DE10320494B4 - Verfahren zur Herstellung und Montage von großflächigen Sonnenkollektoren - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Herstellung und Montage von großflächigen Solarabsorbern und Sonnenkollektoren aus miteinander verbundenen biegsamen Flächen, dadurch gekennzeichnet, dass ebene Bahnen oder Bahnabschnitte eines biegsamen Materials aufeinander gelegt werden und durch eine Anzahl parallel zu einem Rand verlaufende Verbindungsnähte (6) miteinander verbunden werden, dass an beiden den rechtwinklig zu den Verbindungsnähten (6) verlaufenden Kanten rohrförmige, mit Anschlussstutzen (9) versehene Verteilerstücken (10) so ausgebildet werden, dass an den Verteilerstücken (10) vorhandene Öffnungen in einen von zwei Verbindungsnähten (6) und den dazwischen liegenden Bahnabschnitten umschlossen Raum münden, dass die beiden miteinander und dem Verteilerstücken (10) verbundenen Bahnen (1 und 2) zu einer Absorber-Rolle(8) aufgerollt werden, dass diese Absorber-Rolle (8) zur Einsatzstelle transportiert wird, dort an einem Ende der an Ort und Stelle montierten Kollektorkasten (12) eingelegt wird, worauf die Absorber-Rolle (8) ausgerollt wird, wobei während des Ausrollens oder nach dem vollständigen Ausrollen so viel des Wärmetauschermediums über die Anschlussstutzen (9) in die von...

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung und Montage von großflächigen Sonnenkollektoren aus miteinander verbundenen biegsamen Flächen, und ist besonders geeignet derartige Sonnenkollektoren vor zu fertigen und mit geringem Aufwand zum Einsatzort zu transportieren.
• Sonnenkollektoranlagen dienen der Aufheizung von Nutz- und Gebrauchswasser. In der Regel werden sie auf einem schrägen oder flachen Dach oder einer anderen der Sonneneinstrahlung ausgesetzten Stelle angebracht. Die Sonnenkollektorfläche besteht meistens aus mehreren vorgefertigten Solarkollektoren, die hydraulisch miteinander verschaltet sind und das Kollektorfeld bilden. Die Größe der Kollektormodule richtet sich z.B. nach den Transportmöglichkeiten (LKW) und den in Fertigung und Montage handhabbaren Abmessungen.
• Kollektoren werden modular vorgefertigt in Größen zwischen 1 und ca. 2 m² angeboten. Einzelne Hersteller liefern Kollektoren mit bis zu 8 m² Fläche. Baustellen montierte Kollektoren verwenden vor Ort montierte "Kollektorkästen" aber fabrikmäßig vorgefertigte Solarabsorber, die im Transport aufwendig zu schützen sind und deren Länge ebenso begrenzt ist.
• Der Stand der Technik bei der Herstellung von Solarabsorbern ist so, dass in der Regel sogenannte Flügel- oder Finnen-Absorber eingesetzt werden, wo das Medium führende Rohr in geeigneter Weise mit dem Absorberblech verbunden ist. Flächenabsorber sind bekannt als Tafeln aus Absorberblech mit hinterlegter und z.B. aufgelöteter/-geschweißter Rohrschlange zur Nutzwärmeabfuhr oder als Kissenabsorber. Der Stand der Technik bzgl. Kissenabsorber, die in ihrer Art der Erfindung am nächsten sind, ist, dass zwei zugeschnittene Bleche zusammengeschweißt werden. Diese Bleche können vorher geprägt sein, so dass sich flächige Fluidkanäle zwischen den Blechen ergeben. Die Bleche können aber auch plan sein, wobei die Fluidkanäle durch ein Wirkmedium (z.B. Wasser oder Luft), das zwischen die Bleche gepresst wird, geformt (aufgeblasen) werden.
• Es ist bekannt, dass Wärmetauscher und Sonderapparate für Anwendungen im Kälte- und Klimabereich nach diesem Verfahren hergestellt werden. Zur Steuerung der Formgebung werden die zusammengeschweißten Bleche vorher teilweise mit Nieten versehen, um die Formgebung zu beeinflussen. Alle zuvor beschriebenen Absorber sind mehr oder weniger starr und für einen dauerhaften Einsatz vorgesehen. Neben dieser Ausführung existiert eine zweite Form bei der die Absorber überwiegend aus Kunststofffolien hergestellt werden. Diese Kollektoren können zusammengerollt oder gefaltet werden, und sind in der Regel für einen temporären Einsatz gedacht. Als Beispiele hierfür sollen nur die EP 29565 A1 oder die DE 20003996 U1 genannt werden Stand der Technik bezüglich der Fertigung von Solarabsorbern ist es, von einer kontinuierlich hergestellten Bahn Zuschnitte in der Größe des fertigen Kollektors bzw. Absorberstreifens abzutrennen.
