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Die Erfindung betrifft einen Solarkollektor zur Aufnahme und Umwandlung von Sonnenenergie und Erwärmung eines Fluids sowie ein System zur Wärmeenergiegewinnung mit einem derartigen Solarkollektor.
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Im Rahmen der Nutzung regenerativer Energien gewinnt die Umwandlung von Sonnenenergie in thermische Energie zunehmende Bedeutung.
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Neben der Photovoltaik, also der Umwandlung von Sonnenenergie in elektrischen Strom, steht die Umwandlung der Sonnenstrahlung in nutzbare thermische Energie zur Warmwasserbereitung und zur Beheizung von Wohnungen und Gebäuden zunehmend im Zentrum des Interesses. Die Umwandlung der Sonnenstrahlung in Wärmeenergie kann dabei in sog. Solarkollektoren vorgenommen werden.
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Einen umfassenden Überblick dazu bietet das Fachbuch „Frank Späte, Heinz Ladener, Solaranlagen, Handbuch der thermischen Solarenergienutzung, 2011" aus dem Ökobuch-Verlag, ISBN 978-3-936896-40-4.
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In einem Solarkollektor, der von einem Fluid durchströmt wird, erfolgt die Umwandlung der Sonnenstrahlung in Wärmeenergie.
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Das Fluid nimmt die erzeugte Wärmeenergie auf und transportiert diese an einen Verbraucher weiter.
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Aus dem Stand der Technik sind Solarkollektoren bekannt, die meist als Rohr-Finne-Konstruktion ausgebildet sind.
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Solche Rohr-Finne-Konstruktionen bestehen meist aus Kupfer- oder Aluminiumblech mit rückseitig angeordneten Kupferrohren.
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Aufgrund der sehr guten Wärmeleitfähigkeit des Kupfers bzw. Aluminiums kann die von den Blechen aufgenommene Wärmeenergie an das in den Kupferrohren strömende Fluid weitergegeben werden.
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Auch die Verwendung von Polymermaterialien in Solarkollektoren ist bekannt. Hierzu sind Rohre oder Schläuche aus Polymermaterial eng aneinander anliegend in einer Harfen-, Mäander- oder Schneckenform angeordnet.
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Nachteilig bei diesen Ausführungen ist einerseits der hohe Preis für Kupfer sowie dessen komplexe und aufwändige Verarbeitung, der auftretende Druckverlust bei der Durchströmung der Rohre sowie die teilweise ungleichmäßige Erwärmung des Fluids. Bei Kunststoff-Kollektorlösungen sind insbesondere die komplizierten Geometrien und die aufwändige Herstellungstechnik derartiger Gebilde nachteilig.
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Weitere Nachteile betreffen die deutlich begrenzte thermische Stabilität von Kunststoff-Kollektorlösungen, wobei diese dann zur Formänderung, also beispielsweise zum Kriechen, neigen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Solarkollektor zur Erwärmung eines Fluids und ein System zur Wärmeenergiegewinnung mit einem Solarkollektor zur Verfügung zu stellen, mit dem die aufgezeigten Nachteile überwunden werden.
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Weiterhin soll der Solarkollektor in einfacher Weise herstellbar sein, langlebig und inert sein, eine hohe Energieumwandlungseffektivität aufweisen und kostengünstig zur Verfügung gestellt werden können.
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Hier setzt die Erfindung ein, die es sich zur Aufgabe gestellt hat, einen Solarkollektor anzugeben, der in einfacher Weise herstellbar ist, langlebig und inert ist, eine hohe Energieumwandlungseffektivität aufweist und kostengünstig zur Verfügung gestellt werden kann.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen Solarkollektor gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass ein Solarkollektor zur Aufnahme und Umwandlung von Sonnenenergie und Erwärmung eines Fluids, der einen Absorberkörper mit einem Energieaufnahmeabschnitt und einen Tragekörper umfasst, diese Aufgabe löst, wenn der Absorberkörper und der Tragekörper derartig gestaltet und miteinander verbunden sind, dass ein Strömungspfad für das den Solarkollektor durchströmende Fluid ausgebildet ist.
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Ein derartiger Solarkollektor zur Aufnahme und Umwandlung von Sonnenenergie und Erwärmung eines Fluids ist in einfacher Weise herstellbar, langlebig, inert, einfach installierbar und kostengünstig verfügbar, überdies besitzt er eine hohe Energieumwandlungseffektivität.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Fig. und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Es hat sich bei der vorliegenden Erfindung als günstig erwiesen, wenn der Solarkollektor derartig ausgebildet ist, dass der Absorberkörper und / oder der Tragekörper ein Composite-Material enthalten oder aus Composite-Material bestehen.
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Durch das Vorsehen eines Composite-Materials, das der Absorberkörper und / oder der Tragekörper enthalten oder aus dem der Absorberkörper und / oder der Tragekörper bestehen, kann in sehr günstiger Weise ein Absorberkörper und / oder ein Tragekörper gebildet werden.
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In diesem Zusammenhang eignet sich als Composite-Material ein SMC-Werkstoff (SMC = Sheet Molding Compound).
