DE102020128039A1

DE102020128039A1 - COLLECTOR

Info

Publication number: DE102020128039A1
Application number: DE102020128039.4A
Authority: DE
Inventors: Holger Seidlitz; Felix Kuke; Roland Knorr
Original assignee: Brandenburgische Technische Universitaet Cottbus
Current assignee: Brandenburgische Technische Universitaet Cottbus
Priority date: 2020-10-26
Filing date: 2020-10-26
Publication date: 2022-04-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein neuartiges modulares Leichtbau-Solar-Luft-Kollektor-System für Belüftungs- und Heizungsanlagen in insbesondere monolithischer Kunststoffbauweise zur effektiven Ausnutzung der wellenlängenabhängigen Strahlungscharakteristik der Sonneneinstrahlung.The invention relates to a new type of modular lightweight solar air collector system for ventilation and heating systems, in particular of monolithic plastic construction for the effective utilization of the wavelength-dependent radiation characteristics of solar radiation.

Description

Technisches Gebiettechnical field

Stand der TechnikState of the art

Im Stand der Technik sind Kollektoren aus gewichtsintensiven Materialen wie z.B. Glas, Metall und Edelstahl beschrieben.The prior art describes collectors made of weight-intensive materials such as glass, metal and stainless steel.

Diese Materialien weisen eine sehr hohe Dichte auf und daher ein hohes Gesamtgewicht. Demgemäß sind auch die Solar-Luft-Kollektoren sehr schwer.These materials have a very high density and therefore a high total weight. Accordingly, the solar air collectors are very heavy.

Es besteht daher im Stand der Technik ein dringendes Bedürfnis, gewichtsreduzierte Solar-Luft-Kollektoren bereitzustellen. Des Weiteren ist die Erweiterung der Systeme im Stand der Technik stark eingeschränkt, da diese meist aus einem geschlossenen Modul bestehen, weil sich das bei der Verwendung von gewichtsintensiven Materialen als vorteilhaft herausgestellt hat.There is therefore an urgent need in the prior art to provide weight-reduced solar air collectors. Furthermore, the expansion of the systems in the prior art is severely restricted, since these usually consist of a closed module, because this has proven to be advantageous when using heavy-weight materials.

Eine Erweiterung ist bei diesen Produkten des Standes der Technik nur durch weitere komplette, aber voneinander unabhängige Module möglich.With these state-of-the-art products, an extension is only possible with further complete modules that are independent of one another.

Ein weiterer Nachteil der bisher angewendeten Materialien ist der geringe Absorptionskoeffizient µ bzw. der geringe Absorptionsgrad α der eingesetzten Materialien sowie die Schwierigkeit an älteren Gebäuden Systeme aufgrund der gewichtsintensiven Materialien nachzurüsten.Another disadvantage of the materials used to date is the low absorption coefficient μ or the low degree of absorption α of the materials used and the difficulty of retrofitting systems in older buildings due to the weight-intensive materials.

Des Weiteren sind die eingesetzten Materialien hinsichtlich ihrer charakteristischen Eigenschaften für Reflektion, Absorption und Transmission nicht einstell- oder anpassbar, wodurch eine optimale Auslegung für eine effektive Nutzung der Solarthermie nicht erreicht werden kann.Furthermore, the materials used cannot be adjusted or adapted with regard to their characteristic properties for reflection, absorption and transmission, which means that an optimal design for effective use of solar thermal energy cannot be achieved.

Da die verwendeten Materialien ein hohes Gewicht haben, sind die Installations- und Nachrüstungsmöglichkeiten für den Kollektor eingeschränkt. Das Problem für die Nachrüstung an älteren Gebäuden wurde im Stand der Technik dahingehend gelöst, dass die Kollektoren nicht direkt an die Wand montiert, sondern mit Hilfe von Stützstrukturen angebracht werden. Außerdem werden bei zu großer Leistungsanforderung die Kollektoren nur auf das Dach montiert, wobei aber auch hier eine Limitierung durch die zulässige Traglast des Daches gegeben ist.Since the materials used are heavy, the options for installing and retrofitting the collector are limited. The problem of retrofitting older buildings has been solved in the prior art in that the collectors are not mounted directly on the wall but are attached using support structures. In addition, if the power requirement is too high, the collectors are only mounted on the roof, although here too there is a limitation due to the permissible load of the roof.

Aufgabe der Erfindungobject of the invention

Die Aufgabe der Erfindung war es daher, ein System bereitzustellen, welches die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist.The object of the invention was therefore to provide a system which does not have the disadvantages of the prior art.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the Invention

Gelöst wird dieses Problem vor allem durch einen Leichtbau-Solar-Luft-Kollektor, wobei der Kollektor ein Kunststoffgehäuse mit Luftkanälen aufweist und das Gehäuse eine Mehrschichtabdeckung mit einer dichroitischen Filterfunktion/einem Kaltspiegel umfasst und unterhalb der Mehrschichtabdeckung ein Absorber angeordnet ist und die Luftkanäle eine Reflektionsfolie aufweisen.This problem is solved primarily by a lightweight solar-air collector, with the collector having a plastic housing with air ducts and the housing including a multi-layer cover with a dichroic filter function/cold mirror and an absorber being arranged below the multi-layer cover and the air ducts a reflection film exhibit.

Es war völlig überraschend, dass ein Kollektor mit den genannten Merkmalen besonders gut geeignet ist, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen. Bei den dichroitischen Filtern handelt es sich insbesondere um Filter für die Farbtrennung, die auf dielektrischen Indifferenzen basieren.It was completely surprising that a collector with the features mentioned is particularly well suited to eliminating the disadvantages of the prior art. The dichroic filters are in particular filters for color separation based on dielectric indifferences.

Es sind beispielsweise farbige Filter, die die Wellenlänge einer Farbe reflektieren und alle anderen Wellenlängen nicht oder wenig reflektieren und somit passieren oder durchlassen. Bevorzugt ist es, dass die dichroitischen Filter immer nur eine Farbe aus dem Licht herausfiltern.For example, there are colored filters that reflect the wavelength of one color and do not reflect or only slightly reflect all other wavelengths and thus pass or let them through. It is preferred that the dichroic filters only ever filter out one color from the light.

Im Sinne der Erfindung weisen diese Filter enge Spektraltoleranzen mit geringem optischen Absorptionsverlust auf. Dem Fachmann sind diese Filter bekannt, sodass er sie für den Einsatz an den erfindungsgemäßen Vorrichtungen für die entsprechende Funktion entsprechend adaptieren kann.In terms of the invention, these filters have narrow spectral tolerances with low optical absorption losses. These filters are known to those skilled in the art, so that they can be adapted accordingly for use in the devices according to the invention for the corresponding function.

Bei dem Kunststoffgehäuse mit den erfindungsgemäßen Luftkanälen kann es sich um Gehäuse aus der Gruppe der Thermoplaste, Duroplaste oder Elastomere handeln.The plastic housing with the air ducts according to the invention can be a housing from the group of thermoplastics, duroplastics or elastomers.

Bei der Substitution von Edelstahl, Kupfer und Aluminium sind überraschend große Gewichtseinsparungen durch die Verwendung von angepassten und eigenschaftsspezifischen Kunststoff-Additiv-Kombinationen umsetzbar.When substituting stainless steel, copper and aluminum, surprisingly large weight savings can be achieved by using adapted and property-specific plastic additive combinations.

