DE202005002198U1

DE202005002198U1 - Solaranlage

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Publication number: DE202005002198U1
Application number: DE200520002198
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-03-08
Filing date: 2005-02-04
Publication date: 2005-04-14
Anticipated expiration: 2015-02-05
Also published as: DE102005006329A1; DE102005006329B4; DE102005006329A8

Abstract

Solaranlage zur Gewinnung von Wärmeenergie und/oder elektrischer Energie aus Sonnenenergie mit Sonnenkollektoren, dadurch gekennzeichnet, daß um möglichst ertragsstarke Kollektoren verwenden zu können und trotzdem unerwünscht hohe Temperaturen oder elektrische Überkapazitäten zu verhindern, eine oder mehrere die wirksamen Kollektorenflächen, beim Erreichen eines oberen Temperaturgrenzwertes in der Solaranlage oder Teilen davon, zeitweise ganz oder teilweise überdeckende Beschattungseinrichtungen angeordnet sind und z.B. infolge eines sehr hohen Sonnenenergieangebotes und/oder bei Funktionsstörungen in der Anlage etwa bei Stromausfall, bei Defekten von Komponenten der Anlage, bei Wartungs- und Reparaturarbeiten und anderen Gefahrensituationen die Beschattungeinrichtung mit Hilfe einer Arretierung oder einer Kraft z.B. eines Schließorganes geschlossen gehalten wird und daß erst beim Erreichen einer vorgegebenen niedrigeren Temperatur in der Anlage oder Teilen davon, von einem Öffnungsorgan die Beschattungseinrichtung geöffnet wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Solaranlage der gattungsgemäßen Art für die Erwärmung von Brauchwasser und Schwimmbadwasser, zur Raumbeheizung von Gebäuden, Gewächshäusern, Industrieanlagen und ähnlichem.
Verschiedenste Ausführungen von Sonnenkollektoren sind heute allgemein bekannt und es gibt an den Kollektoren selbst eine Vielzahl von mehr oder weniger wirkungsvollen Verbesserungen, wie z.B. gemäß den Offenlegungsschriften DE 10062481 A1 und DE 10213391 A1 und der Patentschrift AT 402 114 B.
Die bekannten Solarkollektoren haben jedoch alle noch einen besonderen Nachteil. Sie sind nähmlich nicht optimal auf die unterschiedlichen Wetterbedingungen abstimmbar.
So ist z.B. die Periode mit dem größeren Sonnenenergieangebot gegenüber der Periode mit dem größten Heizenergiebedarf zeitlich versetzt. Während der Wärmeverbrauch objektiv für die Brauchwassererwärmung über das ganze Jahr hindurch noch einigermaßen konstant ist, besteht zu Zeiten des größten Wärmebedarfs für die Raumbeheizung nur ein sehr geringes Sonnenenergieangebot. Dem größten Bedarf an Raumheizungsenergie steht leider ein Minimum an verfügbarer Sonnenenergie gegenüber. Damit ist eigentlich schon gezeigt, daß für eine Raumbeheizung allein Sonnenenergie bei den bekannten Solaranlagen noch nicht vernünftig eingesetzt werden kann. Um eine wesentliche Verbesserung der Raumheizung zu realisieren, müßte die Kollektorenleistung relativ groß bemessen werden. Dies kann aber im Sommer zu unerwünscht hohen Temperaturen in der Solaranlage oder Teilen davon führen.
Aus diesem Grunde ist es üblich, die Kollektorenleistung sicherheitshalber wesentlich kleiner zu bemessen, was die Rentablität der Solaranlagen ganz erheblich vermindert. Außerdem sind zusätzliche Anlagen-Komponenten (Pfufferspeicher, Regelung u.s.w.) erforderlich, wodurch das Verhältnis des solaren Energiegewinns zu den Investitionskosten zusätzlich verschlechtert wird.
Für die Raumbeheizung wäre es wichtig, daß gerade in den Zeiten kurzer totaler Sonnenlichtstrahlungen, oder nur diffuser Strahlungen, möglichst einen optimalen Energieertrag spendende große Kollektorenleistungen installiert werden können, um die jeweils vorhandenen Wärmespeicher alle auf laden zu können.
Bei Hallenschwimmbädern wird der Wärmebedarf wesentlich durch das Wetter beeinflußt. Durch den Anteil der von der Klimaanlage angesaugten Frischluft wirkt sich die Luftfeuchtigkeit und die Außenlufttemperatur mit ihren Schwankungen aus, wie auch die unterschiedlichen Transmissionswärmeverluste angesichts der enormen Temperaturdifferenzen zwischen Raumluft und Außentemperatur.
Auch aus diesem Grunde müßte die Kollektorenleistung relativ groß bemessen werden, was im Sommer ebenfalls zu unerwünscht hohen Temperaturen in der Solaranlage oder Teilen davon führen würde. Die gerade noch verantwortbaren, Kollektorenleistungen setzen deutliche Grenzen.
Demnach sind auch hier Kompromisse erforderlich, welche die Deckungsrate des Energiebedarfs mit Solarenergie und damit die Wirtschaftlichkeit negativ beeinflussen.
