DE202007012891U1 - Solar thermal system for generating heat from solar energy - Google Patents
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Abstract
Solarthermische
Anlage, umfassend die Steuerung eines der einstrahlenden Sonnenenergie nachführbaren
Kollektorfelds (17) mit Parabolrinnen (2) und Absorberrohren (3)
und die Regelung der Durchflussmenge des Mediums im angeschlossenen
Kreislauf des Kollektorfelds (17), gekennzeichnet durch,
a)
eine nach dem C-MOS-Logik-System wirkende, Signale einer Helligkeitsmessung
und Brennpunktüberwachung
für eine
Drehung und/oder Neigung des Kollektorfelds (17) auswertende analoge
und digitale Elektronik (31) mit integrierten ersten bis fünften Sensorgruppen
(26, 27, 28, 29 und 30),
b) einen nachgeschalteten, die Antriebe
einer Drehbewegung und/oder Neigung des Kollektorfelds (17) für eine senkrechte
Einstrahlung der Sonnenenergie zum Kollektorfeld (17) steuernden
Verstärker
(34) und
c) eine mit dem nachgeschalteten Verstärker verbundene, diesem
Signale zuführende,
die Durchflussmenge im Solarkreislauf in Abhängigkeit der Temperatur regelnde
analoge Regelung (23.1) mit einem ersten Temperatursensor (23.2).Solar thermal system, comprising the control of one of the incident solar energy trackable collector array (17) with parabolic troughs (2) and absorber tubes (3) and the regulation of the flow rate of the medium in the connected circuit of the collector array (17), characterized by
a) acting according to the C-MOS logic system, signals of a brightness measurement and focus monitoring for rotation and / or inclination of the collector array (17) evaluating analog and digital electronics (31) with integrated first to fifth sensor groups (26, 27 28, 29 and 30),
b) a downstream, the drives of a rotational movement and / or inclination of the collector array (17) for a vertical irradiation of solar energy to the collector array (17) controlling amplifier (34) and
c) a connected to the downstream amplifier, the signals supplying this, the flow rate in the solar circuit as a function of temperature regulating analog control (23.1) with a first temperature sensor (23.2).
Description
Die Erfindung betrifft eine solarthermische Anlage zur wirtschaftlichen Erzeugung von Wärme aus der Sonnenenergie, umfassend ein der einstrahlenden Sonnenenergie gesteuert nachführbares Kollektorfeld mit Parabolrinnen, Absorberrohren und die mögliche Einordnung der solarthermischen Anlage in ein vorhandenes Brauchwassersystem.The The invention relates to a solar thermal plant for economic Generation of heat the solar energy, comprising one of the solar energy radiating controlled trackable Collector field with parabolic troughs, absorber tubes and the possible classification the solar thermal system in an existing service water system.
Es
sind Anlagen gemäß der
Demgegenüber will sich die Erfindung allein auf die wirtschaftliche Umwandlung der Sonnenenergie in Wärme konzentrieren.In contrast, wants the invention is based solely on the economic conversion of Solar energy in heat focus.
Die eingangs gattungsmäßig abgegrenzten Solaranlagen sind herkömmlich oft auf Hausdächern fest montiert und nehmen je nach Dachausrichtung und Sonnenstand nur einen Bruchteil der Sonnenenergie auf.The initially generic demarcated solar systems are conventional often stuck on rooftops mounted and take depending on the roof orientation and position of the sun only a fraction of the sun's energy.
Je nach Dachausrichtung und Beschaffenheit sind aufwändige konstruktive Maßnahmen für den Bau solcher Anlagen erforderlich, um die Ausbeute der Sonnenenergie zu erhöhen.ever roof alignment and texture are complex constructive activities for the Construction of such facilities required to increase the yield of solar energy to increase.
Aufgrund des festen Aufbaus des Systems besteht bei hoher Sonneneinstrahlung die Gefahr der Überhitzung des Mediums. Aus Sicherheitsgründen eines üblichen Druckbetriebs müssen dafür Druckschläuche, Überdruckventile sowie Ausdehnungsgefäße eingesetzt werden,by virtue of The solid construction of the system consists of high solar radiation the danger of overheating of the medium. For safety reasons a usual Printing operation must for pressure hoses, pressure relief valves and expansion tanks used become,
Außerdem werden für die Aufrüstung sowie Nachrüstung große Brauchwasserspeicher mit Solaranschlüssen und entsprechender Regelung benötigt.In addition, will for the arming as well as retrofitting size Hot water tank with solar connections and appropriate control needed.
Bei diesem hohem Aufwand von Material und Lohnkosten ist somit nur bedingt ein wirtschaftlicher Einsatz einer Solaranlage möglich.at This high cost of material and labor costs is therefore limited an economical use of a solar system possible.
Es besteht bei der Entwicklung von thermischen Solaranlagen die allgemeine Anforderung, den Bauaufwand zu senken und die Sonnenenergie effizienter zu nutzen.It exists in the development of solar thermal systems the general Requirement to reduce construction costs and solar energy more efficiently to use.
Zu
diesem Zweck wurden dem Sonnenstand nachführbare Parabolrinnenspiegelkollektoren
bekannt, wie sie in der
Nach der erstgenannten Erfindung wird schon ein elektronisch gesteuertes Konzept verfolgt, jedoch gewährleistet dieses Konzept keine genaue Nachführung.To The first invention is already an electronically controlled Concept pursued, but guaranteed this concept is not accurate tracking.
Entsprechend der letztgenannten Erfindung sind die Kollektoren in modularer Flachbauweise ausgeführt, wobei diese im Einzelnen das Kollektorfeld, die Absorberohre, die Parabolrinnen und deren Antrieb umfassen.Corresponding the latter invention, the collectors are designed in a modular flat design, wherein these in particular the collector field, the absorber tubes, the parabolic troughs and their drive include.
