DE202005007474U1

DE202005007474U1 - Leichter Sonnenkollektor mit integriertem Überhitzungsschutz

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Publication number: DE202005007474U1
Application number: DE202005007474U
Authority: DE
Original assignee: ZAE Bayern Bayerisches Zentrum fuer Angewandte Energieforschung eV
Current assignee: ZAE Bayern Bayerisches Zentrum fuer Angewandte Energieforschung eV
Priority date: 2005-05-11
Filing date: 2005-05-11
Publication date: 2006-09-21
Anticipated expiration: 2015-05-12

Abstract

Sonnenkollektor zur Umwandlung von Strahlungsenergie der Sonne in Wärme, bestehend aus einem Gehäuse (1), einem in dem Gehäuse (1) vorgesehenen, Sonnenstrahlungs-durchlässigen Fenster (2), einem im Gehäuse (1) hinter dem Fenster (2) angeordneten Absorber (3), einer thermisch mit dem Absorber (3) gekoppelten Wärmeabfuhreinrichtung mit Wärmeträgerkanälen (4) und einer zwischen Absorber (3) und Fenster (2) angeordneten, fest montierten Folie (6), dadurch gekennzeichnet, dass die Folie über ihre Fläche gleiche Eigenschaften hat und/oder in ihrem Transmissionsgrad für das Sonnenlicht reversibel veränderbar ist und dabei einen Zustand höchsten Transmissionsgrades von mindestens 80% Transmission für das durch das Fenster (2) transmittierte Sonnenlicht einnehmen kann.