Des Weiteren sind die Strahlungscharakteristiken eingesetzten Materialien und die Absorptionseigenschaften einstellbar oder durch Zusatzstoffe kontrollierbar. Für die Verwendung eigenschaftsspezifischer Additive und Zuschlagstoffe sind die polymerbasierten Ausgangswerkstoffe hinsichtlich ihrer geforderten Eigenschaften und Werkstoffcharakteristik individuell einstellbar und für die Anforderungen flexibel anpassbar. Das bedeutet, dass folgende Eigenschaften (unter Berücksichtigung der Verarbeitbarkeit, des Additivanteils u.a. Einflussfaktoren) frei wählbar und einstellbar sind: die Strahlungscharakteristik, die Streuung, die Reflektion, die Absorption, die Adsorption, die Transmission, die Emission, die thermischen Beständigkeiten und die mechanischen Festigkeiten. Dadurch ergeben sich enorme Vorteile, da die eintreffende Strahlung quasi gefiltert wird und somit die thermische Belastung reduziert und die Absorption der thermischen Energie aus den Sonnenstrahlen enorm verbessert wird.Furthermore, the radiation characteristics of the materials used and the absorption properties can be adjusted or controlled by additives. For the use of property-specific additives and additives, the polymer-based starting materials can be individually adjusted with regard to their required properties and material characteristics and flexibly adapted to the requirements. This means that the following properties (taking into account the processability, the proportion of additives, etc. influencing factors) can be freely selected and adjusted: the radiation characteristics, the scattering, the reflection, the absorption, the adsorption, the transmission, the emission, the thermal resistance and the mechanical strengths. This results in enormous advantages, since the incoming radiation is sort of filtered and thus the thermal load is reduced and the absorption of the thermal energy from the sun's rays is improved enormously.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gehäuse, der Absorber und/oder die Mehrschichtabdeckung die Kunststoffe Polyethylen, Polyamid oder Polykarbonat umfassen können. Bei dem Kunststoff Polyethylen kann es sich um die Varianten HD (Schwach verzweigte Polymerketten, daher hohe Dichte zwischen 0,94 g/cm³ und 0,97 g/cm³), LD (Stark verzweigte Polymerketten, Stark verzweigte Polymerketten, daher geringe Dichte zwischen 0,915 g/cm³ und 0,935 g/cm³), LLD (Lineares Polyethylen niederer Dichte, dessen Polymermoleküle nur kurze Verzweigungen aufweisen. Diese Verzweigungen werden durch Copolymerisation von Ethen und höheren α-Olefinen (typischerweise Buten, Hexen oder Octen) hergestellt) handeln.In a preferred embodiment of the invention it is provided that the housing, the absorber and/or the multi-layer cover can comprise the plastics polyethylene, polyamide or polycarbonate. The plastic polyethylene can be the variants HD (weakly branched polymer chains, therefore high density between 0.94 g/cm ³ and 0.97 g/cm ³ ), LD (heavily branched polymer chains, Heavily branched polymer chains, therefore low density between 0.915 g/cm ³ and 0.935 g/cm ³ ), LLD (Linear low-density polyethylene whose polymer molecules have only short branches. These branches are produced by the copolymerization of ethene and higher α-olefins (typically butene, hexene or octene)) act.

Bei dem Kunststoff Polyamid handelt es sich bevorzugt um PA6, PA6.6 oder PA12. Es war überraschend, dass die genannten Kunststoffe besonders gut eingesetzt werden können, um einen Leichtbau-Solar-Luftkollektor bereitzustellen.The plastic polyamide is preferably PA6, PA6.6 or PA12. It was surprising that the plastics mentioned can be used particularly well to provide a lightweight solar air collector.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Kunststoff Polypropylen ist, der bevorzugt Ruß umfasst. Vorteilhaft ist es, wenn die Kombination aus Polypropylen und Ruß 50 bis 90 Gewichtsprozent Polypropylen umfasst und 10 bis 50 Gewichtsprozent Ruß.It is particularly advantageous if the plastic is polypropylene, which preferably includes carbon black. It is advantageous if the combination of polypropylene and carbon black comprises 50 to 90 percent by weight polypropylene and 10 to 50 percent by weight carbon black.

Ruß im Sinne der Erfindung ist insbesondere ein schwarzer pulverförmiger Feststoff, der bis zu 80 bis über 99 Gewichtsprozent aus Kohlenstoff bestehen kann. Erfindungsgemäß können unter Ruß auch Nebenprodukte von Verbrennungsprodukten gemeint sein. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass Ruß sogenannten Industrieruß meint, der häufig als Füllstoff oder Schwarzpigment verwendet wird.Soot within the meaning of the invention is in particular a black powdery solid which can consist of up to 80 to over 99 percent by weight of carbon. According to the invention, soot can also mean by-products of combustion products. Of course, it is also possible that carbon black means so-called industrial carbon black, which is often used as a filler or black pigment.

Beispiele für Ruß im Sinne der Erfindung sind Glanzruß oder Kienruß. Ruß im Sinne der Erfindung kann unterschiedliche Rußqualitäten und Rußarten aufweisen. Rußarten sind beispielsweise Gasruß, Ofenruß, Flammruß, Spaltruß und/oder Acetylenruß. Dem Fachmann ist Industrieruß beispielsweise als Zusatzstoff in der Gummiproduktion oder als Schwarzpigment bei der Herstellung von Farbe bekannt. Eine bekannte Verwendung von Ruß ist der Einsatz als Füllstoffruß. Erfindungsgemäß können die folgenden Füllstoffruße verwendet werden: Super Abrasion Furnance, Intermediate S.A.F., ISAF-Low Modulus, Super Conductive Furnance, High Abrasion Furnance, HAF-Low Structure, HAF-High Structure, Fine Furnance, Extra Conductive Furnance, FEF-Low Structure, Fast Extrusion Furnance, FEF-High Structure, High Modulus Furnance, General Purpose Furnance, SRF-Low Modulus, Multi Processing Furnance, Fine Thermal und/oder Medium Thermal.Examples of carbon black for the purposes of the invention are bright black or pine black. Soot within the meaning of the invention can have different qualities and types of soot. Types of carbon black are, for example, gas black, furnace black, lamp black, cracked black and/or acetylene black. Carbon black is known to those skilled in the art, for example, as an additive in rubber production or as a black pigment in paint production. A known use of carbon black is as a filler black. According to the invention, the following filler carbon blacks can be used: Super Abrasion Furnance, Intermediate S.A.F., ISAF Low Modulus, Super Conductive Furnance, High Abrasion Furnance, HAF Low Structure, HAF High Structure, Fine Furnance, Extra Conductive Furnance, FEF Low Structure, Fast Extrusion Furnance, FEF-High Structure, High Modulus Furnance, General Purpose Furnance, SRF-Low Modulus, Multi Processing Furnance, Fine Thermal and/or Medium Thermal.