An heißen Sommertagen müssen mit den bekannten Solaranlagen oftmals fast unerträglich hohe Raumluft -und Wassertemperaturen in Kauf genommen werden, um Überhitzungen der Anlagen und Stagnation mit ihren negativen Folgen zu vermeiden, indem z.B. Thermostatventile an Heizkörpern ganz aufgedreht werden, obwohl keine Raumheizung mehr gewollt ist, oder heißes Brauchwasser nutzlos abgelassen wird. Auch zusätzliche Wärmespeicher sind nur begrenzt wirksam und verursachen hohe Kosten.
Ein weiter Nachteil besteht z.B. wenn das Schwimmbecken an Tagen mit großer Sonneneintrahlung entleert werden muß und dann ein hoher unerwünschter Temperaturanstieg in den Anlagen erfolgt.
Oder z.B., wenn Maximaltemperatur an sehr sonnigen Tagen z.B, sowohl bei Brauchwassererwärmung wie auch des Schwimmbadwassers, des Schwimmbadraumes und der angeschlossenen Räume voll erreicht ist, besteht eine akute Gefahr. Wenn in einer bekannten Solaranlage durch Einbau einer temperaturgesteuerten Sicherheitsvorrichtung bei Erreichen einer vorgegebenen Höchsttemperatur keine Wärme mehr durch das Wärmeträgermedium abgeführt wird (Stagnation), besteht eine erhebliche Gefahr. Komponenten können zerstört werden, Menschen und Material sind gefährdet.
Ein weiterer Nachteil bekannter Solaranlagen besteht z.B. auch dann, wenn eine Umwälzpumpe ausfällt oder gar bei totalem Stromausfall und Ausfall der kompletten Anlage, weil dann die vorgenannte Stagnation schon bei verhältnismäßig geringer Sonneneinstrahlung zwangsweise entsteht. Auch die bekannte zusätzliche Anordnung von Photovoltaik-Anlagen zur Erzeugung von Gleichstrom und der Einbau von Gleichstrom-Umwälzpumpen ist keie zufriedenstellende Lösung.
Außerdem ist z.B. nachteilig, daß Reparatur -und Wartungsarbeiten an den Anlagen nur außerhalb der Zeiten der Sonneneinstrahlung durchgeführt werden können, weil sonst die Gefahr von Verbrennungen besteht.
Bei bekannten Kollektoren mit feststehenden Spiegeln, zur verbesserten Nutzung von diffusen Strahlen an leicht bewölkten Tagen, ist naturgemäß in Zeiten größter Sonneneinstrahlung die Gefahr, daß unerwünscht hohe Temperaturen in den Solaranlagen und bei Stagnation der Wärmeableitung. durch die Solarflüssigkeit, besonders in den Kollektoren auftreten können, sehr groß.
Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde unter Ausschaltung der vorgenannten Nachteile eine Solaranlage zu schaffen, die jede mögliche unerwünscht hohe Temperaturentwicklung der Sonnenkollektoren und der ganzen Anlage zuverlässig und weitgehend ausschließt und ein Höchstmaß an Betriebssicherheit gewährleistet und außerdem die Verwendung von ganz erheblich größeren Kollektorleistungen ermöglicht.
Die Lösung des Problems wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Nebenordnungen sind in den weiteren Ansprüchen angegeben. Die Problemlösung basiert auf der Erkenntnis, daß die Sicherheit und die Wirtschaftlichkeit von Solaranlagen erheblich verbessert werden können, wenn an den Sonnenkollektoren Einrichtungen angeordnet werden, die es ermöglichen, diese zeitweise in besonderen Situationen, ganz oder teilweise zu beschatten.
Eine weitere wichtige Erkenntnis besteht darin, daß die Beschattungseinrichtung bei Stromausfall und/oder bei überschreiten vorgegebener Temperatur, z.B bei Defekten in der Anlage schließen muß oder geschlossen "bleibt, um eine Überhitzung der Anlage und die damit verbundenen Gefahren zu vermeiden. Außerdem muß gewährleistet sein, daß die Beschattungseinrichtung nach dem Absinken auf eine vorgegebene niedrigere Temperatur wieder selbsttätig die Kollektorenfläche frei gibt.
Folgende Vorteile werden im wesentlichen erreicht:
Erfindungsgemäß wird ein unerwünschter Anstieg der Kollektortemperatur über ein den Gegebenheiten entsprechend vorgegebenes Maß hinaus, vorzugsweise zwischen etwa 100°C und 150°C, vermieden. Damit wird die Sicherheit der Solaranlage deutlich erhöht, die wirksame Kollektorenleistung kann wesentlich größer ausgelegt werden, und damit die Leistungsfähigkeit der Solaranlage insgesamt verbessert werden.
Da die erfindungsgemäß größere Kollektorleistung auch zu Zeiten großen Wärmebedarfs (vornehmlich zur Raumbeheizung) zur Verfügung steht, wird die Wirtschaftlichkeit der Solaranlagen um einen grossen Anteil verbessert.
Eine weitere Steigerung des Energieertrages und damit der gesamten Wirtschaftlichkeit resultiert aus der Doppelfunktion erfindungsgemäßer Beschattungseinrichtungen zusätzlich auch als Reflektoren, wenn diese einfach in eine andere Position bewegt werden. Besonders interessant sind die so ausgebildeten Einrichtungen, weil sie in Zeiten geringeren Sonnenenergieangebotes sogar noch ansprechende Leistung erbringen. Sie werden außerdem wegen der zusätzlich möglichen größeren Kollektorfläche sogar ganz besonders in der Wirtschaftlichkeit begünstigt.
Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Solaranlage bestehen darin, daß z.B. beim zeitweiligen Wegfall von Verbrauchern, die ihre Wärmeversorgung normalerweise mit Solarenergie decken, bei Schwimmbeckenentleerung, reduziertem Wärmebedarf, reduzierter Raumheizung, verminderter Brauchwasserentnahme, bei Reparaturen usw., einfach die Beschattungseinrichtung geschlossen werden kann, um unerwünscht hohe Temperaturen in den Kollektoren und der Anlage zu vermeiden.
Wenn der Verbrauch der zur Verfügung stehenden Solarenergie z.B. im Sommerurlaub reduziert ist, oder ganz entfällt, kann die Beschattungseinrichtung ebenfalls teilweise oder ganz geschlossen werden. Die Solaranlage kann dann ohne weiteres sogar ganz außer Betrieb gesetzt werden.
Außerdem ist die Beschattungseinrichtung auch als ein Schutz vor Wettereinflüssen, wie insbesondere Schnee, Hagel, Eisregen, Regen oder auch Schmutzablagerungen und sie kann z.B. auch als Wärmedämmung gegen nächtliche Abkühlung genutzt werden.
Ein weiterer Vorteil ist erfindungsgemäß das selbsttätige Schließen der Beschattungseinrichtung, sodaß die Sicherheit der Anlage auch bei Stromausfall gegeben ist.
Auch die nachträgliche Anordnung der Beschattungseinrichtung bei bereits vorhandenen Solaranlagen ist leicht möglich.
Nach dem Grundgedanken der Erfindung wird der Energieertrag von Solaranlagen ganz wesentlich verbessert, indem eine möglichst hohe Kollektorenleistung installiert werden kann, wenn Gefahrensituationen durch Überhitzung und Stragnation mit einer die Kollektorenfläche zeitweise überdeckenden Beschattungseinrichtung ausgeschlossen werden können.
Bei einem Lösungsbeispiel ist ein Sonnenkollektor auf einem Schrägdach montiert und eine erfindungsgemäße Beschattungseinrichtung ist als ziehharmonikaartiges Faltelement z.B. aus Aluminiumblech, Streifen aus Metall mit Scharnierverbindungen, z.B. Mineralfasergewebe hergestellt oder aus einem anderen nicht brennbaren, hitzebeständigen Material.
Das Faltelement ist mit Gleit -oder Walzkörpern ausgestattet, die in Führungsschienen gelagert sind, die an einem Untergestell befestigt sind, das in seiner Höhe so bemessen ist, daß zwischen dem Kollektor und der Beschattungseinrichtung auch in ganz geöffneter Stellung des Faltelementes ein ausreichend großer Abstand besteht, auch unter Berücksichtigung aller Witterungs -und temperaturbedingten Einflüsse.
Das Öffnen und Schließen der Beschattungseinrichtung kann z.B. manuell erfolgen, oder die Beschattungseinrichtung wird z.B. von der Kraft einer oder zwei in Schließrichtung wirkender Federn geschlossen gehalten bzw. geschlossen, wenn an einer oder mehreren Stellen der Solaranlage z.B. im Bereich des Anschlusses der Rücklaufleitung für das Wärmeträgermedium am Kollektor und/oder am Solarregler eine vorgegebene Temperatur ungefähr im Bereich zwischen 100°C und 150°C an einem dort angeordneten Temperaturfühler besteht. Nur wenn die Temperatur unter dieser Grenztemperatur liegt, wird die Beschattungseinrichtung z.B. über einen Thermoschalter, der z.B. einen Elektromotor einschaltet, geöffnet. Die Motorkraft muß größer sein als die Federkraft plus der Summe aller dem Öffnen entgegenwirkenden Kräfte. Die Übertragung der Schließkraft auf die Beschattungseinrichtung kann z.B. über Gelenkketten, Riemen, Zahnstangen oder ähnliches erfolgen. Die jeweils vorgegebene Endposition für das Schließen und Öffnen der Beschattungseinrichtung wird z.B. durch die Anordnung von elektrischen Endausschaltern erreicht.
Bei einem weiteren Lösungsbeispiel ist an einem ebenfalls auf einem Schrägdach montierten Sonnenkollektor eine diesen zeitweise überdeckende, aufrollbare Beschattungseinrichtung angeordnet, die in der Art eines Rollladenkasten in einen Aufsatzkasten auf eine Welle aufrollbar ist.
Der Aufsatzkasten ist mit stabilen Lagerschilden ausgebildet, an welchen freitragende Führungsschienen befestigt sind, deren gegenseitige Abstützung lösbar z.B. mit einer Schraubverbindung auf dem Dach erfolgt. Um eine weitgehende Überdeckung des Kollektors und den erforderlichen Abstand zwischen der Beschattungseinrichtung und dem Kollektor zu erreichen, sind die Führungsschienen zur gegenseitigen Abstützung hin abgewinkelt oder bogenförmig gestaltet, was auch architektonisch vorteilhaft ist. Die Beschattungseineinrichtung wird bei diesem Beispiel von ihrem Eigengewicht und mit Hilfe der Kraft einer auf die Welle wirkenden Verdrehungsfeder geschlossen bzw. geschlossen gehaltert und einem Rohrmotor mit eingebautem oder seperatem Empfänger und Funkfernsteuerung geöffnet.