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Ein SMC-Werkstoff ist besonders vorteilhaft einsetzbar, da dieser leicht zugänglich ist, dabei kostengünstig und äußerst haltbar ist, leicht verarbeitet werden kann, maßhaltig ist und in einfacher Weise verklebt werden kann, darüber hinaus ist er hochtemperaturstabil. Darüber hinaus kann er Kräfte aufnehmen, neigt nicht zum Verzug und lässt sich leicht mit verschiedenen Verarbeitungsverfahren in die benötigten Formen bringen.
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Er ist einfach einfärbbar, kann mit Flammschutzmitteln versehen und kann auch leitfähig eingestellt werden.
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Im Erfindungszusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn der Absorberkörper und / oder der Tragekörper aus SMC-Werkstoff bestehen oder aber SMC-Werkstoff enthalten.
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Eine typische Zusammensetzung eines SMC-Werkstoffs, der für die Herstellung eines Absorberkörpers und / oder eines Tragekörpers geeignet ist, ist folgende:
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- • etwa 45 Gew.- % Füllstoffe,
- • etwa 30 Gew.-% Glasfasern,
- • der Rest sind Additive zur Schwundreduktion, Inhibitoren, inerte Trennmittel, Peroxide als Beschleuniger oder Reaktionsmittel, je nach Anforderung Farbpasten, Flammschutzmittel, leitende Zuschläge.
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Als vernetzungsfähige Harze können ungesättigte Polyesterharze (UP-Harze), Vinylesterharze (VE-Harze) oder Epoxid-Harze (EP-Harze) eingesetzt werden.
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UP-Harze sind besonders kostengünstig.
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Diese weisen allerdings eine begrenzte Beständigkeit gegenüber Wasser auf.
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VE-Harze sind demgegenüber etwas weniger kostengünstig, zeigen dafür aber eine deutlich verbesserte Beständigkeit gegenüber Wasser.
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EP-Harze sind in diesem Zusammenhang die teuersten Produkte, weisen dafür aber auch die höchste Beständigkeit in dieser Reihe gegen Wasser auf.
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Es ist von daher im Rahmen der Erfindung vorteilhaft, den Absorberkörper und / oder den Tragekörper beispielsweise aus einem UP-Harz zu fertigen und die Abschnitte, die mit dem Fluid in Berührung kommen, dann mit einer Oberflächenbeschichtung auszurüsten.
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Als Fluid wird im Erfindungszusammenhang Wasser oder eine Wasser-Alkohol-Mischung, insbesondere Wasser-Glykol, oder eine Wasser-Salz-Mischung verstanden.
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Als Oberflächenbeschichtung kann beispielsweise eine Schicht aus VE-Harz oder aus EP-Harz aufgebracht werden.
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Die Aufbringung kann durch einen Sprühprozess oder einen Gießprozess oder einen Tauchprozess oder einen Gelcoat-Prozess oder ähnlich bewerkstelligt werden.
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Andere Techniken zur Aufbringung einer Oberflächenbeschichtung bestehen darin, eine hochtemperaturstabile thermoplastische Folie oder eine Metallfolie auf die SMC-Platte aufzubringen, bevor diese in ihre benötigte Raumform gebracht wird.
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Als thermoplastische Folie eignet sich in diesem Zusammenhang eine solche aus Polyphenylensulfid (PPS).
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Als Metallfolie kann eine Aluminium- oder Edelstahlfolie eingesetzt werden.
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Eine Oberflächenbeschichtung in Form einer Metallschicht kann auch in einem Hochvakuumverfahren, insbesondere in einem Sputterverfahren, oder durch eine nasschemisch abgeschiedene, insbesondere elektrochemisch / galvanisch erzeugte Metallschicht aufgebracht werden.
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In einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann auch vorgesehen sein, den Absorberkörper und / oder den Tragekörper aus einem VE-Harz herzustellen und die Abschnitte, die mit dem Fluid in Berührung kommen, dann mit einer Oberflächenbeschichtung auszurüsten, wobei die Oberflächenbeschichtung beispielsweise aus einem EP-Harz besteht.
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Als Füllstoffe im SMC-Werkstoff eignen sich mineralische Füllstoffe, beispielsweise Kreide oder Gesteinsmehl.
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Allgemein sind solche Füllstoffe bevorzugt, die eine besonders niedrige Wasseraufnahme zeigen und die inert sind.
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Dazu sind insbesondere anorganische Füllstoffe aus der Gruppe der Carbonate, Silikate, Phosphate und Oxide brauchbar.
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Ganz besonders brauchbar ist beispielsweise Calciumcarbonat, Kreide, Calciumsulfat, Calciumphosphat, Calciumsilikat, Schwerspat, Wollastonit und Ähnliches einsetzbar.
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Die im SMC-Werkstoff eingebrachten Glasfasern dienen zur Erhöhung der Steifigkeit und Festigkeit des Materials.
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Die Glasfasern liegen dazu meist als Roving, Vliesstoff oder Gewebe vor.
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Die gute Haftung zwischen Glasfaser und Harz wird durch eine Schlichte, z. B. durch eine Silanschlichte, erreicht, die auf der Glasfaser aufgetragen ist.