Erfindungsgemäß können diese Rußsorten besonders vorteilhaft zur Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingesetzt werden. Im Sinne der Erfindung sind auch weitere Materialien mit einem hohen Absorptionsgrad für Sonnenstrahlung wie z.B. Teer, Schiefer, Dachpappe o.a. denkbar.According to the invention, these types of carbon black can be used particularly advantageously for the production of the device according to the invention. Other materials with a high degree of absorption of solar radiation, such as tar, slate, roofing felt or the like, are also conceivable within the meaning of the invention.

Polypropylen im Sinne der Erfindung ist jeder durch Kettenpolymerisation von Propen hergestellte thermoplastische Kunststoff. Polypropylen kann bevorzugt unterschiedliche Kristallstrukturen aufweisen. Besonders bevorzugt sind isotaktisches Polypropylen, syndiotaktisches Polypropylen und/oder ataktisches Polypropylen.For the purposes of the invention, polypropylene is any thermoplastic produced by chain polymerisation of propene. Polypropylene can preferably have different crystal structures. Isotactic polypropylene, syndiotactic polypropylene and/or atactic polypropylene are particularly preferred.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die dichroitische Filterfunktion so ausgewählt ist, dass das sichtbare Licht reflektiert und die Wärmestrahlung des Sonnenlichtes durchgelassen wird.In a further preferred embodiment of the invention it is provided that the dichroic filter function is selected in such a way that the visible light is reflected and the thermal radiation of the sunlight is allowed through.

Die Sonnenstrahlung besteht aus unterschiedlichen Lichtstrahlen welche sich durch die jeweiligen Wellenlängen unterscheiden lassen. Im Sinne der Erfindung wird durch das spezielle Abdeckungssystem, bestehend aus mehreren einzelnen Schichten, erreicht, dass die Sonnenstrahlung gestreut und die ultravioletten Bestandteile des Sonnenlichtes reflektiert werden. Diese Funktionsweise basiert auf dem Kaltspiegelprinzip, bei dem der größte Teil des sichtbaren Lichtes reflektiert wird. Die Wärmestrahlung des Sonnenlichtes kann das erfindungsgemäße Abdeckungssystem aber passieren. Für das UV-Licht eignen sich Werkstoffe wie Aluminium oder dielektrische Schichten, wie z.B. Magnesiumfluorid und Titandioxid zur Einstellung der Reflektionseigenschaften.Solar radiation consists of different light rays which can be distinguished by their respective wavelengths. According to the invention, the special cover system, consisting of several individual layers, ensures that the solar radiation is scattered and the ultraviolet components of the sunlight are reflected. This functionality is based on the cold mirror principle, in which most of the visible light is reflected. However, the thermal radiation of the sunlight can pass through the cover system according to the invention. For the UV light, materials such as aluminum or dielectric layers such as magnesium fluoride and titanium dioxide are suitable for adjusting the reflection properties.

Dieser Effekt lässt sich vorteilhafterweise mit weiteren Anpassungen (z.B. Oberflächenbehandlungen) verstärken oder reduzieren, je nachdem wie die Belastung des Absorbers ermittelt wird. Zur Unterstützung der Absorptionseigenschaften des Absorbers und zur Steigerung der Nutzung der thermischen Energie wird im Sinne der Erfindung bevorzugt eine Reflektionsfolie eingesetzt. Vorteilhafterweise ist es im Zusammenhang mit bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung vorgesehen, dass die Luftkanäle des Kollektors ganz oder teilweise die Reflektionsfolie so umfassen, dass die einfallenden Sonnenstrahlen in den einzelnen Luftkanälen mehrfach reflektieren und streuen.This effect can advantageously be increased or reduced with further adjustments (e.g. surface treatments), depending on how the load on the absorber is determined. In order to support the absorption properties of the absorber and to increase the use of thermal energy, a reflective film is preferably used within the meaning of the invention. In connection with preferred embodiments of the invention, it is advantageously provided that the air ducts of the collector completely or partially enclose the reflective foil in such a way that the incident sunbeams are reflected and scattered multiple times in the individual air ducts.

Durch die Oberflächenbeschaffenheit einer Reflektionsfolie ist sichergestellt, dass die Sonnenstrahlung aufgebrochen und damit die Streuung weiter verbessert wird. Überraschenderweise wird hierdurch die Aufnahme der thermischen Energie durch den Absorber verbessert und die Temperaturbelastung auf das Gehäuse und das Gebäude weiter verringert.The surface quality of a reflective foil ensures that the solar radiation is broken up and the scattering is further improved. Surprisingly, this improves the absorption of the thermal energy by the absorber and further reduces the temperature load on the housing and the building.

Die Reflektionsfolie ist im Sinne der Erfindung insbesondere so ausgewählt, dass sie Materialien mit niedrigem Absorptionskoeffizienten umfasst. Bevorzugt sind beispielsweise Folien oder Beschichtungen aus Aluminium, Silber, Gold und/oder Kupfer, die bevorzugt poliert werden, da diese Folien oder Beschichtungen einen geringen Absorptionsgrad besitzen und daher einen hohen Reflektionsgrad aufweisen.In the context of the invention, the reflective film is selected in particular in such a way that it comprises materials with a low absorption coefficient. For example, foils or coatings made of aluminum, silver, gold and/or copper are preferred, which are preferably polished, since these foils or coatings have a low degree of absorption and therefore have a high degree of reflection.

Hierdurch ist es vorteilhafterweise möglich, den erfindungsgemäßen Kollektor beispielsweise in allen industriellen Bereichen, die Solarthermie als Wärmequelle nutzen, einzusetzen. Diese Bereiche profitieren von der flexiblen, modularen und anpassbaren Leistungsdichte sowie von der neuartigen Leichtbaukonstruktion des Kollektors, welche sich insbesondere für die Nachrüstung an alten und weniger tragfähigen Gebäudemauern eignet. Es war überraschend, dass der erfindungsgemäße Kollektor eine überraschend verbesserte Leistungsdichte aufweist. Weiterhin ist es vorstellbar, dass der Kollektor Steckverbindungen aufweist, um einzelne Kollektoren miteinander zu verbinden. Bei den Steckverbindungen handelt es sich um formschlüssige Verbindungen, die beispielsweise eine Klickverbindung darstellen. Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert werden, ohne auf dieses beschränkt zu sein.This advantageously makes it possible to use the collector according to the invention, for example, in all industrial areas that use solar thermal energy as a heat source. These areas benefit from the flexible, modular and adaptable power density as well as from the novel lightweight construction of the collector, which is particularly suitable for retrofitting on old and less stable building walls. It was surprising that the collector according to the invention has a surprisingly improved power density. Furthermore, it is conceivable for the collector to have plug-in connections in order to connect individual collectors to one another. The plug-in connections are form-fitting connections, which represent a click connection, for example. The invention is to be explained below using an exemplary embodiment, without being restricted to this.

