DE20212593U1 - Device for reducing the standstill temperature of a solar collector - Google Patents

Device for reducing the standstill temperature of a solar collector

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Description

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Vorrichtung zur Reduktion der Stillstandstemperatur eines SonnenkollektorsDevice for reducing the standstill temperature of a solar collector

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reduktion der Stillstandstemperatur eines Sonnenkollektors.The present invention relates to a device for reducing the standstill temperature of a solar collector.

Sonnenkollektoren bestehen meist im wesentlichen aus einem Gehäuse, einem Absorberblech, an welchem die Registerrohre befestigt sind, welche vom Wärmeträermedium durchflossen werden, sowie aus Sammelrohren für die Zuleitung und die Ableitung des Wärmeträger-rnediurns und einer Glasabdeckung. Sie werden üblicherweise schräg auf oder schräg in einem Dach, oder - bei Fassadenkollektoren - senkrecht an der Fassade montiert.Solar collectors usually consist essentially of a housing, an absorber plate to which the register pipes are attached, through which the heat transfer medium flows, as well as collecting pipes for the supply and discharge of the heat transfer medium and a glass cover. They are usually mounted diagonally on or in a roof, or - in the case of facade collectors - vertically on the facade.

Um den Wirkungsgrad von Solaranlage zu steigern, sind in den vergangenen Jahren an den Sonnenkollektoren wesentliche Verbesserungen vorgenommen worden. Um hier nur einige zu nennen:In order to increase the efficiency of solar systems, significant improvements have been made to solar panels in recent years. To name just a few:

• die Verminderung der Luftzirkulation innerhalb des Kollektors durch weitgehende Abdichtung des Kollektorgehäuses;• reducing air circulation within the collector by extensive sealing of the collector housing;

• die Optimierung des Abstandes zwischen der Absorberoberfläche und der Glasabdeckung;• optimizing the distance between the absorber surface and the glass cover;

• der Einsatz von Vollflächenabsorbern;• the use of full-surface absorbers;

• der Einsatz von selektiv beschichteten Absorbern;• the use of selectively coated absorbers;

• der Einsatz von Solarglas mit hoher Energietransmission;• the use of solar glass with high energy transmission;

• eine weitere Erhöhung der Energietransmission des Solarglases durch eine Antireflexbeschichtung.• a further increase in the energy transmission of the solar glass through an anti-reflective coating.

Diese Verbesserungen brachten eine beträchtliche Steigerung der Kollektortemperaturen mit sich. Gleichzeitig wurden jedoch auch optimale Voraussetzungen für einen negativen Begleiteffekt geschaffen, der die Lebensdauer des Sonnenkollektors und auch seinen Wirkungsgrad negativ beeinflusst.These improvements have resulted in a significant increase in collector temperatures. At the same time, however, they have also created optimal conditions for a negative side effect that negatively affects the service life of the solar collector and also its efficiency.

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Bei starker Sonneneinstrahlung, hohen Außentemperaturen und einem gleichzeitigen Stillstand der Anlage - d.h. wenn bei betriebsbedingtem Pumpenstillstand kein Wärmeabtransport aus dem Sonnenkollektor erfolgt, kommt es zu einem Hitzestau innerhalb des Kollektors. Die Temperaturen unterhalb der Glasabdeckung und vor allem am Absorber können dabei auf bis zu 300 0C ansteigen.When there is strong sunlight, high outside temperatures and the system is at a standstill at the same time - i.e. when heat is not removed from the solar collector when the pump is stopped for operational reasons - heat builds up inside the collector. The temperatures under the glass cover and especially on the absorber can rise to up to 300 0 C.

Derartig hohe Kollektortemperaturen haben auch negative Auswirkungen auf das Gesamtsystem. Bei thermisch hoch belasteten Werkstoffen, wie etwa Wärmedämmungen, Gummidichtungen und anderen kunststoffteilen, können Ausgasungseffekte auftreten. Ausgegaste Bestandteile können sich an der Glasabdeckung niederschlagen und die sehr empfindlichen, hochselektiven Absorberschichten schädigen. Beide Effekte vermindern den Wirkungsgrad der Solaranlage beträchtlich und beeinträchtigen das optische Erscheinungsbild.Such high collector temperatures also have a negative impact on the entire system. Outgassing effects can occur with materials that are subject to high thermal stress, such as thermal insulation, rubber seals and other plastic parts. Outgassed components can settle on the glass cover and damage the very sensitive, highly selective absorber layers. Both effects significantly reduce the efficiency of the solar system and impair its visual appearance.

