben durch Diffusionsprozesse und Leckagen die Schwierigkeit, das Vakuum über Jahre aufrechtzuerhalten.
2.4 Technische Probleme im Fokus der Erfindung
Zäune in der synergetischen Ausführung als Solarthermiekollektor oder als Photovoltaikvorrichtung weisen zwar die ideale, nämlich lotrechte Neigung zur winterlichen regenerativen solaren Energiebereitstellung auf, haben aber das Problem, ihre Ausrichtung in fast allen Fällen dem Verlauf der Grundstücksgrenze unterordnen zu müssen. Damit weicht die Ausrichtung der Zaunsolarkollektoren von der Ausrichtung Süd ab. Die Kollektoren erfassen in diesem Fall zu einer Tages- und Jahreszeit der intensitätsarmen Sonneneinstrahlung.
Zaunkollektore, die nicht nach Süden ausgerichtet sind erfassen deutlich weniger solare Energie und erreichen daher keine akzeptablen Amortisationszeiten, was deren Akzeptanz deutlich verringern dürfte.
Der solarthermische Nettokollektorertrag der winterlichen Erfassung sieht sich dem Konflikt niedriger solarer Strahlungsdichten und hohen Transmissionswärmeverlusten aufgrund der hohen Temperaturdifferenz von Solarthermiekollektor und Außenluft ausgesetzt. Demgegenüber steht der Wärmebedarf, der im Winter sein Maximum erreicht.
Die winterliche Schneebedeckung von geneigten solaren Kollektoren reduziert deren Ertrag oder erfordert zusätzlichen Energieeinsatz zum Abtauen. Verschmutze transparente Abdeckungen vermindern die Kollektoreffizienz. Dachinstallationen sind schlecht zugänglich und erschweren dem normal geschulten Betreiber die Reinigungszugänglichkeit.
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.
Schlussendlich ermöglicht die Ausprägung der Erfindung eine harmonische Integration in das Erscheinungsbild der Objekte und damit eine mögliche Steigerung der Akzeptanz zur Nutzung erneuerbarer Energien.
2.5 Mittel zur Lösung der technischen Probleme
Lotrechte oder nahezu lotrecht installierte Kollektoren zur winterlichen Erfassung solarer Strahlungsenergie, die keine südliche Ausrichtung einnehmen können und von dieser deutlich abweichen oder sogar nahezu orthogonal dazu längs der Achse Ost - West Aufstellung finden, können den möglichen Ertrag einer optimalen südlichen Ausrichtung auch alternativ erreichen oder überschreiten, wenn sie beidseitig solare Strahlung erfassen können. 7 zeigt erfindungsgemäß einen solarthermischen Kollektor der beidseitig Strahlung erfassen kann. Im Beispiel wird Strahlung aus der Richtung Ost und West erfasst, während aus Süd keine Erfassung erfolgt.
Während der optimal ausgerichtete Kollektor wenige Stunden vor und nach der Mittagszeit die meiste Energie erfasst, findet der beidseitig solare Strahlung erfassende Kollektor von Sonnenaufgang bis wenige Stunden zur Mittagszeit und wenige Stunden nach der Mittagszeit bis zum Sonnenuntergang, keine Verschattung vorausgesetzt, seine ertragsreichsten Zeiten. 5 zeigt deutlich auf, dass der beidseitig erfassende Kollektor, aufgestellt längs der Achse Ost - West, in etwa den gleichen Betrag an solarer Energie erfassen kann wie der nach dem Stand der Technik südlich ausgerichtete Kollektor.
Durch die geringere Strahlungsdichte am Vor- und Nachmittag werden geringere Kollektortemperaturen und damit niedrigere Verluste bei ansonst gleichen Randbedingungen im Vergleich zum optimal südlich ausgerichteten Kollektor möglich. Sowohl die Erfassungsgrade der Solarthermie wie auch der Photovoltaik profitieren von niedrigeren solaren aber dafür länger andauernden Intensitäten.