Nachteilig ist hierbei, dass
- – jede Parabolrinne einzeln geschwenkt wird,
- – die Ansteuerung durch einen Schrittmotor über eine Zeitschaltuhr erfolgt,
- – Aussagen über Befestigung oder Drehung in Ost-Süd-West-Richtung fehlen,
- – Angaben über die Erwärmung des Mediums, dessen Einspeisung in den Warmwasserspeicher und Druckverhältnisse nicht vorliegen,
- – eine Glasabdeckung unzweckmäßig ist und
- – die Probleme der Fertigung der Parabolrinnen offen bleiben.
- - each parabolic trough is pivoted individually,
- - The control is carried out by a stepper motor via a timer,
- Statements about attachment or rotation in east-south-west direction are missing,
- - information on the heating of the medium, the feed into the hot water tank and pressure conditions are not present,
- - A glass cover is inappropriate and
- - the problems of manufacturing the parabolic troughs remain open.
Darüber hinaus erfordert das Kollektorfeld relativ viel Abstand zwischen den einzelnen Parabolrinnen, da bei senkrechter Montage die eine Parabolrinne die andere erheblich abdeckt.Furthermore The collector array requires a relatively large amount of space between each one Parabolic troughs, because when mounted vertically, the one parabolic trough the other covers considerably.
Somit muss das Kollektorfeld, je nach Anzahl von Parabolrinnen, extrem groß gebaut werden. Es wird demzufolge eine Schrägstellung des gesamten Reflektors erforderlich, wodurch eine hohe Verschmutzungsgefahr bei fester Montage besteht.Consequently the collector field, depending on the number of parabolic troughs, must be extreme big build become. It is therefore an inclination of the entire reflector required, whereby a high risk of contamination at a fixed Assembly exists.
Auch ist die Justierung der Spiegel auf den Absorberbrennpunkt bei Rollen- bzw. Spindelantrieb und der Austausch der Spiegel aufwendig.Also is the adjustment of the mirrors to the absorber focal point Spindle drive and the replacement of the mirror consuming.
So bedingt auch eine übliche Zeitschaltuhr, dass eine Standortveränderung nicht möglich ist und das Kollektorfeld entsprechend der Sonnenlaufbahn nachjustiert werden muss.So also requires a usual Timer, that a change of location is not possible and readjusted the collector field according to the solar orbit must become.
Schon die Fertigung von 1m bis 2m langen Parabolrinnen wird kompliziert und teuer, da Wärmeausdehnungen, die den Brennpunkt verändern, konstruktiv zu kompensieren sind.Nice The production of 1m to 2m long parabolic troughs gets complicated and expensive because of thermal expansion, that change the focus, are to be compensated constructively.
Ebenfalls wird die Gewährleistung der Torsionsfestigkeit bei diesen Längen zum Problem.Also will be the warranty the torsional strength at these lengths to the problem.
Schließlich besteht kein Sicherheitskonzept bei Ausfall der Pumpe, und die Spiegel können nicht aus dem Brennpunkt gefahren werden.Finally exists no safety concept in case of failure of the pump, and the mirrors can not turn off to be driven to the focal point.
Eine
verbesserte Nachführung
beschreibt die
Hierbei bleiben nachteilig:
- – Ein hoher Energieeinsatz zur Steuerung der Anlage,
- – die Servomotoren und deren Ansteuerung
- – Justierung von Zahnriemenantrieben
- – ein Verdrehen des Kollektorfeldes bei Windeinflüssen und
- – die mit der Zuführung von elektrischen Leitungen sowie dem Zulauf bzw. Rücklauf des flüssigen Mediums verbundenen Probleme.
- - a high energy input for controlling the system,
- - the servomotors and their control
- - Adjustment of toothed belt drives
- - A twisting of the collector field in windy conditions and
- - The problems associated with the supply of electrical lines and the inlet or return of the liquid medium.
Ein
anderer Sonnenkollektor wird in der
Markante Merkmale sind u.a.:
- – Eine Schutzscheibe,
- – der evakuierte Hohlraum zwischen Scheibe und Spiegel.
- – die Herstellung der Parabolrinne durch Tiefziehen eines Bleches aus einem Stück,
- – die Hochdruckleitung und
- – die Formstücke aus Halbschalen.
- - a protective screen,
- - The evacuated cavity between the disc and mirror.
- - the production of the parabolic trough by deep-drawing a sheet of one piece,
- - the high pressure line and
- - The fittings of half shells.
Die Glasscheibe verhindert zwar die Verschmutzung der Spiegel, zugleich vermindert sie aber erheblich und nachteilig die Einstrahlung des gesamten Sonnenspektrums. Technisch aufwendig ist es auch, das dort erforderliche Vakuum zu erzeugen und dieses zu halten.The Although glass pane prevents the contamination of the mirror, at the same time But it reduces considerably and adversely the radiation of the entire Solar spectrum. It is also technically complicated, the required there Create vacuum and hold this.
Die derzeitige Anwendung dieser Lösung bei Röhrenkollektoren steigert die Kosten erheblich.The current application of this solution in tube collectors increases the costs considerably.
Insgesamt ist der Herstellungsprozess der Parabolrinnen viel zu aufwendig und somit teuer, da die Spiegelbleche mit Halterung, z.B. mit NC-Blechbiegemaschinen, hergestellt werden müssen.All in all the manufacturing process of parabolic troughs is far too costly and thus expensive, since the mirror plates with holder, e.g. with NC sheet bending machines, must be made.