Zu hohe und lang andauernde thermische Belastung kann auch zur vorzeitigen Alterung des eingesetzten Wärmeträgermediums fuhren.Excessive and prolonged thermal stress can also lead to premature ageing of the heat transfer medium used.

Ein weiterer Störfall, welcher bei diesen hohen Temperaturen auftreten kann ist der Bruch von Lötverbindungen zwischen dem Absorberblech und den Registerrohren. Auch dadurch wird der Wirkungsgrad der Anlage verschlechtert.Another problem that can occur at these high temperatures is the breakage of solder joints between the absorber plate and the register pipes. This also reduces the efficiency of the system.

Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, eine Vorrichtung zu schaffen, um das Überhitzen des Sonnenkollektors zuverlässig zu verhindern.
25 The present invention therefore has the object of creating a device to reliably prevent the overheating of the solar collector.
25

Diese Aufgabe wird durch die technischen Merkmale des Hauptanspruches. Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den Unteransprüchen enthalten.This object is achieved by the technical features of the main claim. Advantageous further developments are contained in the subclaims.

Kern der Erfindung ist die Überlegung, die Gastemperatur innerhalb des Kollektorgehäuses, bevorzugt unmittelbar unter der Glasabdeckung permanent zu überwachen und bei Überschreiten einer sog. kritischen Temperatur eine gewollte Luftkonvektion innerhalb des Sonnenkollektors hervorzurufen.The core of the invention is the idea of permanently monitoring the gas temperature inside the collector housing, preferably directly under the glass cover, and of causing a desired air convection inside the solar collector when a so-called critical temperature is exceeded.

Die Überwachung der Gastemperatur erfolgt zum Beispiel durch einen beliebigen, handelsüblichen Temperaturfühler. Sobald eine vorbestimmte Temperatur - hier als kritische Temperatur bezeichnet - überschritten wird, löst der Temperaturfühler das Öffnen von einer oder mehreren Öffnungen in der Gehäusewand aus.The gas temperature is monitored, for example, by any commercially available temperature sensor. As soon as a predetermined temperature - referred to here as the critical temperature - is exceeded, the temperature sensor triggers the opening of one or more openings in the housing wall.

Bevorzugte Stellen für solche Öffnungen sind im oberen und im unteren Bereich der Gehäusewand. Es ist aber auch denkbar, eine oder mehrere solcher Öffnungen in einer oder beiden Seitenwänden des Gehäuses, zusätzlich zu den Öffnungen im oberen Bereich der Gehäusewand vorzusehen. Dabei muss, speziell bei den Öffnungen, welche im oberen und in den seitlichen Bereichen der Gehäusewand situiert sind darauf Bedacht genommen werden, dass es zu keinem Feuchtigkeitseintritt durch diese Öffnungen kommen darf, z.B. durch einen plötzlich auftretenden Schlagregen.Preferred locations for such openings are in the upper and lower areas of the housing wall. However, it is also conceivable to provide one or more such openings in one or both side walls of the housing, in addition to the openings in the upper area of the housing wall. In this case, especially with the openings located in the upper and side areas of the housing wall, care must be taken to ensure that no moisture can enter through these openings, e.g. due to sudden driving rain.

Diese Öffnungen werden von geeigneten Verschlusseinrichtungen unterhalb der kritischen Temperatur geschlossen gehalten. Solche Verschlusseinrichtungen können Ventile, Schieber oder andere technische Einrichtungen sein. Diese Verschlusseinrichtungen stehen in unmittelbarem Wirkzusammenhang mit dem Temperaturfühler. Es ist auch möglich, jede einzelne oder nur eine Gruppe von Verschlusseinrichtungen mit einem eigenen Temperaturfühler zu verbinden.
20 These openings are kept closed by suitable closure devices below the critical temperature. Such closure devices can be valves, slides or other technical devices. These closure devices are directly linked to the temperature sensor. It is also possible to connect each individual closure device or just a group of closure devices to its own temperature sensor.
20

Eine sehr elegante, weil in der Herstellung sehr kostengünstige und auch über viele Jahre zuverlässige Lösung besteht in der Verwendung von Temperaturfühlern aus Bimetall oder aus Memorymetall. Dabei kann der Temperaturfühler auch selbst als Verschlusselement wirken.A very elegant solution, because it is very cost-effective to manufacture and reliable over many years, is the use of temperature sensors made of bimetal or memory metal. The temperature sensor itself can also act as a locking element.