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 sehr erhöhen (bis über 200°C), dass irreversible Schäden an einzelnen Komponenten auftreten. Diese sogenannte Stillstands-Problematik 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, und gleichzeitig im Zuge einer angestrebten nachhaltigen Energieversorgung immer höhere solare Deckungsanteile (am Gesamtenergiebedarf), verbunden mit größeren Kollektorflächen, realisiert werden. 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 Sonnenkollektoren werden auch sogenannte Kombianlagen gebaut, die im Winter auch Heizwärme solar bereitstellen. Durch die höhere solare Deckung und die angestrebten höheren Betriebstemperaturen geraten derartige Kombianlagen im Sommer wegen des fehlenden Heizungsbedarfs zwangsläufig in Stillstand und Überhitzungsprobleme treten 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 wirklich 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 die Unterbrechung der Wärmeübertragung auf den Absorber durch mechanisches Abheben der absorbierenden Schicht [11], durch mechanische Verschattung außerhalb des Kollektors [12] oder die Erniedrigung der inneren Transmission für Sonnenlicht (Abschattung einer transparenten Glasröhrchen-Honigwabenisolation durch eingebrachte thermotrope Schichten) bzw. die Zwangsbelüftung des Kollektors [8]. Der in [12] vorgestellte Sonnenkollektor weist eine auf der Außenseite des Kollektors angeordnete Abschattungseinrichtung in Form einer Klappe auf, mittels der Sonnenstrahlung auf den Absorber reflektiert werden kann und mittels der sich der Kollektor mehr oder weniger abdecken und damit abschatten und gegen Überhitzung schützen läßt. Nachteilig ist hierbei, dass die Abschatteinrichtung mechanisch aufwendig und gewichtsmäßig schwer ist, dass sie keine autarke Energieversorgung und Steuerung aufweist und Windböen und Regen eine große Angriffsfläche bietet. Die vorgeschlagenen Lösungen erscheinen alle zu aufwendig und kostenintensiv und führen zu technisch anfälligen, schweren und teuren Kollektoren. Bis heute gibt es daher auch noch keine kommerzielle Umsetzung.
Ausgehend von dem aus [8] und [12] bekannten Sonnenkollektoren ist es die Aufgabe der Erfindung, einen Sonnenkollektor anzugeben, der eine höhere Betriebssicherheit bietet, einfacher konstruiert ist, und weniger Gewicht aufweist, aber ebenfalls die angesprochene Überhitzungsproblematik durch Abschattung des Absorbers vermeidet.
Dies wird erfindungsgemäß nach Anspruch 1 dadurch bewerkstelligt, dass im Kollektor zwischen Fenster und Absorber eine dünne Folie fest montiert ist, die über ihre Fläche gleiche Eigenschaften besitzt, das heißt nicht aus Teilbereichen, die z.B. in ihren optischen Eigenschaften unterschiedlich sind, aufgebaut ist und bezüglich ihrer Transmission für das durch das Fenster transmittierte Sonnenlicht reversibel veränderbar ist und dabei insbesondere einen Zustand höchster Transmission einnehmen kann, bei dem sie einen Transmissionsgrad von mindestens 80% aufweist Im normalen Betrieb soll die Folie den höchstmöglichen Transmissionsgrad und bei drohender Überhitzung eine möglichst niedrige Transmission im Bereich der durch das Fenster transmittierten Sonnenstrahlung (Wellenlängenbereich etwa zwischen 0,4 und 3μm) aufweisen, sodass die Folie also in mindestens zwei Zustände schaltbar ist. Im Zustand des niedrigen Transmissionsgrades wird der Absorber dadurch zumindest teilweise abgeschattet und damit die Überhitzung des Absorbers vermieden. Gleichzeitig werden im normalen Betrieb bei hoher Transmission die konvektiven Verluste des Absorbers zum Fenster reduziert. Die Folie soll im normalen Betrieb des Kollektors möglichst hoch transmittierend (mehr als 80% Transmission) im Bereich der durch das Fenster transmittierten Sonnenstrahlung (Wellenlängenbereich etwa zwischen 0,4 und 3μm ) sein. Droht Überhitzung des Kollektors, soll sie ihre Transmission auf unter 50% reduzieren und den Absorber dadurch zumindest teilweise abschatten. Ist die Gefahr der Überhitzung vorbei, soll die Folie reversibel wieder auf hohe Transmission umschalten. (Anspruch 2). Die Fähigkeit zur reversiblen Schaltung des Transmissionsgrades bedingt auch, dass für den normalen Betrieb, der höchstmögliche Transmission erfordert, die im Zustand der Abschattung sich zwischen Absorber und Fenster befindliche Folie nicht entfernt oder bewegt werden muß und die Folie fest installiert werden kann.
Eine vorteilhafte Ausbildung der Ansprüche 1 und 2 ist die Verwendung einer thermotropen Folie zwischen Absorber und Fenster, in Form einer dotierten Kunststoff und/oder Metallfolie, die ab einer bestimmten Temperatur, ihre Transmission bezüglich der Sonnenstrahlung reversibel reduziert. Sinkt die Temperatur unter einen bestimmten Wert, erhöht sich die Transmission wieder auf den ursprüngliche Wert, Anspruch 3.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist die Verwendung einer elektrochromen Folie zwischen Absorber und Fenster, in Form einer dotierten Kunststoff und/oder Metallfolie, die ab einem bestimmten aufgeprägten elektrischen Impuls, ihre Transmission bezüglich der Sonnenstrahlung reversibel reduzieren kann. Wird der angelegte elektrische Impuls wieder entfernt, so erhöht sich die Transmission wieder auf den ursprüngliche Wert, Anspruch 4.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist die Verwendung einer photochromen Folie zwischen Absorber und Fenster, in Form einer dotierten Kunststoff und/oder Metallfolie, die ab einer bestimmten aufgeprägten Lichtbestrahlungsstärke, ihre Transmission bezüglich der Sonnenstrahlung reversibel reduzieren kann. Wird die Lichtbestrahlungsstärke wieder reduziert, so erhöht sich die Transmission wieder auf den ursprüngliche Wert, Anspruch 5.