Figurenlistecharacter list

Schematic representation of the percentage weight reduction of the planned plastic solutions compared to conventional metals
Absorbance of different materials and description of material treatments to show effects on absorbance [1]
Schematic representation of the solar air collector with all components as well as the air flow and solar radiation
Detailed representation of the solar collector from the company SAILER GMBH with all components of the collector [2]
Overall view (left) and detailed representation (right) of the structural implementation of the SOLARBAYER vacuum collector with all important components [3]
Schematic representation of a CPC vacuum tube with explanation of all relevant components:

a) Stainless steel corrugated pipe

b) heat source profile

c) Merger

d) outer glass tube

e) vacuum

f) coated glass tube

g) forward and reverse [4]
Solar air collector from NORDLUFT, on the left as a closed collector showing the incoming and outgoing air, on the right in the detailed view with labeling of all important components [5]

Detaillierte Beschreibung der AbbildungenDetailed description of the illustrations

DARSTELLUNG EINES AUSFÜHRUNGSBEISPIELES DER ERFINDUNGPRESENTATION OF AN EMBODIMENT OF THE INVENTION

Die Nutzung von Umweltwärme, bzw. durch Umwandeln von Solarstrahlung in Energie (Solarthermie) wird nicht nur durch aktuelle Gesetze und Förderungen attraktiv, sondern auch durch die Möglichkeit der Kombination mit anderen Anwendungen und Anlagen. Durch die Kombination mit anderen Anlagen kann der Nutzen und die Effektivität dieser Solarthermie Anlagen weiter gesteigert werden. Kunststoffe sind aufgrund ihrer geringen Dichte und ihrer allgemeinen Korrosionsbeständigkeit bereits in vielen industriellen Bereichen vertreten. Durch ihre, hervorragenden Eigenschaften und ihrer leichten Verarbeitbarkeit, sind sie eine sehr gute Substitutionslösung für nahezu alle Anwendungen oder Bauteile. In Tabelle 1 sind die berechneten Werte für die Gewichtsreduzierung des jeweiligen Bauteiles dargestellt. Durch die Substitution der metallischen Materialien sind, unabhängig von der Bauteilgröße, Gewichtseinsparungen bis 87 % realisierbar. Je nachdem wieviel Additiv eingemischt werden kann bzw. muss um die geforderten Eigenschaften zu erreichen, können die Werte etwas variieren. Dennoch ist ersichtlich, dass bei einer optimierten Geometrie und einer iterativen Anpassung der Compounds eine deutliche Gewichtsreduzierung umsetzbar ist. Tabelle 1: Gewichtsreduzierung durch geplante Kunststofflösungen Komponente des Kollektors bisherige Materialien Kunststofflösung Gewichtsreduzierung [%] Absorber Aluminium (AI) PP mit 40 %Ruß 53,33 Kupfer (Cu) PP mit 40 %Ruß 85,94 Gehäuse Edelstahl PP mit 40 % GF 80,24 PE-HD 87,88 Aluminium (AI) PP mit 40 % GF 41,44 PE-HD 64,07 Abdeckung Glas PC 51,39 PC PP (transparent) 26,23 The use of environmental heat or by converting solar radiation into energy (solar thermal energy) is not only attractive due to current laws and subsidies, but also due to the possibility of combining it with other applications and systems. The use and effectiveness of these solar thermal systems can be further increased by combining them with other systems. Plastics are already used in many industrial areas due to their low density and general resistance to corrosion. Due to their excellent properties and their ease of processing, they are a very good substitute solution for almost all applications or components. Table 1 shows the calculated values for the weight reduction of the respective component. By substituting metallic materials, weight savings of up to 87% can be achieved, regardless of the size of the component. Depending on how much additive can or must be mixed in to achieve the required properties, the values can vary slightly. Nevertheless, it is evident that with an optimized geometry and an iterative adjustment of the compounds, a significant weight reduction can be implemented. Table 1: Weight reduction through planned plastic solutions component of the collector previous materials plastic solution Weight reduction [%] absorber Aluminum (Al) PP with 40% carbon black 53.33 copper (Cu) PP with 40% carbon black 85.94 Housing stainless steel PP with 40% GF 80.24 PE HD 87.88 Aluminum (Al) PP with 40% GF 41.44 PE HD 64.07 cover Glass personal computer 51.39 personal computer PP (transparent) 26.23

Des Weiteren sind neben den gewichtsreduzierenden Materialeigenschaften auch die kostengünstigen Werkstoffpreise der Kunststoffe sowie die einfache Verarbeitbarkeit ein enormer Vorteil gegenüber den konventionellen Metallen. stellt die jeweilige Materialpaarung mit dem sich ergebenden Gewichtsersparnis schematisch dar. Selbst bei den zurzeit eingesetzten Polycarbonat Abdeckungen für Luftkollektoren ergibt sich bei der Verwendung von transparentem Polypropylen noch eine Möglichkeit der Gewichtsreduzierung von immerhin noch 26 %.In addition to the weight-reducing material properties, the inexpensive material prices of plastics and the ease of processing are also enormous advantages over conventional metals. shows the respective material pairing with the resulting weight savings schematically. Even with the polycarbonate covers currently used for air collectors, the use of transparent polypropylene still offers the possibility of a weight reduction of at least 26%.

Die weiteren Optimierungspotenziale sind in detailliert dargestellt. Bei der Substitution von Edelstahl, Kupfer und Aluminium sind enorme Gewichtseinsparungen durch die Verwendung von angepassten und eigenschaftsspezifischen Kunststoff-Additiv-Kombinationen umsetzbar. Des Weiteren sind die Strahlungscharakteristiken von Metallen und die Absorptionseigenschaften nicht einstellbar oder durch Zusatzstoffe kontrollierbar. Durch die Verwendung eigenschaftsspezifischer Additive und Zuschlagstoffe sind die polymerbasierten Ausgangswerkstoffe hinsichtlich ihrer geforderten Eigenschaften und Werkstoffcharakteristik individuell einstellbar. Das Bedeutet, dass folgende Eigenschaften in gewissen Maße (Verarbeitbarkeit, Additivanteil, u. a.) frei wählbar und einstellbar sind:

■ die Strahlungscharakteristik
- ■ Streuung
- ■ Reflektion
- ■ Absorption
- ■ Adsorption
- ■ Transmission
- ■ Emission
■ die thermischen Beständigkeiten
■ die mechanischen Festigkeiten.

The further optimization potentials are in shown in detail. When substituting stainless steel, copper and aluminum, enormous weight savings can be achieved by using adapted and property-specific plastic additive combinations. Furthermore, the radiation characteristics of metals and the absorption properties are not adjustable or by addition substances controllable. By using property-specific additives and additives, the polymer-based starting materials can be individually adjusted with regard to their required properties and material characteristics. This means that the following properties can be freely selected and adjusted to a certain extent (processability, proportion of additives, etc.):

■ the radiation characteristics
- ■ Scatter
- ■ Reflection
- ■ Absorption
- ■ Adsorption
- ■ Transmission
- ■ Emission
■ the thermal resistance
■ the mechanical strength.

Die enorme Designfreiheit zur Umsetzung der Bauteile ist durch die einfache Verarbeitbarkeit der Kunststoffe ein weiterer Vorteil und bietet weitreichende Optimierungsansätze für die jeweilige Geometrie der einzelnen Komponenten und die modulare Auslegung der Bauteilstruktur. Die Strahlungseigenschaften zur Aufnahme möglichst viel thermischer Energie aus der Sonne ist für den Kollektor ein sehr wichtiger Aspekt und trägt entscheidend zur Leistungsdichte bei. In sind die konventionellen Materialien und einige Additive für Kunststoffe mit dem jeweiligen Absorptionsfaktor zusammengefasst. Der Absorptionsfaktor gibt an, wieviel Prozent der einfallenden Strahlung absorbiert wird.The enormous design freedom for the implementation of the components is another advantage due to the easy processability of the plastics and offers far-reaching optimization approaches for the respective geometry of the individual components and the modular design of the component structure. The radiation properties for absorbing as much thermal energy as possible from the sun is a very important aspect for the collector and makes a decisive contribution to the power density. In are the conventional materials and some additives for plastics with the respective absorption factor. The absorption factor indicates what percentage of the incident radiation is absorbed.

