DE202005005631U1

DE202005005631U1 - Sonnenkollektor

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Publication number: DE202005005631U1
Application number: DE202005005631U
Authority: DE
Original assignee: ZAE Bayern Bayerisches Zentrum fuer Angewandte Energieforschung eV
Current assignee: ZAE Bayern Bayerisches Zentrum fuer Angewandte Energieforschung eV
Priority date: 2005-04-08
Filing date: 2005-04-08
Publication date: 2006-08-17
Anticipated expiration: 2015-04-09
Also published as: WO2006106139A1

Abstract

Sonnenkollektor zur Umwandlung von Sonnenstrahlung in Wärme, mit
einem Gehäuse (1),
einem in dem Gehäuse (1) vorgesehenen sonnenstrahlungsdurchlässigen Fenster (2),
einem in dem Gehäuse (1) hinter dem Fenster (2) angeordneten Sonnenstrahlungsabsorber (3), und
einer thermisch mit dem Absorber (3) gekoppelt Wärmetauschereinrichtung (4) zur Abfuhr der Wärme aus dem Gehäuse (1),
einer Abschatteinrichtung (6) mittels der sich der Absorber (3) zumindest teilweise abschatten lässt, dadurch gekennzeichnet,
dass die Abschatteinrichtung (6) wenigstens teilweise in dem Gehäuse angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sonnenkollektor zur Umwandlung der Strahlungsenergie der Sonne in Wärme nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bekannte Sonnenkollektoren werden im Rahmen üblicher solarthermischer Systeme zur Warmwasserbereitung im Wohnbereich eingesetzt. Ein solches System besteht gewöhnlich aus Kollektor(en), Wärmeträgermedium, Rohrleitungssystem, Umwälzpumpe, Wärmetauscher, Ausdehnungsgefäß und Wärmespeicher. Bei fehlender oder nur geringer Wärmeabnahme und hoher Sonneneinstrahlung (z.B. während einer Urlaubsperiode oder bei Ausfall der Umwälzpumpen) gerät ein solches System in Stillstand, was zu einer Überhitzung des Systems führt. Dabei kann sich die Temperatur an bestimmten Stellen des Systems so erhöhen (bis über 200°C), dass irreversible Schäden an einzelnen Komponenten auftreten. Diese sogenannte Stillstandsproblematik ist seit längerem bekannt, hat sich jedoch in den letzten Jahren deutlich verschärft, da die eingesetzten Sonnenkollektoren immer effizienter werden, wodurch sie höhere Stillstandstemperaturen erreichen. Gleichzeitig werden Kollektorsysteme im Zuge einer angestrebten nachhaltigen Energieversorgung mit höheren solaren Deckungsanteile (am Gesamtenergiebedarf), verbunden mit größeren Kollektorflächen realisiert. So fördert die Bundesregierung mit ihrem Programm „Solarthermie2000plus" explizit die Errichtung großer thermischer Solaranlagen (ab 100 m²) mit höheren Arbeitstemperaturen und hohem solaren Deckungsanteil von 10–30% für Anlagen ohne, und von 60% für Anlagen mit saisonaler Wärmespeicherung [0].
Mit thermischen Kollektoren werden auch sogenannte Kombianlagen gebaut, die im Winter auch Heizwärme solar bereitstellen. Durch die höhere solare Deckung und die angestrebten höheren Betriebstemperaturen treten bei derartigen Anlagen im Sommer wegen des fehlenden Heizungsbedarfs zwangsläufig Stillstands- und Über hitzungssituationen gehäuft auf [1]. Diese Problematik tritt auch bei anderen solaren Anlagentypen, insbesondere mit höheren Betriebstemperaturen (Prozesswärmeerzeugung und Klimatisierung) auf. In der Fachliteratur wird hierbei Materialverschleiß bzw. Materialzerstörung an folgenden Komponenten beschrieben:

1 Wärmetauscher durch Verkalkung [1].
2 Ausdehnungsgefäß durch Zerstörung der Membran [2].
3 Wärmeträgermedium durch chemische Degradation oder Pyrolyse [3,4].
4 Umwälzpumpen durch Zerstörung der beweglichen Teile. Eine höhere Temperaturbeständigkeit ist hier mit deutlich höheren Kosten verbunden [5].