Ein weiteres Lösungsbeispiel an einem ebenfalls auf einem Schrägdach montierten Röhrenkollektor besteht in der Möglichkeit, nebeneinander aufgereihte Röhren des Kollektors mit, um die Mittelachse der Röhre teildrehbar angeordneten gewölbte Beschattungseinrichtungen derart auszubilden, daß sie einerseits in die Röhren beschattende Positionen gedreht werden können und in anderen durch Teildrehungen erreichbaren Positionen durch Reflexion der direkten Sonnenstrahlen und diffuse Strahlungen zusätzlichen Energieertrag bringen. Die Beschattungseinrichtungen können z.B, aus Aluminiumblech geformt werden, wobei wenigstens die Innenflächen poliert werden und mit einem wasser -und schmutzabweisenden Belag, z.B. Nanobeschichtung mit Lotuseffekt versehen werden. Die Elemente der Beschattungseinrichtung sind bei diesem Beispiel am Anschlußgehäuse für die Röhren drehbeweglich gelagert und an der Gegenseite an einem zusätzlich auf der Dachhaut mit einer Schraubenverbindung befestigten Lager. Die Einstellung der Beschattungseinrichtung in die jeweils günstige Position kann z.B. manuell erfolgen oder z.B. mit einem Stellmotor über ein Gestänge, Zahnstangen, einen Hebelmechanismus, Ketten -oder Riemenantrieb, Bewegungsgewinde oder andere zweckentsprechende Mechanismen. Auch bei diesem Beispiel bleibt die Beschattungseinrichtung aus Sicherheitsgründen geschlossen, wenn z.B. infolge zu hoher Sonneneinstrahlung oder Defekten in der Anlage die Temperatur über von einem vorgegebenen Grenzwert in der Solaranlage oder Teilen davon liegt. Das Öffnen der Beschattungseinrichtung erfolgt dann bei einem niederen Toleranzwert wie bei einem vorhergehenden Lösungsbeispiel beschrieben.
Die Beschattungseinrichtungen mit den Reflektoren auf der Innenseite öffnen entweder um 180°C oder können wahlweise in eine Position eingestellt werden, die den zu jedem jeweiligen Zeitpunkt größten Energiegewinn ermöglicht. Hierzu dient eine Einstellungsmöglichkeit für den Winkel der Teildrehungen der Beschattungseinrichtungen, z.B. stufenlos durch eine Gewinde einstellung an den Drehwinkel verändernden Endbegrenzungen. Die jeweils günstigste Position der Reflektoren erfolgt z.B. mit Hilfe eines auf die Veränderungen der Strahlungsrichtung reagierenden Suchers, der dem Sonnenstand nachgeführt wird, und der einen Stellmotor zum Teildrehen der Beschattungseinrichtungen steuert.
Bei einer weiteren Lösungsmöglichkeit ist ein auch auf einem Schrägdach montierter Sonnenkollektor mit in Abständen nebeneinander gereihten Röhren mit einer Beschattungseinrichtung ausgestattet, die ebenfalls nicht nur zur Beschattung vorgesehen ist, sondern auch auf einfache Weise in Positionen zur Reflexion von Sonnenlichtstrahlen bewegt werden kann. Das wird erreicht, indem die Beschattungseinrichtung z.B. aus Lamellen mit bogenförmigem Querschnitt eng scharniert miteinander zu einem aufrollbaren Gebilde verbunden werden. Vorzugsweise außerhalb der Röhrenreihe können z.B. Seilrollen angeordnet werden, deren äußerer Umfang als Abrollfläche für die Innenseiten der Lamellen der Beschattungeinrichtung breitflächig ausgelegt sind. Die Lagerböcke für die Seilrollen sind auf dem Dach angeschraubt mit wenigstens einer Seilspannvorrichtung. Die Beschattungseinrichtung ist mit einem oder mehreren Seilen zu einer Endlosschleife verbunden. Selbstverständlich können statt der Seile (aus z.B. Edelstahl, Kunststoff oder Naturfaser) auch Gurte, Riemen, Gelenkketten oder ähnliches zur Bildung der Endlosschleife verwandt werden. Zur Reflexion der Sonnenlichtstrahlen und der diffusen Strahlung wird wenigstens die Innenseite der Beschattungseinrichtung als spiegelnde Fläche ausgebildet, mit einer schmutzabweisenden Beschichtung, z.B. Nanobeschichtung mit Lotuseffekt. Als Beschattungseinrichtung, die in anderer Position auch als Reflektor zur Verbesserung des Energiegewinns dienen soll, können auch z.B. Profile aus robustem stranggepreßtem Aluminium verwandt werden, mit einer Sonnenlichtreflexion von z.B. etwa 90%.
