DE202018000999U1 - Solarthermischer Hohlspiegelkollektor - Google Patents

Abstract

Solarhohlspiegelkollektor, dadurch gekennzeichnet, dass in einem quaderförmigen Flachrahmen (1) 12 halbkreisrunde Hohlspiegelsegmente (2a-I) vertikal angeordnet sind.

Description

• Die Erfindung betrifft einen solarthermischen Hohlspiegelkollektor in Flachbauweise. Weiter besteht das Konstrukt aus einer Anzahl von zwölf halbkreisrunden und parabolisch geformten Spiegelsegmenten. Das Ziel ist eine Hochtemperaturerzeugung des Sonnenlichtes mittels optischer Konzentratoren zum Zwecke einer effizienten Umwandlung in thermische Energie.
• Der Aufbau der Hohlspiegelkonstruktion stellt sich folgendermaßen dar:
• 12 senkrecht angeordnete Parabolspiegel bilden eine Spiegelreihe. Axial zu den Reflektoren verläuft in der Radiushälfte der halbrund gekrümmten Konzentratoren das Solarabsorberrohr.
• Jeder einzelne Reflektor wirft das einfallende Sonnenlicht auf den Brennlinienbereich des linearen Absorbers. Durch die halbkreisrunde Form der Spiegel bleibt die Fokallinie bei der Fokussierung der Strahlung reflexionsmäßig immer in der radialen Mitte der Spiegelgeometrie. Egal, welche Position die Sonne tageszeitlich einnimmt, die auftreffende Strahlung wird automatisch und passiv von den gekrümmten Spiegeloberflächen in konzentrierter Form auf den Solarabsorber geworfen.
• Nachteile bei dieser Bauart entstehen, wenn die einzelnen Spiegelsegmente durch komplizierte Nachführungstechniken ausgestattet sind. Der technische Aufwand für die zusätzliche Nachführmechanik ist um ein Vielfaches höher als bei stationär installierten Reflektoren.
• Die Aufgabe der Erfindung wird darin gesehen, eine Anordnung der anfangs genannten Bauart zu konstruieren, der den dargestellten Nachteil beseitigen soll.
• Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, die Spiegelanordnung so auszurichten, dass die einzelnen Fokallinien den Brennlinienbereich des Solarabsorberrohrs passiv beaufschlagen. Vom Vormittag bis in die Nachmittagsstunden erreicht die passive Solarenergienutzung ihre höchsten thermischen Wirkungsgrade.
• Aus der nachfolgenden Beschreibung und der perspektivischen und schematischen Darstellungen des solaren Hohlspiegelkollektors soll die Erfindung ausführlich erläutert werden.
• 1: Perspektivische und schematische Darstellung des Parabolspiegelkollektors in Flachbauweise.
• 2: Perspektivische und schematische Darstellung des solaren Hohlspiegelkollektors.
• 3: Perspektivische und schematische Darstellung der einzelnen Spiegelsegmente und des Solarabsorberrohrs des Solarkollektors.
• 4-6: Darstellungen des Strahlenverlaufs des Sonnenlichtes aus unterschiedlichen, tageszeitlichen Einfallswinkeln.
• 7: Illustration des Spiegelkollektors einer gebäudeintegrierten Solararchitektur eines Hauses.
Wie aus den Darstellungen (1-7) zu ersehen ist, besteht die Kollektoranlage aus 12 halbkreisrunden Segmenten 2a-I, mit dem Ziel einer Hochtemperaturgenerierung eines Arbeitsfluids.
• Unter einem Hohlspiegelkollektor versteht man ein linienfokussierendes Spiegelsystem, bei dem die einzelnen, senkrecht angeordneten Reflektoren 2a-I, auf ein Absorberrohr 3a-b ausgerichtet sind. Alle Teile der Solarkonstruktion sind unbeweglich montiert.
• Um einen hohen Konzentrationsfaktor der Solarstrahlung während der gesamten Sonnenscheindauer zu gewährleisten, kommt folgender physikalischer Vorgang zur praktischen Anwendung:
• Bei einem halbkreisförmigen Parabolspiegelsegment 2a-I beträgt die Brennweite einer Radiushälfte des Durchmessers des jeweiligen Konzentrators 2a-I. Die parabole Form der Spiegelelemente ermöglicht die optische Fixierung der Brennweite auf eine halbe Radiuslänge eines jeden Halbspiegelkreises. D.h. der Fokus jeder einzelnen Brennlinie aller Reflektoren befindet sich während der Solarstrahlung im Halbradiusbereich der halbkreisförmigen Spiegel. Egal, welche Position die Sonne einnimmt, ob vormittags, mittags oder nachmittags, die Brennweite der Konzentratoren auf den Absorber 3a-b, bleibt immer gleichmäßig im linearen Absorberbereich. Diese Form der passiven Solarenergienutzung hat den genialen Vorteil, dass keine Nachführmechanik benötigt wird.
• Nun zum Strahlenverlauf:
• Die senkrecht verlaufenden Spiegelreihen sind in ihrem Neigungswinkel 60 Grad zur horizontalen Ebene ausgerichtet. Das bedeutet, dass durch die ständige Änderung der Sonnenlaufbahn der Erfassungsbereich winkelmäßig vormittags 20-60 Grad beträgt. In diesem Spektrum wird die Strahlung auf die Oberfläche der Absorberrohre konzentriert.
• Zur Mittagszeit trifft das Sonnenlicht - aufgrund seiner veränderten Position - in einem
• anderen Reflexionswinkel von 60-90 Grad auf die Absorberleitung. Hat die Sonne den
• Zenith überschritten, setzt nachmittags reflexionsmäßig ein Umkehrprozeß bei der Erfassung und Fokussierung der Solarstrahlung auf die Absorberelemente ein.
• Die Absorberrohre 3a-b sind aus Kupfer und mit einer schwarzen, lichtabsorbierenden Schicht versehen. Zudem sind alle Leitungen gegen Wärmeverluste durch Schutz- glas gedämmt. Weiter befinden sich die Spiegel und Absorberrohre in einer flachen, quaderförmigen und transparenten Plexiglasabdeckung. D. h. das Konstrukt ist in Flach- bzw. Modulbauweise ausgelegt und kann praktisch an jede Hauswand oder -dach montiert werden. Gegenseitige Verschattungen werden durch ausreichende Abstände vermieden.
• Da der solarthermische Kollektor im Aufbau ohne komplizierte Technik und Mechanik einfach konstruiert ist, ergibt sich für die Erfindung im Vergleich zu ähnlichen Solarkollektoren ein vorteilhaftes Kosten/Nutzen-Verhältnis.

Claims (3)

1. Solarhohlspiegelkollektor, dadurch gekennzeichnet, dass in einem quaderförmigen Flachrahmen (1) 12 halbkreisrunde Hohlspiegelsegmente (2a-I) vertikal angeordnet sind.
2. Solarhohlspiegelkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Solarabsorber (3a-b) im Brennlinienbereich der Parabolreflektoren (2a-I) verläuft.
3. Solarhohlspiegelkollektor nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das schwarze Absorberrohr (3a) von einem Schutzglas (3b) gegen Wärmeverluste umgeben ist.

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