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Es sollten dazu Glasfasern ausgewählt werden, die eine hohe Korrosionsbeständigkeit und eine sehr niedrige Wasseraufnahme aufweisen.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat es sich als günstig erwiesen, wenn der Absorberkörper und der Tragekörper durch eine Klebeverbindung oder eine Pressverbindung oder eine Rastverbindung oder eine Steckverbindung oder eine Schraubverbindung oder eine Nietverbindung oder eine Clipverbindung oder eine Klemmverbindung oder durch eine Kombination der vorgenannten Verbindungen fluiddicht miteinander verbunden sind.
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Absorberkörper und Tragekörper werden dabei derartig geformt, dass am Absorberkörper eine erste Seite vorgesehen ist, die mit einer ersten Seite des Tragekörpers abschnittsweise verbindbar ist.
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Die Verbindung der ersten Seite des Absorberkörpers mit der ersten Seite des Tragekörpers kann in bevorzugter Weise durch eine Verklebung erfolgen.
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Hierzu eignet sich insbesondere ein Epoxidharzkleber.
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Epoxidharzkleber sind sehr dauerhaft, gegenüber Wasser und vergleichbaren Flüssigkeiten inert und langlebig.
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Eine solche Verklebung ist leicht durchführbar und dauerhaft.
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Zur Verkleben kann vorgesehen sein, dass Markierung und oder Anschläge am Absorberkörper und / oder am Tragekörper vorgesehen bzw. ausgebildet sind, die die Positionierung beim Verkleben erleichtern.
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Dadurch kann eine sehr passgenaue Verklebung erfolgen.
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Der Absorberkörper und der Tragekörper sind an ihren beiden ersten Seiten so konstruiert, dass beim Zusammenfügen ein Strömungspfad entsteht, um darin das Fluid zu leiten.
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Dazu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass an der ersten Seite des Absorberkörpers eine entsprechende Vertiefung angebracht ist, die im Zusammenwirken mit der ersten Seite des Tragekörpers den Strömungspfad bildet.
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Ganz besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung der ersten Seite des Absorberkörpers derart, dass dort eine Vertiefung beispielsweise in Form einer Nut ausgebildet ist, die in Verbindung mit der ersten Seite des Tragekörpers, die als plane Fläche ausgebildet ist, den Strömungspfad bildet.
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Die Nut kann im Querschnitt etwa halbkreisförmig gestaltet sein. Auch andere Querschnitte, insbesondere solche, die eine im Vergleich zur Tiefe der Nut große Breite aufweisen, sind möglich. Mit diesen kann das Fluid besonders effektiv erwärmt werden.
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Bei dieser Konstruktion ist eine sehr einfache Realisierung des Solarkollektors gewährleistet.
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In einer anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Tragekörper und der Absorberkörper an ihrer jeweils ersten Seite kongruent gleichartig ausgebildet sind, um beim Zusammenfügen den Strömungspfad zu bilden.
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Hierzu kann insbesondere vorgesehen sein, dass Absorberkörper und Tragekörper Gleichteile sind, also aus einem Werkzeug stammen bzw. darin hergestellt sind.
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Dadurch werden Absorberkörper und Tragekörper sehr günstig zugänglich.
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Absorberkörper und Tragekörper sind zumindest an Abschnitten ihrer jeweils ersten Seite miteinander verbunden, so dass in fluiddichter Weise ein Strömungspfad für das zu leitende Fluid entsteht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die gesamte erste Seite des Tragekörpers mit einem Klebemittel beschichtet.
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In einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass nur an den Abschnitten, an denen die jeweils ersten Seiten von Absorberkörper und Tragekörper miteinander in Kontakt gebracht werden, das Klebemittel aufgetragen ist.
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Das Klebemittel ist derartig gewählt, dass es gegenüber dem Fluid inert ist.
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Im Rahmen der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass am Absorberkörper und / oder am Tragekörper ein Zulauf und ein Ablauf für das den Solarkollektor durchströmende Fluid ausgebildet sind.
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Es ist dadurch sehr einfach, den Solarkollektor an den Fluidkreislauf des Systems zur Wärmeenergiegewinnung anzuschließen.
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Die Ausbildung eines Zulaufs und eines Ablaufs am Absorberkörper und / oder am Tragekörper kann werkzeugseitig so erfolgen, dass entsprechende Einrichtungen am oder im Werkzeug vorgesehen sind, bei der Formgebung des SMC-Werkstoffs zum Absorberkörper oder zum Tragekörper den Zulauf und den Ablauf mit auszubilden.
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Es kann alternativ auch vorgesehen sein, dass beim Formen des SMC-Werkstoffs an bestimmten Abschnitten des Werkzeuges Einlegeteile mit eingebunden werden, die dann Zu- und/oder Ablauf bilden.
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Solche Einlegeteile können aus Metall, insbesondere aus Stahl, Edelstahl, Aluminium, Messing oder dergleichen hergestellt sein.
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Mittels solcher Einlegeteile, die beispielsweise Gewindeabschnitte aufweisen, lässt sich der Solarkollektor sehr einfach mit der vorgesehenen Verrohrung zur Weiterleitung des Fluids verbinden. Die Verbindungstechnik kann mittels Schlauchtüllen oder Schiebehülsenverbindungen erfolgen, wobei auch andere Verbindungstechniken möglich sind.