5 Rohrleitungen und Kollektoren durch Dampfschläge [6,7,9].
6 Thermische Zerstörung der Wärmedämmung.

Die umfangreiche Literatur belegt die große praktische Bedeutung dieser Problematik. Ihre Lösung ist Voraussetzung für eine Verbreitung von Kombianlagen, die derzeit vom Bundesministerium als sehr effektive Möglichkeit zur angestrebten solaren Substitution konventioneller Energiequellen eingestuft wird, und stellt eine große technische Herausforderung dar. Zwar existieren auf dem Markt sogenannte eigensichere Konzepte, die i.d.R. auf dem Drain-Back-Verfahren beruhen [10] und bei Stillstand eine Entleerung des Wärmeträgers aus dem solaren System mit anschließender Wiederbefüllung beinhalten, und es wurden jüngst im Rahmen einer Dissertation stillstandsichere Verschaltungs- und Regelstrategien entwickelt [1]. Jedoch gibt es bis heute keine ökonomisch und technisch zufriedenstellende Lösung. Wie drängend das Problem in der Praxis angesehen wird, erkennt man daran, dass teilweise immer noch die energetisch sinnlose, nächtliche Auskühlung des Speichers zur Vermeidung einer Überhitzung untertags ernsthaft in Betracht gezogen wird [2].
Zudem ist eine Schädigung der Anlage unter Stillstandbedingungen meist auch mit langwierigen rechtlichen Auseinandersetzungen verbunden und steht im Gegensatz zu dem in Solarthermie2000plus formulierten Förderziel der „weiteren Verbreitung von Solaranlagen durch den Abbau rechtlicher und organisatorischer Barrieren" [0].
Anstatt die einzelnen Anlagenkomponenten bzw. die gesamte Anlage stillstandssicher zu machen wurde auch vorgeschlagen, den Kollektor selbst in geeigneter Weise zu kühlen, durch Erniedrigung der inneren Transmission für Sonnenlicht (thermotrope Beschichtung und Verwendung von transparenter Honigwabenisolation) [8], oder die Unterbrechung der Wärmeübertragung auf den Absorber durch mechanisches Abheben der absorbierenden Schicht [13]. Die vorgeschlagenen Lösungen erscheinen jedoch zu aufwändig und kostenintensiv. Bis heute gibt es auch noch keine kommerzielle Umsetzung.
Aus [16] ist ein Sonnenkollektor bekannt, der eine auf der Außenseite des Kollektors angeordnete Abschatteinrichtung in Form einer Klappe aufweist, mittels der Sonnenstrahlung auf den Kollektor reflektiert werden kann und mittels der sich der Kollektor mehr oder weniger abdecken und somit abschatten läßt. Nachteilig ist hierbei, dass die Abschatteinrichtung mechanisch aufwendig ist und Windböen eine große Angriffsfläche bietet.
Ausgehend von dem aus [16] bekannten Sonnenkollektor ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Sonnenkollektor anzugeben, der eine höhere Betriebssicherheit bietet.
Dies Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Dadurch, dass die Abschatteinrichtung wenigstens teilweise in dem Kollektorgehäuse angeordnet ist, weist die Abschatteinrichtung keine überstehenden Teile auf, die ein Angriffsfläche wir Windböen bieten.
Durch die Verwendung einer Folie im Inneren des Kollektorgehäuses zwischen Kollektorfenster und Absorber als abschattendes Element wird zum einen durch Abschattung die Überhitzung des Absorbers vermieden und gleichzeitig werden die Wärmeverluste des Absorbers nach außen durch das Kollektorfenster vermindert. Die Kombination aus Kollektorfenster und Folie wirkt wie ein Doppelscheibenfenster. Die abschattende Folie ist für die durch das Fenster hindurch tretenden und auf den Absorber einfallende Sonnenstrahlung dämpfend und weist eine Transmissivität von weniger als 20% und vorzugsweise von weniger als 10% auf. – Anspruch 2.
