DE202008005604U1

DE202008005604U1 - Solarkollektor-Anordnung

Info

Publication number: DE202008005604U1
Application number: DE202008005604U
Authority: DE
Original assignee: Webasto Solar GmbH
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 2008-04-22
Filing date: 2008-04-22
Publication date: 2008-07-10
Anticipated expiration: 2018-04-23

Abstract

Solarkollektor-Anordnung (K) zur Umwandlung von Sonnenenergie in Wärme, die an einen die Solarkollektor-Anordnung (K) durchströmenden Wärmeträger abgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarkollektor-Anordnung (K) mindestes einen unter einer Glasfläche (G) angeordneten Flachabsorber (F) und mindestens einen nachgeschalteten Vakuumabsorber (V) aufweist, die der Wärmeträger nacheinander durchströmt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Solarkollektor-Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Arten von Solarkollektoren bekannt, die Sonnenenergie in Wärme umwandeln und an einen den Solarkollektor durchströmenden Wärmeträger, wie z. B. Wasser, eine spezielle wärmeleitende Flüssigkeit oder ein anderes flüssiges Trägermedium, abgegeben. Wenn Wasser verwendet wird, kann dies mit Frostschutz- und/oder Korrosionsschutzmitteln versehen werden. Für die auch als thermische Sonnenkollektoren bezeichneten Anordnungen haben sich verschiedene Bauformen etabliert.
Eine relativ einfache Bauform ist der sog. Flachkollektor, der mehrere auf wärmeisolierendem Material montierte Flachabsorber aufweist, die unter einer Glasfläche angeordnet sind. Der einzelne Flachabsorber kann z. B. aus verlöteten Kupferplatten bestehen, der Profilzwischenraum von dem Wärmeträger direkt durchströmt wird. Flachkollektoren, die auch als Plattenkollektoren bezeichnet werden, sind relativ kostengünstig zu herzustellen, weisen aber bei niedrigem Temperaturniveau, wie z. B. während der kälteren Jahreszeiten, nur eine eher geringe Energieeffizienz auf.
Eine weitere Bauform ist der sog. Vakuumkollektor, der aus mehreren Vakuumabsorbern besteht, die z. B. ein von dem Wärmeträger durchströmtes Rohr aufweisen, das von einer Glasröhre umfasst und durch ein in dem Glasröhre herrschendes Vakuum wärmeisoliert sind. Diese Bauform wird auch als Vakuumröhrenkollektor bezeichnet und ist relativ kostenintensiv in der Herstellung. Diese Bauform kann aber eine hohe Energieeffizienz aufweisen, neigt aber insbesondere bei kälteren Wetterlagen zu Verlusten aufgrund von sich im Betrieb bildenden Tau, Raufreif oder Schnee.
In der DE 10 2004 051 689 A1 wird ein Solarkollektor vorgeschlagen, bei dem zur Beheizung des Kollektors eine Einrichtung, insbesondere eine elektrische Widerstandsheizung vorgesehen ist. Hierdurch können auf dem Kollektor sich angesammelte Schneemengen abgetaut oder zum Abrutschen gebracht werden. Jedoch ist das zusätzliche Anbringen einer solchen Beheizungs-Einrichtung aufwendig und kostenintensiv. So ist u. a. eine Stromversorgung mit entsprechender Verkabelung erforderlich.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Solarkollektor-Anordnung vorzuschlagen, die eingangs genannten Nachteile in vorteilhafter Weise überwindet. Insbesondere soll eine Solarkollektor-Anordnung geschaffen werden, die auch bei kälteren Wetterlagen eine hohe Energieeffizienz erzielen kann.
Gelöst wird die Aufgabe durch eine Solarkollektor-Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Demnach wird Solarkollektor-Anordnung vorgeschlagen, die mindestes einen unter einer Glasfläche angeordneten Flachabsorber und mindestens einen nachgeschalteten Vakuumabsorber aufweist, die der Wärmeträger nacheinander durchströmt.
Dadurch ergibt sich eine als Reihenschaltung ausgeprägte Kombination von Flach- und Vakuumabsorbern, die bewirkt, dass der Wärmeträger in den eher einfach herzustellenden Flachabsorbern vorerwärmt wird und die Abwärme dieser Absorber zudem zum Abtauen der Glasfläche dient, wobei der vorgewärmte Wärmeträger anschließend in den Vakuumabsorbern weiter erhitzt wird, deren hoch effiziente Funktion dann nicht mehr durch Tau, Raureif oder Schnee gestört sein kann.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der hier vorgestellten Solarkollektor-Anordnung ergeben sich aus den Unteransprüchen:
Vorzugsweise ist der Einlass des mindestens einen Flachabsorbers an einen Zulauf Solarkollektor-Anordnung angeschlossen und ist der Auslass des mindestens einen Vakuumabsorbers an einen Rücklauf der Solarkollektor-Anordnung angeschlossen. Somit kann die Anordnung als komplettes Modul montiert werden. Bevorzugt sind die Vakuumabsorber als Vakuumröhrenabsorber ausgebildet. Außerdem deckt die Glasfläche vorzugsweise die gesamte Solarkollektor-Anordnung ab.
