-
Kennwort: Solarkollektor I Kollektor für Sonnenwärme Die Erfindung
betrifft einen ebenen Kollektor für Sonnenwärme mit einem geschwärzten Blech, dessen
der Sonne zugewandte Fläche eine Abdeckung zugeordnet ist1 die nur für einen Teil
des Wellenlängenbereiches der elektromagnetischen Strahlung durchlässig (spektralselektiv)
ist.
-
Kollektoren der obengenannten Gattung dienen dem Zweck, die von der
Sonne ausgestrahlte Wärme in Nutzwärme umzuwandeln, z.B.
-
zur Erwärmung on Luft, Warmwasserbereitung, Raumklimatisierung und
Stromerzeugung.
-
Bekannte Kollektoren bestehen im einfachsten Fall aus einem geschwärzten
Blech, das durch Absorption des auffallenden Sonnenlichtes bis zu einer Gleichgewichtstemperatur
erhitzt wird, welch einerseits durch die je Flächeneinheit absorbierte Sonnenstrahlung
leistung, andererseits durch die abgegebene infrarote Wärmerückstrahlungsleistung
und Wärmeleitungs- und Konvektionsverluste be stimmt ist, ozu die gegebenenfalls
laufend entnommene Nutzwärme hinzutritt. Solche plattenförmigen Wärmesammler erreichen
ein Maximum an täglicher Wärmemengens ammlung, wenn sie dem jeeiligen Sonnstand
zwecks Erzielung senkrechten bichteinfalles nachgeführt werden, unbeschadet der
hiervon unabhängigen Absorption des diff.
-
Anteiles der Insolation. Bedingt durch die hierfür notwendigen U'l
vor allen aufwendigen konstruktiven Maßnahmen, arbeitet ein solch Kollektor jedoch
unwirtschaftlich und störanfällig, so daß dieser in der Regel unverstellbar montiert
wird. Der Kollektor ist in
diesem Falle zur maximalen Wärmeeinsammlung
nach Süden unter einem Winkel gegen die horizontale geneigt, welcher der g;cographischen
Breite des Aufstellungsortes plus 10 - 15° entspricht.
-
Solche Kollektoren werden schon seit langem gebaut und finden vor
allem Anwendung in subtropischen Ländern der Erde und zwar zur Warmwasserbereitung
und zur Klimatisierung. Ein derart bekannter Kollektor für Sonnen'krme besteht aus
einem mit schwarzer Farbe bestriciienen Blech (Absorber), das gegebenenfalls von
einem Rahmen aufgenommen ist. Auf der der Sonne zugewandten, vorderen geschwärzten
Seite des Bleches sind eine oder mehrere im Abstand voneinander angeordnete Glasplatten
vorgesehen, welche aufgrund ihrer Durchlässigkeit für sichtbares Licht und Undurchlässigkeit
für die infrarote Wärmerückstrahlung zu einer Reduzierung der Strahlungsverluste
beitragen (Treibhauseffekt).
-
Von Nachteil hierbei ist jedoch, daß die Glasabdeckung auch bei sauberer
Oberflache ihren Zweck nur unvollkommen erfüllt, da handelsübliches Glas bei der
festigkeitshalber erforderlichen J'jinimaldicke das sichtbare Licht zu wenigstens
10% absorbiert und weiterhin auch bedeutende Lichtverluste durch ein- oder mehrfache
Reflexion verursacht, wenn man aiese nicht durch kostspielige Entspiegelung vermeidet.
-
Darüberhinaus sind diese Abdeckplatten aus Glas bekannterweise sehr
zerbrechlich und besitzen auch ein hohcs Eigengewicht, was insbesondere bei der
Abdeckung großflächiger Kollektoren von Nachteil ist.
-
Anstelle der Bedeckung mit Glasplatten wurde bereits vorgeschlagen
(Tabor), vcrnickelte Eisenbleche als Kollektorblech zu verwenden, die oberflächlich
derart sulfidiert werden, daß eine Deckschicht mit einer gleichmäßigen Dicke von
1/4 der Wellenlänge der Wärmerückstrahlung im Intensitätsmaximum entsteht, welche
nach den optischen Gesetzen eine vollständige Undurchlässigkeit für die betreffende
Wellenlänge bewirkt. Die Kosten und die Empfindlichkeit einer solchen Schicht stehen
a.ber in keinem wirtschaftlichen Verhältnis zur erreichten Steigerung
der
Absorption von etwa 83 % (bei gewöhnlicher Schwärzung) zu fast 100 % (bei der sulfidierten
Oberfläche).
