DE202010005345U1

DE202010005345U1 - Thermische Solarkollektoreinrichtung

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Publication number: DE202010005345U1
Application number: DE202010005345U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-04-30
Filing date: 2010-04-30
Publication date: 2011-09-06
Anticipated expiration: 2020-05-01

Abstract

Thermische Solarkollektoreinrichtung zur Nutzung der Solarstrahlung für die direkte oder indirekte Wärmeversorgung mindestens eines Warmwasserspeichers und/oder für die Speicherung der Wärmeenergie in einem Wärmespeicher, vorzugsweise einem im Erdbodenbereich, insbesondere Erdreich liegenden Wärmespeicher, welche Solarkollektoreinrichtung mindestens ein ein Wärmeträgerfluid aufnehmendes Absorberrohrsystem enthält, das Teil eines zum Warmwasserspeicher und/oder zum Wärmespeicher führenden Kreislaufsystems ist und von einer Lichtdurchlassfläche abgedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorberrohrsystem (7) in einem pyramidenförmigen Raum (5) verlegt ist, – dessen Grundfläche eine Wärmeisolierplatte (3) enthält, die auf ihrer Oberseite von einer primären Reflektionsschicht (4) aus gut wärmespiegelndem Material überlagert ist, und – dessen Seitenflächen außen eine Abdeckung aus lichtdurchlässigem Material aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft eine thermische Solarkollektoreinrichtung zur Nutzung der Solarstrahlung für die direkte und/oder indirekte Wärmeversorgung mindestens eines Warmwasserspeichers und/oder für die Speicherung von Wärmeenergie in einem Wärmespeicher, vorzugsweise einem im Erdbodenbereich, insbesondere Erdreich liegenden Wärmespeicher, welche Solarkollektoreinrichtung mindestens ein ein Wärmeübertragungsfluid aufnehmendes Absorberrohrsystem enthält, das Teil eines zum Warmwasserspeicher und/oder Wärmespeicher führenden Kreislaufsystems ist und von einer Lichtdurchlassfläche, vorzugsweise Glas- oder Solarglasfläche, abgedeckt ist.
Übliche thermische Solarkollektoren, bei denen die durch die Lichtdurchlassfläche einfallenden Sonnenstrahlen das in dem Absorberrohrsystem zirkulierende Fluid erwärmt bzw. erhitzt wird, sind in der Regel als sogenannte Flachkollektoren ausgestaltet, in denen das Absorberrohr z. B. m#anderförmig verlegt ist. Derartige Flachkollektoren sind häufig bis auf die durch eine Glasabdeckung gebildete Lichtdurchlassfläche von einer wärmeisolierenden Schicht umgeben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, im Wesentlichen aufbauend auf dem Prinzip von Flachkollektoren eine Solarkollektoreinrichtung zu schaffen, bei dem die einfallende Sonnenstrahlung in verbessertem Umfang genutzt und gespeichert wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Absorberrohrsystem in einem vorzugsweise drei- bis achteckigen pyramidenförmigen Raum verlegt, dessen Grundfläche eine vorzugsweise selbsttragende Wärmeisolierplatte enthält, die auf ihrer Oberseite von einer primären Reflektionsschicht aus gut wärmespiegelndem Material überlagert ist, und dessen Seitenflächen außen eine Abdeckung aus lichtdurchlässigem Material aufweisen.