Die
Steueranlage für
Solarfelder gemäß der
Schließlich wird
entsprechend der
Die Gesamtschau des Standes der Technik lässt kein Konzept erkennen, um die angesprochenen Nachteile, wie
- – Exakte Nachführung und Nachjustierung,
- – Parabolspiegelherstellung und Modulaustausch,
- – Brennpunktverzerrungen
- – Verschmutzungsgrad,
- – Hochdruckbetrieb und
- – Sonnenenergieausbeute
- - Exact tracking and readjustment,
- - parabolic mirror manufacturing and module replacement,
- - focus distortion
- - degree of pollution,
- - High pressure operation and
- - Solar energy yield
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solarthermischen Anlage zur wirtschaftlichen Erzeugung von Wärme aus der Sonnenenergie, umfassend ein der einstrahlenden Sonnenenergie gesteuert nachführbares Kollektorfeld mit Parabolrinnen und Absorberrohren zu schaffen, wobei
- – eine Nutzung zu einem vorhandenen Brauchwassersystem ermöglicht werden soll,
- – das dreh- und neigbare Kollektorfeld mit Parabolrinnen als Spiegelkollektoren und Absorberrohren nach einem baukastenartigen Modulprinzip zusammenzusetzen ist und
- – mit Hilfe einer elektronischen Steuerung und Regelung ein optimaler Brennpunktverlauf des Kollektorfelds und ein hoher Wirkungsgrad der Wärmeübertragung mit geringem technologischem Aufwand sichergestellt werden kann.
- - a use is to be made possible for an existing service water system,
- - The rotatable and tiltable collector field with parabolic troughs as a mirror collectors and absorber tubes is composed according to a modular principle module principle and
- - With the help of electronic control and regulation, an optimal focal point of the collector field and a high efficiency of heat transfer can be ensured with little technological effort.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch gelöst, dass zur Steuerung und Regelung der solarthermischen Anlage, die eine vom jeweiligen Standort des Kollektorfelds in der Zeit vom Sonnenaufgang bis zum Sonnenuntergang unabhängige Steuerung des Parabolrinnen und Absorberrohr aufweisenden Kollektorfelds umfasst, vorgesehen sind:
- a) Eine analoge und digitale Elektronik in C-MOS-Technik, die eingehende Signale von verschiedenen Sensorgruppen zur Helligkeitsmessung, Drehung und Neigung des Kollektorfeldes sowie die Brennpunktüberwachung auswertet,
- b) ein nachgeschalteter Verstärker, der Signale zum Antrieb einer Drehbewegung und/oder Neigung des Kollektorfeldes liefert, um eine optimale Ausrichtung des Kollektorfeldes zu erreichen und dabei den Antrieb der Drehbewegung und/oder Neigung des Kollektorfelds für eine zu einer senkrechten Einstrahlung der Sonnenenergie zum Kollektorfeld führenden Ausrichtung des Kollektorfelds zu verwenden, und
- c) der nachgeschaltete Verstärke, der ein Signal von einem ersten Temperatursensor im Solarkreislauf zur analogen Regelung einer Tauchpumpe ausgibt, wodurch eine analoge Regelung der Durchflussmenge des in einem Kreislauf vom Kollektorfeld als Vorlauf ablaufenden und zum Kollektorfeld als Rücklauf zulaufenden Mediums erfolgt.
- a) Analog and digital electronics in C-MOS technology, which analyzes incoming signals from different sensor groups for brightness measurement, rotation and inclination of the collector field as well as the focal point monitoring,
- b) a downstream amplifier which provides signals for driving a rotational movement and / or inclination of the collector field in order to achieve an optimal alignment of the collector field and thereby driving the rotational movement and / or inclination of the collector field for a perpendicular irradiation of solar energy to the collector array leading orientation of the collector array, and
- c) the downstream amplifiers, which outputs a signal from a first temperature sensor in the solar circuit for analog control of a submersible pump, whereby an analog control of the flow rate of running in a circuit from the collector array as a flow and the collector field as a return flowing medium occurs.
Zur Wärmeübertragung des Kreislaufs des vom Kollektorfeld als Vorlauf ablaufenden und des zum Kollektorfeld als Rücklauf zulaufenden Mediums sind
- a) ein Wärmetauscher zur Übertragung der Wärme des Kreislaufs des Kollektorfelds auf einen Kreislauf eines vorhandenen Brauchwassersystems angeschlossen und
- b) ein zweiter, am Ausgang des Wärmetauschers angeschlossener Temperatursensor vorgesehen, der eine vorhandene Umwälzpumpe mittels einer vergleichenden Zweipunktregelung in Abhängigkeit einer einstellbaren Führungsgröße dann einschaltet, wenn die Brauchwassertemperatur kleiner als die ein gestellte Führungsgröße ist, wobei damit eine automatische Zu-/Abschaltung der Wärmeübertragung ermöglicht wird.
- a) a heat exchanger for transmitting the heat of the circuit of the collector array connected to a circuit of an existing service water system and
- b) a second, provided at the output of the heat exchanger temperature sensor, which then turns on an existing circulation pump by means of a comparative two-step control function of an adjustable reference variable when the hot water temperature is less than the set reference variable, thereby enabling an automatic connection / disconnection of heat transfer is possible.
Für den vorteilhaft drucklos betriebenen Kreislauf des vom Kollektorfeld als Vorlauf ablaufenden und zum Kollektorfeld als Rücklauf zulaufenden Mediums sind eine kleiner offener Behälter mit der Tauchpumpe und ein Rückschlagventil vorgesehen.For the advantageous pressureless circuit operated by the collector field as a flow running and the collector field as reflux tapered medium are a small open container with the submersible pump and a check valve intended.