Die Bewegung der Beschattungseinrichtung in die Position zur Beschattung oder Reflexion kann z.B. wie bei zuvor beschriebenen Lösungsbeispielen und gemäß den Schutzansprüchen erfolgen. In der Position zur Reflexion befindet sich die Beschattungseinrichtung mit jeweiligem Abstand zwischen der Dachhaut und der Unterseite der Kollektorenröhren und wirkt somit auch zur Wärmeisolation.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist mindestens eine Fläche eines zur Beschattung und der Reflexion von Sonnenstrahlen ausgebildeten Rollladenpanzers mit einer stark reflektierenden Schicht ausgebildet. Dazu können z.B. die Aluminium-Lamellen des Rollladenpanzers poliert und mit einer dauerhaften, schmutzabweisenden Beschichtung versehen werden oder es kann ein fach eine reflektierende Schicht z.B. auf stranggepreßte Profile aufgebracht werden. Der Rollladenpanzer ist bei diesem Beispiel in einem Rollladenkasten aufrollbar, der außerhalb von Kollektoren mit nebeneinandergereihten Röhren, parallel zu den Röhren auf dem Dach befestigt ist. Die Führungsschienen für den Rollladen sind bei diesem Beispiel an einem Aluminium-Untergestell montiert und zwar für die Beschattung ein Führungsschienenpaar je nach baulichen Erfordernissen mit einem Abstand von etwa 20 bis 100 mm zwischen der Oberseite der Röhren und der Unterseite des Rollladenpanzers und ein weiteres Führungsschienenpaar wird, um die Stellung Reflexion zu ermöglichen, etwa in der Mitte des Abstandes zwischen Unterseite der Röhren und der Oberfläche der Dachhaut montiert. Die Führungsleisten sind mit Weichen ausgebildet, die eine Bewegung des Rollladenpanzers jeweils in die Stellungen zur Beschattung oder zur Reflexion ermöglichen. Wenn die Beschattungseinrichtung geöffnet wird, so wird der Rollladenpanzer ganz auf die Welle im Rollladenkasten bis zu einem Anschlag aufgerollt. Je nach den Wetterbedingungen oder aus anderen Gründen kann der Rollladenpanzer im Rollladenkasten verbleiben oder, bei entsprechender Weichenstellung, in die Position zur Reflexion ausgefahren werden. Für die Bewegungen des Rollladenpanzers ist auch bei diesem Beispiel sehr gut ein Rohrmotor mit einer Gegenzugeinrichtung und den Steuerungsmöglichkeiten wie bei vorausgegangenen Ausführungen anwendbar.
Als weiteres Ausführungsbeispiel könnte statt des Rollladenpanzers auch z.B. ein hitzebeständiges Gewebe mit ein- oder beidseitig reflektierender Oberfläche als Beschattungseinrichtung und zur Reflexion zur Anwendung kommen oder eine Reihe anderer aufrollbarer Materialien, wobei für die Bewegung in die Stellung zur Beschattung oder zur Reflexion oder auch zum Einrollen auf eine Welle in einen Schutzkasten z.B. eine der zuvor erwähnten Möglichkeiten gewählt werden kann.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in nachfolgender Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, anhand von Prinzipskizzen 1 bis 11 dargestellt.
Es zeigen schematisch
1 die Seitenansicht auf einen auf einem Schrägdach montierten Sonnenkollektor mit einer erfindungsgemäßen Beschattungseinrichtung.
2 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Beschattungseinrichtung in ganz geöffneter Stellung.
3 einen Querschnitt der Beschattungseinrichtung in ganz geschlossener Stellung.
4 einen Querschnitt mit einer erfindungsgemäßen Beschattungseinrichtung anhand eines anderen Ausführungsbeispiels in teilweise geöffneter Stellung.
5 eine Seitenansicht von einem weiteren auf einem Schrägdach montierten Sonnenkollektor mit einer erfindungsgemäßen Beschattungseinrichtung.
6 einen Querschnitt der Beschattungseinrichtung in ganz geschlossener Stellung.
7 ......... in ganz geöffneter Stellung.
8 ....... in teilweise geöffneter Stellung.
9 eine Seitenansicht eines auf einem Schrägdach montierten Sonnenkollektors mit einer diesen ganz überdeckenden Beschattungseinrichtung und mit gestrichelten Linien die Beschattungeinrichtung in einer Stellung zur Reflexion.
10 einen Teil-Querschnitt der den Kollektor ganz über deckenden Beschattungseinrichtung.
11 einen Teil-Querschnitt der Beschattungseinrichtung in einer Stellung zur Reflexion.
Es zeigt 1 einen Sonnenkollektor der als Beispiel auf einem Schrägdach 2 montiert ist und eine erfindungsgemäße Beschattungseinrichtung 3 als ziehharmonikaartiges Faltelement mit Gleit-oder Walzkörpern 4, die in Führungsschienen 5 eingreifen, die ihrerseits auf einem Untergestell 6 befestigt sind.
2 zeigt die Beschattungseinrichtung 3 in ganz geöffneter d.h. zusammengefalteter Stellung und ganz frei gegebenem Sonnenkollektor 1 und die Führungsschienen 5.
3 zeigt die Beschattungseinrichtung 3 in geschlossener, den Sonnenkollektor 1 ganz überdeckender Stellung.
4 zeigt einen auf einem Schrägdach 2' montierten Sonnenkollektor 1' mit einer erfindungsgemäßen Beschattungseinrichtung 3', die in rollladenähnlicher Ausführung, vorzugsweise z.B. aus Lamellen 7, rollgeformt, in Verbundbauweise, aus Leichtmetall, mit einer Zwischenschicht aus wärmebeständigem Hartschaum, gebildet sind.