-
Es wurde versuchsweise bereits eine Folie aus Polyvinylfluorid (PVF)
zur Abdeckung von Solarkollektoren eingesetzt.
-
Von Nachteil ist jedoch, daß Polyvinylfluorid bei höheren Temperaturen
zur Zersetzung neigt und daher auf Verarbeitungsmaschinen für Thermoplaste nicht
verarbeitbar ist. Folien aus diesem Material können praktisch nur durch Gießen aus
Lösungen, z.B. Lösungen in Dimethylsulfoxid, oder durch Strangpressen von geeigneten
Organosolen in ein Wasserbad hergestellt werden. Es ist daher außerordentlich schwierig,
Folien aus Polyvinylfluorid herzustellen, deren Dicke 100/um wesentlich Ubersteigt;
auch ist im allgemeinon die mechanische Festigkeit von Gießfolien derjenigen von
Extrusions-, Kalander-oder Schälfolien unterlegen. Ferner ist die Dauertemperaturbeständigkeit
von Polyvinylfluorid nach der Seite hoher Temperaturen hin höchst unbefriedigend,
da sie nur bis etwa 1050C reicht. Da beim Einsatz von Solarkollektoren, insbesondere
in Gebieten hoher Sonneneinstrahlung, an den Abdeckungen sehr hohe Temperaturen
auftreten, ist dies nicht ausreichend. können Es wurde ferner schon vorgeschlagen,
die Oberfläche des Bleches mit senkrecht angeordneten Röhrchen von bis zu einem
Zentimeter Durchmesser auszustatten, deren Länge das Vielfache ihres Durchmessers
aufweist, und welche nach Gesetzen der Optik infolge Vielfachreflexion als schwarze
Körper wirken, die dazu tendieren, sich mit der Temperatur der Sonne (ca.
-
6000K) in das Strahlungsgleichge"richt zu setzen.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, aufbauend auf dem vorgenannten
Stand der Technik, einen ebenen Kollektor für Sonnenwärme zu schaffen, der eine
Optimierung des Verhältnisses Kollektorleistung zu Fläche, Gewicht und Investitionskosten
durch eine optimale Ausnutzung der Sonnenwärme gewährleistet, ohne daß hierfür konstruktiv
aufwendige Maßnahmen erforderlich sind.
-
Zur Lösung der genannten Aufgabe wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen,
daß die auf der sonnenzugewandten Fläche des Bleches aufgebrachte Schwarzfarbe ein
Absorptionsvermögen für die Sonnenstrahlung von 95 bis 98 % und einen möglichst
verlustfreien Wärmeübergang auf das Blech aufweist, daß weiterhin die Abdeckung
aus wenigstens einer Fluorkunststoff-Folie besteht, wobei der Fluorkunststoff ein
Homopolymeres des Tetrafluoräthylens oder Vinylidenfluorids oder ein thermoplastisch
verarbeitbares fluorhaltiges Copolymeres ist, in-dem mindestens eines der darin
enthaltenen Monomeren ein Fluorolefin darstellt, das CF2-Gruppen in die Hauptkette
des Copolymeren einführt, daß ferner auf der sonnenabgewandten Fläche des Bleches
eine Ultrarot-Strahlung verhindernde Metall schicht angeordnet ist und daß werner
die Metallschicht mit einer Wärmeisolierungsschicht abgedeckt ist.
-
Ein Maßstab für den technischen Fortschritt der Erfindung ist das
Verhältnis Durchlässigkeit im sichtbaren Bereich (=&) zu Emissionsvermögen im
Ultrarotbereich (= g ) vorzugsweise jeweils bei den Wellenlängen maximaler Intensität
Xmax ( /um) = 2900/T (T in K). Mit dem Stand der Technik wurden bisher nur geringe
-Werte erzielt. Der erfindungsgemäße Kollektor erreicht dagegen / -Werte von 16
und mehr. Dies beruht auf der erfindungsgemäßen Kombination von Merkmalen, die einen
überraschend großen Effekt ergeben.
