DE19548275A1

DE19548275A1 - Transportable Solarabsorber-Speichereinheit

Info

Publication number: DE19548275A1
Application number: DE19548275A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Ladwig; Andreas Daehn; Rainer Dr Maletti; Gisbert Foerster
Original assignee: LADWIG KARL HEINZ
Current assignee: LADWIG KARL HEINZ
Priority date: 1995-12-22
Filing date: 1995-12-22
Publication date: 1997-06-26

Description

Die Erfindung betrifft einen transportablen Solarab sorber, der mit einem Warmwasserspeicher zu einer mobilen, kompakten Solar-Anlage gekoppelt ist.

Für derartige an beliebigen Nutzungsstandorten betreibbare Sonnenkollektoren gibt es ein breites Anwendungsfeld ins besondere in der Landwirtschaft, auf Baustellen, Freizeit anlagen, auf Märkten sowie bei Individualverbrauchern.

Aus DE 92 07 329 U1 ist ein transportabler Sonnenkollektor bekannt, der aus einem relativ flachen Absorberteil mit einem im oberen Bereich rückseitig angeformten, speziell ausgebildeten Speicherteil, sowie einer vorderseitigen, transparenten, UV-beständigen Abdeckung und einer seit lichen und rückseitigen abnehmbaren Wärmedämmung besteht.

In DE 87 06 097 U1 wird eine kompakte Solaranlage zur Erwärmung von Brauchwasser beschrieben, bei der Absorber und Wärmespeicher durch nur einen Behälter gebildet werden, der sowohl eine oder mehrere Zonen mit geringem Volumen und großer Oberfläche, die dem Sonnenlicht ausgesetzt werden (Absorberzonen), als auch eine oder mehrere Zonen großen Volumens und geringer Oberfläche, die mit einer Wärmedämmung versehen sind (Speicherzonen), besitzt.

Gegenstand der DE-OS 35 33 565 ist ein passiver Sonnen energie-Warmwasserbereiter aus einem vorzugsweise zylin drischen Warmwasserspeicher, der in einem geschlossenen, ein Lichtfenster aufweisenden Isoliergehäuse sitzt und mit einem im Einstrahlbereich des Lichtfensters liegenden, eine lichtabsorbierende, selektive Beschichtung aufnehmen den Teil selbst als Absorber dient.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine kompakte Solarabsorber- Speichereinheit zu entwickeln, die transportabel ist und bei der der Speicher langgestreckt so ausgeführt ist, daß er die Absorberelemente aufnehmen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmalskombi nation der Ansprüche 1 und 4 gelöst, die Unteransprüche zei gen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Der neue Sonnenkollektor besteht aus einem Rohrspeicher variablen Speichervolumens, das über Länge und Durchmesser des Rohres eingestellt werden kann. Dieser Rohrspeicher besitzt eine Isolierummantelung und beinhaltet einen Wärmetauscher, an den die Absorberelemente im vorzugsweise geschlossenen Kreislauf angeschlossen sind.

Zum Rohrspeicher gehört mindestens ein Solarabsorberele ment, das vorzugsweise eine Plattenform aufweist.

In einer ersten bevorzugten Ausführungsform wird der Rohr speicher zur Inbetriebnahme in vertikaler Position aufge stellt. Die vorhandenen Solarabsorberplatten liegen in Transportposition mit ihren Längsachsen parallel zur Längsachse des Rohrspeichers auf der Wandung des Rohrspei chers auf.

Zur Herstellung der Betriebsposition werden die Absorber platten an ihrem unteren Ende soweit ausgestellt, daß sie einen für die Nutzung der Sonneneinstrahlung günstigen Anstellwinkel α einnehmen. Dieses Ausschwenken der Absor berplatten aus der zur Längsachse des Rohrspeichers paral lelen Transportposition kann erreicht werden durch eine drehbare Lagerung der Absorberplatten an ihrem oberen Ende und Fixierung der Absorberplatte im gewünschten Ausstell winkel α mittels eines Stützelementes am unteren Ende der Absorberplatte bzw. des Rohrspeichers.

In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform verbleibt der Rohrspeicher auch bei Inbetriebnahme in der horizontalen bzw. liegenden Transportlage. Zwei Absorberplatten sind mit ihren beweglichen gelagerten gemeinsamen Fußpunkten parallel zur Längsachse des Rohrspeichers mit geeigneten Befestigungselementen auf der Isolierummantelung des Rohrspeichers arretiert. Die beiden Absorberplatten haben etwa die gleiche Größe und können wie ein Schmetterlings- Flügelpaar bewegt werden, d. h. sie können zu einer die Solarstrahlung aufnehmenden Gesamtebene aufgeklappt bzw. geöffnet werden, sie können aber auch so zusammengefaltet bzw. geschlossen werden, daß sich ihre Absorberflächen berühren.