Der analogen und digitalen Elektronik mit einer integrierten
- – ersten Sensorgruppe
- – zweiten Sensorgruppe,
- – dritten Sensorgruppe,
- – vierten Sensorgruppe und
- – fünften Sensorgruppe
- – einem Antrieb der Drehbewegung,
- – einem Antrieb der Neigung,
- – einem Antrieb des Rollladens und
- – dem Tauchpumpenmotor
- - first sensor group
- Second sensor group,
- Third sensor group,
- - fourth sensor group and
- - fifth sensor group
- A drive of the rotary movement,
- A drive of inclination,
- - a drive of the shutter and
- - the submersible pump motor
Im Einzelnen werden die verschiedenen Sensorgruppen für folgende Funktionen eingesetzt:
- • Eine erste Sensorgruppe zur Helligkeitsmessung,
- • eine zweite Sensorgruppe zur Drehung des Kollektorfeldes,
- • eine dritte Sensorgruppe zur Feineinstellung, Brennpunküberwachung und/oder der Drehung,
- • eine vierte Sensorgruppe zur Neigung des Kollektorfeldes und/oder
- • eine fünfte Sensorgruppe zur Feineinstellung, Brennpunktüberwachung und/oder der Neigung.
- • a first sensor group for measuring brightness,
- A second sensor group for rotating the collector field,
- A third sensor group for fine adjustment, focal point monitoring and / or rotation,
- A fourth sensor group for inclining the collector field and / or
- • a fifth sensor group for fine adjustment, focus monitoring and / or tilt.
Bei ungenügender Sonneneinwirkung sowie nachts wird das Kollektorfeld durch einen Rollladen verschlossen.at inadequate Sunlight and at night, the collector field by a Shutters closed.
Die Drehung des Kollektorfelds und die Neigung des Kollektorfelds kann mittels der analogen und digitalen Elektronik koordiniert dreidimensional gesteuert werden.The Rotation of the collector field and the inclination of the collector field can coordinated by analog and digital electronics in three dimensions become.
Das Kollektorfeld kann bei ungenügender Sonneneinwirkung, vor Sonnenaufgang und/oder nach Sonnenuntergang mittels der analogen und digitalen Elektronik in eine Startposition gefahren werden, um z.B. morgens erneut schnellstmöglich seine exakte Ausrichtung zu finden.The Collector field can in insufficient sunlight, before sunrise and / or after sunset using the analogue and digital electronics are driven into a starting position, by e.g. in the morning as soon as possible its exact alignment to find.
Sinnvollerweise kann die analoge und digitale Elektronik mittels eines Umschalters von Hand- in Automatikbetrieb und von Automatik- in Handbetrieb geschaltet werdenLogically, Can analog and digital electronics by means of a switch switched from manual to automatic mode and from automatic to manual mode become
Mit der Erfindung sind verschiedene Varianten von Nachführungen und Ausrichtungen realisierbar, wie z.B.:
- • In einer Ausbildung wird in einer Startphase der Anlage mittels der für die Neigung des Kollektorfelds verantwortlichen vierten Sensorgruppe das Kollektorfeld so geneigt, dass es annähernd senkrecht zur Einstrahlung der Sonnenenergie steht.
- • In einer anderen Ausbildung wird in einer Startphase der Anlage mittels der für die Neigung des Kollektorfelds verantwortlichen vierten Sensorgruppe und der für die Drehung des Kollektorfelds verantwortlichen zweiten Sensorgruppe das Kollektorfeld so koordiniert und dreidimensional ausgerichtet, dass es annähernd senkrecht zur Einstrahlung der Sonnenenergie steht.
- • Für den Normalbetrieb der Anlage wird die Erfindung so vervollkommnet, dass mittels der die Stellung des Brennpunktes zur Einstrahlung der Sonnenenergie überwachenden dritten Sensorgruppe die Drehung und/oder mittels der die Stellung des Brennpunktes zur Einstrahlung der Sonnenenergie überwachenden fünften Sensorgruppe die Neigung des Kollektorfelds in dreidimensionaler, exakter Ausrichtung erfolgt.
- • Die Erfindung kann in Kombination sämtlicher Varianten mittels der verknüpfenden analogen und digitalen Elektronik so ausgebaut werden, dass durch die darin eingehenden Signale der für die Drehung des Kollektorfelds verantwortlichen zweiten Sensorgruppe und die Stellung des Brennpunktes zur Einstrahlung der Sonnenenergie überwachenden dritten Sensorgruppe und für die Neigung des Kollektorfelds verantwortlichen vierten Sensorgruppe und die Stellung des Brennpunktes zur Einstrahlung der Sonnenenergie überwachenden fünften Sensorgruppe das Kollektorfeld exakt der Sonnenbahn nachführbar wird.
- • Mittels der die Signale der ersten Sensorgruppe für die Helligkeitsmessung, der zweiten, dritten, vierten und fünften Sensorgruppe für die eigentliche Nachführung verarbeitenden analogen und digitalen Elektronik kann der Brennpunkt des Kollektorfelds ständig auf eine senkrechte Einstrahlung der Sonnenenergie automatisch überwacht werden, wobei das Kollektorfeld dann entsprechend nachgeführt wird, wenn – so auch nach starker Wolkenbildung mit anschließender Aufhellung – die Einstrahlung der Sonnenenergie vom Brennpunkt des Kollektorfelds wieder abweicht.
- • Bei Überhitzung des Solarkreislaufes kann das Kollektorfeld aus dem Brennpunkt gefahren werden.