-
Erfindungsgemaß wird eine Fluorkunststoff-Folie eingesetzt, die aus
einem Homopolymeren des Tetrafluoräthylens oder des Vinylidenfluorids oder aus einem
thermoplastisch verarbeitbaren, fluorhaltigen Copolymeren besteht, in dem mindestens
eines der darin enthaltenen Monomeren ein Fluorolefin ist, das CF2-Gruppen in die
Hauptkette des Copolymeren einführt.
-
Unter dem Begriff "thermoplastisch verarbeitbar, d.h. verarbeitbar
aus der Schmelze des Polymeren, soll dabei verstanden werden, daß die oben definierten
Copolymeren einen Schmelze index (MFI-Wert) - gemessen nach DIN 53 735, bei 11 kg
Belastung der Schmelze in der Düse und bei einer Temperatur, die jeweils 30°C über
dem Schmelzpunkt des jeweiligen Copolymeren liegt - besitzen, der im allgemeinen
zwischen 2 bis 35 g/1o min, vorzugsweise zwischen 5 bis 30 g/10 miii liegt.
-
Unter dem Begriff "fluorhaltiges- Copolymercs, in dem mindestens eines
der darin enthaltenen Monomeren ein Fluorolefin ist,das CR2-Gruppen in die Hauptkette
des Copolymeren einführt" sollen hier beispielsweise folgende Copolymere verstanden
werden: Copolymere von Tetrafluoräthylen mit Olefinen der Formeln CH2=CH-R und CH2=CR2,
worin R Wasserstoff oder einen Alkylrest, vorzugsweise einen geradkettigen Allcylrest
mit 1 bis 10 C-Atomen, darstellt; vorzugsweise sind dies beispielsweise Propylen,
Butylen, Isobutylen und insbesonders Äthylen; Copolymere von Tetrafluoräthylen mit
Vinylidenfluorid; von Tetrafluoräthyien mit Hexafluorpropylen und von Tetrafluoräthylen
mit Chiortrifluoräthylen; Copolymere von Tetrafluoräthylen mit perfluorierten Äthern,
wie insbesondere mit Perfluor (alkylvinyl)-äthern der Formel CF2=CFORf, worin Rf
ein perfluorierter, vorzugsweise geradkettiger Alkylrest mit 1 bis 8, vorzugsweise
2 bis 4 C-Atomen ist, aber auch mit ringförmigen perfluorierten äthern, die das
oder die Äther-Sauerstoff-Atome im Ring enthalten, wie insbesondere Perfluor(2-methylen-4-methyl-1.3-dioxolan);
Copolymere von Chlortrifluoräthylen mit Olefinen der Formeln CH2=CH-R und CH2=CR2
in der oben genannten Bedeutung, vorzugsweise mit Athylen; ferner die folgenden
Terpolymerisate, bestehend aus Einheiten der im folgenden genannten Nononleren:
Tetrafluoräthylen/Hexafluorpropylen/Vinylidenfluorid;
Tetrafluoräthylen/Hexafluorpropylen/ein Olefin der obengenannten Bedeutung, insbesondere
Äthylen; Tetrafluoräthylen/Hexafluorpropylen/ein perfluorierter Äther der obengenannten
Bedeutung, insbesondere Perfluor(äthylvinyl)-äther, Perfluor(propylvinyl)äther,
oder Perfluor (2-methylen-4-methyl-1.3-dioxolan); Tetrafluoräthylen/Vinylidenfluorid/ein
Olefin der obengenannten Bedeutung, insbesondere Äthylen; Tetrafluoräthylen/Vinylidenfluorid/ein
perfluorierter Äther der vorstehend genannten Bedeutung; Tetrafluoräthylen/ein Olefin
der obengenannten Bedeutung/ein perfluorierter Äther der obengenannten Bedeutung;