Vorteilhaft kann auch die Verwendung einer nur teilweise thermotropen, elektrochromen und phototropen Folie sein, Anspruch 6.
Bei Verwendung einer elektrochromen Folie nach Anspruch 4 ist es vorteilhaft, die für die Schaltung der Transmission notwendige elektrische Energie aus einer Photovoltaik-Zelle oder einem Peltierelement zu gewinnen, das im oder in der Nähe des Kollektors angebracht ist. Dadurch ist die Abschattungseinrichtung des Kollektors energieautark, da im Falle der Überhitzungsgefahr stets genügend Sonneneinstrahlung (Temperaturdifferenz) zum Betreiben der PV-Zelle (des Peltier-Elements) zur Verfügung steht, Anspruch 7.
Vorteilhaft wird die vordere in ihrem Transmissionsgrad reversibel veränderbare Folie zwischen Absorber und Fenster so montiert sein, dass mehr als 90% des Lichts, das den Absorber erreicht durch die Folie treten muß, diese also den gesamten Absorber überspannt, Anspruch 8.
Zusätzlich ist der Kollektor vorteilhaft auch hinter dem Absorber mit einer weiteren Folie zwischen Absorber und Gehäuserückwand ausgestattet. Durch diese Folieneinbringung hinten werden die Konvektionsverluste des Absorbers zum Gehäuse reduziert, Anspruch 9.
Eine besonders vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht in der zusätzlichen Ausbildung der vorderen und hinteren Folie absorberseitig als wärmestrahlungsreflektierend, um die Wärmeverluste des Absorbers durch Wärmestrahlung zu reduzieren, Anspruch 10.
Die hintere Folie nach Anspruch 9 ist vorteilhaft so angebracht, dass er den gesamten Absorber überspannt, das heißt, dass mehr als 80% der vom Absorber nach hinten ausgehenden Wärmestrahlung vor Erreichen der Gehäuserückwand die Folie durchtreten muß, Anspruch 11.
Für die hintere Folie nach Anspruch 9–11 ist die Verwendung von handelsüblichen Al-Folien vorteilhaft, diese sind preiswert, robust, erprobt und haben wärmestrahlungsreflektierende Eigenschaften. Aber auch eine metallisch bedampfte Kunststofffolie ist denkbar. Dadurch werden auch nach hinten, neben den konvektiven, die Wärmestrahlungsverlust des Absorbers reduziert, Anspruch 12.
Weiter ist es vorteilhaft parallel zur ersten hinteren Folie, eine oder mehrere weitere Folien zwischen Absorber und Gehäuserückwand zu installieren um die konvektiven und Wärmestrahlungsverluste weiter zu reduzieren. Dadurch kann auf eine konventionelle Rückisolation des Absorbers total verzichtet werden, oder sie kann zumindest in Ihrer Dicke verringert werden. Dies spart Materialkosten und Gewicht, Anspruch 13.
Zur Vermeidung von beweglichen Teilen im Kollektor, die technisch aufwendig und anfällig sind, sind alle verwendeten Folien vorteilhaft fest im Kollektor montiert und werden nicht etwa durch mechanische Einrichtungen, wie z.B. Rollen, in den Kollektor eingebracht, Anspruch 14.
Besonders vorteilhaft ist bei Luft als Gasinhalt im Kollektor ein Abstand von ca. 8–12 mm zwischen Absorber und vorderer Folie und/oder zwischen hinterer Folie und weiterer hinterer Folie und/oder hinterer Folie und Gehäuserückwand. Dadurch bilden die Konvektionsverluste ein lokales Minimum aus, Anspruch 15.
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 andere Gase sowie auch für andere Absorber-Geometrien und Betriebsbedingungen (Kollektorneigung und Temperatur) errechnet man, wie in Anspruch 12 für Luft formuliert, entsprechende Werte für lokale Minima nach der Konvektionstheorie, Anspruch 16.
Weiter ist es vorteilhaft die Folien mittels eines Spannmechanismus so zu montieren, dass sie ihre Abstände zum Absorber bzw. zur Gehäuserückwand und auch die Abstände der Folien untereinander über die gesamte Lebensdauer des Kollektors (etwa 15–20 Jahre) halten und insbesondere den Absorber nicht berühren, vor allem nicht bei Erwärmung, Anspruch 17.
Der Vorteil nach Anspruch 17 kann aber auch durch Verwendung einer bei Temperaturerhöhung sich selbst reversibel zusammenziehenden Folie erzielt werden, Anspruch 18.
Zu Vermeidung von Blendung für Anwohner ist es vorteilhaft, die Folie zwischen Absorber und Fenster im Zustand der Abschattung so auszugestalten, dass durch geeignete Kombination optischer Eigenschaften wie diffuse (Teil-)Reflexion und/oder (Teil-)Absorption keine Blendung für einen Beobachter außerhalb des Kollektors ausgeht, Anspruch 19
Bei Verwendung einer elektrochromen Folie nach Anspruch 4 und 7 ist zusätzlich eine Temperatur-Regelung vorteilhaft vorzusehen, die ab einer gewissen Grenztemperatur des Absorbers, gemessen durch einen Temperaturfühler, den Befehl zur elektrischen Impulserteilung an die elekrochrome Folie erteilt, Anspruch 20.
Mittlerweile stehen im Zuge der nanotechnologischen Revolution neuartige Folien zur Verfügung, die z.B. mit Hilfe eingelagerter Nanopartikel dotiert sind und 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.