Sobald die Temperatur innerhalb des Sonnenkollektors die kritische Temperaturmarke überschreitet, verändert das Memorymetall seine geometrische Ausgestaltung und gibt die Öffnung für eine ungehinderte Durchlüftung des Sonnenkollektors frei. Bei Unterschreiten der kritischen Temperatur kommt es zu einer neuerlichen Verformung des Memorymetallteiles und er verschließt die Öffnung wieder.As soon as the temperature inside the solar collector exceeds the critical temperature mark, the memory metal changes its geometric shape and opens the opening for unhindered ventilation of the solar collector. If the temperature falls below the critical temperature, the memory metal part deforms again and closes the opening again.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Luftkonvektion durch den Innenraum des Sonnenkollektors durch Ventilatoren zusätzlich unterstützt wird, wobei die Ansteuerung des Ventilators mit dem Temperaturfühler in Wirkverbindung stehen kann.A further advantageous embodiment of the invention provides that the air convection through the interior of the solar collector is additionally supported by fans, whereby the control of the fan can be operatively connected to the temperature sensor.

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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung befindet sich mindestens eine Öffnung im oberen Bereich der Gehäusewand und mindestens eine weitere Öffnung im unteren Bereich der Gehäusewand. Dadurch kann die natürliche Luflkonvektion durch den Innenraum des Sonnenkollektors ohne weitere technische Maßnahmen positiv unterstützt werden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch ausdrücklich nicht auf diese räumliche Anordnung der Öffnungen beschränkt. Es ist auch denkbar, diese Öffnungen nur in den seitlichen Bereichen vorzusehen. Auch sämtliche Kombinationen der räumlichen Anordnung dieser Öffnungen sind möglich.In a preferred embodiment of the invention, there is at least one opening in the upper area of the housing wall and at least one further opening in the lower area of the housing wall. This can positively support the natural air convection through the interior of the solar collector without any further technical measures. However, the present invention is expressly not limited to this spatial arrangement of the openings. It is also conceivable to provide these openings only in the side areas. All combinations of the spatial arrangement of these openings are also possible.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein hydraulisches Element zur Aktivierung der Lüftungseinrichtung vorgesehen. So kann zum Beispiel ein durch Volumenausdehnung einer Flüssigkeit aktivierter Stößel vorgesehen sein.In a further preferred embodiment of the invention, a hydraulic element is provided for activating the ventilation device. For example, a tappet activated by volume expansion of a liquid can be provided.

Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Diese Figuren sind lediglich zum besseren Verständnis der Erfindung gedacht, die Erfindung beschränkt sich ausdrücklich nicht auf die hier dargestellten Ausführungsvarianten.The invention is explained in more detail with reference to the figures. These figures are intended only to provide a better understanding of the invention; the invention is expressly not limited to the embodiments shown here.

Hierin stellt Figur 1 einen Sonnenkollektor in Aufsicht als Schnitt durch das Kollektorgehäuse 3, bevorzugt zwischen dem Absorber 1 und der Glasabdeckung 4 dar. In sämtlichen vier Gehäusewänden sind Öffnungen 5 zu erkennen, welche durch Verschlusseinrichtungen 6 verschließbar sind. Die Verschlusseinrichtungen 6 sind hier in der geöffneten Stellung zu erkennen.Here, Figure 1 shows a solar collector in plan view as a section through the collector housing 3, preferably between the absorber 1 and the glass cover 4. Openings 5 can be seen in all four housing walls, which can be closed by closure devices 6. The closure devices 6 can be seen here in the open position.

Figur 2 stellt den Kollektor aus Figur 1 in einem seitlichen schnitt entlang einer Öffnung 5 bzw. einer Verschlusseinrichtung 6 dar.Figure 2 shows the collector from Figure 1 in a lateral section along an opening 5 or a closure device 6.