Tetrafluoräthylen/Chlortrifluoräthylen/ein Olefin der obengenannten Bedeutung; Chlortrifluoräthylen/Hexafluorpropylen/ein
Olefin der obengenannten Bedeutung; Chlortrifluoräthylen/Vinylidenfluorid/ein Olefin
der obengenann ten Bedeutung; Außer den Homopolymeren des Vinylidenfluorids sind
Copolymere, bestehend aus folgenden Monomeren, für die erfindungsgemäß eingesetzten
Fluorkohlenstoff-Folien besonders bevorzugt (es sind jeweils die Anteile in Mol.-%
angegeben, in dene die genannten Monomeren im Copolymeren vorliegen): Tetrafluoräthylen/Äthylen
(70 bis 30/30 bis 70, zu vorzugsweise 60 bis 5o/4o bis 50); Tetrafluoräthylen/Hexafluorpropylen
(85 bis 55/15 bis 45, vorzugsweise 80 bis 60/20 bis 40); Tetrafluoräthylen/Perfluor(propylvinyl)äther
(97 bis 90/3 bis 1( vorzugsweise 97 bis 94/3 bis 6), Chlortrifluoräthylen/Äthylen
(70 bis 30/30 bis 70, vorzugsweise 60 bis 50/40 bis 50); Tetrafluoräthylen/Vinylidenfluorid/Hexafluorpropylen
(65 bis 40/30 bis 45/5 bis 15);
Tetrafluoräthylen/Äthylen/Hexafluorpropylen
(70 bis 30/28 bis 55/2 bis 15, vorzugsweise 6o bis 40/38 bis 52/2 bis 8) und Tetrafluoräthylen/Äthylen/Perfluor(propylvinyl)äther
(97 bis 65/1 bis 10/2 bis 25, vorzugsweise 97 bis 75/1 bis 5/2 bis 20).
-
Alle obengenannten polymeren Materialien, für die erfindungsgemäß
eingesetzten Fluorkunststoff-Folien - bis auf Polytetrafluoräthylen - sind auf Verarbeitungsmaschinen
für Thermoplasten nach üblichen Verfahren verformbar. Demgemäß können solche Folien
entweder im Extrusionsverfahren über Breitschlitzdüsen zu Flachfolien oder über
Folienblasköpfe zu Blasfolien extrudiert werden. Letztere können dann entweder aufgeschnitten
oder nach bekannten Verfahren mit Hilfe von Quetschwalzen unter Anwendung von Wärme
oder Druck flachgelegt und doubliert werden. Ebenso können Folien aus diesen Materialien
auf üblichen Kalandern für Thermoplaste hergestellt werden. Polytetrafluoräthylen-Folien
werden vorzugsweise nach der bekannten Schälfolientechnik aus gepreßten und dann
gesinterten Blöcken hergestellt. Die Dicke der eingesetzten Fluorkunststoff-Folien
soll zwischen 25 und 300 µm, vorzugsweise 50 bis 100/um liegen.
-
Das spezifische Gewicht beträgt etwa 1,5 bis 2,5 g/cm , vorzugsweise
1,6 bis 2,2 g/cm3.
-
Die derart beschriebenen Fluorkunststoff-Folien besitzen ausgezeichnete
mechanische Eigenschaften; sie sind leichter und billiger als Glas und besitzen
ferner eine gute Wetter-, Kälte-und Wärmebeständigkeit. Von besonderem Vorteil ist,
daß ihre Dauertemperaturbeständigkeit (worunter verstanden werden soll, daß bei
Dauerbelastung über einen Zeitraum von fünf Jahren mit derartigen Temperaturen die
mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Rißfestigkeit, noch oberhalb 50 % der
ursprünglichen 0 Werte liegen) in allen Fällen wesentlich oberhalb 105 C liegt.