Zwar ist die Verwendung von beschichteten Kunststofffolien zur Solarenergiegewinnung allgemein bekannt [12]. Ebenso gilt dies für die Folieneinbringung in Sonnenkollektoren zur Reduzierung der thermischen Verluste des Absorbers, die seit den 80er Jahren von der Fa. Viessmann patentiert und kommerziell umgesetzt wurde [11]. Obwohl physikalisch sehr effizient, wurde die Technik allerdings aufgrund von Materialproblemen (Trübung, Reißen der Folie) seit einigen Jahren nicht mehr weiter verfolgt. Zudem ist die Folie in diesen Erfindungen optisch einheitlich ausgebildet und nicht durch optisch unterschiedliche Teilstücke zur Abschattung des Absorbers vorgesehen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 4 erfolgt die Aktivierung der Abschatteinrichtung bzw. das Einbringen der Folie in den Raum zwischen Absorber und Fenster mittels einer motorischen Antriebseinrichtung, da Sonnenkollektoren häufig an nicht ohne weiteres zugänglich sind. Auch ist damit eine Regelung möglich – Anspruch 24 – durch die die Abtasteinrichtung bei Erreichen einer Grenztemperatur aktiviert wird. Die Grenztemperatur wird hierbei durch einen Temperaturfühler in der Wärmetauschereinrichtung oder im Absorber aktiviert.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung nach Anspruch 5 besteht die Folie aus wenigstens zwei Folienabschnitten mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften. Die Folie ist auf zwei gegenüberliegenden Rollen aufgewickelt und überspannt die gesamte Absorberfläche.
Jedes der beiden Folienabschnitte ist für sich groß genug, den Absorber vollständig gegen die Sonnenstrahlung abzudecken, so dass also der größte Teil der Sonnenstrahlung den Absorber erst nach Durchgang durch den sich jeweils zwischen Fen ster und Absorber befindlichen Folienabschnitt erreichen kann. Hierbei ist stets nur ein Folienabschnitt zwischen Fenster und Absorber eingebracht, während der andere oder die anderen Folienabschnitt(e) auf einer der beiden Rollen aufgerollt ist – Anspruch 6.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 8 ist ein Folienabschnitt für die durch das Fenster hindurch tretende Sonnenstrahlung transparent/transluzent und der andere Folienabschnitt ist z.B. durch eine metallische Bedampfung – Anspruch 9 – , in diesem Wellenlängenbereich reflektierend und/oder absorbierend ausgebildet. Die durch das Fenster hindurch tretenden Sonnenstrahlung liegt im Bereich zwischen 0,3 und 4,0 μm und insbesondere im Bereich zwischen 0,4 und 2,5 μm.
Durch die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 10 oder 11 wird verhindert, dass Anwohner sich durch Reflexionen beeinträchtigt fühlen. Dies wird dadurch erreicht, dass von dem zur Abschattung verwendeten Folienteilstück bzw. Folienabschnitt durch geeignete Kombination optischer Eigenschaften wie diffuse (Teil)-Reflexion und/oder (Teil-)Absorption keine Blendung für einen Beobachter außerhalb des Kollektors ausgeht.
Durch die vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach den Ansprüchen 8, 12, 13, 14, 15 oder 16 werden Wärmeverluste des Absorbers weiter vermindert.
Durch den Abschattungsmechanismus wird die Effizienz des Kollektors im Normalbetrieb durch Reduzierung der thermischen Verluste des Absorbers gesteigert: Das Einbringen der Folienteilstücke unterdrückt nämlich die Ausbildung der Konvektion zwischen Absorber und Abdeckung bzw. Gehäuserückwand. Die Konvektionsverluste haben je nach verwendetem Füllgas bei einem bestimmten Abstand zwischen Folie und Fenster und zwischen Folie und plattenförmigem Absorber ein lokales Minimum. Bei Luft als Füllgas liegt dieser Abstand im Bereich zwischen 8 und 12 mm und vorzugsweise bei 9 mm.