Der Solarthermiekollektor bedarf für die winterliche Erfassung einer besonders wirkungsvollen Wärmedämmung. Diese wird bestens durch das Vakuum (1) in der Kavität, in der sich der oder die Absorber befinden erreicht. Ideal ist der Einsatz des in einer vorherigen Anmeldung (6) beschriebenen Rippenrohrlamellenabsorbers, welcher dieser Erfindung zu Grunde liegend beidseitig wirksam (7) sehr effizient die solarthermische Absorption bewerkstelligt. Regelmäßig angeordnete Stege (3) zwischen den Rippenpaketen (5) tragen die transparenten Scheiben (2) und die Belastung, die durch die Flächenpressung im Unterdruck- oder Vakuumbetrieb entsteht.
Die Abstrahlung von Wärmestrahlung im infraroten Wellenlängenbereich vom solarthermischen Absorber (5) hin zu den beidseitig transparenten Scheiben (2) muss zur Minimierung von Wärmeverlusten möglichst reduziert werden. Die Verwendung des Rippenrohrwärmeüberträgers in der Modifikation der parallelen Platten und der schwarzen Strahlenfalle hilft Einstrahlzahlen hoher Temperaturbereiche vom Absorber zu den transparenten Scheiben und damit gleichfalls Wärmestrahlungsverluste zu minimieren. Dies ist insofern von besonderer Bedeutung, da die Absorberseiten niemals gleichzeitig Strahlung erfassen.
Die Stege (2) des Rippenrohrlamellenabsorbers werden in der Breite und Anzahl der mechanisch zuträglichen Scheibenbelastung aus der Flächenpressung, resultierend aus dem Unterdruck bzw. Vakuum dimensioniert. Das Material, beispielsweise PTFE oder ausgegastes Holz verfügt über niedrige Wärmeleitkoeffizienten und hilft damit Wärmetransmissionsverluste zu minimieren.
Ähnlich der Vakuumröhrenkollektoren bietet es sich an, die Kavität 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.
Die leichte Zugänglichkeit der 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.
Alternativ zum Vakuum kann die Kavität 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.
Vorteilhaft zur Optimierung des solaren Erfassungsgrades der hier beschriebenen Vorrichtung sind Absorber, welche weitestgehend möglichst hohe Absorbergrade unabhängig vom Einstrahlwinkel aufweisen. Dies trifft in besonderer Weise auf den Rippenrohrlamellenabsorber zu.
2.6 Ausführungsbeispiel mit Einzelheiten zu möglichen Ausführungen
Ausführungsbeispiele sind im Text beschrieben und in der 1 dargestellt.,
2.7 Erzielte Vorteile der Erfindung
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 Zaunelementes und eines solaren Kollektors, mit der Möglichkeit zur vorzugsweise lotrechten Installation, neue nutzbare Flächen bei gleichzeitig reduzierten spezifischen Investitionsaufwendungen.
Der Vorteil der Erfindung ist die Unabhängigkeit der Ausrichtung des Zaunsolarkollektors von der optimalen südlichen Ausrichtung. Keine Verschattung vorausgesetzt können alle Ausrichtungen, wie sie beispielsweise vom Verlauf der Grundstücksgrenze diktiert werden, solartechnisch zur Erfassung durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wirtschaftlich und energetisch auf ähnlichem oder höherem Niveau im Vergleich zur südlichen Ausrichtung zur Energiebereitstellung einer Nutzung zugeführt werden.
Die Nutzung des erfindungsgemäß angepassten Lamellenrippenrohrabsorbers ermöglicht durch die Stege (2) das Abtragen der Last, resultierend aus der Flächenpressung der transparenten beidseitigen Scheiben (2), die hocheffiziente richtungsunabhängige Erfassung der solaren Strahlung und die Minimierung infraroter Strahlungsverluste vom Absorber hin zu den transparenten die Kavität bildenden Scheiben (2). 7 zeigt verschiedene Einstrahlwinkel und die in Mehrfachreflexionen resultierenden Strahlengänge eines beidseitig aktiven Absorbers.
Die Füllung der Kavität mit einem Gas höherer spezifischer molekularer Dichte, beispielsweise Argon, reduziert Wärmeverluste bei gleichzeitig lang anhaltendem stofflichem Betriebszustand des Kollektors und ist eine Alternative zum Unterdruck- oder Vakuumbetrieb.
2.8 Fundstellen zum Stand der Technik
2.8.1 Recherchierte Patentschriften und Gebrauchsmuster

