DE2505522A1 - Vorrichtung zum sammeln von sonnenenergie und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Vorrichtung zum sammeln von sonnenenergie und verfahren zu ihrer herstellung

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DE2505522A1
DE2505522A1 DE19752505522 DE2505522A DE2505522A1 DE 2505522 A1 DE2505522 A1 DE 2505522A1 DE 19752505522 DE19752505522 DE 19752505522 DE 2505522 A DE2505522 A DE 2505522A DE 2505522 A1 DE2505522 A1 DE 2505522A1
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Description

DC 1986
PFeNN11N3 - fv'AAS _ SHILER
ΜΞί.\';α - l:·.:·:·.-;;·:^ - spott
8000 ΜΟΝΟί-ίίΞΝ 40
SCHLEJSSHEtMERSTR. 299
DOW CORETIHG CORPORATION Midland, Michigan, V.St.A.
Vorrichtung zum Sammeln von Sonnenenergie und Verfahren zu ihrer Herstellung
Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zum Sammeln von Sonnenenergie und Verfahren zum Herstellen einer billigen Vorrichtung von geringem Gewicht zum Sammeln von Sonnenenergie .
Bekanntlich ist es möglich, von der Sonne abgegebene fcjtrahlungsenergie zu sammeln, so daß man eine Energiequelle zur Verfugung hat, die zu Heiz- oder Kühlzweckeη benutzt werden kann oder Energie, die sich direkt in elektrische Energie umwandeln läßt« Soll die Strahlungsenergie der Sonne zu Heiz- und Kühlzwecken verwendet werden, ist es erforderlich, die Wärmeenergie von Sonnenstrahlen in einer mit einem Flud arbeitenden Wärmeübertragungsvorrichtung zu sammeln. Das auf diese Vveise erhitzte Flud wird dann zu der Stelle gepumpt oder strömen gelassen, an der die von ihm aufgenommene Wärmeenergie ausgenutzt wird. Analog hierzu ist es möglich,
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Sonnenzellen zu benutzen, die Strahlungsenergie der Sonne sammeln und diese Strahlungsenergie direkt in elektrischen Strom verwandeln, der dann einem Verbraucher, zugeführt werden kann.
In bestimmten Teilen der Welt würde die Sonnenenergie die am reichlichsten verfügbare Energieart sein, wenn es möglich wäre, eie auf wirtschaftliche Weise nutzbar zu machen. Selbst in höher entwickelten Teilen der Erde würde eine wirtschaftliche Ausnutzung von Sonnenenergie eine vorteilhafte Alternative zur Verwendung fossiler Brennstoffe zur Energieerzeugung darstellen. Zwar sind bereits zahlreiche Vorrichtungen zum Sammeln und Umwandeln von Sonnenenergie vorgeschlagen worden, doch ist eine Einführung dieser Vorrichtungen in einem großen Ausmaß vermutlich an den hohen Kosten der bis Jetzt vorgeschlagenen Vorrichtungen gescheitert. Hier liegt das Problem, mit dem sich die Erfindung befaßt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen mit geringen Kosten herstellbaren Sammler für Sonnenenergie zu schaffen, der zur Verwendung in Verbindung mit Wärmetauschern oder Sonnenzellenanordnungen geeignet ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren zum Herstellen eines Sammlers für Sonnenenergie geschaffen worden, bei dem der erste Arbeitsschritt darin besteht, daß eine ebene Unterlage bereitgestellt wird. Auf dieser Unterlage werden mehrere allgemein halbzylindrische, mit ihrer Wölbung nach oben ragende Formteile unmittelbar nebeneinander und in paralleler Lage angeordnet. Bei der einfachsten Ausführungsform können diese vorspringenden Formteile aus der Länge nach durchgesägten Rohren aus Metall oder Kunststoff bestehen. Dann wird auf der Unterlage ein Rahmen angeordnet, der die Formteile umgibt und von der Unterlage aus nach oben ragt· Hierauf werden die Formteile mit einer aus einer Folie bestehenden Schicht überdeckt, auf die dann ein aushärtbares Schaumkunststoffgemisch gegossen wird, das den Rahmen oberhalb der Folie ausfüllt und zum Aushärten gebracht wird. Auf diese Weise erhält man ein zusammengesetztes Erzeugnis aus