Eine mögliche Ausgestaltung einer Verschlusseinrichtung ist in den Figuren 3 bis 6 zu erkennen. Sie besteht hier aus zwei parallel zueinander angeordneten Flächen 7 und 8, welche einen Teil der seitlichen Gehäusewand bilden können. Beide Flächen weisen geometrisch gleiche Öffnungen 5 auf. Durch ein seitliches Versetzen der Flächen 7 und 8 zueinander werden die Öffnungen 5 entweder in die offene Stellung gebracht, wie in Figur 3 und - um 90° verdreht - in Figur 4 zu erkennen ist, oder in eine geschlossene Stellung, wie in den Figuren 5 und 6 dargestellt.A possible design of a closure device can be seen in Figures 3 to 6. It consists of two surfaces 7 and 8 arranged parallel to one another, which can form part of the side housing wall. Both surfaces have geometrically identical openings 5. By laterally offsetting the surfaces 7 and 8 relative to one another, the openings 5 are either brought into the open position, as can be seen in Figure 3 and - rotated by 90° - in Figure 4, or into a closed position, as shown in Figures 5 and 6.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Reduktion der Stillstandstemperatur eines schräg auf oder in einem Dach montierten Sonnenkollektors oder eines Fassadenkollektors, welcher entweder aus einem in einem Gehäuse befindlichen Absorberblech, an diesem Absorberblech befestigten Registerrohren, welche vom Wärmeträgermedium durchflossen werden, sowie Sammelrohren für die Zuleitung und die Ableitung des Wärmeträgermediums, oder einem anders aufgebauten Absorber und einer Glasabdeckung besteht, dadurch gekennzeichnet, dass in der Gehäusewand (3), bevorzugt in ihrem oberen Bereich, mindestens eine, bevorzugt gegen Feuchtigkeitseintritt geschützte Öffnung (5) vorgesehen ist, dass diese Öffnung durch eine Verschlusseinrichtung (6) geschlossen ist und dass die Verschlusseinrichtung (6) mit einem Temperaturfühler in Wirkverbindung steht, wobei der Temperaturfühler die Verstellung der Verschlusseinrichtung von der geschlossenen Stellung in die geöffnete Stellung und wieder zurück bewirkt. 1. Device for reducing the standstill temperature of a solar collector or a facade collector mounted at an angle on or in a roof, which consists either of an absorber plate located in a housing, register pipes attached to this absorber plate through which the heat transfer medium flows, as well as collecting pipes for the supply and discharge of the heat transfer medium, or an absorber of a different structure and a glass cover, characterized in that in the housing wall ( 3 ), preferably in its upper region, at least one opening ( 5 ), preferably protected against the ingress of moisture, is provided, that this opening is closed by a closure device ( 6 ) and that the closure device ( 6 ) is operatively connected to a temperature sensor, wherein the temperature sensor causes the closure device to be adjusted from the closed position to the open position and back again. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der unteren Gehäusewand und/oder in einer oder in beiden Seitenwänden des Gehäuses (3) Öffnungen (5) vorgesehen sind. 2. Device according to claim 1, characterized in that openings ( 5 ) are provided in the lower housing wall and/or in one or both side walls of the housing ( 3 ). 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (5) in der unteren Gehäusewand und/oder in den Seitenwänden des Gehäuses (3) unterhalb der kritischen Temperatur durch Verschlusseinrichtungen (6) geschlossen sind und dass diese Verschlusseinrichtungen (6) mit einem oder mehreren Temperaturfühlern in Wirkverbindung stehen. 3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the openings ( 5 ) in the lower housing wall and/or in the side walls of the housing ( 3 ) are closed by closure devices ( 6 ) below the critical temperature and that these closure devices ( 6 ) are operatively connected to one or more temperature sensors. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturfühler als Verschlusseinrichtung (6) wirkt. 4. Device according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the temperature sensor acts as a closure device ( 6 ). 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturfühler aus einem Bimetall oder einem Memorymetall besteht. 5. Device according to claims 1 to 4, characterized in that the temperature sensor consists of a bimetal or a memory metal. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen durch Ventilklappen verschlossen sind. 6. Device according to claims 1 to 4, characterized in that the openings are closed by valve flaps. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen durch federbelastete Schieber verschlossen sind. 7. Device according to claims 1 to 4, characterized in that the openings are closed by spring-loaded slides. 8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein hydraulisches Element zur Verstellung der Verschlusseinrichtung (6) vorgesehen ist. 8. Device according to claims 1 to 4, characterized in that a hydraulic element is provided for adjusting the closure device ( 6 ). 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein durch Volumenausdehnung aktivierter Stößel die Öffnungen (5) verschließt. 9. Device according to claim 8, characterized in that a plunger activated by volume expansion closes the openings ( 5 ). 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Unterstützung der Luftkonvektion innerhalb des Sonnenkollektors ein oder mehrere Ventilatoren vorgesehen sind, welche bevorzugt über die Temperaturfühler aktiviert werden. 10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that one or more fans are provided to support the air convection within the solar collector, which fans are preferably activated via the temperature sensors.
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