DE19539115A1 - Solarkollektorsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Solarkollektorsystem mit einem langgestreckten rinnenförmigen Reflektor, der die einfallende Strahlung auf einen rohrförmigen Absorber konzentriert, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bekannt sind sogenannte Rinnenkollektoren für die Um­ wandlung von Sonnenenergie. Solche Rinnenkollektoren haben einen langgestreckten rinnenförmigen Reflektor, der bis zu mehrere 100 m lang sein kann und parabo­ lischen Querschnitt hat. Der Reflektor konzentriert das einfallende Sonnenlicht auf einen Absorber, der sich über die gesamte Länge des Reflektors erstreckt und ein Absorberrohr aufweist, welches von einem Wärmeträgerme­ dium, z. B. Öl, durchströmt ist. Die auf den Absorber konzentrierte Sonnenenergie heizt das Wärmeträgermedium auf, das dann beispielsweise mit einer Temperatur von etwa 400°C einem Dampferzeuger zugeführt wird, der einen Wärmetauscher zum Verdampfen von Wasser enthält.

Auf ein derartiges Sonnenkollektorsystem bezieht sich die vorliegende Erfindung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Solarkollektorsystem mit rinnenförmigem Reflektor und langgestrecktem Absorber den Wirkungsgrad zu verbes­ sern.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen.

Bei dem erfindungsgemäßen Sonnenkollektorsystem ist auf der dem Reflektor abgewandten Seite des Absorberrohres ein Isolierschild angeordnet, welcher einen Teil des Rohrumfangs abschirmt. Damit wird erreicht, daß das Absorberrohr auf der dem Reflektor zugewandten Seite unvermindert Strahlung vom Reflektor aufnimmt, die Wärmeverluste zu der dem Reflektor abgewandten Seite jedoch geringgehalten werden. Die Erfindung basiert auf dem Gedanken, daß bei hohen Betriebstemperaturen des Absorbers (oberhalb 300°C) der Absorber in erheblichem Maße Wärme in die Umgebung abstrahlt. Auf der dem Re­ flektor abgewandten Seite übersteigen die Abstrahlver­ luste diejenige Wärmemenge, die auf dieser Seite vom Absorber aufgenommen wird. Die der Sonne zugewandte Seite bildet daher eine Wärmeverlustzone. Durch Ab­ schirmung dieser Seite mit einem Isolierschild werden die Verluste des Absorbers insgesamt verringert, so daß der Wirkungsgrad des Sonnenkollektorsystems erhöht wird.

Das Absorberrohr ist von einem strahlungsdurchlässigen Mantel umgeben. Dieser Mantel, der z. B. aus Glas be­ steht, verhindert Wärmeverluste durch Konvektion und Wärmeleitung an die umgebende Luft. Zweckmäßigerweise ist der von dem Mantel umgebene Raum evakuiert, so daß innerhalb des Mantels keine Wärmeübertragung durch Luft erfolgt. Der Isolierschild kann außerhalb des Mantels oder innerhalb des Mantels angeordnet sein. Er kann auch Bestandteil des Mantels sein, wobei der Mantel in diesem Fall nicht auf seiner gesamten Umfangsfläche strahlungsdurchlässig ist, sondern nur in demjenigen Bereich, der frei von dem Isolierschild ist.

Der Isolierschild besteht aus einem wärmeisolierenden, hochtemperaturbeständigen Material, vorzugsweise aus Keramikschaum auf der Basis "hochdisperse Kieselsäure". Infolge der wärmeisolierenden Eigenschaften des Iso­ lierschildes ergibt sich ein hoher Temperaturgradient über den Querschnitt des Isolierschildes, wobei die Außenfläche relativ kalt bleibt. Daher ist an der Stel­ le des Isolierschildes die Wärmeabstrahlung des Absor­ bers nach außen gering.

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnun­ gen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht des Sonnenkol­ lektorsystems,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Absorber des Son­ nenkollektorsystems nach Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine zweite Ausfüh­ rungsform des Absorbers und

Fig. 4 einen Querschnitt durch eine dritte Ausfüh­ rungsform des Absorbers.

Das Sonnenkollektorsystem von Fig. 1 weist einen lang­ gestreckten rinnenförmigen Reflektor 10 von paraboli­ schem Querschnitt auf, der beispielsweise eine Länge von 100 m hat und eine Spannweite von 5 m. Längs der Fokuslinie des Reflektors 10 ist ein langgestreckter rohrförmiger Absorber 12 angeordnet, der an dem Reflek­ tor so befestigt ist, daß er dessen Bewegungen folgt. Der Reflektor 10 ist an einer Tragstruktur 13 ange­ bracht, die eine Nachführung des Reflektors nach dem Stand der Sonne ermöglicht.

In Fig. 2 ist der Absorber 12 vergrößert dargestellt. Er weist ein Absorberrohr 15 auf, das z. B. aus Metall besteht und eine strahlungsabsorbierende Oberfläche hat. Das Absorberrohr hat einen Durchmesser von etwa 5 bis 10 cm. Sein Innenraum 16 ist von einem Wärmeträger­ medium, z. B. Öl, in Längsrichtung durchströmt, das von dem Absorberrohr 15 Wärme aufnimmt und diese nach Ver­ lassen des Absorberrohres an einen Dampferzeuger ab­ gibt.