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dem Kunststoffschaum, mit dessen einer Seite die Folie verklebt ist, das sich nach dem Aushärten von den Formteilen abheben läßt, und das ein äußerst geringes Gewicht hat. In den Vertiefungen von auf diese Weise hergestellten zusammengesetzten Erzeugnissen werden dann zum Aufnehmen von Sonnenenergie dienende Einrichtungen, z.B„ Rohre, durch die ein Flud geleitet werden kann, oder Sonnenzellen oder beides angeordnet, woraufhin nach ^edarf Abdeckungen angebracht werden, so daß man eine vollständige Vorrichtung zum Sammeln von Sonnenenergie erhält. Aus auf diese Weise hergestellten flächigen Vorrichtungen lassen sich Anordnungen von miteinander verbundenen Vorrichtungen dadurch aufbauen, daß man die Vorrichtungen einfach nebeneinander auf dem Erdboden anordnet und sie miteinander verbindet. Diese Vorrichtung ist mit geringen Kosten herstellbar, sie arbeitet mit einem hohen Wirkungsgrad, und sie ermöglicht es, an Ort und Stelle große, sich aus zahlreichen einzelnen Vorrichtungen zusammensetzende Anordnungen aufzubauen, da sich die Einzelvorrichtungen oder Flächen wegen ihres geringen Gewichtes leicht transportieren lassen.
Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen senkrechten Schnitt, der ein Verfahren zum Herstellen einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht;
Fig. 2 einen senkrechten Schnitt durch eine mit Hilfe des Verfahrens nach Fig. 1 hergestellte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 3 eine Draufsicht einer feilweise schematisch gezeichneten Anlage der Wärmetauscherbauart, bei der die Erfindung angewendet ist; und
Fig. 4- einen senkrechten l'eilschnitt einer Weiterbildung der Ausführungsform nach Fig. 2 und 3» bei der Sonnenzellen als Einrichtungen zum Aufnehmen von Sonnenenergie
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vorhanden sind.
In Pig. 1 erkennt man eine Unterlage 11, "bei der es sich einfach um eine ebene Bodenfläche oder z.B. eine Betonplatte oder eine Sperrholztafel handeln kann. Von der Unterlage 11 aus ragt ein vorzugsweise rechteckiger Rahmen 12, der z.B. aus Holz, Metall oder Kunststoff bestehen kann, nach oben. Auf der Unterlage 11 sind mehrere allgemein halb zylindrische, mit ihrer Yi/ölbung nach oben ragende Formteile 1J unmittelbar nebeneinander und in paralleler Lage angeordnet. Bei der einfachsten Ausführungsform kann es sich bei diesen Formteilen um Stücke von Rohren aus Metall oder Kunststoff handeln, die längs ihrer Achse durchgesägt worden sind. Das Rohrmaterial kann z.B. einen Außendurchmesser von etwa 50 bis 160 mm haben.
Auf die Oberseite der Formteile 13 wird eine Schicht aufgelegt, die aus einer Folie 14 besteht, bei der es sich um eine metallisierte, reflektierende Kunststoff-Folie, z.B. einen Polyesterfilm, oder um eine polierte oder Licht absorbierende Metallfolie, z.B. um eine solche aus Aluminium oder nichtrostendem Stahl, handeln kann. Die Folie 14 wird dadurch in feste Anlage an der Oberseite der Formteile 13 gebracht, daß sie in die Spalte zwischen einander benachbarten Formteilen hineingedrückt wird. Es ist zweckmäßig, die Folie durch einen dünnen Überzug aus einem klaren Silikonharz zu schützen, der auf diejenige Fläche der Folie aufgebracht wird, welche den Formteilen 13 zugewandt ist.