Zur weiteren Unterdrückung der thermischen Verluste des Absorbers können auch transparente inerte Gase mit Wärmeleitfähigkeiten niedriger als die von Luft in den Kollektor eingefüllt werden, z.B. Ar, Kr, Xe, SF₆, UF₆ oder CO₂. Für diese anderen Gase sowie auch für andere Absorber-Geometrien und Betriebsbedingungen (Kollektorneigung und Temperatur) errechnet man entsprechende Werte für die optimalen Abstände nach der Konvektionstheorie.
Zur Reduktion der Wärmeabstrahlung des Absorbers kann der transparente Folienabschnitt absorberseitig zusätzlich als selektive Abdeckung ausgebildet sein, das heißt, er weist im infraroten Strahlungsbereich einen hohen Reflexionsgrad durch eine geeignete Beschichtung auf.
Die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 17 eignet sich zum Nachrüsten bestehender Sonnenkollektoren.
Die gesamte Folienaufhängung und Abwicklungsmechanik kann entweder zur Gänze in das Kollektorgehäuse integriert werden, beispielsweise über ein auswechselbares Einschubteil für eine eventuelle Wartung. Oder es werden, vergleichbar mit der Einbringung eines Filmes in frühere analogen Fotoapparate die Rollen/Wellen, der Motor, und die Regelung außen am Kollektorgehäuse, z.B. unter der bei Flachkollektoren üblichen seitlichen Verblendung, angebracht und die Folie über Schlitze in den Raum zwischen Absorber und Abdeckung eingeführt.
Zur leichteren Wartung ist es vorteilhaft Folie, Wellen-/Rollensystem, Antrieb, Regelung und Energieversorgung in eine Kassette zu integrieren, die in den Kollektor als ganzes eingeschoben und leicht wieder ausgetauscht werden kann – Anspruch 18.
Nach der vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 19 und 20 ist die Folie als Endlosfolie ausgestaltet und wird über ein Rollen/Wellen-Umlenksystem geführt. Das jeweils nicht zwischen Absorber und Fenster eingebrachte Folienteilstück durch Umlenkung über Rollen/Wellen hinter den Absorber zwischen Absorber und Wärmeisolierung geführt. Im normalen Betrieb befindet sich dadurch also das abschattende Teilstück zwischen Absorber und Gehäuserückwand/Isolation und trägt so zur Verminderung der rückseitigen Konvektion wie auch der rückseitigen Wärmestrahlungsverluste bei.
Damit die Folie bei der im Kollektor stattfindenden Erwärmung und der damit verbundenen thermischen Ausdehnung nicht durchhängt und das Gehäuse bzw. den Absorber nicht berührt, ist eine oder beide der Rollen/Wellen, entsprechend z.B. dem Mechanismus bei einem Schnapprollo, z.B. mit einer angepassten inneren Feder auszubilden – Anspruch 21. Alternativ können auch Kunststoffe verwendet werden, die sich bei höherer Temperatur reversibel zusammenziehen – Anspruch 22.
Eine besonders vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht zusätzlich in dem Vorhalten mehrerer Kollektorlängen transparenter und verschattender Teilstücke auf den Rollen/Wellen bzw. im Bereich der beschriebenen Rollen/Wellen, wodurch bei nachlassenden mechanischen und optischen Eigenschaften des Folienteilstücks über die Lebensdauer durch z.B. Bestrahlung, Feuchte oder Staub stattdessen auf einfache Weise ein unverbrauchtes Folienstück mit noch neuwertigen optischen Eigenschaften in den Kollektor eingebracht werden kann – Anspruch 26.
Mittlerweile stehen im Zuge der nanotechnologischen Revolution neuartige Folien zur Verfügung, die z.B. mit Hilfe eingelagerter Nanopartikel – Anspruch 33 – für die jeweilige Anwendung quasi maßgeschneidert werden können, Beispiele hierfür sind:

1 Die Interferenz-pigmentierte Solarflair-Folie von Merck zur Reflexion des IR-Anteils des Sonnenlichts bei gleichzeitiger Transmission des sichtbaren Bereichs. Sie wird in Gewächshäusern als sogenannte Agrarfolie eingesetzt.