Man sieht deutlich, dass Ruß, Asphalt und schwarze Dachpappe die größten Absorptionskennwerte besitzen. Die Absorption wird im Vergleich zum idealen schwarzen Körper angegeben, welcher eine Absorptionsgrad von 1 besitzt und die eintreffende Strahlung weder reflektiert noch hindurchlässt. Das ist auch der Grund, warum nahezu alle Absorber schwarz sind oder mit schwarzer Farbe behandelt werden um an den Effekt des idealen schwarzen Strahlers so nah wie möglich heran zu kommen. Durch eine sehr hohe Absorptionsleistung des Absorbers wird darüber hinaus die thermische Belastung der anderen Komponenten reduziert und damit die Lebensdauer der Kollektoranlage erhöht. In ist der geplante Solar-Luft-Kollektor mit allen wichtigen Komponenten sowie der Luftströmung und der Sonnenstrahlung ersichtlich. Die Umsetzung dieser Kunststoff-Leichtbauweise mit adaptiver Erweiterbarkeit der einzelnen Gesamtmodule ist das primäre Ziel des Forschungsvorhabens. Weitere Vorteile und Funktionalitäten dieser neuartigen Bauweise, werden im Nachhinein an dem jeweiligen Bauteil genauer erläutert und dargestellt. Die Luftströmung kann, je nach Bauart des Kollektors, unterschiedlich umgesetzt werden. You can clearly see that soot, asphalt and black roofing felt have the highest absorption values. The absorption is given in comparison to the ideal black body, which has an absorptivity of 1 and neither reflects nor transmits the incoming radiation. This is also the reason why almost all absorbers are black or are treated with black paint to get as close as possible to the effect of the ideal black body. The very high absorption capacity of the absorber also reduces the thermal load on the other components and thus increases the service life of the collector system. In the planned solar air collector can be seen with all important components as well as the air flow and solar radiation. The implementation of this lightweight plastic construction with adaptive expandability of the individual overall modules is the primary goal of the research project. Further advantages and functionalities of this new type of construction will be explained and presented in more detail later on the respective component. Depending on the design of the collector, the air flow can be implemented differently.

Aufgrund der vielen Vorteile einer Unterströmung des Absorbers gegenüber den anderen Bauarten, wie z. B. Durchströmen, Überströmen oder Umströmen des Absorbers, wird dies Bauart für das Projekt angestrebt. Damit lassen sich alle Vorteile und wenige Nachteile hinsichtlich der Luftströmung umsetzen. Die Vorteile beziehen sich hauptsächlich auf betriebsbedingte Nebeneffekte, wie Kondensationserscheinungen durch die Luftfeuchte und Staubablagerung durch Schmutzpartikel. Ein weiterer wichtiger Aspekt ist der Wärmeverlust an der Abdeckung, welcher bei allen Bauarten, abgesehen von der unterströmten Bauart, einen nicht unerheblichen Leistungsverlust mit sich bringt.Due to the many advantages of an underflow of the absorber compared to other types, such. B. flow through, overflow or flow around the absorber, this type of construction is aimed at for the project. This means that all the advantages and few disadvantages in terms of air flow can be implemented. The advantages relate mainly to operational side effects, such as condensation caused by humidity and dust deposits caused by dirt particles. Another important aspect is the heat loss at the cover, which causes a not inconsiderable loss of performance in all designs, apart from the design under which the air flows.

Durch die Anordnung der Komponenten, wie in dargestellt, lässt sich eine einfache und effektive unterströmte Bauweise für den Absorber im Kollektor realisieren und damit die Wärmeverluste durch die Abdeckung verringern. Die einzelnen wichtigen Komponenten für den Kollektor werden detailliert beschrieben und die innovativen Anteile jedes Bauteiles wird explizit erläutert. Der Luftstrom im Kollektor wird nach dem Prinzip einer Schwerkraftheizung erzeugt. Durch die Erwärmung der Luft wird die Dichte verringert und daher steigt die warme Luft (ρ_Luft _35°c = 1,1455 ^g / _cm3) nach oben und kalte Luft (ρ_{Luft 0}◦_C = 1,292 ^g/_cm3) wird von unten automatisch nachströmen. Diese wird wiederrum erwärmt und somit entsteht ein Kreislauf im Kollektor, welcher ohne zusätzliche Anlagen oder Hilfsaggregate funktioniert. Diese natürliche thermische Luftströmung kann, bei zu geringen Drücken oder unzureichender Luftströmung, mittels Ventilatoren unterstützt werden. Diese können durch einen externen Antrieb oder durch die natürliche Luftströmung selbst als unterstützende Komponente integriert werden. Dadurch lassen sich Druckverluste kompensieren und Volumenströme erhöhen, wodurch die Leistungsdichte verbessert und gesteigert werden kann. Der Kollektor besteht aus mehreren Komponenten, die im Projektverlauf neu konstruiert, optimiert und anhand praxisnaher sowie mittels Basisprüfkörper hinsichtlich der geforderten Eigenschaften verifiziert werden sollen. Die erste Komponente ist das Gehäuse, welches als Träger der anderen Komponenten fungiert und die Verbindung zur Wand oder zum Dach des Gebäudes herstellen muss. Die Anbringung an die Wand- oder Dachkonstruktion wird im Projektverlauf nicht untersucht, da aufgrund der Kunststofflösung eine einfache nachträgliche Bearbeitung der Gehäusestruktur ohne weitere Probleme durchführbar ist.By arranging the components as in shown, a simple and effective underflow construction for the absorber in the collector can be implemented, thus reducing the heat losses through the cover. The individual important components for the collector are described in detail and the innovative parts of each component are explained explicitly. The air flow in the collector is generated according to the principle of gravity heating. By heating the air, the density is reduced and therefore the warm air (ρ _air _35°c = 1.1455 ^g / _cm ₃ ) upwards and cold air (ρ _{air 0} ◦ _C = 1.292 ^g / _cm ₃ ) will automatically flow in from below. This is in turn heated and this creates a circuit in the collector, which works without additional systems or auxiliary units. This natural thermal air flow can be supported by fans if the pressure is too low or the air flow is insufficient. These can be integrated as a supporting component through an external drive or through the natural air flow itself. This allows pressure losses to be compensated and volume flows to be increased, which means that the power density can be improved and increased. The collector consists of several components that were redesigned, optimized and based on practical as well as in the course of the project are to be verified using basic test specimens with regard to the required properties. The first component is the housing, which acts as a support for the other components and must connect to the wall or roof of the building. The attachment to the wall or roof construction is not examined in the course of the project, since the plastic solution means that the housing structure can be easily processed later without further problems.