In Abhängigkeit von der Grundfläche des pyramidenförmigen Raumes, vorzugsweise 1 bis 10 m², insbesondere 2,5 bis 5 m², und in Abhängigkeit von dessen Raumhöhe vorzugsweise 2,5 bis 5 m² kann ein großvolumiger Wärmespeicherraum erhalten werden, dessen Wärme mittels des durch das Absorberrohrsystem strömende Wärmeträgerfluids entweder direkt zu einem Verbraucher oder Warmwasserspeicher oder einem vorzugsweise im Erdreich liegenden Wärmespeicher transportiert wird, dessen Wärmeenergie bei fehlender Sonneneinstrahlung insbesondere mittels einer Wärmepumpe wiederum genutzt und dem Verbraucher oder einem Warm- oder Heißwasserkessel zugeführt werden kann.
Das Absorberrohrsystem enthält mindestens ein im Wesentlichen zu einer konischen Spirale gewickeltes Absorberrohr, dessen übereinander befindlichen Absorberrohrlagen einen ausreichenden Abstand, vorzugsweise im Bereich von 10 bis 15 mm haben, so dass die durch die Seitenflächen einfallende Sonneneinstrahlung auf die primäre Reflektionsschicht auftrifft und in den pyramidenförmigen Raum reflektiert wird.
Gemäß weiterer Erfindung weist mindestens eine Seitenfläche des pyramidenförmigen Raums an ihrer Innenseite eine sekundäre Reflektionsschicht aus gut wärmespiegelndem Material auf derart, dass von der primären Reflektionsschicht auf dieses sekundäre Reflektionsschicht auftreffende Strahlen wiederum in den pyramidenförmigen Wärmespeicherraum reflektiert werden. Auf diese Weise können auch nicht einer direkten Sonneneinstrahlung ausgesetzten Pyramiden-Seitenflächen zur Wärmespeicherung genutzt werden.
Um auch bei fehlender Sonneneinstrahlung eine betriebsfähige Einheit zur Sammlung und Weiterleitung von Wärmeenergie zur Verfügung zu haben, ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung unterhalb des pyramidenförmigen Raumes ein Luftkollektor angeordnet, der aus einem mehrere Stützen aufweisenden Gestell mit einer Höhe von vorzugsweise 0,5 bis 2 m, insbesondere 0,8 bis 1,2 m, insbesondere 1 m, besteht, dessen Grundfläche im wesentlichen der Grundfläche des pyramidenförmigen Raums besteht, wobei ein Absorberrohrsystem für ein Wärmeübertragungsfluid aus mindestens einem vorzugsweise zu einer im wesentlichen zylindrischen Spirale gewickelten Absorberrohr vorgesehen ist, das um die Außenseite des Gestells verlegt ist.
Für den Fall, dass die durch Sonnenstrahlung gewonnene Wärmeenergie einem im Erdreich liegenden Wärmespeicher zugeführt wird, ist zur weiteren Verbesserung der Effektivität der Solarkollektoreinrichtung erfindungsgemäß ein Niederschlagswasser-Auffangsystem vorgesehen, aus dem das Niederschlagswasser dem im Erdreich liegenden Wärmespeicher zuführbar ist.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben.
1 zeigt in schematisierter Darstellung teilweise im Schnitt und teilweise in der Seitenansicht die erfindungsgemäße Solarkollektoreinrichtung;
2 ist eine Draufsicht der Einrichtung;
3 zeigt in Form eines Blockschaltbildes die Zuordnung der erfindungsgemäßen Solarkollektoreinrichtung zu Verbraucherstellen und einem unterirdischen Wärmespeicher.