2 eine Antireflexfolie der Fa. Merck, in die mittels Sol-Gel-Verfahren transparenzerhöhende Nanopartikel eingebettet sind.
3 Die nano-dotierte Durethan-Folie von Bayer für höchste Gasdichtigkeit bei Lebensmittelverpackungen.

Gemäß den vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung nach den Ansprüche 27 bis 33 werden im erfindungsgemäßen Kollektor beschichtete oder dotierte Kunststoffe oder Metalle als Folienmaterialien eingesetzt, hochtransparent, reißfest, alterungs- und lichtstabil sowie temperaturbeständig (bis zur gewählten Grenztemperatur für die Abschattung) sind und die gewünschten optischen Eigenschaften aufweisen.
Damit stößt der erfindungsgemäße Sonnenkollektor, bei wesentlich geringerem technischen und ökonomischen Aufwand und integriertem Überhitzungsschutz, nahezu bis in den Leistungsbereich von evakuierten Flachkollektoren vor. Er ist somit besonders gut für Anwendungen mit höheren Temperaturen und höheren solaren Deckungsgraden, wie z.B. Kombianlagen und solare Prozesswärmeerzeugung geeignet Die übrigen Unteransprüche beziehen sich auf weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung.
Es zeigt
1 eine schematische Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
2 die Ausgestaltung der Folie bei der ersten Ausführungsform,
3 eine Detaildarstellung der ersten Ausführungsform, und
4 eine schematische Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung mit Endlosfolie, und
Der Sonnenkollektor gemäß der ersten Ausführungsform umfaßt ein quaderförmiges Gehäuse dessen großflächige Oberseite von einem für Sonnenstrahlung durchlässigen Fenster 2 abgeschlossen wird. Hinter dem Fenster 2 ist ein Absorber 3 angeordnet, dessen rechteckige Oberfläche in etwa der Fläche des Fensters 2 entspricht. Der Absorber 3 ist thermisch mit einer Wärmetauschereinrichtung 4 in Form von den Absorber durchsetztenden Wärmetauscherschlangen gekoppelt in denen eine Wärmeträgermedium fließt. Unter dem Absorber 3 zwischen Gehäuse 1 und Absorber 3 ist eine Wärmeisolierung 5 vorgesehen. Zwischen Fenster 2 und Absorber 3 ist im Inneren des Gehäuses 1 eine Abschatteinrichtung 6 vorgesehen. Die Abschatteinrichtung 6 umfasst eine dünne, elastische Folie 7, die die gesamte Oberfläche des Absorbers 3 überspannt. Im seitlichen Randbereich ist die Folie 7 links und rechts neben dem Absorber 3 auf zwei Rollen 8 aufgewickelt (siehe 2). Die einstückige Folie 7 weist einen ersten Folienabschnitt 9 und einen zweiten Folienabschnitt 10 auf. Die dem Fenster 2 zugewandte Seite des ersten Folienabschnitts 9 ist für die durch das Fenster eintretende Sonnenstrahlung transparent bzw. transluzent. Die dem Fenster 2 zugewandte Seite des zweiten Folienabschnitts 10 ist in diesem Wellenlängebereich reflektierend. Die beiden Folienabschnitte 9 und 10 sind jeweils so dimensioniert, dass sie jeweils den Absorber 3 vollständig überspannen können.
Wie aus 3 zu ersehen ist, umfasst der Sonnenkollektor eine motorische Antriebseinrichtung 11 mittels der sich die Folie 7 von der einen Rolle 8 ab und auf die andere Rolle 8 aufwickeln läßt. Je nachdem, ob der Absorber 3 abgeschattet werden soll oder nicht, wird entweder der zweite oder der erste Folienabschnitt 9, 10 mittels der motorischen Antriebseinrichtung 11 in den Bereich zwischen Fenster 2 und Absorber 3 eingeführt, während der nicht benötigte Folienabschnitt 9 oder 10 auf einer der Rollen 8 aufgewickelt ist. Die motorische Antriebseinrichtung 11 umfasst ein Schneckengetriebe 12, das über ein Zahnrad 13 ein der Rollen 8 antreibt. Das Schneckengetriebe 12 wird durch einen Elektromotor 14. Die Stromversorgung des Elektromotors 14 erfolgt über ein Photovoltaikelement 15, das im Randbereich des Gehäuses 1 an der Unterseite des Fensters 2 angeordnet ist. Das Photovoltaikelement 15 und der Elekromotor 14 sind über eine Regelung 16 miteinander verbunden. Die Regelung 16 ist auch mit einem Temperaturfühler 17 verbunden, der thermisch mit dem Absorber 3 gekoppelt ist und dessen Temperatur erfaßt.