Stand der TechnikState of the art

Für die Belüftung von Hallen und Industriegebäuden hat sich der Luftkollektor in geschlossener oder offener Bauweise in den letzten Jahren etabliert. Durch die natürliche Erwärmung der Frischluft durch die Absorption der Sonnenenergie ergeben sich diverse Vorteile, die dafür gesorgt haben, dass der Luftkollektor immer mehr an Bedeutung gewinnt. Nach internationalem Stand der Technik, werden Solar-Luft-Kollektoren aus konventionellen metallischen Komponenten hergestellt, um die geforderten Eigenschaften hinsichtlich thermischer und mechanischer Festigkeit erfüllen zu können. Dadurch ergeben sich aber auch signifikante Nachteile die mit dem neu entwickelten System eliminiert werden können. Die nachfolgenden Punkte geben einen Überblick über die derzeitig eingesetzten Herstellungsverfahren, Bauweisen und Geometrien für Solar-Luft-Kollektoren und die jeweilige Abgrenzung zu dem innovativen Solar-Luft-Kollektor auf Kunststoffbasis in modularer Leichtbauweise vom Antragsteller.For the ventilation of halls and industrial buildings, the air collector in closed or open design has established itself in recent years. The natural warming of the fresh air through the absorption of solar energy results in various advantages that have ensured that the air collector is becoming more and more important. According to the international state of the art, solar air collectors are made of conventional metallic components in order to be able to meet the required properties in terms of thermal and mechanical strength. However, this also results in significant disadvantages that can be eliminated with the newly developed system. The following points provide an overview of the currently used manufacturing processes, construction methods and geometries for solar air collectors and the respective delimitation to the innovative solar air collector based on plastic in modular lightweight construction by the applicant.

Flach-Solar-Kollektor der Firma Sailer GmbH [2]Flat solar collector from Sailer GmbH [2]

Die Firma SAILER GMBH stellt Solar Kollektoren mit einem speziellen sunarc®-Antireflexglas her und bewirbt mit einem Wirkungsgrad von 84,4 % ihren Solar-Kollektor Typ „FOCUS-AR“. Der Kollektor besteht aus konventionellem Aluminium mit einer Glasabdeckung. In ist der Kollektor mit allen Bestandteilen und dem Aufbau genau dargestellt. Durch die Konstruktion des Kollektors mit einer Höhe von mehr als zwei Metern und der Ausführung mit einer Glasabdeckung erhöht sich das Gesamtgewicht es Kollektors auf mehr als 30 kg (laut Datenblatt vom Hersteller). Des Weiteren sind zusätzliche Komponenten, wie die Vakuumbeschichtung und die Rückwandisolierung integriert, welche einen weiteren Füge- und Bearbeitungsprozess mit sich bringen und daher die Wirtschaftlichkeit negativ beeinflussen. [2]The company SAILER GMBH manufactures solar collectors with a special sunarc® anti-reflective glass and advertises its solar collector type "FOCUS-AR" with an efficiency of 84.4%. The collector is made of conventional aluminum with a glass cover. In the collector is shown in detail with all components and the structure. Due to the construction of the collector with a height of more than two meters and the design with a glass cover, the total weight of the collector increases to more than 30 kg (according to the manufacturer's data sheet). Furthermore, additional components such as the vacuum coating and the rear wall insulation are integrated, which entail an additional joining and machining process and therefore have a negative impact on economic efficiency. [2]

Abgrenzung:demarcation:

Aufgrund der verwendeten Materialien und der Baugröße ist der Solarkollektor der Firma SAILER GMBH bis zu 30 Kg schwer und daher von einer Person alleine nicht montier oder handhabbar. Das spezielle Antireflexglas mit einer Stärke von 4 mm dient zum Schutz vor äußeren Einflüssen, trägt aber zeitgleich zur Gewichtserhöhung des Kollektors in nicht unerheblichem Maße bei. Des Weiteren ist bei einer Glasabdeckung immer eine Rissgefahr bei starker Stoßbelastung zu erwarten. Diese Gefahr ist bei der Kunststoffabdeckung mit mehreren einzelnen Schichten nicht gegeben, da der Kunststoff dämpfende und formbeständige Eigenschaften besitzt, die im Vergleich zu Glas enorme Vorteile mit sich bringen. Des Weiteren werden Glasabdeckungen in den kommenden Jahren aufgrund gesetzlicher Richtlinien für Kollektoren nicht mehr zur Anwendung kommen. Ein weiterer Nachteil ist, dass mit dieser Kombination aus Glas und Aluminium eine nachträgliche Anbringung an ältere Gebäude aufgrund der Tragfähigkeit der Mauern nicht umsetzbar. Dadurch wird die Reichweite der Nutzungsmöglichkeiten enorm eingeschränkt, was bei dem neu entwickelten Kollektor durch die gewichtsreduzierte Bauweise und kunststoffbasierte Materialien umgangen wird. Weiterhin ist eine Erweiterbarkeit oder Anpassung an geforderte Systemleistungen nicht umsetzbar. Durch die modulare Steckverbindung und Weiterführung der Luftkanäle im neu entwickelten Solar-Luft-Kollektor ist diese Möglichkeit der individuellen Erweiterbarkeit gegeben.Due to the materials used and the size, the solar collector from SAILER GMBH weighs up to 30 kg and therefore cannot be installed or handled by one person alone. The special anti-reflective glass with a thickness of 4 mm serves to protect against external influences, but at the same time contributes to the weight increase of the collector to a not inconsiderable extent. Furthermore, with a glass cover there is always a risk of cracking in the event of heavy impact. This danger does not exist with the plastic cover with several individual layers, since the plastic has dampening and dimensionally stable properties that have enormous advantages compared to glass. Furthermore, glass covers will no longer be used in the coming years due to legal guidelines for collectors. Another disadvantage is that with this combination of glass and aluminum, retrofitting to older buildings is not feasible due to the load-bearing capacity of the walls. This severely limits the range of possible uses, which is circumvented in the newly developed collector thanks to the weight-reduced design and plastic-based materials. Furthermore, an expandability or adaptation to the required system performance is not feasible. The possibility of individual expansion is given by the modular plug connection and continuation of the air ducts in the newly developed solar air collector.