2.8.2 Literatur

◯ AE1: Sonnenstandsdiagramm und Strahlungsbilanzen Fachbereich Informatik und Elektrotechnik. Labor für regenerative Energien Prof. Dr. G. Waller 2006 - 03 -01
◯ Bayerischer Solaratlas Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie Prinzregentenstraße 28 | 80538 München Postanschrift 80525 München August 2010, Aktualisierter Nachdruck Juni 2015

Bezugszeichenliste

1: Vakuum
2: Transparente Scheibe
3: Stege zur Lastaufnahme
4: Rohr für Wärmeträgermedium
5: Lamelle zur Strahlungsabsorption und Wärmeleitung
6: Strahlengang aus westlicher Richtung
7: Strahlengang aus östlicher Richtung

Figurenliste

1: Schnittansicht durch den Lamellenabsorber mit beidseitiger transparenter Scheibe
2: Maximale Elevation der solaren Einstrahlung je Monat, beginnend mit dem Januar (1), exemplarisch für den Standort Gießen.
3: Kollektorausbeute und Ausrichtung
4: Qualitativer Verlauf des Wirkungsgrades von Flach- und Vakuumkollektoren
5: Konturplots mit dem Faktor ς zur Bestimmung der Globalstrahlung auf eine geneigte Fläche im Vergleich zur Ebene für Sommer und Winter
6: Lamellenabsorber, Darstellung ohne Zwischenstege zur Lastaufnahme der Scheiben
7: Schematische Darstellung eines Absorbers, Ausrichtung längs der südlichen Einstrahlung, mit Absorption in den Bereichen Ost und West

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 000010338483 A1 [0011, 0015, 0046]
EP 0442432 B [0012, 0046]
DE 000019915496 A1 [0012, 0046]
EP 3191771 B1 [0012, 0046]
US 40581009 [0012, 0046]
DE 19647567 A1 [0013, 0046]
AT 380946 B1 [0013, 0046]
CH 000000700627 A1 [0013, 0046]
EP 2038588 B1 [0013, 0046]
DE 2949549 A1 [0014, 0046]
DE 000003213084 A1 [0015]
DE 202013102828 U1 [0017, 0046]
DE 000020215126 U1 [0017, 0046]
DE 000008015430 U1 [0017]
DE 000003246919 A1 [0017, 0046]
AT 344375 [0017, 0046]
DE 102014113216 A1 [0046]

Claims

Vorrichtung und Verfahren der solaren Energieerfassung zur Wärme- und/ oder Strombereitstellung zur vorzugsweise Senkung der winterlichen Heiz-, und/ oder Brauchwarmwasser- und/ oder Stromlasten eines Objektes mit folgenden Merkmalen: - Durch eine flächige, in der Größe anpassbare Form ist die Vorrichtung gleichfalls als Zaunelement einsetzbar und opak. - Die Vorrichtung ist integrierbar zwischen üblichen Zaun-, Brüstungspfosten und Fassadenleisten. - Die Vorrichtung enthält einen beidseitig empfangenden oder zwei einseitig gegenteilig ausgerichtete solare Umwandler der solaren Sonneneinstrahlung zur Erzeugung von Strom und / oder Wärme. - Die Vorrichtung ist lotrecht oder nahezu lotrecht zu installieren und zu betreiben - Die Vorrichtung verfügt über zwei parallele gegenteilig und zum Lot oder nahezu zum Lot ausgerichtete Kollektorflächen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollektorflächen aus Photovoltaikelemente gebildet sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollektorflächen als solarthemische Absorber gebildet sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur solarthermischen Erfassung eine nahezu oder vollständig gasdichte Kavität im Gehäuse bildet.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur photovoltaischen solaren Energieerfassung beidseitige Photovoltaikelemente im Halterahmen oder beidseitig auf einer Platte beinhaltet.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass richtungsunabhängig funktionierende Absorber in der Vorrichtung zur solarthermischen Erfassung innerhalb der Kavität zur Anwendung kommen und mit einem oder mehreren Kanälen zur Fortführung der Wärme durch ein Wärmeträgermedium ausgebildet sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass richtungsunabhängig funktionierende angepasste Rippenrohrabsorber in der Vorrichtung zur solarthermischen Erfassung innerhalb der Kavität zur Anwendung kommen und mit einem oder mehreren Kanälen zur Fortführung der Wärme durch ein Wärmeträgermedium ausgebildet sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alternierend eingefügte Stege zwischen den Rippenpaketen der angepassten Rippenrohrabsorber die beidseitige Last der Flächenpressung der beidseitig Scheiben, resultierend aus dem Unterduck- oder Vakuumbetrieb, tragen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung abweichend von der südlichen Ausrichtung, bevorzugt entlang oder nahezu entlang der Achse Ost - West betrieben wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch Regeln des Wärmekapazitätsstroms der solarthermischen Erfassung Einfluss auf die Wärmeträgerabgabetemperatur, das Exergieniveau, die Kollektoreffizienz gezielt nach Jahreszeit und Regelungsregime genommen wird. Höhere Wärmekapazitätsstrome reduzieren die Kollektortemperatur und damit Transmissionsverluste.