• Die Absorberfertigung, erfolgt dann diskontinuierlich, wobei in der Regel schmale Absorberstreifen in Längen von bis zu 3 m geschnitten und z.B. durch Lötung, Rollung, Pressung oder Schweißung mit Rohrleitungen zur Fluidführung verbunden werden.
• Die Größe herkömmlicher Kollektoreinheiten ist durch die Absorberlängen begrenzt.
• Die derzeit lieferbaren Kollektormodule müssen zum Aufbau großer Kollektorfelder hydraulisch miteinander verschaltet werden. Dies wirkt sich bereits bei Solaranlagen an Mehrfamilienhäusern aber insbesondere bei Kollektorfeldern für große Wärmeverbraucher oder Solare Nahwärmesysteme nachteilig aus.
• Aufgabe der Erfindung ist es, die Fertigung und Installation großflächiger Solarabsorber zu vereinfachen und damit den Aufbau großer Kollektorfelder rationeller zu gestalten.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst, indem großflächige Absorber in einem Verfahren, das durch den Hauptanspruch beschrieben ist gefertigt werden. Die Absorbergröße ist damit zunächst nur von der lieferbaren Länge Kupferband und der Handhabbarkeit der Absorber-Rolle sowie dem thermischen Verhalten des Absorbers im Betrieb der Solaranlage begrenzt.
• Die großflächigen Sonnenkollektoren werden erfindungsgemäß gefertigt, indem ebene Bahnen oder Bahnabschnitte eines biegsamen Materials aufeinander gelegt werden und durch eine Anzahl parallel zu einem Rand verlaufende Verbindungsnähte miteinander verschweißt, verlötet oder verklebt werden. An beiden rechtwinklig zu den Verbindungsnähten verlaufenden Kanten werden rohrförmige, mit Anschlussstutzen versehene Verteilerstücken ausgebildet, indem im hinreichenden Abstand zum Ende der parallelen Verbindungsnähte eine Abschlussschweißung als Verbindung bei der Bleche vorgenommen wird. Der Anschlussstutzen soll dabei vorzugsweise rechtwinklig zu den Verbindungsnähten eingebracht werden. Die beiden miteinander und mit den Verteilerstutzen verbundenen Bahnen werden zu einer Absorber-Rolle derart aufgerollt, dass insbesondere die Oberseite des Absorbers nicht mechanisch belastet/beschädigt wird. Diese Absorber-Rolle wird anschließend zur Einsatzstelle transportiert und dort an einem Ende des an Ort und Stelle montierten Kollektorkastens eingelegt. Darin wird die Absorber-Rolle zum flächigen Absorber ausgerollt. Dabei kann schon während des Ausrollens aber auch erst nach dem vollständigen Ausrollen so viel des Wärmeträgermediums über die Anschlussstutzen in die von je zwei Nähten und den dazwischen liegenden Bahnabschnitten umschlossenen Räume gepresst werden, dass sich diese zu einem ovalen (und damit flexiblen) oder kreisrunden Querschnitt aufwölben. Zur Fertigstellung der Kollektoren werden nun noch die Anschlussstutzen mit der Solar-Warmwasseranlage verbunden und der Kollektorkasten mit dem hierfür üblichen Scheiben abgedeckt wird.
• Wegen der guten Wärmeleitfähigkeit und der hierfür besonders geeigneten mechanischen Eigenschaften wird erfindungsgemäß vorgeschlagenen, als biegsames Material ein Kupferblech zu verwenden. Ebenso ist aber auch ein Edelstahlblech oder speziell gewählte Kunststofffolien einzusetzen.
• Zur Erhöhung des Wirkungsgrades kann das Kupferblech der oberen Bahn auf seiner Oberseite mit einer mechanisch belastbaren selektiven Beschichtung überzogen ist.