Zwischen diesen beiden Grenzpositionen kann das Absorber plattenpaar in beliebigen weiteren Winkeln im Bereich von etwa 0° < α < 180° zueinander eingestellt werden.

Auf diese Weise kann die für die Solareinstrahlung aktive Absorberfläche, abhängig von den gewünschten bzw. kriti schen Betriebsparametern (Druck, Temperatur des Wasser durchlaufes) gesteuert werden.

Zum Schutz gegen die Überhitzung des Absorbersystems bei besonders starker Sonneneinstrahlung kann also die aktive Absorberplattenfläche durch Zusammenklappen der Flügel (Verkleinerung des Winkels α von beispielsweise 180° auf 90°) reduziert werden.

Die Grenzposition mit dem Winkel (α = 0°, d. h. die Absor berplatten verlaufen parallel zueinander, empfiehlt sich auch als Vorsorgemaßnahme zum Frostschutz und ist als Transportstellung vorzusehen.

Die Bewegung des Absorberplattenpaares selbst kann durch bekannte Steuer- und Regelsysteme erfolgen.

Der erfindungsgemäße Sonnenkollektor kann im Inselbetrieb aber auch in Kopplung mit einer ortsfesten Warmwasser- Anlage genutzt werden.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Schutzansprüche verwiesen.

Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausfüh rungsbeispielen. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1 Prinzipdarstellung der transportablen Solarabsor ber-Speichereinheit in vertikaler Betriebsposition mit einem am Rohrspeicher abgestützen Absorberele ment in der Seitenansicht,

Fig. 2 schematische Darstellung einer Solarabsorber-Speicher einheit nach Fig. 1 mit 3 Solarabsorberelementen in Betriebsposition und in Transportposition,

Fig. 3 schematische Darstellung einer Solarabsorber- Speichereinheit mit einem beweglichen Absorber plattenpaar in liegender Betriebsposition.

Fig. 1 zeigt die Seitenansicht der transportablen Solar absorber-Speichereinheit in teilweiser Schnittdarstellung und Fig. 2 die Draufsicht.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 besteht die Solar absorber-Speichereinheit aus einem Rohrspeicher 1 in den Abmessungen 2,2 m Länge bzw. Höhe (in Betriebsposition) und 0,6 in Durchmesser und einem plattenförmigen Absorber element 5 mit den Maßen 2,0 m Länge und 1,0 m Breite.

Der Rohrspeicher 1 ist ein zylindrischer Speicherbehälter, dessen Außenwandung 2 eine Isolierummantelung 3 trägt.

Die den Ausstellvorgang des Solarabsorbers mit dem Winkel α gewährleistende Montage des Solarabsorbers 5 am Rohrspeicher 1 erfolgt mittels drehbarer Lagerung 7 am oberen Ende des Rohrspeichers 1 und Stützelement 6 am unteren Ende des Rohrspeichers 1.

Das Stützelement 6 kann für den Transportvorgang der So larabsorber-Speichereinheit eingeklappt und der Solarab sorber in eine zur Achse des Rohrspeichers parallele Posi tion zurückgeschwenkt werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind auf dem Rohr speicher 1 und zwar auf dem im Tagesverlauf der Sonne zugekehrten Sektor der Rohrwandung 2, 3 drei Absorberele mente 5 montiert. Die Fig. 2.1 zeigt die Draufsicht auf eine derartige Solarabsorber-Speichereinheit in Betriebs position, d. h. mit ausgestellten Solarabsorbern 5. Die Fig. 2.2 veranschaulicht die Draufsicht auf diese Anlage in Transportposition, also mit an der Rohrwandung 2, 3 anliegenden Absorberelementen 5.

Der Wasserdurchlauf ist bei diesem Beispiel wie folgt organisiert:
Absorberelement(e) 5 und Wärmetauscher 4 sind zu einem geschlossenen Kreislauf zusammengefaßt. Dabei sind Absor berelement(e) und Wärmetauscher über die Rohrverbindungen 8 (Ableitung vom Wärmetauscher und Zuleitung zum Absorber element) und 9 (Ableitung aus Absorberelement und Zulei tung zum Wärmetauscher) gekoppelt.

Das solarerwärmte Wasser wird vom Ausgang des Absorber elements über die Heißwasserableitung 9 dem Wärmetauscher 4 zugeführt, um nachfolgend im geschlossenen Kreislauf wieder am Einleitungspunkt 8 zur erneuten Temperatur beladung zur Verfügung zu stehen.

Für den Nutzwasserkreislauf wird Frischwasser über die Zuleitung 10 dem Rohrspeicher 1 zugeführt und kann am Ent nahmepunkt 11 als Warmwasser abgenommen werden.