- In one embodiment, in a start-up phase of the installation, the collector field is tilted by means of the fourth sensor group responsible for the inclination of the collector field, so that it is approximately perpendicular to the irradiation of the solar energy.
- In another embodiment, in a start-up phase of the system, the collector array is coordinated and three-dimensionally oriented by means of the fourth sensor group responsible for the inclination of the collector field and the second sensor group responsible for the rotation of the collector field, so that it is approximately perpendicular to the irradiation of solar energy.
- For normal operation of the system, the invention is perfected so that by means of the position of the focal point for irradiation of solar energy monitoring third sensor group, the rotation and / or by means of the position of the focal point for irradiation of the solar energy monitoring fifth sensor group, the inclination of the collector field in three-dimensional , exact alignment done.
- • The invention can be expanded in combination of all variants by means of the linking analog and digital electronics so that by the incoming signals in the responsible for the rotation of the collector array second sensor group and the position of the focal point for irradiating the solar energy monitoring third sensor group and for the inclination the collector array responsible fourth sensor group and the position of the focal point for irradiation of the solar energy monitoring fifth sensor group, the collector field is exactly tracked the sun's path.
- • By means of the signals of the first sensor group for the brightness measurement, the second, third, fourth and fifth sensor group for the actual tracking processing analog and digital electronics, the focus of the collector field can be monitored automatically for a vertical irradiation of solar energy automatically, the collector field then is tracked accordingly, if - so after strong cloud formation with subsequent brightening - the solar radiation differs again from the focal point of the collector field.
- • If the solar circuit overheats, the collector field can be moved out of the focal point.
Dadurch, dass
- a) der Wärmetauscher zur Übertragung der Wärme des Kreislaufs des vom Kollektorfeld als Vorlauf ablaufenden und des zum Kollektorfeld als Rücklauf zulaufenden Mediums an einen Kreislauf eines vorhandenen Brauchwassersystems dient, ist
- b) über den am Ausgang des Wärmetauschers angebrachten zweiten Temperatursensor durch die Zweipunktregelung mit einstellbarer Führungsgröße die Regelung einer Umwälzpumpe im vorhandenen Brauchwassersystem erfolgt,
- a) the heat exchanger for transferring the heat of the circuit of the collector field running as a feed and serving as the collector field as a return medium to a circuit of an existing service water system, is
- b) via the attached at the output of the heat exchanger second temperature sensor by the two-step control with adjustable reference variable, the control of a circulating pump in the existing service water system,
Technologisch günstig wird das Kollektorfeld mit einem die Parabolrinnen aufnehmenden Rahmen lösbar gefügt, wobei
- – das Kollektorfeld in die Parabolrinnen aufnehmende Felder unterteilt ist,
- – der Rahmen aus Profilen und Profillaufschienen mit seitlichen Profillaufschienen besteht,
- – der Rahmen die Parabolrinnen aufnehmende und lösbar zugefügte Winkelprofile und T-Profile aufweist,
- – der Rahmen an den seitlichen Profillaufschienen angebrachte Schellen zur Befestigung der Absorberrohre aufweist,
- – die Parabolrinnen aus Spiegelmodulen zusammengesetzt sind,
- – die Spiegelmodule aus Parabolbetten und Kleinparabolspiegeln bestehen,
- – das Parabolbett aus Hartschaum geformt ist und/oder
- – der Kleinparabolspiegel aus einer auf das Parabolbett klemmbaren Spiegelfolie bzw. einem hochreflektierenden Aluminiumspiegel geformt wird.
- - the collector field is divided into the parabolic trough receiving fields,
- - the frame consists of profiles and profile rails with lateral profile rails,
- The frame has the parabolic troughs receiving and releasably added angle profiles and T-profiles,
- - The frame has attached to the lateral profile rails clamps for fixing the absorber tubes,
- - The parabolic troughs are composed of mirror modules,
- - the mirror modules consist of parabolic beds and small parabolic mirrors,
- - The parabolic bed is made of hard foam and / or
- - The small parabolic mirror is formed from a clamped on the parabolic bed mirror film or a highly reflective aluminum mirror.
Die solarthermische Anlage wird so mechanisiert, dass das Kollektorfeld mittels der Befestigung über einen die Drehung und Neigung übertragenden Bügel mit einem die Drehung des Kollektorfelds übertragenden und um ein inneres Ständerrohr drehbar geführten äußeren Ständerrohr sowie mit einer die Neigung des Kollektorfelds übertragenden und in einer Mutter laufenden Gewindespindel verbunden ist. Dabei wird die Drehung des Kollektorfelds von einem ersten Getriebestrang und die Neigung des Kollektorfelds von einem zweiten Getriebestrang übertragen.The solar thermal plant is mechanized so that the collector field by means of fastening over a with the rotation and inclination transmitting bracket with one transmitting the rotation of the collector field and an inner stand pipe rotatably guided outer stator tube as well as with the inclination of the collector field transmitting and in a mother running threaded spindle is connected. The rotation of the Collector field of a first gear train and the inclination of Transfer collector field from a second gear train.
Der erste Getriebestrang umfasst einen ersten Getriebemotor mit Schnecke und das äußere Ständerrohr mit Zahnkranz. Der zweite Getriebestrang umfasst einen zweiten Getriebemotor mit Schnecke und die Gewindespindel mit Zahnkranz.Of the first gear train includes a first geared motor with worm and the outer stator tube with sprocket. The second gear train includes a second geared motor with worm and the threaded spindle with sprocket.
Zweckmäßig wird der kleine offene Behälter für die Tauchpumpe am äußeren Ständerrohr angebracht.It is useful the small open container for the submersible pump on the outer stand tube appropriate.