• Zur wesentlichen Verbesserung der Technologie schlägt die Erfindung vor, dass die untere Bahn und die obere Bahn kontinuierlich von 2 Rollen abgerollt werden, und bereits während des Abrollens die beiden Bahnen abschnittsweise miteinander nahtförmig verbunden werden. Nach dem Abrollen und Verbinden werden entsprechend der benötigten Kollektorlänge abgemessene Abschnitte von der durch die Nähte verbundenen laufenden Bahn abgeschnitten. Nach dem Ablängen werden an den Schnittkanten die Verteilerstücke ausgebildet. Die so vorgefertigten Absorber werden auf einen der beiden Verteilerstücke zu einer Rolle aufgerollt und zur Einsatzstelle transportiert.
• Für das nahtförmige Verbinden der Bahnen wird erfindungsgemäß der Einsatz von Löt- oder Rollnaht- bzw. Ultraschallschweißeinrichtungen empfohlen.
• Die Erfindung soll im Folgenden an Hand der Zeichnungen 1 bis 4 in Form eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Dabei zeigt
• 1 eine schematische Darstellung der Fertigung der Absorber-Rolle 8,
• 2 das Abrollen der Absorber-Rolle 8 im Kollektorkasten 12,
• 3 und 4 zeigen zwei mögliche Varianten der Fluidführung im Absorber.
• Dabei zeigt
• 3 die einfache Tichelmannverschaltung und 4 die doppelte Tichelmannverschaltung.
• Beispiel 1
• Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Sonnenkollektors werden ein beschichtetes Absorberblech aus Kupfer (2) und unbeschichtetes Kupferblech (1) nahtförmig zusammengefügt, auf die gewünschte Länge zugeschnitten (7) und wieder aufgerollt (Absorber-Rolle) (8). Das selektiv beschichtete Absorberblech (2) wird so zugeführt, dass die Beschichtung (4) oben ist und die unbeschichtete Oberfläche nach unten zum beidseits unbeschichteten Gegenzug (1) weist. Damit wird die selektive Beschichtung durch das Einrollen konstruktiv von Umwelteinwirkungen geschützt.
• Beide Bleche werden von Rollen abgewickelt und durch Lötung, Klebung oder Schweißung verbunden. Bei Lötung oder Klebung werden Lötpaste oder Kleber beim Abrollen der Bleche z.B. auf das unbeschichtete, im Verbund innen liegende, Blech (3) aufgetragen. Durch diesen Auftrag werden die Lötstellen und damit die spätere Form der Fluidkanäle (6) festgelegt. Der Auftrag von Lötpaste oder Kleber kann erfindungsgemäß computergesteuert, auch durch bedrucken des unbeschichteten Blechs (3) erfolgen, bevor beide Bahnen aufeinander treffen. Anschließend werden die aufeinander liegenden Bahnen in einer Lötzone (5) erhitzt. Beim Durchlauf der Löt- bzw. Klebezone erfolgt die Verbindung der Bleche an den dafür vorgesehenen Stellen durch geeignete Einwirkung von Druck und/oder Hitze. Die seitlichen Verbindungskanten der Bleche sind gesondert als Abschlussverbindungen auszuführen. Der senkrecht zur Fertigungsrichtung verlaufende Abschluss in Form der Verteilerstücken (13) kann gemeinsam mit dem Schneidvorgang eingebracht werden. Die längs verlaufenden Kanäle und Verbindungskanten können im kontinuierlichen Fertigungsprozess aufgebracht werden, was einen wesentlichen fertigungstechnischen Vorteil gegenüber der Herstellung von Absorberstreifen darstellt.
• Beispiel 2
• Als Material der oberen Rolle (2) und der unteren Rolle (1) dient Edelstahlblech. Die Schweißung der verbindungs- und seitlichen Abschlussnähte erfolgt durch eine Rollnaht- oder Ultraschallschweißeinrichtung (5) erst, wenn beide Bleche unter Druck übereinander liegen. Die Schweißung der senkrecht zur Fertigungsrichtung verlaufenden Abschlussnaht erfolgt gemeinsam mit dem Schneidvorgang. Die Schweißung der längs verlaufenden Kanalnähte erfolgt im kontinuierlichen Fertigungsprozess.
• Die verbundenen Bleche werden danach, analog zu Bespiel 1, zu einer Absorber-Rolle aufgewickelt.
• Die Fluidströmungen sind jeweils schematisch in 3 und 4 dargestellt.