Die Führungsschienen 5' sind als stabile Tragkonstruktion wetterfest aus rostfreiem Metall oder Kunststoff ausgeführt.
5 zeigt einen Sonnenkollektor " auf einem Schrägdach 2" und eine Beschattungseinrichtung 3", die aus radiale Teildrehungen gestattenden bogenförmigen Elementen gebildet ist und den Sonnenkollektor 1" in der gezeichneten Stellung weitgehend überdeckt. Strichpunktiert sind in dieser Darstellung die bogenförmigen Elemente der Beschattungseinrichtung 3" in ganz oder teilweise geöffneter Stellung angedeutet, in welcher sie jeweils, mit ihren als Reflektor ausgebildeten Innenseiten, zusätzlich direkte Sonnenstrahlung und diffuse Strahlung zu den Röhren umlenken.
6 zeigt zwei Röhren des Sonnenkollektors 1" und je ein bogenförmiges Element der Beschattungseinrichtung 3" in zur Beschattung ganz geschlossener Stellung, wobei die ebenfalls als Reflektor ausgebildeten Außenflächen die mit den Pfeilen angedeutete Strahlung abweisen.
7 zeigt die auf ihren Innenseiten auch als Reflektor ausgebildete Beschattungseinrichtung 3" in ganz geöffneter Stellung, in welcher zusätzlich die direkten Sonnenstrahlen und die diffusen Strahlungen zu den Röhren des Sonnenkollektors 1" umgelenkt werden, die zum Teil die Röhren nicht erreichen würden. Somit kann die Beschattungseinrichtung 3" mit einfacher radialer Teildrehung auch eine zusätzliche Steigerung des solaren Energieertrages bewirken.
8 zeigt die Beschattungseinrichtung 3" in weitgehend in die Haupteinfallsrichtung der Strahlung gedrehter Einstellung. Diese jeweils vorteilhafteste Einstellung kann z.B. für die zusätzliche energieertragssteigernden Funktionen, mit Hilfe eines nicht dargestellten Suchers der zeitlich vorhandenen besten Einstrahlungsrichtung, mit einer ebenfalls nicht dargestellten selbsttätig wirkenden Bewegungseinrichtung erfolgen.
9 zeigt einen ebenfalls auf einem Schrägdach''' montierten Sonnenkollektor 1''' mit einem weiteren Beispiel einer Beschattungseinrichtung 3''' , die hier auch vorzugsweise aus bogenförmigen Elementen besteht, oder irgendwelchen anderen Gliedern, Bändern oder ähnlichem mit Sonnenstrahlen und diffuse Strahlung reflektierender Innenseite.
10 zeigt die Beschattungseinrichtung 3''' deren bogenförmige Elemente auf einem Treibriemen 9 kettenartig aufgereiht befestigt sind und von einem Antriebsrad 10 in Stellung "Beschattung" gebracht sind.
In dieser Stellung ist die Kollektorfläche weitestgehend gegen Sonnenstrahlen und diffuse Strahlung abgeschirmt.
11 zeigt die Beschattungseinrichtung 3''' in ganz geöffneter Stellung in ihrer Funktion, in welcher zusätzlich die direkten Sonnenstrahlen und die diffusen Strahlungen zu den Röhren oder anderen wärmeerzeugenden Organen des Sonnenkollektors 1''' umgelenkt werden.

1,1' und 1": Sonnenkollektor
2,2' und 2": Schrägdach
3,3' und 3": Beschattungseinrichtung
4 und 4': Gleit-oder Walzkörper
5 und 5': Führungsschienen
6: Untergestell
7: Lamellen
8: Aufsatzkasten
9: Treibriemen
10,10': Antriebsrad

Claims

Solaranlage zur Gewinnung von Wärmeenergie und/oder elektrischer Energie aus Sonnenenergie mit Sonnenkollektoren, dadurch gekennzeichnet, daß um möglichst ertragsstarke Kollektoren verwenden zu können und trotzdem unerwünscht hohe Temperaturen oder elektrische Überkapazitäten zu verhindern, eine oder mehrere die wirksamen Kollektorenflächen, beim Erreichen eines oberen Temperaturgrenzwertes in der Solaranlage oder Teilen davon, zeitweise ganz oder teilweise überdeckende Beschattungseinrichtungen angeordnet sind und z.B. infolge eines sehr hohen Sonnenenergieangebotes und/oder bei Funktionsstörungen in der Anlage etwa bei Stromausfall, bei Defekten von Komponenten der Anlage, bei Wartungs- und Reparaturarbeiten und anderen Gefahrensituationen die Beschattungeinrichtung mit Hilfe einer Arretierung oder einer Kraft z.B. eines Schließorganes geschlossen gehalten wird und daß erst beim Erreichen einer vorgegebenen niedrigeren Temperatur in der Anlage oder Teilen davon, von einem Öffnungsorgan die Beschattungseinrichtung geöffnet wird.
Solaranlagen gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Beschattungseinrichtung z.B. manuell, mechanisch, elektromechanisch hydraulisch oder pneumatisch ganz oder teilweise geöffnet oder geschlossen wird.