Fig. 3 zeigt eine Solarabsorber-Speichereinheit nach der zweiten bevorzugten Ausführungsform. Dabei hat der Rohr speicher 1 eine liegende Position und ein Absorberplatten paar 5.1, 5.2 ist mittels zwei gemeinsamer scharnierarti ger Fußpunkte 12 beispielsweise mit Gurten 13 an der Iso lierummantelung 3 des Rohrspeichers 1 verschwenkbar be festigt.

Fig. 3.1 zeigt die Stirnansicht und Fig. 3.2 die Seiten ansicht dieser Solarabsorber-Speichereinheit in Transport- bzw. Frostschutzstellung, d. h. bei einem Winkel (α = 0° ist die aktive Absorberfläche = 0. In diese Position kann das Absorberplattenpaar 5.1, 5.2 gemäß Pfeilrichtung 14 auch in kritischen Betriebszuständen (bei überschreiten ent sprechender Temperatur- und Druckwerte des Absorber-Wärme tauscher-Kreislaufes) verschwenkt werden.

Fig. 3.3 veranschaulicht anhand der Stirnansicht zwei Betriebszustände der Solarabsorber-Speichereinheit. Im Betriebszustand A wird bei α₁ = 180° mit der maximal möglichen Absorberfläche für die Sonneneinstrahlung 15 gearbeitet und im Betriebszustand B bei (α₂ = 90° mit einer entsprechend verringerten aktiven Absorberfläche. Über das nicht dargestellte Steuer- bzw. Regelsystem für die Einstellung der gewünschten Betriebsparameter bzw. Betriebspositionen kann die Bewegung des Absorberplatten paares 5.1, 5.2 kontinuierlich oder in diskreten Schritten zwischen α = 0° und (α = 180° verstellt werden.

Bezugszeichenliste

1 Rohrspeicher
2 zylindrische Außenwandung
3 Isolierummantelung
4 Wärmetauscher
5 Absorberelement
6 Stützelement
7 drehbare Lagerung
8, 9 Rohrverbindungen des Wärmetauscher/ Absorberelemente-Kreislaufs
10 Frischwasserzuführung
11 Warmwasserentnahme
12 Fußpunkt
13 Gurte
14 Pfeile
15 Sonneneinstrahlung

Claims

1. Transportable Solarabsorber-Speichereinheit bestehend aus

a) einem Rohrspeicher (1) variablen Speichervolumens in vertikaler Betriebsposition, der zumindest an der zylind rischen Außenwandung (2) mit einer Isolierummantelung (3) versehen ist und der einen Wärmetauscher (4) beinhaltet, und
b) einem oder mehreren Solarabsorberelementen (5), die so am Rohrspeicher (1) montiert sind, daß sie sich in Betriebsposition mit einem für die Solareinstrahlung (15) günstigen Anstellwinkel α am Rohrspeicher (1) abstützen und in Transportposition mit ihrer Längsachse in parallem Verlauf zur Längsachse des Rohrspeichers auf der Wandung des Rohrspeichers (1) aufliegen.

2. Solarabsorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrspeicher (1) bei vari abler Länge einen effektiven Durchmesser von etwa 20 bis 80 cm aufweist und die Dicke der Isolierummantelung (3) etwa 6 bis 12 cm beträgt.

3. Solarabsorber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der Schräge und damit des Anstellwinkels des jeweiligen Solarabsorber elements (5) durch Abstandsverstellung eines Stützelemen tes (6) am unteren Ende des Rohrspeichers (1) bzw. Solar absorberelementes (5) erfolgt und am oberen Ende das So larabsorberelement (5) mittels einer drehbaren Lagerung (7) am Rohrspeicher (1) befestigt ist.

4. Transportable Solarabsorber-Speichereinheit bestehend aus

a) einem Rohrspeicher (1) variablen Speichervolumens in liegender Betriebsposition, der zumindest an der zylind rischen Außenwandung (2) mit einer Isolierummantelung (3) versehen ist und der einen Wärmetauscher (4) beinhaltet, und
b) einem Absorberplattenpaar (5.1, 5.2) mit mindestens zwei gemeinsamen, eine beliebig schmetterlingsflügelartige Schwenkbewegung der Platten (5.1, 5.2) zur Vergrößerung oder Verkleinerung der aktiven Absorberfläche ermöglichen den Fußpunkten (12), die parallel zur Längsachse auf der Isolierummantelung (3) des Rohrspeichers (1) befestigt sind.

5. Solarabsorber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellung der Absorberplat ten (5.1, 5.2) in der Weise veränderlich ist, daß sie zur Anpassung der aktiven Absorberfläche an die aktuellen Betriebsparameter einen Winkel im Bereich von 0° < α < 180° einschließen.

6. Solarabsorber nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der gewünschten Betriebsparameter und Betriebspositionen die Bewegung des Absorberplattenpaares (5.1, 5.2) durch ein geeignetes Steuer- oder Regelsystem kontinuierlich oder in diskreten Schritten zwischen α = 0° und α = 180° verstellbar ist.