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Dies ist insofern günstig, als durch das integrierte Ausbilden von Zulauf und Ablauf für das durchzuleitende Fluid Dichtigkeitsprobleme weitgehend minimiert sind, ebenso ist der Aufwand für das Ausbilden von Zu- und Ablauf minimiert im Vergleich zu Lösungen aus dem Stand der Technik, bei denen solche Strukturen beispielsweise durch Kleben oder andere Techniken aufwendig herzustellen sind.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass mindestens am Energieaufnahmeabschnitt des Absorberkörpers eine selektive Schicht zur optimierten Aufnahme von Sonnenenergie und Umwandlung in Wärmeenergie ausgebildet ist.
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Bei der selektiven Schicht kann es sich um ein polymerbasiertes Mehrkomponentenmaterial handeln, beispielsweise um eine 2-K-Polyurethanlack, der Ruß und / oder Schwarzpigmente enthält, und der auf dem Energieaufnahmeabschnitt des Absorberkörpers gut haftet.
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Hierzu kann vorgesehen sein, dass der Energieaufnahmeabschnitt des Absorberkörpers, der in Richtung der Sonne ausrichtbar ist und die Sonnenstrahlung aufnimmt, beispielsweise eine Oberflächenstruktur aufweist, die besonders gut geeignet ist, Sonnenstrahlung aufzunehmen.
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Die Oberfläche kann dazu beispielsweise strukturiert sein, indem dort Nuten oder Furchen, insbesondere Mikronuten oder Mikrofurchen oder Pyramiden, insbesondere Mikropyramiden, angeordnet sind.
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Diese vergrößern die Oberfläche und stellen damit eine vergrößerte Fläche für die Sonneneinstrahlung und deren Aufnahme und Umwandlung in Wärmeenergie zur Verfügung.
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Auch andere Strukturierungen der Fläche sind möglich, insbesondere auch eine Aufrauung der Oberfläche, die die nutzbare Oberfläche ebenfalls vergrößert.
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In einer anderen Ausführungsform kann die Oberfläche oder die Wandung des Absorberkörpers am Energieaufnahmeabschnitt auch mittels einer Einfärbung oder unter Nutzung entsprechender Pigmente derartig ausgebildet sein, dass eine verbesserte Umwandlung der Strahlungsenergie der Sonne in Wärmeenergie stattfindet.
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Hierzu kann beispielsweise das SMC-Material der Wandung des Absorberkörpers ein entsprechendes Pigment oder eine entsprechende Pigmentkombination enthalten. Bevorzugt ist in diesem Zusammenhang beispielsweise Ruß.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass das SMC-Material der Wandung des Absorberkörpers Pigment oder Pigmente enthält und dass die Oberfläche vergrößert ist, wodurch eine besonders effektive Aufnahme und Umwandlung der Strahlungsenergie möglich ist.
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In einer anderen Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, dass eine Schicht am Energieaufnahmeabschnitt des Absorberkörpers vorgesehen ist, die besonders effektiv Sonnenenergie in Wärmeenergie umwandelt.
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Besonders bevorzugt ist hierbei eine selektive Schicht, die eine große Absorptionsfähigkeit für Sonnenstrahlung sowie eine geringe Emissivität für Wärmestrahlung aufweist, da dadurch ein hoher Wirkungsgrad bei der Wärmeenergiegewinnung erreicht werden kann.
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Eine derartige Schicht kann beispielsweise eine Schicht sein, die ganz besonders einfach beim Formen des Absorberkörpers bereits mit ausgebildet sein kann.
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Hierzu kann eine mehrschichtige Folie in einem Pressprozess eingesetzt werden, bei dem eine Schicht, bevorzugt die äußere Schicht derart modifiziert ist, dass Sonnenenergie sehr effizient in Wärmeenergie umwandelbar ist. Die Schicht kann dazu wieder entsprechende Teilchen enthalten, wie beispielsweise geeignete Pigmente, insbesondere Ruß. Auch kann die Schicht insbesondere am Energieaufnahmeabschnitt des Absorberkörpers nachträglich modifiziert sein durch Mikroaufrauung oder ähnliches.
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In einer anderen Ausführungsform kann eine solche Schicht auch nachträglich auf den Energieaufnahmeabschnitt des Absorberkörpers aufgebracht sein.
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Hierzu eignet sich beispielsweise eine Folie, die auf dem Energieaufnahmeabschnitt des Absorberkörpers aufgebracht ist, oder eine Beschichtung, beispielsweise in Form einer Flüssigbeschichtung, z. B. als Lack.
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Es kann auch vorgesehen sein, eine Kombination der vorstehend genannten Möglichkeiten für die Optimierung der Energieaufnahme des Absorberkörpers heranzuziehen.
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Der Absorberkörper kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung randseitig so gestaltet sein, dass die Ränder in etwa rechtwinklig zu dem sich etwa plan erstreckenden Energieaufnahmeschnitt abgewinkelt sind. Soweit dies umlaufend den ganzen Rand betrifft entsteht auf diese Art ein Trog.