Nunmehr wird ein Kunststoffgemisch, das so angesetzt ist, daß sich das gewünschte spezifische Gewicht ergibt, welches z.B. im Bereich von etwa 0,016 bis 0,25 liegt, auf die in der beschriebenen Weise vorbereitete Baugruppe gegossen, woraufhin das Gemisch einen Schaum bildet und ausgehärtet wird. Natürlich könnte man auch syntaktische Schäume verwenden, bei denen kein Aufschäumen erforderlich ist. Geeignete Schaummaterialien sind im Handel erhältlich und werden z.B. aus Phenol-, Polyester- oder Polyurethan-Harzen hergestellt. Gemäß einem durch die Union Carbide Corporation herausgebrachten "Technical Service Bulletin" ist es möglich, einen
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starren Phenolschaum mit einem spezifischen Gewicht von etwa 0,03 zu erzeugen, indem man 100 Teile Bakelite Phenolic Resin BBL-276O mit 1 Teil des oberflächenaktiven Silikons Union Carbide L-534-0, 15 Teilen Borsäure, 15 Teilen Oxalsäure und 16 Teilen des Fluorkohlenstofftreibmittels TJCON-I13 mischt. Natürlich können auch andere bekannte Rezepturen angewendet werden. In der Praxis ist es möglich, jedes starre Schaummaterial zu verwenden, das den beim Betrieb der Vorrichtung auftretenden Temperaturen standhält. Die Wärmeleitfähigkeit des ausgehärteten Schaums soll vorzugsweise unter etwa 1,22 kcal/m2 0C h (0,25 BTU/hr./ft2/°F/Zoll) betragene
Die Oberfläche des Schaums 16 wird erforderlichenfalls bündig mit dem oberen Rand des Rahmens 12 abgestrichen. Soll die Tragschicht aus dem Schaum geschützt werden, kann man mit der Oberseite des Schaums und dem Rahmen 12 gegebenenfalls eine Schicht aus Kunststoff, eine Metallfolie oder ein starres tragendes Material 17 verkleben oder verkitten. Eierauf wird das zusammengesetzte Erzeugnis von den Formteilen abgehoben und umgewendet. Die Folie 14 ist jetzt natürlich mit dem Schaummaterial 16 verbunden, da sie während des Aufschäumens in Berührung mit diesem Material stand und an den Formteilen 13 nicht haftet.
Das so hergestellte zusammengesetzte Erzeugnis ist auch in Fig. 2 dargestellt, wo gezeigt ist, daß mehrere Rohre 18 zum Aufnehmen von Sonnenenergie in die Vertiefungen eingebaut worden sind, mit denen das Erzeugnis durch die Formteile 13 versehen worden ist. Die Rohre 18 sollen so gefärbt oder so mit einem Überzug versehen sein, daß eine maximale Absorption von Wärme gewährleistet ist. Gegebenenfalls können die Rohre 18 aus Metall bestehende Rippen 19 aufweisen, die sich senkrecht nach oben und unten erstrecken und dazu beitragen, Sonnenenergie zu sammeln, die durch die Metallfolie 14 reflektiert wird, welche durch das Schaummaterial 16 unterstützt wird. Der Rahmen 12 bleibt vorzugsweise mit dem. flächenförmigen Erzeugnis verbunden, und er dient zum Unterstützen der Rohre 18. Außerdem schützt er die Ränder des
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Schaummaterials 16 gegen Beschädigungen. Gegebenenfalls ist es jedoch auch möglich, den Rahmen zu entfernen. Über dem flächenförmigen Erzeugnis werden Vorzugsweise zwei Glasscheiben 21 und 22 angeordnet, die durch Klötze 23 in einem Abstand voneinander gehalten werden und dazu dienen, die Vorrichtung zu schützen und zu isolieren. Die untere Glasscheibe 21 kann sehr dünn und leicht sein, wenn sie durch die am weitesten nach oben ragenden fi'eile der eigentlichen Vorrichtung unterstützt wird, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Diese Anordnung bietet zusätzlich den Vorteil, daß Konvektionsströmungen bei Anordnungen verhindert werden, die unter einem Winkel gegen die Waagerechte geneigt sind. Bei einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Abstand zwischen den Glasscheiben 21 und 22 etwa 9»5 mm.