4 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, die sich von der ersten Ausführungsform dadurch unterscheidet, das die Folie 7 als Endlosfolie ausgebildet ist. D.h. der jeweils nicht zwischen Fenster 2 und Absorber 3 befindliche Folienabschnitt 9 oder 10 ist durch Umlenkung über Wellen/Rollen 8 hinter bzw. unter den Absorber 3 geführt, siehe 4. Im normalen Betrieb befindet sich dadurch also der der Abschattung dienende Folienabschnitt 10 zwischen Absorber 3 und Gehäuserückwand 1 und trägt so zur Verminderung der rückseitigen Konvektion wie auch der rückseitigen Wärmestrahlungsverluste bei.
Der Betrieb erfolgt bei beiden Ausführungsformen der Erfindung entsprechend. Überschreitet die durch den Temperaturfühler 14, z.B. in Form eines Bimetallstreifens, am Absorber gemessene Absorbertemperatur einen vorgegebenen Wert, wird der Absorber 3 in der Art eines Rollos temporär durch Einbringen des abschattenden Folienabschnitts 10 zwischen Fenster 2 und Absorber 3 mittels der motorischen Antriebseinrichtung 11 verschattet, bis die Temperatur des Absorbers 3 unter einen vorgegebenen Wert fällt und/oder wieder Wärme abgenommen wird und/oder die solare Einstrahlung nachgelassen hat. Wenn die Abschatteinrichtung 6 aktiv ist, ist der transparente Folienabschnitt auf einer der Rollen/Wellen 8 aufgewickelt oder im Falle des Umlenksystems – 4 – zwischen Absorber 3 und Gehäuserückwand 1 positioniert. Die Regelung der motorischen Antriebseinrichtung 11 erfolgt mittels einer Regeleinrichtung 16, die mit dem auf dem Absorber 3 montierten Temperaturfühler 14 verbunden ist. Der Temperaturfühler 14 kann alternativ auch an der Wärmetauschereinrichtung 4 oder außerhalb des Sonnenkollektors angebracht sein.
Beim Übergang zum normalen Betrieb wird der abschattende Folienabschnitt 10 wieder auf eine der Wellen-/Rollen 8 aufgewickelt, bzw. auf der Sonne abgewandten Seite des Absorbers 3 positioniert und der transparente Folienabschnitt zwischen Absorber 3 und Fenster 2 eingebracht.
Zur Energieversorgung kann anstelle des Photovoltaikmoduls 15 ein Peltierelement eingesetzt werden, das die im Abschattungsfall vorhandene Temperaturdifferenz zwischen Absorber und Fenster nutzt.
Literatur und Stand der Technik:

[0] Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit, Förderkonzept „Solarthermie2000plus", www.solarthermie2000plus.de, Internetdarstellung 2005
[1] K. Lustig, Exp. Untersuchungen zum Stillstandsverhalten thermischer Solaranlagen, Dissertation, Fraunhofer Institut für solare Energiesysteme, Freiburg, 2002.
[2] Fink, C.; Hausner R. Strategien zur Vermeidung von unzulässigen Temperaturbelastungen an Anlagenkomponenten im Stagnationsfall. In: Materialien und Komponenten in Solaranlagen, Arbeitsgemeinschaft Erneuerbare Energie, 2000.
[3] Signe Wedel Eik Bezzel. Heat Transfer Fluids for Solar DHW Systems. Danish Technological Institute, 2000.