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Die Endabschnitte des Absorberkörpers können dazu Mittel aufweisen, eine transparente Abdeckung anzuordnen und festzulegen.
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Die transparente Abdeckung schützt der Absorberkörper vor Wärmeverlusten durch Konvektion. Durch die Ausbildung eines sogenannten „Glashauseffektes“ wird der Strahlungswärmeverlust des Absorberkörpers verringert.
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Die transparente Abdeckung kann mit einer Dichtung am Absorberkörper befestigt sein. Die transparente Abdeckung ist dabei so zu wählen, dass diese möglichst wenig Strahlungsenergie der Sonne absorbiert.
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Der Energieaufnahmeabschnitt des Absorberkörpers ist durch das Vorsehen der transparenten Abdeckung vor Einwirkungen der Witterung effektiv geschützt. Je nach Auswahl der transparenten Abdeckung kann der Energieaufnahmeabschnitt auch vor der Einwirkung von UV-Strahlung geschützt werden.
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Der Solarkollektor selbst lässt sich auf einem Hausdach, an einer Fassade oder auf entsprechenden Aufständerungen mit Befestigungsmitteln befestigen und kann so ausgerichtet werden, dass es möglichst viel Sonnenstrahlung aufnimmt.
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Hierzu kann in einer vorteilhaften Abwandlung der Erfindung vorgesehen sein, dass am Tragekörper ein Befestigungsabschnitt ausgebildet ist, an dem der Solarkollektor festlegbar ist.
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Der Befestigungsabschnitt kann dazu beispielsweise als Nut, als Hinterschnitt, als Leiste, als Materialverdickung oder ähnlich bereits bei der Formung des Tragekörpers ausgebildet sein.
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Eine Befestigung kann dann durch Verschraubung, Vernietung, Verklebung oder ähnliche Techniken erfolgen.
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Ein solcher Solarkollektor ist kostengünstig in der Herstellung, langlebig und einfach konstruiert.
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Solche Solarkollektoren können insbesondere modular aneinander angeordnet werden und so platzsparend ein ganzes Feld bilden, mit dem entsprechend große Wärmeenergiemengen erzeugbar sind.
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Die weitere Aufgabe der Erfindung, ein System zur Wärmeenergiegewinnung anzugeben, erfährt ihre Lösung mit Anspruch 10.
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Im Rahmen der Erfindung wird damit ein System zur Wärmeenergiegewinnung mit wenigstens einem Solarkollektor, wie vorstehend beschrieben, bereitgestellt.
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Ein solches System zur Wärmeenergiegewinnung, das neben dem Solarkollektor, wie vorstehend beschrieben, auch noch Rohrleitungen zur Leitung des Fluids, ggf. eine Pumpe, ggf. einen Wärmetauscher, ggf. einen Fluidvorratsbehälter, welche zusammen das Fluidleitsystem bilden, ggf. verschiedene Sensoren und Steuergeräte und dergleichen mehr umfassen kann, ist geeignet, Wärmeenergie, die aus Sonnenstrahlung generiert wird, einem Verbraucher zur Verfügung zu stellen.
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Die Erfindung wird anhand der beigefügten vier Figuren näher ausgeführt.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Fig. dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder funktional gleiche oder ähnliche Bauteile beziehen.
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Hierzu zeigen:
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1 eine Schnittdarstellung des Solarkollektors;
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2 eine perspektivische Ansicht des Solarkollektors, die teilweise geschnitten ist;
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3 einen Ausschnitt des Solarkollektors in einer Schnittdarstellung;
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4 eine Schnittdarstellung eines Solarkollektors einer zweiten Ausführungsart mit zwei unterschiedlichen Ausbildungen von Absorberkörper und Tragekörper.
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In 1 ist eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Solarkollektors 1 dargestellt.
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Der Solarkollektor 1 umfasst einen Absorberkörper 1.1 und einen Tragekörper 1.2.
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Absorberkörper 1.1 und Tragekörper 1.2 sind miteinander fluiddicht verbunden und bilden den Strömungspfad 2 für das den Solarkollektor 1 durchströmende Fluid aus.
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Hierzu weist der Absorberkörper 1.1 eine erste Seite 1.1.1 und eine zweite Seite 1.1.2 auf.
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Die erste Seite 1.1.1 des Absorberkörpers 1.1 ist derartig gestaltet, dass dort Nuten eingebracht sind.
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Die Nuten sind hier als Vertiefungen mit etwa halbkreisförmigen Querschnitt in der ersten Seite 1.1.1 dargestellt.
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Die Nuten sind zu mehreren mit etwa paralleler Ausrichtung etwa gleich beabstandet angeordnet.
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Die Nuten sind geeignet, ein Fluid zu leiten.
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Zur Ausbildung des Strömungspfads 2 ist die erste Seite 1.1.1 des Absorberkörpers 1.1 mit der ersten Seite 1.2.1 des Tragekörpers 1.2 verbunden.
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Die erste Seite 1.2.1 des Tragekörpers 1.2 ist als im Wesentlichen plane Fläche ausgebildet.
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Zur Verbindung der ersten Seite 1.1.1 des Absorberkörpers 1.1 und der ersten Seite 1.2.1 des Tragekörpers 1.2 sind diese durch ein Klebemittel 4 aneinander gefügt.