-
Sie beträgt bei einigen Materialien bis zu 2600C, bei den meisten
Nateralien 1800C; auf jeden Fall sollte die Dauertemperaturbeständigkeit der erfindungsgemäßen
Abdeckfolien zweckmäßigerweise mindestens 1400C betragen. So besitzt beispielsweise
eine Folie aus einem Copolymeren voii Tetrafluoräthylen/Athylen im EIolverhältnis
1 : 1 eine Dauertemperaturbeständigkeit von 1500C, eine Folie aus Polyvinylidenfluorid
ebenfalls von 1500C,.- Folien aus Copolymeren von Tetrafluoräthyler
Hexafluorpropylen
von 180°C bis 200°C, Folien aus Copolymeren von Chlortrifluoräthylen/Äthylen von
150 bis 160°C. Folien aus Polytetrafluoräthylen besitzen gar eine Dauertemperaturbeständig
keit bis zu 260°C. Somit ist eine Beeinträchtigung der Abdeckkng auch bei langdauernder
Belastung durch hohe Temperaturen ausgeschlossen. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen
Fluorkunststoff-Folien zur Abdeckung von Solarkollektoren ist das ausgezeichnete
antiadhäsive Verhalten, das einerseits ein Ansetzen von Schmutz verhindert, andererseits
eine Reinigung überaus leicht gestaltet. Dasselbe trifft~zu für dens Ansetzen von
Eis und Schnee und dies ist ein ganz wesentlicher Vorteil gegenüber Glas. So können
Solarkollektoren, abgedeckt mit den genanntentluorkunststoff-Folien in vorteilhafter
Weise im Hochgebirge und in Schneegebieten Verwendung finden, wo bei überaus starker
Sonneneinstrahlung mit Eis- und Schneeansatz gerechnet werde muß. Hier ist außerdem
von Vorteil, daß die erfindungsgemäßen Abdeckfolien im allgemeinen auch noch bei
Temperaturen unter -600C, oftmals sogar unter -80°C eingesetzt werden können. In
Küstengebieten, in denen mit Seewasserbeschlag bzw. Salzablagerungen gerechnet werden
muß, ergebon sich ebenfalls erhebliche Vorteile gegenüber Glas.
-
Von Vorteil ist fernerhin, daß die Lichtdurchlässigkeit der erfindungsgemäß
eingesetzten Pluorkunsts t off-Folien im sichtbaren Bereich und die Ultrarot-Absorption
im Wellenlängenbereich von etwa 7 bis 10/um (der maximalen Strahlungsdiohte der
schwarzen Kollektorfläche) bei gleicher Schichtdicke größer ist als die von Polyvinylfluorid-Folien
oder von Glas. Dies gilt für Folien aus polytetrafluoräthylen allerdings nur in
eingeschränktem Maße, da diese meist leicht opak sind. Dieser Fluorkunststoff besitzt
dafür aber den Vorteil einer extremen 1Wärme- und Kältebeständigkeit und eines besonders
antiadhäsiven Verllaltells.
-
Im allgemeinen sollte der mittlere, schicht-dickenunabhängige Lichtdurchlässigkeitstoeffizient
im sichtbaren Bereich, d.h. die über den sichtbaren Bereich gemittelte (integregierte)
Durchlässigkeit bezogen auf eine bestimmte Einheitsdicke und der entsprechende Wert
für die Ultrarotabsorption im Wellenlängenbereich von etwa 7 - 10/um , bei den erfindungsgemäßen
Abdeckfolien mehr als 80 io, vorzugsweise mehr als 90 , betragen, sofern sie unverstärkt
sind. Im Falle der Verstärkung durch Fasern - wie nachfolgend beschrieben - tritt
eine gewisse Beeinträchtigung dieser Werte ein, die in der Regel durch die Zunahme
der mechanischen Festigkeit tragbar ist; im allgemeinen können dabei Wertminderungen
von 10 bis 20 % inlcauf, genommen werden.
-
Zur Erhöhuiig der mechanischen Festigkeit können die Fluorkunststoff-Folien
eine Armierung aus organischen oder anorganischen Fasern enthalten, beispielsweise
Glasfasern (Synthesefasern, soweit diese ausreichend temperaturbeständig sind) oder
Metallfasern Um eine größere Beeinträchtigung der Lichtdurchlässigkeit zu vermeiden,
werden diese zweckmäßigerweise in Form von weitmaschigen Geweben oder offenen Vliesen
angebracht, was beim Doublieren von Glasfasern besonders einfach zu bewerkstelligen
ist.
-
Gemäß der Erfindung wird weiterhin vorgeschlagen, daß als Abdeckung
zwei oder mehrere Kunststoff-Folien vorgesehen sind, wobei die dem j3iech zugeordnete
lichtdurchlässige und ultrarotreflektierende erste Folie aus dem erfindungsgemäß
eingesetzten Fluorkunststoff und die darüber im Abstand angeordnete zweite Folie
gegebenenfalls aus einem anderen
Kunststoff, vorzugsweise jedoch
auch aus diesem Fluorkunststoff besteht. Die Verwendung mehrerer Folien hat den
Vorteil, daß dieäußere Folie den Wind von der zweiten Folie abhält, so daß die gegebenenfalls
durch den über die Folie streichenden Wind entstehenden Wärmeverluste gemindert
werden. Die äußerste Folie ist vorzugsweise gleichfalls aus dem erfindungsgemäß
eingesetzten Pluorkunststoff, jedoch kann sie auch gegebenenfalls aus einem anderen
Kunststoff bestehen.