Fig. 3 zeigt in einem schematischen Grundriß die Verbindungen zwischen den Rohren 18 sowie die Verbindungen zwischen der Rohranordnung und einer Baugruppe 20, zu der eine Einrichtung zum Ausnutzen der Wärmeenergie und eine Umwälzpumpe gehören. Bei der Einrichtung zum Verwerten der Wärmeenergie kann es sich im einfachsten Fall um einen Heizkörper in einer Wohnung handeln. Alternativ kann eine beliebige andere Einrichtung vorhanden sein, die es ermöglicht, die von dem Flud in den Rohren 18 mitgeführte Wärmeenergie auszunutzen, die ihrerseits der Sonnenstrahlung entnommen wurde, welche auf die reflektierende Folie 14 und die Außenflächen der Rohre 18 und der Rippen 19 aufgetroffen ist. Zwar zeigt Fig. 3 nur eine einzige flächenförmige Vorrichtung, bei der 'die Rohre 18 hintereinandergeschaltet sind, doch ist es natürlich auch möglich, eine Anordnung mit mehreren solchen Vorrichtungen vorzusehen, die miteinander verbunden sind, wobei die Rohre 18 hintereinander- oder parallelgeschaltet sind, wie es jeweils erforderlich ist, um bei dem betreffenden Fall, in dem die Vorrichtungen benutzt werden, einen maximalen Wirkungsgrad zu erzielen. Wegen ihres geringen spezifischen Gewichtes haben die einzelnen Flächen ein äußerst geringes Gesamtgewicht, und sie sind auf leichte und billige Weise herzustellen. Zwar ist es gegebenenfalls
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möglich, die Vorrichtungen an Ort und Stelle herzustellen, doch wegen ihres geringen Gewichtes lassen sie sich leicht transportieren. Man kann praktisch Anordnungen von jeder "beliebigen Größe bilden,.indem man auf dem Boden oder gegebenenfalls in einer beliebigen Höhe die einzelnen Vorrichtungen oder Flächen nebeneinander und/oder Ende an Ende anordnet O
Zwar läßt sich die vorstehend beschriebene Vorrichtung mit gutem Erfolg bei Sonnenenergie-Sammeleinrichtungen der Wärmetauscherbauart verwenden, doch kann die Erfindung auf ähnliche Weise auch bei Sonnenzellen oder Einrichtungen angewendet werden, bei denen Sonnenzellen mit Wärmetauschern kombiniert sind, vorausgesetzt, daß die Sammelvorrichtung eine parabolische Form hat, damit sie die Sonnenstrahlen auf die Sonnenzellen richtet. Eine abgeänderte Vorrichtung, die diese beiden Merkmale aufweist, ist in Fig. 4· dargestellt.. In diesem Fall haben die Vertiefungen eine etwas abgeänderte Querschnittsform, d.h. sie weisen einen ebenen Boden auf, und sie sind so gestaltet, daß sie auftreffende Strahlen in Richtung auf den Boden reflektieren. Die Vorrichtung nach Fig. 4- läßt sich nach einem Verfahren herstellen, das dem anhand von Fig. 1 beschriebenen Verfahren ähnelt, abgesehen davon, daß die gegenüber der Unterlage 11 nach oben ragenden Formteile eine etwas andere Querschnittsform haben. Nachdem das zusammengesetzte Erzeugnis von den Formteilen abgehoben worden ist, werden mehrere Sonnenzellen 24 auf den ebenen Bodenflächen der Vertiefungen angeordnet und durch elektrische Leitungen miteinander verbunden. Bevor das aushärtbare Schaumkunststoffgemisch 16 in den Rahmen gegossen wird, kann man in den Rahmen mehrere Rohrleitungen 26 einbauen, die durch das Eingießen des Kunststoffschaummaterials in das zusammengesetzte Erzeugnis eingebettet werden. Die Rohrleitungen 26 stehen vorzugsweise in inniger Berührung mit der Folie 14, bei der es sich im vorliegenden Fall vorzugsweise um eine nur aus Metall bestehende Folie und nicht etwa um eine metallisierte Folie aus Kunststoff handelt. Die Rohrleitungen 26 erfüllen zwei Aufgaben. Erstens dienen sie dazu, die Sonnenzellen 24 zu kühlen und sie hierdurch gegen