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Das Klebemittel 4 ist hierzu vollflächig auf der ersten Seite 1.2.1 des Tragekörpers 1.2 aufgetragen.
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Durch die Verklebung der ersten Seite 1.1.1 des Absorberkörpers 1.1 und der ersten Seite 1.2.1 des Tragekörpers 1.2 sind die Strömungspfade 2 ausgebildet.
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Am Absorberkörper 1.1 ist ein Energieaufnahmeabschnitt 1.1.3 ausgebildet, der einen wesentlichen Teil der Fläche des Absorberkörpers 1.1 einnimmt.
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Am Energieaufnahmeabschnitt 1.1.3 des Absorberkörpers 1.1 sind die in der Seite 1.1.1 angeordneten Nuten in etwa parallel nebeneinanderliegend ausgebildet.
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Der Energieaufnahmeabschnitt 1.1.3 des Absorberkörpers 1.1 wird von der Sonne 9 beschienen, wobei die eingestrahlte Strahlungsenergie der Sonne aufgenommen und in Wärmeenergie umgewandelt wird, die das Fluid, das in den Strömungspfaden 2 zirkuliert, aufnimmt und weiterleitet.
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Der Absorberkörper 1.1 ist randseitig so gestaltet, dass die Ränder in etwa rechtwinklig zu dem sich etwa plan erstreckenden Energieaufnahmeschnitt 1.1.3 in dessen Richtung abgewinkelt sind. Soweit die Abwinklung entlang des gesamten Randes erfolgt ist, entsteht ein Trog, der im vorliegenden Erfindungszusammenhang bevorzugt ist.
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Der Endabschnitt des abgewinkelten Randes des Absorberkörpers 1.1 weist ein Mittel auf, eine transparente Abdeckung 6 anzuordnen und festzulegen. Ohne auf weitere Einzelheiten einzugehen, ist die transparente Abdeckung 6 mit einer Dichtung 10 am Rand des Absorberkörpers 1.1 befestigt.
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Auf der zweiten Seite 1.1.2 des Absorberkörpers 1.1 ist eine Schicht 5 vorgesehen, die effektiv Sonnenergie in thermische Energie umwandelt.
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Der Tragekörper 1.2 des Solarkollektors 1 ist derart geformt, dass dessen Randseiten in etwa senkrecht zur zweiten Seite 1.2.2 vom Energieaufnahmeabschnitt 1.1.3 wegweisend abgewinkelt sind. Soweit die Abwinklung entlang des gesamten Randes erfolgt ist, entsteht ein Trog, der im vorliegenden Erfindungszusammenhang bevorzugt ist.
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Randseitig ist an der abgewinkelten Seite des Tragekörpers 1.2 ein Befestigungsabschnitt 8 vorgesehen, mit dem der Solarkollektor 1 beispielsweise auf einem Hausdach festlegbar ist.
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In dem durch Abwinkeln der Ränder ausgebildeten Trog des Absorberkörpers 1.2 ist eine Isolation 7 angeordnet, die einen unerwünschten Wärmeverlust begrenzt.
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Die Isolation 7 kann durch eine in 1 gezeigte, hier nicht näher ausgeführte Abdeckfolie 11 festgelegt sein.
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2 zeigt eine perspektivische Ansicht des Solarkollektors 1, die teilweise geschnitten ist.
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Der Solarkollektor 1 umfasst einen Absorberkörper 1.1 und einen Tragekörper 1.2.
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Der Absorberkörper 1.1 weist eine erste Seite 1.1.1 und eine zweite Seite 1.1.2 auf.
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Die erste Seite 1.1.1 des Absorberkörpers 1.1 ist derart gestaltet, dass dort Nuten vorgesehen sind, die nach der Verbindung mit dem Tragekörper 1.2 die Strömungspfade 2 für das zu erwärmende Fluid ausbilden.
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Die Nuten in der ersten Seite 1.1.1 des Absorberkörpers 1.1 sind als in etwa parallel zueinander angeordnete Nuten mit etwa halbkreisförmigem Querschnitt dargestellt.
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Auf der zweiten Seite 1.1.2 des Absorberkörpers 1.1 ist eine Beschichtung 5 aufgebracht, die die einstrahlende Sonnenenergie effektiv in Wärmeenergie umwandelt.
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Der Tragekörper 1.2 weist zwei Seiten auf, eine erste Seite 1.2.1 und eine zweite Seite 1.2.2.
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Die erste Seite 1.2.1 des Tragekörpers 1.2 ist als im Wesentlichen plane Fläche ausgebildet.
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Diese plane Fläche der ersten Seite 1.2.1 des Tragekörpers 1.2 ist vollflächig mit einem Klebemittel 4 beschichtet, wodurch die erste Seite 1.1.1 des Absorberkörpers 1.1 und die erste Seite 1.2.1 des Tragekörpers 1.2 miteinander verklebt sind.
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Durch diese Verklebung werden die Strömungspfade 2 für das Fluid fluiddicht ausgebildet. Die Strömungspfade 2 münden in ein zu diesen etwa senkrecht ausgerichtetes Sammelrohr, das einem Ablauf 1.4 zugeführt ist.