Von Vorteil ist es auch, wenn die Solarkollektor-Anordnung mehrere Flachabsorber aufweist, die verteilt, insbesondere zumindest näherungsweise gleichmäßig verteilt, unterhalb der Glasfläche angeordnet sind. Dadurch kann eine optimale Vorwärmung der Glasfläche erreicht werden. Auch können die Flachabsorber und Vakuumabsorber wechselweise bzw. alternierend angeordnet werden. Im einfachen Fall reicht es aber aus, die Vakuumabsorber in der Mitte der Anordnung und die Flachabsorber an ein oder zwei Stellen seitlich davon zu konzentrieren.
Bevorzugt ist der mindestens eine Vakuumabsorber in der Mitte der Solarkollektor-Anordnung unterhalb der Glasfläche angeordnet ist. In diesem Zusammenhang sind dann die mehreren Flachabsorber vorzugsweise seitlich zu beiden Seiten des mindestens einen Vakuumabsorber hin angeordnet sind. Dadurch werden die Vakuumabsorber von den vorwärmenden Flachabsorbern umschlossen.
Bevorzugt ist zumindest oder auch nur ausschließlich der mindestens eine Flachabsorber auf einem wärmeisolierenden Material montiert, das z. B. aus Polyurethan in Form von Platten oder Schaum bestehen kann. Im einfachen Fall wird die gesamte Anordnung mit Isolationsmaterial versehen, wobei hier nur eine dünne Platte bzw. Schaumschicht von deutlich weniger als 50 mm erforderlich ist, da die erfindungsgemäße Anordnung ein geringeres Temperaturgefälle zwischen Innenraum und Außenbereich aufweist, als dies bei herkömmlichen Flachkollektoren der Fall ist.
Die Erfindung wird nun anhand eine Ausführungsbeispiels näher beschrieben, wobei auf die beiliegenden schematischen Zeichnungen Bezug genommen wird.
Die 1 zeigt in einer Draufsicht auf die Anordnung die als Reihenschaltung ausgeprägte Kombination von Flach- und Vakuumabsorbern;
Die 2 zeigt in einem Querschnitt den strukturellen Aufbau der Anordnung.
Wie in der 1 dargestellt wird, umfasst die Solarkollektor-Anordnung K mehrere Flachabsorber F und mehrere damit verbundene Vakuumabsorber V, welche hier als Vakuumröhrenabsorber ausgestaltet sind. Durch die erfindungsgemäße Kombination und Verbindung dieser beiden verschiedenen Absorbertypen wird erreicht, dass der Wärmeträger bzw. das Trägermedium zunächst in den Flachabsorbern F vorgewärmt wird und anschließend in den nachgeschalteten Vakuumabsorbern V weiter erhitzt wird. Erfindungsgemäß sind die Flachabsorber F eingangsseitig mit einem Zulauf Z bzw. Vorlauf der Solarkollektor-Anordnung K verbunden. Ausgangsseitig sind die Flachabsorber F mit dem Eingang der Vakuumabsorber V verbunden, deren Ausgang wiederum mit dem Rücklauf R der Solarkollektor-Anordnung K verbunden ist.
Somit wird also der vom Zulauf Z kommende Wärmeträger in den Flachabsorbern F vorgewärmt, wobei die Abwärme dieser Absorber F zum Abtauen der Glasfläche genutzt wird, welche den gesamten Kollektor bedeckt. Bei niedrigem Temperaturniveau halten sich die Wärmeverluste in Grenzen und der Wirkungsgrad ist entsprechend hoch. Der so vorgewärmte Wärmeträger wird dann in den Vakuumabsorbern V weiter erhitzt. Die relativ teuren Vakuumröhren müssen somit den Wärmeträger nur noch von einem mittleren Temperaturniveau auf ein hohes Temperaturniveau erhitzen. Die Funktion und Effizienz der Vakuumröhrenabsorber V wird somit nicht mehr durch Tau, Raureif oder Schnee gemindert.
Eine mögliche Anordnung der verschiedenen Absorbertypen wird anhand der 1 dargestellt und anhand der 2 näher verdeutlicht, welche im Querschnitt den strukturellen Aufbau der gesamten Anordnung darstellt.
Wie dort zu sehen ist, werden die Flachabsorber F vorzugsweise verteilt unterhalb der Glasfläche G angeordnet, um möglichst gleichmäßig die Glasfläche G zu erwärmen und somit von eventuellem Tau, Raureif oder Schnee zu befreien. Die hoch-effizienten Vakuumabsorber V sind dabei vorzugsweise in der Mitte des Kollektors K angeordnet. Die Flachabsorber F sind auf beiden Seiten dazu angeordnet, um die Vakuumabsorber V quasi einzurahmen. Unterhalb der Absorber befindet sich wärmeisolierendes Material I. Es kann ggf. auch ausreichen, das wärmeisolierende Material I bloß unterhalb der Flachabsorber F vorzusehen.
Insgesamt besteht die Solarkollektor-Anordnung K, wie in 2 veranschaulicht, im wesentlichen aus drei Ebenen, nämlich der Glasfläche bzw. Glasscheibe G, der Ebene mit den angeordneten Absorbern F bzw. V und der darunter befindlichen Isolierung I. Die Gesamtanordnung gemäß der Erfindung nutzt sowohl die Vorteile von Flachabsorbern wie auch von Vakuumabsorbern und bewirkt aufgrund der als Reihenschaltung ausgeführten Kombination eine besonders hohe Effizienz bei der Umwandlung von Solarenergie in Wärme. Die Solarkollektor-Anordnung K kann als kompaktes Modul mit z. B. 1,5–2,5 qm Fläche aufgebaut und hergestellt werden, welches verhältnismäßig einfach und schnell zu montieren ist.