Vakuum-Röhrenkollektor der Firma SOLARBAYER GMBH [3]Vacuum tube collector from SOLARBAYER GMBH [3]

Der entwickelte Vakuumröhrenkollektoren CPC Nero® der Firma SOLARBAYER zeichnet sich durch die Verwendung von Vakuumröhren aus, die mit reflektierenden CPC-Spiegeln (parabolische Hohlspiegel) versehen werden. Des Weiteren wird für das Gehäuse eine Aluminiumkonstruktion verwendet und für die Wärmeübertragung sind Kupferrohre innerhalb der CPC Röhren vorgesehen. Zur Wärmedämmung wird eine weitere Komponente, verdichtete Mineralwolle, verwendet, um die thermische Belastung auf die umliegenden Komponenten zu minimieren. Die genauen Details sind in mit allen Komponenten und konstruktionstechnischen Besonderheiten dargestellt. Durch diese Umsetzung und Ausnutzung der CPC-Spiegel wird die Anwendung des Kollektors für hohe Temperaturbereiche ermöglicht. Ein weiterer anwendungstechnischer Aspekt ist die [3]The developed vacuum tube collector CPC Nero® by SOLARBAYER is characterized by the use of vacuum tubes, which are provided with reflecting CPC mirrors (parabolic concave mirrors). Furthermore, an aluminum construction is used for the housing and copper tubes are provided inside the CPC tubes for heat transfer. Another component, compacted mineral wool, is used for thermal insulation in order to minimize the thermal load on the surrounding components. The exact details are in shown with all components and special design features. This implementation and utilization of the CPC mirror enables the use of the collector for high temperature ranges. Another application aspect is the [3]

Abgrenzung:demarcation:

Durch die komplexe konstruktionstechnische Umsetzung und die Verwendung von Vakuumröhren ist der Kollektor der Firma SOLARBAYER für konventionelle Anwendungen ungeeignet. Zur Umsetzung einer einfachen Hallenheizung oder Gebäudeklimatisierung ist der Vakuumkollektor mit seinen Spezialröhren zwar eine effektive, aber auch kostenintensive Lösung. Der neu entwickelte Solarkollektor bringt aufgrund seiner einfachen und kostengünstigen Konstruktion sowie durch die Verwendung von konventionellen Kunststoffen enorme Vorteile mit sich. Dadurch ist es ohne Probleme realisierbar eine effektive, kostengünstige und gewichtsoptimierte Lösung für die Umsetzung einer Hallenheizung oder Gebäudetemperierung auch für ältere Gebäude mit weniger Traglast der Wände und Dächer zu gewährleisten. Des Weiteren ist der neue Solar-Luft-Kollektor aufgrund seiner modularen Bauweise und seiner einfachen Erweiterbarkeit hinsichtlich seiner Leistungsanpassung für eine spätere Korrektur für neue Anforderungen ohne Probleme umsetzbar.Due to the complex technical implementation and the use of vacuum tubes, the collector from SOLARBAYER is unsuitable for conventional applications. The vacuum collector with its special tubes is an effective but also cost-intensive solution for implementing simple hall heating or building air conditioning. The newly developed solar collector has enormous advantages due to its simple and inexpensive construction and the use of conventional plastics. This makes it possible to implement an effective, cost-effective and weight-optimized solution for the implementation of hall heating or building temperature control without any problems, even for older buildings with less load-bearing walls and roofs. Furthermore, the new solar air collector can be implemented without any problems due to its modular design and its simple expandability with regard to its performance adjustment for later correction for new requirements.

Solarkollektor Luft - DK Solar der Firma D&K SOLAR GMBH [4]Solar collector air - DK Solar from D&K SOLAR GMBH [4]

Der DK SOLAR CPC-Vakuumröhren Luft-Kollektoren der Firma D&K Solar GmbH ist eine Neukonstruktion vorhandener Solarkollektoren und funktionieren komplett ohne eine Fluidkomponenten wie Wasser oder andere Kühlmedien. Dadurch wird nur Luft als Trägermedium genutzt und mit den integrierten CPC-Spiegeln soll die Effektivität deutlich gesteigert werden. Durch das Thermoskannen Prinzip verspricht die Firma eine Langlebigkeit des Kollektors von ca. 25 Jahren. Dieser Kollektor verfügt auch über keinerlei Kunststoffkomponenten und soll somit eine längere Lebensdauer garantieren. Zwei Bauarten für die Vakuumröhren mit allen wichtigen technischen Details ist nachfolgend aufgelistet. [4] Tabelle 2: Technische Details zu den beiden Ausführungen für die einzelnen Vakuumröhren des Solarkollektors [4] CPC-Vakuumröhren CPC 8 Air CPC 16 Air Wärmeleistung in KW 1,2 2,4 Abmessungen B/H/T in mm 1100 × 1745 × 112 2190 × 1745 × 112 Gewicht in kg 34 66 Anzahl Kollektorröhren 8 16 The DK SOLAR CPC vacuum tube air collectors from D&K Solar GmbH is a new construction of existing solar collectors and works completely without a fluid component such as water or other cooling media. As a result, only air is used as a carrier medium and the effectiveness should be significantly increased with the integrated CPC mirrors. With the thermos flask principle, the company promises a longevity of the collector of approx. 25 years. This collector also has no plastic components and should therefore guarantee a longer service life. Two types of vacuum tubes with all important technical details are listed below. [4] Table 2: Technical details of the two versions for the individual vacuum tubes of the solar collector [4] CPC vacuum tubes CPC 8 Air CPC 16 Air Heat output in KW 1.2 2.4 Dimensions W/H/D in mm 1100×1745×112 2190×1745×112 Weight in kg 34 66 Number of collector tubes 8th 16

Zur Unterstützung der technischen Daten ist in der genaue Aufbau des CPC-Röhrenkollektors mit den einzelnen Komponenten genauer ersichtlich.To support the technical data is in the exact structure of the CPC tube collector with the individual components can be seen in more detail.

Abgrenzung:demarcation:

Durch die Verwendung standardisierter metallischer Werkstoffe ist der Solarkollektor der Firma D&K SOLAR GMBH auf dem aktuellen Stand der Technik und bietet hinsichtlich der Wärmeübertragungsleistung diverse Vorteile. Dennoch sind damit auch sehr viele Nachteile verbunden, die bereits bei dem hohen Systemgewicht beginnen. Der kleinere Kollektor mit gerade mal 8 Rohren ist bereits über 30 Kg schwer und damit für eine einzelne Person alleine nicht trag- und montierbar. Des Weiteren wird durch diese Konstruktion die Nachrüstung für ältere Gebäude nicht realisierbar, was das Einsatzpotenzial des Kollektors enorm einschränkt. Der neu entwickelte Solarkollektor in kompletter Kunststoffausführung bietet, neben der Korrosionsbeständigkeit, darüber hinaus einen sehr hohen Gewichtsvorteil, bei gleichzeitig verbesserter Wärmeübertragungsleistung. Durch das verwendete Kunststoff-Ruß-Gemisch als Absorbermaterial mit einem deutlich höheren Absorptionskoeffizienten im Vergleich zum konventionellen Aluminiumabsorber wird zusätzlich eine erhöhte Leistungsdichte generiert, womit weniger Sonnenenergie benötigt wird, um die Luft auf die notwendige Temperatur zu erhitzen. Des Weiteren wird die Erweiterbarkeit des gesamten Kollektorsystems durch diese abgeschlossene Bauweise des Solarkollektors der Firma D&K SOLAR GMBH nicht gewährleistet und daher ist eine Anpassung an sich verändernde Anforderungen oder Randbedingungen nicht umsetzbar.Due to the use of standardized metallic materials, the solar collector from D&K SOLAR GMBH is state-of-the-art and offers various advantages in terms of heat transfer performance. Nevertheless, there are also many disadvantages associated with it, which start with the high system weight. The smaller collector with just 8 pipes weighs more than 30 kg and therefore cannot be carried and installed by a single person. Furthermore, this construction makes it impossible to retrofit older buildings, which enormously limits the collector's application potential. The newly developed solar collector made entirely of plastic offers, in addition to corrosion resistance, a very high weight advantage with improved heat transfer performance at the same time. The plastic-soot mixture used as the absorber material with a significantly higher absorption coefficient compared to conventional aluminum absorbers also generates an increased power density, which means that less solar energy is required to heat the air to the necessary temperature. Furthermore, the expandability of the entire collector system is not guaranteed by this closed design of the solar collector from D&K SOLAR GMBH and it is therefore not possible to adapt it to changing requirements or boundary conditions.