Solaranlage gemäß Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Anordnung z.B. einer oder mehrerer Federn, welche die Beschattungseinrichtung 3, 3' oder 3" gemäß den Erfordernissen ganz oder teilweise geschlossen halten und für das ganze oder teilweise Öffnen ein Bewegungsorgan mit einer größeren, die Federkraft und die Summe aller dem Öffnen entgegenwirkenden Kräfte überragenden, Kraft angeordnet ist.
Solaranlage nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für das Öffnen einer aufrollbaren Beschattungseinrichtung ein Rohrmotor angeordnet ist, der mit einem elektromagnetisch ausrastbaren Kupplungsteil ausgestattet ist, das einen Gegenzug zum Schließen der Beschattungseinrichtung auch stromlos ermöglicht.
Solaranlage gemäß Anspruch 1,2, 3 oder 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Beschattungseinrichtung z.B. mit Hilfe der Anordnung eines oder mehrerer Gewichte, den Erfordernissen entsprechend, ganz oder teilweise geschlossen gehalten bzw. geschlossen wird.
Solaranlage gemäß einem vorausgegangenen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß zur Arretierung der Beschattungseinrichtung 3,3' oder 3" in ganz oder teilweise geschlossener Stellung mechanisch oder mit Hilfe von elekrisch betriebenen Magnetschaltern betätigbare Verriegelungen angeordnet werden.
Solaranlage gemäß Anspruch 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß für das Öffnen und Schließen der Beschattungseinrichtung 3,3' oder 3" in mehreren Stufen z.B. halb oder ganz, zwei Magnetschalter zur Arretierung angeordnet werden, die je mit Hilfe eines Thermoschalters oder z.B. eines thermisch gesteuerten Relais mit einer niederen und einer höheren Ansprechtemperatureinstellung, gesteuert werden.
Solaranlage gemäß einem Anspruch 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der elektrisch betriebenen Organe als Fernsteuerung z.B. mittels Funk-, Ultraschall oder Infrarot-Schaltung erfolgt.
Solaranlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb zum Schließen und/oder Öffnen der Beschattungseinrichtung 3, 3' oder 3" mit Hilfe z.B. eines elektronisch gesteuerten Motors mit Funkfernbedienung erfolgt.
Solaranlage nach einem vorausgegangenen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß z.B. im Bereich des Anschlusses der Rücklaufleitung für das Wärmeträgermedium am Kollektor und/oder am Solarregler ein oder mehrere die Bewegungsorgane der Beschattungseinrichtungen beeinflussende Temperaturfühler angeordnet sind.
Solaranlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, daß der Motor mittels eines Solarantriebes ganz oder zeitweise netzstromunabhängig ist.
Solaranlage gemäß einem vorausgegangenen Anspruch, gekennzeichnet durch, die Anordnung einer Beschattungseinrichtung 3, 3' oder 3", die vorzugsweise aus einem hitzebeständigen Material z.B. aus Metall besteht,
Solaranlage gemäß einem Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschattungseinrichtung 3 oder 3' z.B, aus flachen, gewölbten oder kastenförmigen, in Führungsschienen verschiebbaren, Elementen besteht.
Solaranlage gemäß einem Anspruch 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, daß flache Beschattungselemente sich mehrfach übereinanderschiebend, in der Art von Schiebetüren ausgebildet sind.
Solaranlage gemäß Anspruch 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere flache oder geformte Beschattungselemente mit einem oder mehreren Scharnieren in der Art von Drehtüren ausgebildet werden.
Solaranlage gemäß Anspruch 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, daß gewölbte oder kastenförmige Schiebeelemente sich teleskopartig übereinanderschiebend ausgebildet sind.
Solaranlage gemäß Anspruch 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, daß die Beschattungseinrichtung 3 oder 3' aus Faltelementen ziehharmonikaartig z.B. aus Aluminiumblech oder Metallgewebestreifen mit Scharnierverbindungen oder aus Mineralfasergewebe hergestellt wird.
Solaranlage gemäß Anspruch 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, daß die Beschattungseinrichtung 3' aus hitzebeständigen ineinandergreifenden Lamellen 7, aufrollbar, in der Art eines Rolladens ausgebildet wird.
Solaranlage gemäß einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß z. B, die Beschattungseinrichtung 3' aus Lamellen in mehrlagiger Verbundkonstruktion gebildet wird, z.B. außen und/oder innen aus Blechvorzugsweise Aluminium und einer Zwischenschicht aus Mineralstoff, z.B. Glasfaser oder z.B. entsprechend temperaturbeständigem Kunststoff, oder etwa einer aufgeschäumten leichten Kunststoff- und/oder Mineralstoffmischung.
Solaranlage gemäß einem Anspruch 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, daß die Beschattungseinrichtung aus hitzebeständigem Gewebe z.B, aufrollbar gebildet wird.
Solaranlage gemäß Anspruch 20 dadurch gekennzeichnet, daß die Gewebebahnen ein zu starkes Durchhängen verhindernde Randverstärkungen aufweisen.
Solaranlage gemäß Anspruch 1 bis 11, 18 oder 19 dadurch gekennzeichnet, daß an einer aufrollbaren Beschattungseinrichtung einen zusätzlichen Gegenzug bewirkende Beschwerungen angeordnet werden, z.B. in Form von schwereren Lamellen oder Endgliedern.