Das Kollektorfeld ist durch den Rollladen abdeckbar, wenn die Anlage außer Betrieb ist, wobei dieser sinnvoll oben am Rahmen angeordnet wird. Der Rollladen wird motorisch betrieben.The Collector field can be covered by the roller shutter when the system except Operation is, this is meaningfully arranged at the top of the frame. Of the Roller shutter is powered by a motor.
Dadurch, dass in einer denkbaren Kombination der erfindungsgemäßen Merkmale, wie
- a) der Rahmen, der das Kollektorfeld umfasst, mehrere parallel angeordnete Parabolrinnen aus mehreren Spiegelmodulen und Absorberrohren, die zu einer starren Einheit lösbar gefügt sind,
- b) das Kollektorfeld einachsig senkrecht zur Drehung und einachsig waagerecht zur Neigung für eine dreidimensionale Ausrichtung angeordnet ist,
- c) das Kollektorfeld mit einer ersten Sensorgruppe, zweiten Sensorgruppe, dritten Sensorgruppe, vierten Sensorgruppe und fünften Sensorgruppe zur koordinierten Helligkeitsmessung, Nachführung und zur Überwachung seines Brennpunktes korrespondiert,
- d) das Kollektorfeld von einer auswertenden analogen- und digitalen Elektronik für eine dreidimensionale Ausrichtung des Brennpunktes des Kollektorfelds auf eine senkrechte Einstrahlung der Sonnenenergie gesteuert wird,
- e) eine elektronische Wirkverbindung zwischen der ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Sensorgruppe besteht und
- f) ein Anschluss des Kreislaufs des Kollektorfelds über einen Wärmetauscher an ein Brauchwasserversorgungssystem vorgesehen ist,
- a) the frame comprising the collector array, a plurality of parallel parabolic troughs of a plurality of mirror modules and absorber tubes, which are detachably joined to form a rigid unit,
- b) the collector array is arranged uniaxially perpendicular to the rotation and uniaxially horizontal to the inclination for a three-dimensional orientation,
- c) the collector field corresponds to a first sensor group, second sensor group, third sensor group, fourth sensor group and fifth sensor group for coordinated brightness measurement, tracking and monitoring of its focal point,
- d) the collector array is controlled by an evaluating analog and digital electronics for a three-dimensional alignment of the focal point of the collector field to a vertical irradiation of the solar energy,
- e) an electronic operative connection between the first, second, third, fourth and fifth sensor group is and
- f) a connection of the circuit of the collector array is provided via a heat exchanger to a service water supply system,
Die Spiegelkollektoren wie Parabolrinnen werden so einsetzbar, dass das gesamte Spektrum der Sonnenenergie fokussiert auf die Absorberrohre gelenkt wird. Die Spiegelfläche kann dabei nur maximal 3 Quadratmeter betragen. Größere Flächen, die aufwändige konstruktive Maßnahmen erfordern und die Anlage im Vergleich zu den bisherigen auf dem Markt befindlichen Kollektoren verteuern würden, werden unnötig und somit wirtschaftlich uninteressant.The Mirror collectors such as parabolic troughs can be used so that the entire spectrum of solar energy is focused on the absorber pipes becomes. The mirror surface can only be a maximum of 3 square meters. Larger surfaces, the elaborate constructive activities require and the plant compared to the previous ones in the market collectors would become unnecessary and thus economically uninteresting.
Die erfindungsgemäße Solaranlage kann für 2 bis 6 Personenhaushalte problemlos auf Hausdächern, an Giebeln, Garagen und in Gärten installiert werden. Hervorzuheben ist, dass herkömmliche, bestehende Brauchwasserspeicher genutzt werden können und keine Eingriffe in bestehende Warmwasser- bzw. Heizungssysteme erforderlich sind. Das einfach aufgebaute und demnach preiswerte, nach dem Baukasten- und Modulprinzip zusammensetzbare System kann selbst im Eigenbau montiert und installiert werden.The solar system according to the invention can for 2 to 6 households can be easily installed on rooftops, on gables, garages and in gardens. It should be emphasized that conventional, existing water heaters can be used and no interventions in existing hot water or heating systems are required. The simply constructed and, therefore, reasonably priced system, which can be put together according to the modular and modular principle, can be installed and installed even in self-construction.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt.One embodiment The invention is illustrated in the drawings.