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Im Rahmen der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der hier nicht gezeigte Zulauf in ähnlicher Weise zu der vorstehenden Ausführung über ein Sammelrohr die Strömungspfade 2 mit dem Fluid versorgt.
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Ablauf 1.4 und Zulauf 1.3 können sich gegenüberliegen, also eine im Wesentlichen symmetrische Anordnung bezogen auf die Ebene der geschnittenen Vorderkante in 2 bilden, oder aber so angeordnet sein, dass sie einem maximalen Abstand voneinander aufweisen, also im Falle eines Solarkollektors 1 mit einer etwa rechteckigen Grundfläche an zwei gegenüberliegenden Ecken positioniert sind. Dies kann vorteilhaft bei der Anordnung und Verbindung des Fluidleitsystems genutzt werden.
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Der Strömungspfad 2 ist dabei so ausgebildet, dass ein Fluid vom Zulauf 1.3 zum Ablauf 1.4 leitbar ist.
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Dazu ist der Strömungspfad 2 so günstig auszubilden, dass einerseits eine auf die Gesamtfläche bezogen gleichmäßige und vorzugsweise turbulente Durchströmung des Fluids durch den Solarkollektor 1 gegeben ist. Andererseits ist darauf zu achten, dass der Druckverlust dabei so gering wie möglich gehalten wird.
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Hierzu kann vorteilhaft vorgesehen sein, Strömungsleitelemente, die beispielweise in Form von Rippen ausgebildet sind, im Strömungspfad 2 vorzugsweise bei der Formung des Absorberkörpers 1.1 und / oder des Tragekörpers 1.2 einzubringen.
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Hierzu kann das Formwerkzeug so gestaltet sein, dass darauf Rippen oder Stege angeordnet sind, die sich beim Formen des Absorberkörpers 1.1 und / oder des Tragekörpers 1.2 diesem aufprägen und sich derart im Strömungspfad 2 ausbilden.
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Ganz bevorzugt kann dazu der Strömungspfad 2 durch die Wahl der Rippen oder Stege derart maximiert werden, dass eine sehr effektive Umwandlung und Leitung der Wärmeenergie aus dem Solarkollektor 1 erfolgt.
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Die in der 2 dargestellten Spalte zwischen Klebeschicht 4 und erster Seite 1.1.1 des Absorberkörpers 1.1 und erster Seite 1.2.1 des Tragekörpers 1.2 sind lediglich der Übersichtlichkeit halber aufgenommen. Es versteht sich von selbst, dass bei einer fluiddichten Verbindung des Absorberkörpers 1.1 und des Tragekörpers 1.2 keine Spalte der gezeigten Art vorhanden sind.
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3 zeigt einen Ausschnitt des Solarkollektors 1 der vorliegenden Erfindung in einer Schnittansicht.
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Die Bezugszeichen entsprechen denen aus der 2.
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Auf den grundsätzlichen Aufbau des erfindungsgemäßen Solarkollektors 1 ist im Detail bereits in der Beschreibung zu 2 eingegangen worden.
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Gezeigt ist in 3 insbesondere, dass die erste Seite 1.1.1 des Absorberkörpers 1.1 mit einer Oberflächenbeschichtung 3 versehen ist, die über die gesamte erste Seite 1.1.1 des Absorberkörpers 1.1 ausgebildet ist.
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In einer alternativen Ausführung der Erfindung kann aber auch vorgesehen sein, die Oberflächenbeschichtung 3 nur an den Abschnitten der ersten Seite 1.1.1 des Absorberkörpers 1.1 auszubilden, die mit dem Fluid in Berührung kommt. Dadurch ist die erste Seite 1.1.1 des Absorberkörpers 1.1 dann nur im Bereich des Strömungspfads 2 mit der Oberflächenbeschichtung 3 versehen.
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Das Klebemittel 4 ist derartig gewählt, dass es gegenüber dem Fluid inert ist.
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Die Oberflächenbeschichtung 3 auf der ersten Seite 1.1.1 des Absorberkörpers 1.1 dient dazu, das Material, aus dem der Absorberkörper 1.1 gebildet ist, vor der Einwirkung des in dem Strömungspfad 2 geleiteten Fluids zu schützen.
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Die in der 3 dargestellten Spalte zwischen Klebeschicht 4 und erster Seite 1.1.1 des Absorberkörpers 1.1 und erster Seite 1.2.1 des Tragekörpers 1.2 sind lediglich der Übersichtlichkeit halber aufgenommen. Es versteht sich von selbst, dass bei einer fluiddichten Verbindung des Absorberkörpers 1.1 und des Tragekörpers 1.2 keine Spalte der gezeigten Art vorhanden sind.
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Schließlich ist in 4 eine Schnittansicht eines Solarkollektors 1 einer zweiten Ausführungsart gezeigt, wobei zwei unterschiedlichen Ausbildungen von Absorberkörper 1.1 und Tragekörper 1.2 vorliegen.
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Die Bezugszeichen in 4 entsprechen denen von 1.