K: Solarkollektor-Anordnung
F: Flachabsorber
V: Vakuumabsorber, hier als Vakuumröhrenabsorber ausgestaltet
Z: Zulauf
R: Rücklauf
G: Glasfläche bzw. Glasscheibe
I: wärmeisolierendes Material

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004051689 A1 [0005]

Claims

Solarkollektor-Anordnung (K) zur Umwandlung von Sonnenenergie in Wärme, die an einen die Solarkollektor-Anordnung (K) durchströmenden Wärmeträger abgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarkollektor-Anordnung (K) mindestes einen unter einer Glasfläche (G) angeordneten Flachabsorber (F) und mindestens einen nachgeschalteten Vakuumabsorber (V) aufweist, die der Wärmeträger nacheinander durchströmt.
Solarkollektor-Anordnung (K) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass des mindestens einen Flachabsorbers (F) an einen Zulauf (Z) und der Auslass des mindestens einen Vakuumabsorbers (F) an einen Rücklauf (R) der Solarkollektor-Anordnung (K) angeschlossen sind.
Solarkollektor-Anordnung (K) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Vakuumabsorber als Vakuumröhrenabsorber (F) ausgebildet ist.
Solarkollektor-Anordnung (K) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasfläche (G) die gesamte Solarkollektor-Anordnung (K) abdeckt.
Solarkollektor-Anordnung (K) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarkollektor-Anordnung (K) mehrere Flachabsorber (F) aufweist, die verteilt unterhalb der Glasfläche (G) angeordnet sind.
Solarkollektor-Anordnung (K) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Vakuumabsorber (V) in der Mitte der Solarkollektor-Anordnung (K) unterhalb der Glasfläche (G) angeordnet ist.
Solarkollektor-Anordnung (K) nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Flachabsorber (F) seitlich zu beiden Seiten des mindestens einen Vakuumabsorber (V) hin angeordnet sind.
Solarkollektor-Anordnung (K) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der mindestens eine Flachabsorber (F) auf einem wärmeisolierenden Material (I) montiert ist.