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Beschädigungen zu schützen, und diese Xühlwirkung wird dadurch gefördert, daß Wärmeenergie durch die Metallfolie auf direktem Wege zu den !Rohrleitungen 26 geleitet wird, die natürlich vorzugsweise ebenfalls aus Metall "bestehen. Zweitens kann die durch das Flud in den Rohrleitungen 26 aufgenommene Wärme auf ähnliche Weise ausgenutzt werden, wie es bei der Anordnung nach Jig. 3 geschieht. Die Sonnenzellen 24 werden vorzugsweise mit Hilfe eines Silikonklebstoffs befestigt, und die gesamte Baugruppe wird vorzugsweise mit einem dünnen PiIm aus einem durchsichtigen Silikonharz überzogen. Wenn ein solcher Schutz vorhanden ist, ist es nicht erforderlich, die Baugruppe mit einer Abdeckung zu versehen, und es wird ein hoher Wirkungsgrad sowohl bezüglich des Sammelns von Sonnenenergie als auch bezüglich der Kühlung erzielt.
Natürlich kann man gegebenenfalls zusätzlich zu den Sonnenzellen 24 Rohre 18 nach Fig. 2 und 3 zum Hindurchleiten eines Fludes vorsehen, um den Wirkungsgrad der Vorrichtung weiter zu steigern.
Bei einer weiteren, in der Zeichnung nicht eigens dargestellten Ausführungsform der Erfindung werden die Rohre 18 bei der Anordnung nach Fig. 2 fortgelassen, und die Folie 14 wird mit einer Licht absorbierenden schwarzen Oberfläche versehen. Die Folie soll für Wärme leitfähig sein, und daher besteht sie vorzugsweise aus Metall. Bei dieser Ausführungsform wird ein zum Fortleiten von Wärme geeignetes Flud, z.B. Wasser, einfach über die Oberfläche der Folie geleitet, so daß es Wärme aus der Folie aufnimmt, um Wärmeenergie zu sammeln, die dann auf ähnliche Weise ausgenutzt werden kann, wie es z.B. in der U.S.A.-Patentschrift 3 236 294 beschrieben ist.
Ansprüche:
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Claims (16)

  1. ANSPRÜCHE
    ·, 1 .J Verfaliren zum Herstellen einer Vorrichtung zum Sammeln von Sonnenenergie, gekennzeichnet durch Maßnahmen, um eine ebene Unterlage bereitzustellen, um auf dieser Unterlage mehrere halbzylindrische Formteile mit ihren Wölbungen nach oben weisend eng nebeneinander in paralleler Lage anzuordnen, um auf der Unterlage einen die Formteile umschließenden, von der Unterlage aus nach oben ragenden Rahmen anzuordnen, um die Formteile mit einer aus einer Folie bestehenden Schicht so zu bedecken, daß die Schicht eng an den Formteilen anliegt, um ein aushärtbares Schaumkunststoffgemisch so in den Rahmen zu gießen, daß es die Folie bedeckt, woraufhin das Kunststoffgemisch ausgehärtet wird, um das aus dem Rahmen, dem Kunststoff und der Folie bestehende zusammengesetzte Erzeugnis von der Unterlage und den Formteilen abzuheben, und um Einrichtungen zum Aufnehmen von Sonnenenergie in den Vertiefungen des zusammengesetzten Erzeugnisses anzuordnen, mit denen das Erzeugnis durch die Formteile versehen worden ist.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η _ zeichnet , daß mit dem ausgehärteten Kunststoffschaum ein ihn überdeckendes Flachmaterialstück verklebt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß zu den Maßnahmen zum Bereitstellen der Einrichtungen zum Aufnehmen von Sonnenenergie Maßnahmen gehören, um in den Vertiefungen Rohre so anzuordnen, daß sie sich annähernd längs der Brennlinien der Vertiefungen erstrecken.