In den Zeichnungen zeigenIn show the drawings
Gemäß
Am
Rahmen befinden sich Profillaufschienen
In
Entsprechend
diesem Grundaufbau können der
Rahmen
Es
ist hervorzuheben, dass nicht die einzelnen Parabolrinnen
In
der Nacht und bei ungenügender
Sonneneinstrahlung wird das Kollektorfeld
Die
Anbringung des Kollektorfelds
Gemäß
Um
nachteilige Verformungen der Kleinparabolspiegel
Besonders
vorteilhaft ist, dass bei den erfindungsgemäß lösbar zusammengesetzten Parabolrinnen
Durch
die erfindungsgemäßen, lösbar gefügten Parabolrinnen
Somit
ist für
den Fachmann nachvollziehbar, dass die aus einzelnen Kleinparabolspiegeln
Die
praktikable Größe der einzelnen
Spiegelmodule
Aufgrund
des relativ geringen Gewichts eines derart gefügten Kollektorfelds
In
Das
innere Ständerrohr
An
dem drehbaren äußeren Ständerrohr
Außerdem dient
das drehbare äußere Ständerrohr
Beginnend
mit den aus
Weiterhin
ist in
Darüber hinaus
wird eine, im nicht bezeichneten Brauchwasserkreislauf vorhandene
Umwälzpumpe
In
In
Da
erfindungsgemäß die Ausrichtung
des Kollektorfelds
Deshalb
setzt die Erfindung eine Schaltung aus C-MOS-Logikbaugruppen und
Operationsverstärkern
ein. Diese bewirkt bei entsprechender Sonneneinstrahlung ein automatisches
Suchen des optimalen Brennpunktes des Kollektorfelds
Im
Block der analogen und digitalen Elektronik
- – einer
ersten Sensorgruppe
26 für eine Helligkeitsmessung, - – einer
zweiten Sensorgruppe
27 für eine Drehung des Kollektorfelds, - – einer
dritten Sensorgruppe
28 für eine Feineinstellung, Brennpunktüberwachung und/oder Drehung des Kollektorfelds, - – einer
vierten Sensorgruppe
29 für eine Neigung des Kollektorfelds und - – einer
fünften
Sensorgruppe
30 für eine Feineinstellung, Brennpunktüberwachung und/oder Neigung des Kollektorfelds
- - a first sensor group
26 for a brightness measurement, - - a second sensor group
27 for a rotation of the collector field, - - a third sensor group
28 for a fine adjustment, focus monitoring and / or rotation of the collector field, - - a fourth sensor group
29 for a slope of the collector field and - - a fifth sensor group
30 for a fine adjustment, focus monitoring and / or inclination of the collector field
Die
analoge und digitale Elektronik
- – den
ersten Getriebemotor
35 des ersten Getriebestrangs20 zum Antrieb der Drehung des Kollektorfelds17 , - – den
zweiten Getriebemotor
36 des zweiten Getriebestrangs16 zum Antrieb der Neigung des Kollektorfelds17 , - – den
Motor
37 zum Antrieb des Rollladens6 und - – einen
Motor
38 zum Antrieb der Tauchpumpe23 .
- - the first geared motor
35 of the first gear train20 for driving the rotation of the collector field17 . - - the second geared motor
36 of the second gear train16 for driving the inclination of the collector field17 . - - the engine
37 for driving the roller shutter6 and - - a motor
38 to drive the submersible pump23 ,
Mit
einem Pfeil ist ein Anschluss einer Spannungsversorgung
Durch
die optimal angebrachten ersten bis fünften Sensorgruppen
- – laufende Überwachung
des Brennpunkts und erforderliche Nachführung des Kollektorfelds
17 , - – Suchen
des Brennpunktes des Kollektorfelds
17 vom Sonnenaufgang bis zum Sonnenuntergang, - – Dreidimensionale
Drehung und Einstellung des Winkels des Kollektorfelds
17 zur Sonne, - – exakter
Verlauf des Kollektorfelds
17 nach der Sonnenbahn, - – Nachlaufen
des Kollektorfelds
17 in den Brennpunkt nach starker Wolkenbildung mit anschließender Aufhellung, - – Fahren
in eine Ausgangsposition und Schließen des Rollladen
6 bei ungenügender Sonneneinwirkung sowie nachts, - – temperaturabhängige Regelung
der Tauchpumpe
23 und - – Fahren
des Kollektorfelds
17 aus dem Brennpunkt bei Überhitzung
- - Continuous monitoring of the focal point and required tracking of the collector field
17 . - - Find the focus of the collector field
17 from sunrise to sunset, - - Three-dimensional rotation and adjustment of the angle of the collector field
17 to the sun, - - exact course of the collector field
17 after the sun, - - Tracking of the collector field
17 in the focus after heavy cloud formation followed by brightening, - - Driving to a starting position and closing the roller shutter
6 with insufficient sunlight and at night, - - Temperature-dependent control of the submersible pump
23 and - - Driving the collector field
17 out of focus when overheating
Eine
einfache als Vergleicher wirkende Zweipunktregelung
Es ist somit kein Eingriff in eine vorhandene Heizungselektronik erforderlich. Außerdem erfordert die Erfindung keine elektrische und keine mediumtechnische Verbindung zwischen den Kreisläufen einer vorhandenen Heizung und der solarthermischen Anlage.It Thus, no intervention in an existing heating electronics is required. Furthermore the invention requires no electrical and no medium technical Connection between the circuits an existing heating and the solar thermal system.
Die
gesamte auswertende Elektronik befindet sich als analoge und digitale
Elektronik
Der
Umschalter
Schließlich werden bei der elektrischen Anlage die Sicherheitsbestimmungen SELV (Schutzkleinspannung) und Schutzart IP 64 problemlos eingehalten.Finally Safety regulations SELV (safety extra-low voltage) in the electrical system and IP 64 degree of protection.
Die erfindungsgemäße solarthermische Anlage selbst, deren Steuerung und Regelung und die Übertragung der Wärme in das bestehende Brauchwassersystem schafft Vorteile, weil
- – ein Brauchwasserspeicher mit getrenntem Solaranschluss nicht erforderlich ist und
- – die Übertragung
der Wärme
in das bestehende Brauchwassersystem einfach und kostengünstig durch
den Wärmetauscher
25 realisiert und der Wärmetauscher25 dem bestehenden Kreislauf Kessel-Brauchwasserspeicher zugeordnet werden kann.
- - A hot water tank with separate solar connection is not required and
- - The transfer of heat into the existing service water system easily and inexpensively through the heat exchanger
25 realized and the heat exchanger25 can be assigned to the existing circuit boiler water heater.
Der scheinbare Nachteil der Erwärmung des Kessels kehrt sich zum Vorteil, da
- – dieser sich nicht abkühlt,
- – wodurch sich in diesem kein Schwitzwasser bildet,
- – deshalb keine die Kesselwand angreifende (Schwefel-)Säure entstehen kann und
- – die Lebensdauer des Kessels erhöht wird.