[4] Hillerns F.; Schrimpf H. Einsatz von Wärmeträgerflüssigkeiten in Solaranlagen unter Berücksichtigung der Stagnationsbedingungen Neuntes Symposium Thermische Solarenergie, Staffelstein S. 32–38.
[5]: Lustig, K. Simulation zur thermischen Belastung der Solarkreispumpe bei Stillstandssituationen, Studie TOS-3-KL-0103-E02 am Fraunhofer Institut für solare Energiesysteme, Freiburg, 2001.
[6] Kimmel, O. Streicher W.; Heimrath R Messung und Analyse von Ursachen und Auswirkungen von Kondensationsschlägen beim Ausdampfen von großen thermischen Kollektorfeldern. Endbericht Projekt Nr. 7831, Jubiläumsfonds der Österreichischen Nationalbank, 2001.
[7] Streicher, W.; Oberleitner, W. Betriebsergebnisse der größten Solaranlage Österreichs, Solarunterstütztes Biomasse-Nahwärmenetz Eibiswald. Neuntes Symposium Thermische Solarenergie, Staffelstein S. 144–148, 1999.
[8] EU-Projekt „Stagnation Technologies for Thermal Solar Systems" im Craft-Joule-Programm, Teilprojekt "stagnation-proof transparently insulated flat plate solar collectors STATIC", 1.9.1998–31.12.2000).
[9] Streicher, W., Minimising the Risk of Water Hammer and other Problems at the beginning of Stagnation of Solar Thermal Plants. Solar Energy, 2001.
[10] Noij, J. Drain Back in Small Systems, IEA Task 26, Proceedings from Industry Workshop, Delft 2001.
[11] Fa. Viessmann, Gebrauchsmuster G 93 01 018.4, 1993.
[12] BRD, Deutsches Patentamt, Offenlegungsschrift 29 23 251, 1980.
[13]] BRD, Deutsches Patentamt, Offenlegungsschrift 38 02 125 A1, 1989.
[14] BRD, Deutsches Patentamt, Gebrauchsmuster G 81 15 159.4, 1981.
[15] BRD, Deutsches Patentamt, Offenlegungsschrift 32 17 804.2, 1983.
[16] BRD, Deutsches Patentamt, Offenlegungsschrift 100 32 227 A1, 2002.

1: Gehäuse
2: Fenster
3: Absorber
4: Wärmetauschereinrichtung
5: Wärmeisolierung
6: Abschatteinrichtung
7: Folie
8: Rolle/Wellen
9: erster Folienabschnitt
10: zweiter Folienabschnitt
11: motorische Antriebseinrichtung
12: Schneckengetriebe
13: Zahnrad
14: Elektromotor
15: Photovoltaikelement
16: Regeleinrichtung
17: Temperaturfühler

Claims

Sonnenkollektor zur Umwandlung von Sonnenstrahlung in Wärme, mit einem Gehäuse (1), einem in dem Gehäuse (1) vorgesehenen sonnenstrahlungsdurchlässigen Fenster (2), einem in dem Gehäuse (1) hinter dem Fenster (2) angeordneten Sonnenstrahlungsabsorber (3), und einer thermisch mit dem Absorber (3) gekoppelt Wärmetauschereinrichtung (4) zur Abfuhr der Wärme aus dem Gehäuse (1), einer Abschatteinrichtung (6) mittels der sich der Absorber (3) zumindest teilweise abschatten lässt, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschatteinrichtung (6) wenigstens teilweise in dem Gehäuse angeordnet ist.
Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dass die Abschatteinrichtung (6) eine Folie (7) umfasst, die zwischen Absorber (3) und Fenster (2) einbringbar ist und die wenigstens in einer Teilfläche (10) sonnenstrahlungsdämpfende Eigenschaften besitzt.
Sonnenkollektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (7) bei ausgeschalteter Abschatteinrichtung (6) aufgerollt ist.
Sonnenkollektor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (7) mittels einer motorischen Antriebseinrichtung 11) über den Absorber (3) bewegbar ist.
Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (7) auf zwei gegenüberliegenden Rollen (8) aufgewickelt ist und zwischen den beiden Rollen (8) den Absorber (3) überspannt, dass die Folie (7) wenigstens einen ersten und einen zweiten Folienabschnitt (9, 10) aufweist, dass die Folienabschnitte (9, 10) unterschiedliche optische Eigenschaften aufweisen, und dass die Folienabschnitte (9, 10) durch Auf- bzw. Abrollen von den beiden Rollen (8) abwechselnd in den Raum zwischen Absorber (3) und Fenster (2) einbringbar sind.
Sonnenkollektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Folienabschnitte (9, 10) jeweils so dimensioniert sind, dass sie den Absorber (3) vollständig überspannen.
Sonnenkollektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Folienabschnitt (9) im durch das Fenster (2) transmittierten Wellenlängenbereich transparent und/oder transluzent ist und dass der zweite Folienabschnitt (10) in diesem Wellenlängenbereich reflektierend und/oder absorbierend ist.
Sonnenkollektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Folienabschnitt (9) auf der dem Absorber (3) zugewandten Seite für die von dem Absorber (3) ausgehende Wärmestrahlung reflektierend und/oder absorbierend ausgebildet ist.
Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Folienabschnitt (10) eine metallische Beschichtung aufweist.
Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (7) auf der dem Fenster (2) zugewandten Seite wenigstens teilweise blendfrei ausgestaltet ist.
Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (7) auf der dem Fenster (2) zugewandten Seite wenigstens teilweise diffus reflektierend ausgestaltet ist.
Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Gehäuse (1) und Absorber (3) eine Wärmeisolierung (5) vorgesehen ist.
Sonnenkollektor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur zusätzliche Wärmeisolation Luft als Füllgase in das Gehäuse (1) eingebracht ist.
Sonnenkollektor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen eingebrachter Folie (7) und Fenster (2) und/oder zwischen eingebrachter Folie (7) und Absorber (3) bei Luft als Füllgas im Bereiche zwischen 8 und 12 mm liegt.
Sonnenkollektor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur zusätzlichen Wärmeisolation inerte Gase mit einer niedrigeren Wärmeleitfähigkeit als Luft als Füllgase in das Gehäuse (1) eingebracht sind.
Sonnenkollektor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass als Füllgase Krypton, Xenon, Argon SF₆, UF₆ und/oder CO₂ eingebracht sind.
Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Rollen außerhalb des Gehäuses (1) angeordnet sind und dass die Folie (7) über Schlitze das Gehäuse (1) durchsetzt.
Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschatteinrichtung (6) als auswechselbares Modul ausgebildet ist.
Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (7) als Endlosfolie ausgebildet ist.
Sonnenkollektor nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der nicht zwischen Absorber (3) und Fenster (2) angeordnete Teil der Endlosfolie (7) über eine Umlenkeinrichtung (8) zwischen Gehäuse (1) und Absorber (3) geführt ist.
Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschatteinrichtung (8) eine Spannvorrichtung zum Spannen der Folie (7) umfasst.
Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (7) aus einem Material besteht, das sich bei Temperaturerhöhung zusammenzieht.
Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die motorische Antriebseinrichtung (11) ein Schneckengetriebe (12) umfasst.
Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschatteinrichtung (6) ein Regeleinrichtung (11, 16, 17) umfaßt, um die Abschatteinrichtung (6) bei Erreichen einer bestimmten Grenztemperatur im Absorber (3) oder in der Wärmetauschereinrichtung (4) zu aktivieren.
Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschatteinrichtung (6) eine autarke Energieversorgung, insbesondere mittels eines Photovoltaikmoduls (15) oder eines Peltierelements umfasst.
Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschatteinrichtung (6) die Folie (7) mehrfach enthält.
Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (7) elastisch ist.
Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (7) lichtstabil ist.
Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (7) alterungsstabil ist.
Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (7) reißfest ist.
Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (7) aus Kunststoff und/oder aus Metall besteht.
Sonnenkollektor nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (7) aus dotiertem Kunststoff und/oder aus dotiertem Metall besteht.
Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (7) Nanopartikel enthält.