So sollen im erfindungsgemäßen Kollektor Metall- oder Metalloxyd-beschichtete, pigmentierte oder dotierte Kunststoffe, auch mit Nanopartikel, in Form einer möglichst reißfesten, alterungs- und lichtstabilen (0,4–2,5 μm) sowie temperaturbeständigen (bis zur gewählten Grenztemperatur für die Abschattung) Folie mit den beschriebenen optischen Eigenschaften zum Einsatz gebracht werden, ein besonders geeignetes Verfahren zur Herstellung solcher Folie ist das Sol-Gel-Verfahren, für die hinteren Folien eignen sich zusätzlich Metalle als Grundmaterialien, Ansprüche (21–38).
Damit stößt der erfindungsgemäße Kollektor, bei wesentlich geringerem technischen und ökonomischen Aufwand, geringem Gewicht 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.
Statt der Verwendung einer Folie mit veränderlichem Transmissionsgrad ist es auch vorteilhaft, eine Schicht, die ihren Transmissionsgrad reversibel verändern kann (thermotrop, elektrochrom, photochrom), auf oder in das Fenster einzubringen und zusätzlich zur Unterdrückung der Konvektion zwischen Absorber und Fenster eine transparente Folie mit Transmissionsgrad von mindestens 80% fest zu installieren. Die vorher formulierten Ansprüche sind dann sinngemäß von Folie auf Fenster zu übertragen, Anspruch 39.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen.
Hierbei zeigt 1 eine schematische Schnittdarstellung einer Ausführung der Erfindung mit einer vorderen thermotropen Folie (6), einer rückseitigen Al-Folie (7) und einer gegenüber gewöhnlichen Kollektoren dünnen, rückseitigen konventionellen Isolation (9). Die vordere Folie wird durch einen Spannmechanismus (11) fixiert, damit sie bei Erwärmung den Absorber nicht berührt.
2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Ausführung der Erfindung mit einer vorderen thermotropen Folie (6) im Abstand 1 cm zum Absorber und mit zwei parallelen rückseitigen Al-Folien (7 und 7a) im Abstand von 1 cm zu Absorber bzw. Rückwand bzw. untereinander, ohne rückseitige konventionelle Isolation. Die angegebenen Abstände minimieren die Konvektion für Luft als Gas im Kollektor. Die vordere Folie wird durch einen Spannmechanismus (11) fixiert, damit sie bei Erwärmung den Absorber nicht berührt.
3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Ausführung der Erfindung mit einer vorderen elektrochromen Folie (6), mit einem integrierten Photovoltaik-Modul (10) inklusive Regelung (11) zur Schaltung der elektrochromen Folie, und 2 rückseitigen parallelen Folien (7 und 7a), eine rückseitige konventionelle Isolation ist nicht mehr notwendig. Die Folien haben einen Abstand zum Absorber bzw. untereinander bzw. zur Rückwand (9) von jeweils 1 cm, was bei Luft als Gas im Kollektor die Konvektion minimiert. Die vordere Folie wird durch einen Spannmechanismus (11) fixiert, damit sie bei Erwärmung den Absorber nicht berührt.
Literatur:

[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]] BRD, Deutsches Patentamt, Offenlegungsschrift 38 02 125 A1, 1989.
[12] BRD, Deutsches Patentamt, Offenlegungsschrift 100 32 227 A1, 2002.

Folgende Bezugszeichen werden in den Zeichnungen verwendet:

1: Gehäuse
2: Fenster
3: Absorber
4: Wärmeträgerkanäle
5: Überhitzungsschutzvorrichtung
6: in der Transmission veränderliche vordere Folie
7, 7a: rückseitige Folie(n)
8: konventionelle Rückisolation
9: Gehäuserückwand
10: Photovoltaik-Element
11: Spannmechanismus
12: Regeleinrichtung mit Kabel

Claims

Sonnenkollektor zur Umwandlung von Strahlungsenergie der Sonne in Wärme, bestehend aus einem Gehäuse (1), einem in dem Gehäuse (1) vorgesehenen, Sonnenstrahlungs-durchlässigen Fenster (2), einem im Gehäuse (1) hinter dem Fenster (2) angeordneten Absorber (3), einer thermisch mit dem Absorber (3) gekoppelten Wärmeabfuhreinrichtung mit Wärmeträgerkanälen (4) und einer zwischen Absorber (3) und Fenster (2) angeordneten, fest montierten Folie (6), dadurch gekennzeichnet, dass die Folie über ihre Fläche gleiche Eigenschaften hat und/oder in ihrem Transmissionsgrad für das Sonnenlicht reversibel veränderbar ist und dabei einen Zustand höchsten Transmissionsgrades von mindestens 80% Transmission für das durch das Fenster (2) transmittierte Sonnenlicht einnehmen kann.
Sonnenkollektor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die in ihrem Transmissionsgrad reversibel veränderbare Folie (6) mindestens zwei reversibel ineinander umschaltbare Zustände einnehmen kann, einen mit höchstmöglichem hem Transmissionsgrad (mehr als 80% Transmission) für den normalen Betrieb und einen mit niedrigem Transmissionsgrad (weniger als 50% Transmission) als Überhitzungsschutzvorrichtung (5) zur Abschattung des Absorbers (3). Der Transmissionsgrad bezieht sich jeweils auf den Bereich der durch das Fenster (2) transmittierten Sonnenstrahlung zwischen 0,4 und 3μm.
Sonnenkollektor nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (6) thermotrop ist.
Sonnenkollektor nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (6) elektrochrom ist.
Sonnenkollektor nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (6) photochrom ist.
Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (6) zum Teil thermotrop und/oder zum Teil elektrochrom und/oder zum Teil photochrom ist.
Sonnenkollektor nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die für eine Schaltung notwendige elektrische Energie aus einem Photovoltaikelement (10) oder Peltierelement, das im am oder in der Nähe des Kollektors montiert ist, gewonnen wird.
Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in ihrem Transmissionsgrad reversibel veränderbare Folie (6) fest zwischen Absorber (3) und Fenster (2) so montiert ist, dass sie den gesamten Absorber überspannt.
Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Folie (7) zwischen Absorber und konventioneller Rückisolation (8) bzw. Gehäuserückwand (9) angebracht ist.
Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendeten Folien (6) und (7) absorberseitig wärmestrahlungsreflektierend ausgebildet sind.
Sonnenkollektor nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass die hintere Folie so angebracht ist, dass sie den gesamten Absorber überspannt.
Sonnenkollektor nach Anspruch 12, 10 oder 11 dadurch gekennzeichnet, dass die hintere Folie (7) zumindest zum Teil aus Aluminium oder aus metallisch dotiertem/bedampften Kunststoff besteht.
Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zur ersten hinteren Folie (7), eine oder mehrere weitere Folien (7a) zwischen Absorber und Gehäuserückwand installiert sind, die ebenfalls wärmestrahlungsreflektierend ausgebildet sein sollen.
Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auch die hinteren Folien (7 und 7a) fest im Kollektor montiert sind.
Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand von 8–12 mm zwischen Absorber und vorderer Folie (6) und/oder zwischen hinterer Folie (7) und weiterer hinterer Folie (7a) und/oder hinterer Folie (7) bzw. weiterer hinterer Folie (7a) und Gehäuserückwand besteht.
Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass transparente inerte Gase mit Wärmeleitfähigkeiten niedriger als die von Luft in den Kollektor eingefüllt werden.
Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der verwendeten Folien mittels eines Spannmechanismus (11) montiert wird.
Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Folien verwendet werden, die sich bei einer Temperaturerhöhung reversibel zusammenziehen.
Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von der in ihrem Transmissionsgrad reversibel veränderbaren Folie (6) keine Blendung für einen Beobachter außerhalb des Kollektors ausgeht.
Sonnenkollektor nach Anspruch der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die die Folie (6) umfassende Überhitzungsschutzeinrichtung (5) eine Regeleinrichtung (12) umfaßt, die ab einer bestimmten Grenztemperatur des Absorbers oder der Wärmeabfuhreinrichtung die Abschattung der Folie (6) aktiviert.
Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass die in ihrem Transmissionsgrad reversibel veränderbare Folien (6) zumindest zum Teil aus Kunststoff und/oder dotiertem Kunststoff besteht.
Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendeten Folien reißfest sind.
Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der verwendeten Folien elastisch ist.
Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in ihrem Transmissionsgrad reversibel veränderbare Folie (6) lichtstabil ist.
Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendeten Folien alterungsstabil über 15 Jahre sind.
Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der verwendeten Folien zumindest zum Teil Nanopartikel enthält.
Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der verwendeten Folien zumindest zum Teil durch ein Sol-Gel-Verfahren hergestellt wird.
Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Folien zumindest zum Teil pigmentiert ist.
Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der verwendeten Folien Glimmerplättchen enthält.
Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der verwendeten Folien Nanosilikatteilchen enthält.
Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der verwendeten Folien Metall-Sauerstoffverbindungen enthält.
Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der verwendeten Folien Titan- und Wolframsauerstoffverbindungen enthält.
Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der verwendeten Folien Folien Nanokugeln enthält.
Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der verwendeten Folien ein Mehrschichtsystem ist.
Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass mindestens eine der verwendeten Folien eine katalytische Schicht enthält.
Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der verwendeten Folien eine Platinschicht enthält.
Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der verwendeten Folien nanoporöse Schichten enthält
Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Folie Farbstoffmoleküle und/oder Elektrolyten enthält.
Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er mit einer in ihrer Transmission reversibel veränderbaren Schicht ausgestattet ist, die mit dem Fenster (2) verbunden ist und mit einer hochtransparenten Folie (mehr als 80% Transmission für Sonnenlicht) zwischen Absorber und Fenster.