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In der Ausführungsart gemäß A auf der linken Seite der 4 ist der Solarkollektor 1 mit dem Absorberkörper 1.1 dargestellt, wobei der Absorberkörper 1.1 als ebene Platte ausgebildet ist. Diese weist einen Energieaufnahmeabschnitt 1.1.3 auf.
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Der als ebene Platte ausgebildete Absorberkörper 1.1 ist an seiner ersten Seite 1.1.1 mittels eines Klebemittels 4 mit der ersten Seite 1.2.1 des Tragekörpers 1.2, in den Nuten eingebracht sind, verbunden. Die Nuten sind hier als Vertiefungen mit etwa halbkreisförmigem Querschnitt in der ersten Seite 1.2.1 des Tragekörpers 1.2 dargestellt. Die Nuten sind zu mehreren mit etwa paralleler Ausrichtung etwa gleich beabstandet angeordnet.
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Zur Verbindung der ersten Seite 1.1.1 des Absorberkörpers 1.1 und der ersten Seite 1.2.1 des Tragekörpers 1.2 sind diese durch ein Klebemittel 4 aneinander gefügt. Das Klebemittel 4 ist hierzu vollflächig auf der ersten Seite 1.1.1 des Absorberkörpers 1.1 aufgetragen.
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Durch die Verklebung der ersten Seite 1.1.1 des Absorberkörpers 1.1 und der ersten Seite 1.2.1 des Tragekörpers 1.2 sind die Strömungspfade 2 ausgebildet.
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In der Ausführungsart gemäß B auf der rechten Seite der 4 ist der Solarkollektor 1 mit dem Absorberkörper 1.1 dargestellt, wobei der Absorberkörper 1.1 im Wesentliches eben gestaltet ist und an der erste Seite 1.1.1 mit dort eingebrachten Nuten versehen ist. Dort ist ein Energieaufnahmeabschnitt 1.1.3 ausgebildet.
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Die Nuten sind hier als Vertiefungen mit etwa halbkreisförmigen Querschnitt in der ersten Seite 1.1.1 dargestellt. Die Nuten sind zu mehreren mit etwa paralleler Ausrichtung etwa gleich beabstandet angeordnet.
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Zur Verbindung der ersten Seite 1.1.1 des Absorberkörpers 1.1 und der ersten Seite 1.2.1 des Tragekörpers 1.2, die im Wesentlichen als ebene Platte ausgebildet ist, sind diese durch ein Klebemittel 4 aneinander gefügt.
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Das Klebemittel 4 ist hierzu vollflächig auf der ersten Seite 1.2.1 des Tragekörpers 1.2 aufgetragen.
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Durch die Verklebung der ersten Seite 1.1.1 des Absorberkörpers 1.1 und der ersten Seite 1.2.1 des Tragekörpers 1.2 sind die Strömungspfade 2 ausgebildet.
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Der Tragekörper 1.2 des Solarkollektors 1 ist derart geformt, dass dessen Randseiten in etwa senkrecht zur zweiten Seite 1.2.2 in Richtung des Energieaufnahmeabschnitts 1.1.3 abgewinkelt sind. Soweit die Abwinklung entlang des gesamten Randes erfolgt ist, entsteht ein Trog, der im vorliegenden Erfindungszusammenhang bevorzugt ist.
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Bei beiden Ausführungsarten ist jeweils eine Schicht 5 vorgesehen, die effektiv Sonnenergie in thermische Energie umwandelt.
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Zur Oberflächenbeschichtung 3 gelten die Ausführungen wie vorstehend bei 3.
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Der Tragekörper 1.2 ist in einem Gehäuse 12 angeordnet und dazu randseitig in einem Aufnahmeelement am Rand des Gehäuses 12 festgelegt.
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Eine transparente Abdeckung 6 ist am Rand des Gehäuses 12 befestigt.
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In dem Gehäuse 12, das als Trog ausgebildet ist, ist benachbart zum Tragekörper 1.2 auf der der transparenten Abdeckung 6 abgewandten Seite eine Isolation 7 angeordnet, die einen unerwünschten Wärmeverlust begrenzt.
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An der Seite des Gehäuses 12 kann ein hier nicht gezeigter Befestigungsabschnitt vorgesehen sein, mit dem der Solarkollektor 1 beispielsweise auf einem Hausdach festlegbar ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Solarkollektor
- 1.1
- Absorberkörper
- 1.1.1
- erste Seite
- 1.1.2
- zweite Seite
- 1.1.3
- Energieaufnahmeabschnitt
- 1.2
- Tragekörper
- 1.2.1
- erste Seite
- 1.2.2
- zweite Seite
- 1.3
- Zulauf
- 1.4
- Ablauf
- 2
- Strömungspfad
- 3
- Oberflächenbeschichtung
- 4
- Klebemittel
- 5
- Schicht
- 6
- Abdeckung
- 7
- Isolation
- 8
- Befestigungsabschnitt
- 9
- Sonne
- 10
- Dichtung
- 11
- Abdeckfolie
- 12
- Gehäuse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- „Frank Späte, Heinz Ladener, Solaranlagen, Handbuch der thermischen Solarenergienutzung, 2011“ aus dem Ökobuch-Verlag, ISBN 978-3-936896-40-4 [0004]