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  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Maßnahmen zum Bereitstellen der Einrichtungen zum Aufnehmen von Sonnenenergie Maßnahmen gehören, um Sonnenzellen auf den Böden der Vertiefungen anzuordnen.
  5. 5ο Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu den Maßnahmen zum Bereitstellen einer Einrichtung zum Aufnehmen von Sonnenenergie Maßnahmen gehören, um eine Wärme absorbierende Flüssigkeit über die Wandflächen, der Vertiefungen hinwegströmen zu lassen.
  6. 6. Vorrichtung zum Sammeln von Sonnenenergie, gekennzeichnet durch eine Schicht (16) aus aufgeschäumtem Kunststoffmaterial, die auf. einer Seite so geformt ist, daß sie allgemein halbzylindrische eng nebeneinander angeordnete, parallele Vertiefungen aufweist, eine aus einer Folie (14) bestehende Schicht (14), die in fester Anlage an den Wandflächen der Vertiefungen angeordnet ist, sowie durch in den Vertiefungen angeordnete Einrichtungen zum Aufnehmen von Sonnenenergie, die geeignet ist, durch die Folienschicht übertragene Sonnenenergie aufzunehmen.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Einrichtungen zum Aufnehmen von Sonnenenergie Eohre (18) vorhanden sind, die sich innerhalb der Vertiefungen annähernd längs ihrer Brennlinien erstrecken und zum Hindurchleiten eines Fludes dienen, das durch die aufgenommene Sonnenenergie erwärmt wird·
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, daß die Eohre (18) senkrechte Rippen (19) aufweisen, um den Wirkungsgrad bezüglich der Absorption von Sonnenenergie zu steigern.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Folie (14) aus einem Kunststoff besteht und einen metallisierten reflektierenden Überzug besitzt.
    5 0 9836/0275
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Folie (14·) aus einem Kunststoff besteht und einen metallisierten reflektierenden Überzug besitzt.
  11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zu den Einrichtungen zum Aufnehmen von' Sonnenenergie Sonnenzellen (24) gehöreno
  12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen abgeflachte Bodenabschnitte aufweisen und die Sonnenzellen (24) auf diesen abgeflachten Bodenabschnitten angeordnet sind.
  13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch g e k e η η -. zeichnet , daß von einem !"lud durchströmbare Rohrleitungen (26) in das Schaummaterial (16) unter den abgeflachten Bodenabschnitten der Vertiefungen angeordnet sind und dazu dienen, Wärme von den Sonnenzellen (24) abzuführen.
  14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (14) aus Metall hergestellt ist und in inniger Berührung mit den zum Eindurchleiten eines Fludes dienenden Rohrleitungen (26) steht, um eine direkte Wärmeübertragung zu den Rohrleitungen zu ermöglichen.
  15. 15· Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch g e k e anzeichnet, daß auf der Folie (14) und den Sonnenzellen (24) ein durchsichtiger Silikonharzüberzug angeordnet ist.
  16. 16. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zu den Einrichtungen zum Aufnehmen von Sonnenenergie ein Wärme absorbierendes Flud gehört, das über die Oberfläche der Folie (14) in inniger Berührung damit hinweggeleitet wirdo
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