• Die nach Beispiel 1 oder 2 gefertigte Absorber-Rolle (8) wird mit einer Achse und Lauf- bzw. Führungsrädern (11) versehen, zum Einsatzort transportiert und über die Anschlussstutzen (10) hydraulisch angeschlossen. Druckanlage kann dabei eine Befüllanlage mit Solarflüssigkeit oder ein einfaches System mit Wasser sein.
• Bei der Montage rollt sich die Absorber-Rolle (8) selbstständig in den Kollektorkasten (12) ab. Die Führungseinrichtung halten den Absorber im Kollektorkasten (12) und die Laufräder auf den optional erfindungsgemäß zu verwendenden Montageschienen (14). Bei schmaleren Kollektorkästen (12) können auch die Seitenwände der Kollektorkästen (12) als Montageschienen (14) genutzt werden. Die Rollbewegung der Absorber-Rolle (8) entsteht durch das Auffüllen des Absorbers mit Wirkmedium und die Ausbildung der Absorberkanäle. Bei der im Beispiel 2 dargestellten Ausführung aus Edelstahlblech und in beiden Varianten insbesondere zu Beginn des Ausrollvorgangs ist es sinnvoll diesen durch eine Abrolleinrichtung aktiv zu unterstützen. Das Blechpaket wird durch die Formgebung schmaler, was in 2 relativ zu den übrigen Abmessungen übertrieben dargestellt ist.

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung und Montage von großflächigen Solarabsorbern und Sonnenkollektoren aus miteinander verbundenen biegsamen Flächen, dadurch gekennzeichnet, dass ebene Bahnen oder Bahnabschnitte eines biegsamen Materials aufeinander gelegt werden und durch eine Anzahl parallel zu einem Rand verlaufende Verbindungsnähte (6) miteinander verbunden werden, dass an beiden den rechtwinklig zu den Verbindungsnähten (6) verlaufenden Kanten rohrförmige, mit Anschlussstutzen (9) versehene Verteilerstücken (10) so ausgebildet werden, dass an den Verteilerstücken (10) vorhandene Öffnungen in einen von zwei Verbindungsnähten (6) und den dazwischen liegenden Bahnabschnitten umschlossen Raum münden, dass die beiden miteinander und dem Verteilerstücken (10) verbundenen Bahnen (1 und 2) zu einer Absorber-Rolle(8) aufgerollt werden, dass diese Absorber-Rolle (8) zur Einsatzstelle transportiert wird, dort an einem Ende der an Ort und Stelle montierten Kollektorkasten (12) eingelegt wird, worauf die Absorber-Rolle (8) ausgerollt wird, wobei während des Ausrollens oder nach dem vollständigen Ausrollen so viel des Wärmetauschermediums über die Anschlussstutzen (9) in die von je zwei Nähten und den dazwischen liegenden Bahnabschnitten umschlossenen Räume gepresst wird, dass sich diese zu einem ovalen oder kreisrunden Querschnitt aufwölben, dass die Anschlussstutzen (9) mit der Warmwasseranlage verbunden werden und in der Kollektorkastens (12) mit dem hierfür üblichen Scheiben abgedeckt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als biegsames Material ein Kupferblech verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als biegsames Material ein Edelstahlblech verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als biegsames Material eine Folie aus Gummi oder Kunststoff verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupferblech mindestens einer Bahn auf der Oberseite mit einer selektiven Beschichtung überzogen ist.
6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine untere Bahn (1) und eine obere Bahn (2) kontinuierlich von 2 Rollen abgerollt werden, während des Abrollens die untere Bahn (1) und die obere Bahn (2) abschnittsweise miteinander nahtförmig verbunden werden, dass die Bahnen nach dem Verbinden entsprechend der benötigten Kollektorlänge von den durch die Nähte (6) verbundenen laufenden Bahnen (1, 2) abgeschnitten werden, dass nach dem Ablängen an den Schnittkanten die Verteilerstücken (10) ausgebildet werden und das die so vorgefertigten Kollektoren auf einen der bei den Verteilerstücke (10) zu einer Rolle (8) aufgerollt und zur Einsatzstelle transportiert werden.
7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum nahtförmigen Verbinden der Bahnen mit Hilfe von Rollnahtoder Ultraschallschweißeinrichtungen ausgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das nahtförmige Verbinden durch Lötung ausgeführt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das nahtförmige Verbinden durch Verkleben ausgeführt wird.