Die erfindungsgemäße Einrichtung enthält ein mehrere Stützen 1 aufweisendes Grundgestell in Form beispielsweise eines sechseckigen Prismas. Auf dieses Gestell ist eine Pyramide 30 aufgesetzt, deren Grundfläche der Grundfläche des Grundgestells angepasst ist. Die Pyramide wird gemäß 2 durch sechs sich in der Pyramidenspitze treffende, schräg verlaufende Streben 2 begrenzt. Die Grundfläche der Pyramide 30 wird durch eine selbsttragende Wärmeisolierplatte 3 gebildet, die auf ihrer Oberseite von einer primären Reflektionsschicht 4 aus gut wärmespiegelndem Material, insbesondere einer Metallfolie, vorzugsweise Aluminiumfolie, überlagert ist. Die Grundplatte 3 besteht vorzugsweise aus Polyurethan und hat eine Dicke zwischen 30–100 mm, vorzugsweise 40–50 mm. Die zwischen den Streben 2 liegenden Seitenflächen der Pyramide 30 bestehen aus lichtdurchlässigem Material, vorzugsweise Glas, insbesondere Acrylglas oder Solarglas.
Innerhalb des pyramidenförmigen Raumes 5 ist auf einem Gestell 6 ein Absorberrohrsystem 7 verlegt, das vorzugsweise mindestens ein im Wesentlichen zu einer konischen Spirale gewickeltes Absorberrohr enthält, wobei die entlang der Pyramidenseitenflächen verlaufenden Rohrabschnitte über einen Teil ihrer Länge gradlinig sind.
Die in den 1 und 2 dargestellte Anordnung, gemäß der einzelne Rohrlagen parallel übereinander liegend dargestellt sind, eröffnet die Möglichkeit, bestimmte Rohrlagenabschnitte verschiedenen Verbraucherstellen oder Wärmespeichereinrichtungen getrennt zuzuordnen. Für den Fall eines zu einer konischen Spirale gewickelten Absorberrohrs ist dieses an Vorlauf- und Rücklaufleitungen 8 bzw. 9 angeschlossen.
Mindestens eine Pyramidenseitenfläche ist an ihrer Innenseite mit einer sekundären Reflektionsschicht 10 aus gut wärmespiegelndem Material versehen.
Die einzelnen Rohrlagen des Absorberrohrsystems 7 haben vorzugsweise einen Außenabstand von 10–50 mm, insbesondere 15–30 mm, sodass die Sonneneinstrahlung zwischen den Absorberrohren hindurch auf die primäre Reflektionsschicht 4 auftreffen kann und von dieser in Abhängigkeit von dem Einfallswinkel der Sonnenstrahlen auf die sekundären Reflektionsschichten reflektiert wird, wodurch eine optimale Ausnutzung der in den pyramidenförmigen Raum 5 eintretenden Sonnenstrahlen gewährleistet ist, da auch mittels der Reflektionsschichten die nach Innen gerichteten Abschnitte der Absorberrohre mit Wärmestrahlen beaufschlagt werden.
Um die das Grundgestell begrenzenden Stützen 1 ist ein Absorberrohrsystem 11 für ein Wärmeträgerfluid herumgelegt. Das Absorberrohrsystem 11 besteht aus mindestens einem vorzugsweise zu einer im Wesentlichen zylindrischen Spirale gewickelten Absorberrohr, wobei die zwischen den Stützen verlaufenden Rohrabschnitte über einen Teil ihrer Länge geradlinig verlaufen. Das Absorberrohrsystem 11 ist vorzugsweise als sogenannter Luftkollektor ausgebildet und über Vorlauf- und Rücklaufleitungen 13 bzw. 14 an Verbraucherstellen und/oder einen vorzugsweise im Erdreich verlegten Wärmespeicher 21 angeschlossen. Die Absorberrohrsysteme 7 und 11 bestehen vorzugsweise aus Wellrohren DN25.
Die durch die Streben 2 gebildete Pyramide ist von einer Regenrinne 15 für Niederschlagswasser umgeben, das durch die Niederschlags-Ablaufleitung 16 einem im Erdreich verlegten Wärmespeicher zugeführt werden kann.
Das durch die Stützen 1 gebildete Grundgestell hat bei einer Höhe zwischen 0,5–2 m, vorzugsweise 0,75–1,25 m, eine Grundfläche in der Größenordnung von 1–10 m², vorzugsweise 2,5–5 m².
Die Pyramide hat in Abhängigkeit von der Grundflächengröße eine Höhe derart, dass die Seitenflächenneigung vorzugsweise zwischen 30–60° liegt.
In 3 sind in Form eines Blockschaltbildes dargestellt:

– Absorberrohrsystem 7 mit Vor- und Rücklaufleitungen 8 bzw. 9
– Absorberrohrsystem 11 mit Vor- und Rücklaufleitungen 13 bzw. 14
– Niederschlagswasserrinne 15 mit Ablaufleitung 16
– Wärmetauscher 17
– erster Warmwasserspeicher 18
– Wärmepumpe 19
– zweiter Warmwasserspeicher 20
– im Erdreich verlegter Wärmespeicher 21

Aus 3 ergeben sich die einzelnen Anschlüsse bzw. Kreisläufe der Wärmekollektoren 7, 11 und 15.
Zur Förderung des Wärmeträgerfluids bzw. der Wärmetragerfluide sind in üblicher Weise die erforderlichen, nicht zur Erfindung gehörenden Fördereinrichtungen, z. B. Pumpen, Gebläse und dergleichen vorgesehen.

Claims

Thermische Solarkollektoreinrichtung zur Nutzung der Solarstrahlung für die direkte oder indirekte Wärmeversorgung mindestens eines Warmwasserspeichers und/oder für die Speicherung der Wärmeenergie in einem Wärmespeicher, vorzugsweise einem im Erdbodenbereich, insbesondere Erdreich liegenden Wärmespeicher, welche Solarkollektoreinrichtung mindestens ein ein Wärmeträgerfluid aufnehmendes Absorberrohrsystem enthält, das Teil eines zum Warmwasserspeicher und/oder zum Wärmespeicher führenden Kreislaufsystems ist und von einer Lichtdurchlassfläche abgedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorberrohrsystem (7) in einem pyramidenförmigen Raum (5) verlegt ist, – dessen Grundfläche eine Wärmeisolierplatte (3) enthält, die auf ihrer Oberseite von einer primären Reflektionsschicht (4) aus gut wärmespiegelndem Material überlagert ist, und – dessen Seitenflächen außen eine Abdeckung aus lichtdurchlässigem Material aufweisen.
Solarkollektoreinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen unterhalb des pyramidenförmigen Raumes (5) angeordneten Luftkollektor, bestehend aus einem mehrere Stützen (1) aufweisenden Gestell, dessen Grundfläche im Wesentlichen der Grundfläche des pyramidenförmigen Raumes (5) entspricht, und einem Absorberrohrsystem (11) für ein Wärmeträgerfluid aus mindestens einem vorzugsweise zu einer im Wesentlichen zylindrischen Spirale gewickelten Absorberrohr.
Solarkollektoreinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Seitenfläche des pyramidenförmigen Raums (5) an ihrer Innenseite eine sekundäre Reflektionsschicht (10) aus gut wärmespiegelndem Material aufweist.
Solarkollektoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektionsschichten (4 und 10) aus einer Metallfolie, vorzugsweise Aluminiumfolie, bestehen.
Solarkollektoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorberrohrsystem (7) mindestens ein im Wesentlichen zu einer konischen Spirale gewickeltes Absorberrohr enthält.
Solarkollektoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der pyramidenförmige Raum (5) nach außen hin abgedichtet ist und eine Gasfüllung, vorzugsweise Innertgasfüllung, enthält.
Solarkollektoreinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorberrohrsystem (11) an der Außenseite des Gestells verlegt ist.
Solarkollektoreinrichtung nach Anspruch 2 und/oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die übereinander liegenden Absorberrohrlagen der Absorberrohrsysteme (7, 11) einen Außenabstand von 10–50 mm, vorzugsweise 15–30 mm, haben.
Solarkollektoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Absorberrohrsystem aus Wellrohren DN25 besteht.
Solarkollektoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die durch Solarstrahlung gewonnene Wärmeenergie einem im Erdreich liegenden Wärmespeicher (21) zuführbar ist, gekennzeichnet durch eine Regenrinne (15) für Niederschlagswasser, das dem im Erdreich liegenden Wärmespeicher (21) zuführbar ist.
Solarkollektoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeisolierplatte (3) aus einem Material vorzugsweise aus der Gruppe von Polyurethan besteht und eine Dicke von 30–100 mm, vorzugsweise 40–50 mm hat.