- - this does not cool,
- - whereby no condensation forms in this,
- - Therefore, no attacking the boiler wall (sulfuric acid) can occur and
- - The life of the boiler is increased.
Bei
der Anwendung der Erfindung ist es praktisch, dass die Parabolrinnen
Bei üblichen
Flächen
des Kollektorfelds
Eine
teure Ansteuerelektronik und Schrittmotoren entfallen zu Gunsten
der einfachen analogen und digitalen Elektronik
Gemäß der Erfindung
erfolgt eine dreidimensionale Ausrichtung des Kollektorfelds
Der
Rollladen
Da das erfindungsgemäße Umlaufsystem des Mediums offen ist, entfallen Hochdruckleitungen und eine dementsprechende Sicherheitstechnik.There the circulation system of the invention Medium is open, eliminates high pressure lines and a corresponding Safety technology.
Durch
die in kleinen Modulen ausgeführten und
geformten Parabolbetten
Die
automatische Nachführung
des Kollektorfelds
Der hohe Wirkungsgrad des Verfahrens und der einfache modulartige und preiswerte Aufbau der erfindungsgemäßen Anlage gewährleisten eine umfassende gewerbliche Verwendung.Of the high efficiency of the process and the simple modular and ensure low-cost construction of the system according to the invention a full commercial use.
- 11
- Rahmenframe
- 22
- Parabolrinneparabolic trough
- 33
- Absorberrohrabsorber tube
- 44
- Profilprofile
- 55
- ProfillaufschieneProfile running rail
- 66
- Rollladenshutters
- 77
- Befestigungattachment
- 88th
- seitliche Profillaufschienelateral Profile running rail
- 99
- Schelleclamp
- 1010
- Winkelprofilangle section
- 1111
- T-ProfilT profile
- 1212
- Spiegelmodulmirror module
- 1313
- Kleinparabolspiegel (Spiegelfolie)small parabolic mirror (Reflector film)
- 1414
- ParabolbettParabolbett
- 1515
- Bügelhanger
- 1616
- zweiter Getriebestrangsecond gear train
- 16.116.1
- Gewindespindelscrew
- 16.216.2
- Muttermother
- 1717
- Kollektorfeldcollector field
- 1818
- inneres Ständerrohrinner upright tube
- 1919
- drehbares äußeres Ständerrohrrotatable outer stand tube
- 2020
- erster Getriebestrangfirst gear train
- 20.120.1
- Zahnkranzsprocket
- 2121
- Rückschlagventilcheck valve
- 2222
- kleiner offener Behältersmaller open container
- 2323
- Tauchpumpesubmersible pump
- 23.123.1
- analoge Regelung für Tauchpumpeanalog Regulation for submersible pump
- 23.223.2
- erster Temperatursensor (Tauchpumpe)first Temperature sensor (submersible pump)
- 2424
- Umwälzpumpecirculating pump
- 24.124.1
- Zweipunktregelung für UmwälzpumpeTwo-point control for circulation pump
- 24.224.2
- zweiter Temperatursensor (Umwälzpumpe)second Temperature sensor (circulating pump)
- 2525
- Wärmetauscherheat exchangers
- 2626
- erste Sensorgruppe (Helligkeitsmessung)first Sensor group (brightness measurement)
- 2727
- zweite Sensorgruppe (Drehung)second Sensor group (rotation)
- 2828
- dritte Sensorgruppe (Drehung, Brennpunktüberwachung)third Sensor group (rotation, focus monitoring)
- 2929
- vierte Sensorgruppe (Neigung)fourth Sensor group (tilt)
- 3030
- fünfte Sensorgruppe (Neigung, Brennpunktüberwachung)fifth sensor group (Tilt, focus control)
- 3131
- analoge Elektronik und digitale Elektronikanalog Electronics and digital electronics
- 3232
- Umschalter zwischen Hand- und Automatikbetriebswitch between manual and automatic mode
- 3333
- Spannungsversorgungpower supply
- 3434
- Verstärkeramplifier
- 3535
- erster Getriebemotor zum Antrieb der Drehbewegungfirst Geared motor for driving the rotary motion
- 3636
- zweiter Getriebemotor zum Antrieb der Neigungsecond Geared motor for driving the inclination
- 3737
- Motor zum Antrieb des Rollladensengine for driving the roller shutter
- 3838
- TauchpumpenmotorSubmersible pumps motor
Claims (25)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE202007012891U DE202007012891U1 (en) | 2007-09-15 | 2007-09-15 | Solar thermal system for generating heat from solar energy |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE202007012891U DE202007012891U1 (en) | 2007-09-15 | 2007-09-15 | Solar thermal system for generating heat from solar energy |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE202007012891U1 true DE202007012891U1 (en) | 2007-12-13 |
Family
ID=38825716
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE202007012891U Expired - Lifetime DE202007012891U1 (en) | 2007-09-15 | 2007-09-15 | Solar thermal system for generating heat from solar energy |
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Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE202007012891U1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2161516A1 (en) * | 2008-09-03 | 2010-03-10 | NOVATEC BioSol AG | Solar thermal array |
-
2007
- 2007-09-15 DE DE202007012891U patent/DE202007012891U1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2161516A1 (en) * | 2008-09-03 | 2010-03-10 | NOVATEC BioSol AG | Solar thermal array |
WO2010025808A2 (en) * | 2008-09-03 | 2010-03-11 | Novatec Biosol Ag | Solar thermal system |
WO2010025808A3 (en) * | 2008-09-03 | 2010-10-07 | Novatec Biosol Ag | Solar thermal system |
EP2330362A3 (en) * | 2008-09-03 | 2012-06-27 | Novatec Solar GmbH | Solar thermal array |
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