Solaranlage nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschattungseinrichtungen einerseits zur Abschirmung gegen Sonnenstrahlen und diffuse Strahlen ausgebildet sind und andererseits auch für eine zusätzlichen Energiegewinn erzeugende Reflexion der Strahlungen, durch eine entsprechende Formgebung und Oberflächenbehandlung.
Solaranlage nach einem Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei Röhrenkollektoren radiale Teildrehungen gestattende, bogenförmige in einer vorgegebenen Stellung eine weitreichende Beschattung der Röhren bewirkende Beschattungeinrichtungen 3" angeordnet sind und daß die Beschattungseinrichtungen 3" in weiteren vorgegebenen Stellungen ihrer Teildrehungen mit ihrer als Reflektor ausgebildeten, die Strahlen umlenkenden Innenseite, zusätzliche direkte Sonnenstrahlung und diffuse Strahlung zu den Absorbern bewirken.
Solaranlage gemäß Anspruch 1 bis 11, 22,23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschattungseinrichtungen 3" auf ihrer Außen- und Innenseite als Reflektor ausgebildet sind.
Solaranlage gemäß Anspruch 1 bis 11, 22, 23,24, oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschattungseinrichtungen 3" mit einem Abstand von den Oberflächen der Röhren auf einem größeren Radius angeordnet sind
Solaranlage nach einem Anspruch 1 bis 11 oder 22 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Teildrehung der Beschattungseinrichtungen 3" unter dem Einfluß eines Bewegungsorgans, z.B. über einen Zahnstangen-, Zahnriemen-, einen Kettenantrieb oder ähnlichem erfolgt.
Solaranlagen nach einem Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei Röhrenkollektoren die Röhren selbst an einem Teil ihres Umfanges, z.B. etwa 180°, mit einem weitgehend lichtundurchlässigen und in einer vorausbestimmten Stellung eine Beschattung der Röhre bildenden Belag versehen werden, und die Röhren in ihren Befestigungen radial teildrehbar ge lagert sind.
Solaranlage gemäß einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschattungseinrichtung derart ausgebildet ist, daß sie bei Erreichen einer vorausbestimmten Temperatur der Solaranlage oder eines Teiles davon den Kollektor abschirmt und daß zur Erhöhung des Energieertrages die Innenseite der Beschattungseinrichtung für die direkte Sonneneinstrahlung und diffuse Strahlung reflektierend ausgebildet ist und mit einem Bewegungsorgan die Beschattungseinrichtung, mit ihrer Innenseite der Strahlungsrichtung zugewandt, zwischen den Kollektor und die Dachhaut bewegbar ist.
Solaranlage gemäß einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschattungseinrichtung zusätzlich als Reflektor für Sonnenstrahlen und diffuse Strahlung ausgebildet wird, indem z.B. ein der Beschattung dienender Rollladenpanzer eine reflektierende Innenseite erhält oder auch jedes andere für eine Beschattungseinrichtung geeignete Gebilde, welche mit einem Bewegungsorgan in die Stellung zur "Beschattung" oder zur zusätzlichen Energiegewinn bringenden " Reflexion" gebracht werden können.
Solaranlage nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenseite des Rollladenpanzers mit einer schmutzabweisenden, selbstreinigenden Beschichtung z.B. Nano-Beschichtung mit Lotuseffekt, versehen ist.
Solaranlage nach einem der vorausgegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschattungseinrichtung, in eine dem jeweiligen Sonnenenergieangebot angepaßte Stellung bewegbar ist, die der Beschattung dient oder als Reflektor zum zusätzlichen Energiegewinn.
Solaranlage nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rollladenpanzer oder z.B. ein anderes flexibles Gebilde, mit einem oder mehreren Zwischenteilen z.B. Riemen, Gurt, Seil, Kette oder ähnlichem zu einer oder mehreren Endlosschleifen verbunden wird.
Solaranlage gemäß einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Beschattungseinrichtung auf ihrer der Sonnenlichtstrahlung zugewandten Seite einem Elektroenergiegewinn dienende Photovoltaik Solarzellen aufgebracht werden und die Beschattungseinrichtung dabei der mechanischen Stabilisierung dient.
Solaranlage nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rollladenpanzer als Beschattungseinrichtung mit reflektierender Innenseite in einen Rollladenkasten aufrollbar ist, wobei die Führungsleisten mit einer Weiche ausgebildet sind, die eine Bewegung des Rollladenpanzers wahlweise in die Stellungen zur Beschattung oder zur Reflexion ermöglichen.
Solaranlage gemäß Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß der Rollladenpanzer sowohl zur Reflexion wie auch zur Beschattung mit seiner als Reflektor ausgebildeten Fläche der Sonnenlichtstrahlung zugewandt angeordnet ist.
Solaranlage gemäß einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschattung 3 bis 3" z.B. aus die Tragfähigkeit und Wärmeisolation begünstigenden doppelwandigen ausgeschäumten Profilen z.B. aus Aluminium, Titan oder einem ähnlichen Werkstoff gebildet wird.
Solaranlage gemäß einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschattungseinrichtungen 3 bis 3" eine die Luftzirkulation begünstigende Perforation erhalten.