Warmluftsystem ECOSOLAR (Gas/ÖL/Solar-Lufi) der Firma NORDLUFT WÄRME- UND LÜFTUNGSTECHNIK GMBH & Co. KG [5]Warm air system ECOSOLAR (gas/oil/solar air) from NORDLUFT WÄRME- UND LÜFTUNGSTECHNIK GMBH & Co. KG [5]

Das Warmluftsystem der Firma NORDLUFT erlaubt, laut Aussage des Herstellers, eine Nutzung von 100 % bis 105 % der einfallenden Sonnenenergie und erfüllt die aktuellen Anforderungen des neue EEWärmeGesetz für den Bereich Solarthermie. Den Wirkungsgrad der Anlage über 100 % erklärt sich der Hersteller die Verwendung der Kombination einer Brennkammer mit einem Kondensatablauf. Die Firma NORDLUFT setzt die Kollektoren als Teil eines gesamten Belüftungssystems ein, um das Gebäude dementsprechend zu Belüften und ggf. auch zu beheizen. Durch die Kombination mit dem Kondensatablauf und den Solarkollektoren, soll eine ausreichende und kontinuierliche Belüftung ermöglicht werden. In ist der Solar-Kollektor einmal als geschlossene Bauweise und einmal mit der Beschriftung der einzelnen Komponenten ersichtlich. Die Bauweise basiert auch hier auf konventionellen metallischen Komponenten in Kombination mit einer Glasabdeckung und einer Dämmungskomponente. [5]According to the manufacturer, the warm air system from NORDLUFT allows the use of 100% to 105% of the incident solar energy and meets the current requirements of the new EEWärmeG for solar thermal energy. The manufacturer explains the efficiency of the system over 100% by using the combination of a combustion chamber with a condensate drain. The company NORTH AIR uses the collectors as part of an overall ventilation system in order to ventilate and, if necessary, heat the building accordingly. The combination with the condensate drain and the solar collectors should enable sufficient and continuous ventilation. In the solar collector can be seen as a closed construction and with the labeling of the individual components. Here, too, the construction is based on conventional metallic components in combination with a glass cover and an insulation component. [5]

Abgrenzung:demarcation:

Durch die Verwendung von konventionellen metallischen Materialien für die Komponenten des Kollektors wird die Gesamtmasse des Kollektors deutlich höher ausfallen. Laut Herstellerangaben beträgt das Gewicht eines einzelnen Kollektors ca. 80 kg. Damit sind die Module für einen einzelnen Arbeiter nicht montier- und handhabbar. Eine vollständige Brutto-Kollektorfläche hat eine Gesamtmasse von ca. 640 kg. Dadurch sind Nachrüstungen für ältere Gebäude oder für Gebäude mit dünneren Wänden nicht umsetzbar. Daher ist der Kollektor, der Firma NORDLUFT nur bedingt für Nachrüstungen geeignet. Für eine nachträgliche Installation müsste zuvor eine statische Untersuchung erfolgen, die Mehrkosten verursacht und somit die Wirtschaftlichkeit verringert. Des Weiteren ist das System für eine genaue Anzahl an Kollektoren ausgelegt und eine nachträgliche Erweiterung der Kollektorfläche ist nicht so einfach möglich.By using conventional metallic materials for the collector components, the total mass of the collector will be significantly higher. According to the manufacturer, the weight of a single collector is approx. 80 kg. This means that the modules cannot be assembled and handled by a single worker. A complete gross collector area has a total mass of approx. 640 kg. As a result, retrofits for older buildings or for buildings with thinner walls are not feasible. For this reason, the collector from NORDLUFT is only conditionally suitable for retrofitting. For a subsequent installation, a static analysis would have to be carried out beforehand, which causes additional costs and thus reduces the economic efficiency. Furthermore, the system is designed for an exact number of collectors and it is not so easy to expand the collector surface at a later date.

QuellenSources

[1] BauNetz, "www.baunetzwissen.de," Baunetz_Wissen_, 14 September 2019. [Online]. Available: https://www.baunetzwissen.de/bauphysik/fachwissen/waermeschutz/absorption-undwaerme-auf-oberflaechen-4733315. [Accessed 19 September 2019].
[2] S. GmbH, "www.hausechnik-der-Zukunft.de/Sailer-Solar.html," Sailer GmbH, July 22, 2018. [Online]. Available: https://www.haustechnik-der-zukunft.de/Sailer_Solar.html. [Accessed 2019 October 14].
[3] S. GmbH, "www.solarbayer.de," Solarbayer GmbH, 2019 January 17. [Online]. Available: https://www.solarbayer.de/vakuum-roehrenkollektor-cpc-nero.html. [Accessed 2019 October 16].
[4] D.S. GmbH, “www.dk-solar.de,” D&K Solar GmbH, May 14, 2019. [Online]. Available: https://www.dk-solar.de/cpc-solarkollektor-luft/. [Accessed 25 October 2019].
[5] nordluft, "www.nordluft.com," Nordluft Warming and Ventilation Technology GmbH & Co. KG, 23 November 2016. [Online]. Available: https://www.nordluft.com/fileadmin/user_upload/Prospekt_EcoSolar 02-10_.pdf. [Accessed 28 October 2019].
[6] D.P.-. and Trademark Office, "https://depatisnet.dpma.de," German Patent and Trademark Office, January 23, 2017. [Online]. Available: https://depatisnet.dpma.de/DepatisNet/depatisnet?action=einsteiger. [Accessed 20 February 2017].

BezugszeichenlisteReference List

11: Seitenhalterungside mount
22: Mehrschichtabdeckungmulti-layer coverage
33: Kollektorgehäusecollector housing
44: Steckverbindungconnector
55: Absorberabsorber
66: Reflektionsfoliereflective foil
88th: Solar-Luft-KollektorSolar Air Collector

Claims

Lightweight solar-air collector (8), characterized in that a) the collector has a plastic housing (3) with air ducts b) the housing comprises a multi-layer cover (2) with a dichroic filter function/a cold mirror c) an absorber (5) is arranged underneath the multi-layer cover (2) and d) the air ducts have a reflection film (6).

Collector (8) after claim 1 characterized in that the housing (3), the absorber (5) and/or the multi-layer cover (2) comprise the plastic polypropylene.

Collector (8) after claim 2 characterized in that the plastic is polypropylene and preferably comprises carbon black.

Collector (8) according to one of the preceding claims , characterized in that the dichroic filter function is selected in such a way that visible light is reflected and thermal radiation is transmitted.

Collector (8) according to one of the preceding claims , characterized in that the absorber (5) comprises a reflection film (6) which repeatedly reflects and scatters the incident sunbeams in the individual air ducts.

Collector (8) according to one of the preceding claims , characterized in that the collector (8) has plug connections (4) in order to be connected to other collectors (8).

Use of the solar collector (8) after claim 1 until 6 for heating and ventilation of industrial and factory buildings