Das Absorberrohr 15 ist von einem Mantel 17 aus Glas mit Abstand umgeben. Der Zwischenraum 18 zwischen Ab­ sorberrohr 15 und Mantel 17 ist üblicherweise evaku­ iert.

Auf der dem Reflektor 10 abgewandten Seite des Absor­ bers 12 ist ein Isolierschild angeordnet, der sich über einen Umfangssektor von 90-140° erstreckt und der Seite der einfallenden Strahlung 11 zugewandt ist. Der Iso­ lierschild 19 besteht aus wärmeisolierendem Material, z . B. Keramikschaum.

Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2 ist der Isolier­ schild 19 zwischen dem Absorberrohr und dem Mantel 17 angeordnet. Er füllt den Zwischenraum 18 in diesem Be­ reich vollständig aus, d. h. er steht mit der Innenseite des Mantels 17 und der Außenseite des Absorberrohres 15 in Berührung. Der Mantel 17 ist hier als umfangsmäßig geschlossenes rundes Rohr ausgebildet. Der Isolier­ schild 19 verhindert Wärmestrahlungsverluste des Absor­ berrohres 15 in demjenigen Winkelbereich, in dem die einfallende Wärmestrahlung geringer ist als die vom Absorberrohr abgegebene Wärmestrahlung. Durch den Iso­ lierschild wird die Bestrahlung des Absorberrohres 15 mit konzentriertem Sonnenlicht nicht beeinträchtigt. Lediglich die direkte Sonnenstrahlung wird ferngehal­ ten. Der Isolierschild mindert auch die Auskühlung des heißen Absorberrohres 15 und des Wärmeträgermediums in Zeiten geringer oder überhaupt keiner Energiezufuhr, z. B. bei Wolkendurchgang oder in den Nachtstunden.

Der strahlungsdurchlässige Mantel 17 verhindert das Abkühlen des Absorberrohrs 15 durch Konvektion, vor allem bei Wind. Ferner begrenzt er hier den evakuierten Zwischenraum 18.

Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 3 ist der Mantel 17 ebenfalls als geschlossenes Glasrohr ausgebildet.

Der Isolierschild 19 befindet sich hier auf der Außen­ seite des Mantels 17. Ebenso wie bei dem Ausführungs­ beispiel von Fig. 2 sind die längslaufenden Ränder 20 des Isolierschildes 19 radial zum Absorberrohr 15 aus­ gerichtet.

Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 4 ist der Isolier­ schild 19 Bestandteil des Mantels 17. Der Mantel 17 besteht hierbei aus einer Rinne von teilkreisförmigem Querschnitt, die sich über einen Umfangsbereich von mehr als 180° erstreckt. Der Rest des Umfanges wird von dem Isolierschild 19 komplettiert, der sich vom Absor­ berrohr 15 aus nach außen erstreckt und dessen Außen­ durchmesser größer sein kann als derjenige des rinnen­ förmigen Teils 17a. Die Ränder 21 des rinnenförmigen Teils 17a sind in geeigneter Weise an den Rändern des Isolierschilds befestigt und gegenüber diesem abgedich­ tet. Die Ränder 22 sind so abgeschrägt, daß ihre Ver­ längerungen 23 sich jenseits der Achse des Absorberroh­ res 15 schneiden, also an einer Stelle, die dem Reflek­ tor 10 zugewandt ist. Alternativ hierzu können die Rän­ der 22 auch radial zum Rohr 15 verlaufen oder auch par­ allel zueinander, d. h. in einer gemeinsamen Ebene lie­ gen. Zu einer weiteren Ausführung kann bei geeigneter Reflektorkonstruktion und -geometrie der Mantel 17 auch einen geringeren Umfangsbereich als 180° abdecken.

Claims (10)

1. Solarkollektorsystem mit einem langgestreckten rinnenförmigen Reflektor (10), der einfallende Strahlung auf einen rohrförmigen Absorber (12) konzentriert, wobei der Absorber (12) ein von ei­ nem Wärmeträgermedium durchströmtes Absorberrohr (15) aufweist, welches von einem strahlungsdurch­ lässigen Mantel (17) umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Reflektor (10) abgewandten Seite des Absorbers (12) ein Isolierschild (19) angeord­ net ist, welcher einen Teil des Umfangs des Absor­ berrohrs (15) abschirmt.

2. Solarkollektorsystem nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Isolierschild (19) zwischen dem Absorberrohr (15) und dem als Rohr ausgebilde­ ten Mantel (17) angeordnet ist.

3. Solarkollektorsystem nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß der Isolierschild (19) an der Außenseite des als Rohr ausgebildeten Man­ tels (17) befestigt ist.

4. Solarkollektorsystem nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierschild (19) Bestandteil des Mantels (17) ist.

5. Solarkollektorsystem nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierschild (19) bis an das Absorberrohr (15) heranreicht.

6. Solarkollektorsystem nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierschild (19) aus Keramikschaum besteht.

7. Solarkollektorsystem nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum (18) zwischen Absorberrohr (15) und Mantel (17) evaku­ iert ist.

8. Solarkollektorsystem nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ränder (20) des Isolierschildes (19) im wesentlichen radial zum Absorberrohr (15) verlaufen.

9. Solarkollektorsystem nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ränder (22) des Isolierschildes (19) so abgeschrägt sind, daß ihre Verlängerungen (23) sich außerhalb der Achse des Absorberrohres (15) schneiden.

10. Solarkollektorsystem nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ränder (22) des Isolierschilds (19) in einer Ebene liegen.