-
Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist auf der sonnenabgewandten
Seite des Bleches, in vorteilhafter Weise vorzugsweise im Falle von Aluminium eine
Metallschicht/,aus Aluminiumfolie vorgesehen, ine Reinheit von 99,9 bis 99,5 %,
vorzugsweise 99,8 bis 99,7 % aufweist und an ihrer Außenfläche oxydiert ist, wobei
die Rauhigkeit der Außenfläche o,6 bis O,8'um, vorzugsweise 0,7 µm beträgt. Al2O3
ist in seiner dreidimensionalen Ausbildung als Saphir fast ideal durchlässig für
Infrarot, und es wurde gefunden, daß dies unter bestimmten Umständen auch für das
Eloxal trotz seiner bekannten stöchiometrischen Fehlordnung gilt. Man erzielt dadurch
ohne weiteres # = 11 fy bei einer mittleren Rauhigkeit über 3/um. Nach der vorliegenden
Erfindung kann die Emissivität bis oder sogar unter 5 °yó im interessieronden Strahlungsbereich
von 4 bis 10 µm vermindert werden, wenn man die Oberfläche der Al-Platte auf eine
mittlere Rauhigkeit unterhalb von 10 9o' der Infrarotwellenlänge am Strahlungsmaximum
- bei 400°K Absorbertemperatur 7,2 µm - also etwa 0,7 µm glättet. Überraschenderweise
wurde festgestellt, daß Al-Folieii für Verpackungszwecke beim Walzprozess eine so
geringe Rauhigkeit erhalten, daß sie ohne Weiterbehandlung zur Unterdrückung der
Wärmerückstrahlung verwendet werden können.
-
Die Folien werden am einfachsten auf die Schattenseite des Absorbers
aufgelegt. Bezüglich der optimalen Reinheit des Aluminium wurde festgestellt, daß
zwar Reinst-Aluminium von 99,999% bis 99,99% optimal leitet und besonders fest haftende
Al2O3 - Schichten aufweist und bei Verletzungen sofort regeneriert, aber zu weich
ist; ein vorteilhafter Kompromiss zwischen optischen und antikorrosiven Eigenschaften
einerseits, Festigkeit und Preis andererseits besteht bei einer Reinheit von vorzugsweise
99,8 bis 99,7% hl-Gehalt. Durch diese erfindungsgemäßsse Maßnahme gelingt es, die
Emissivität der blanken Seite des Absorbers auf vorzugsweise 5 % zu vermindern.
-
Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung besteht das die Sonnenwärme
absorbierende Kollektorblech aus zwei dicht miteinander verbundenen Blechen, wobei
in das untere Blech Kanäle für das Wärmeübertragungsmedium eingearbeitet sind, Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die Kollektorbleche aus Stahlblech bestehen, wobei die
der Sonne abgewandte Seite mit Al-Folie bedeckt ist.
-
Es ist auch vorteilhaft, die Absorberplatten mit eingearbeiteten Flüssigkeitsrohren
aus zwei Al-Blechen von je etwa 0,5 bis 1mm herz stellen, um eine Optimierung des
Wärmeübergangs zwischen Kollektorblech und Wärmeübertragungsmedium und um einen
Leichtbau zu erreichen. Aus Kostengründen kann man aber auch billigeres Material,
z.B. unlegiertes Kesselbau-Stahlblech nehmen, bei dem nur auf der Schattenseite
die Oberfläche mit Al-Folie bedeckt ist. Bei dieser Variante wird die Festigkeit
von den Stahlblechen übernommen, so daß erfindungsgemäss die Plattierung mit Reinst-Al
(ca. 99,99%) durchgeführt werden kann, welches noch festere und regenerationsfähigere
Al2O3-Schichten erbringt.
-
Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist als Wärmeisolierung
des Kollektors besonders vorteilhaft die Verwendung von durch Extrusion hergestellten
Polystyrol-Elementen. Das extrudierte Polystyrol hat den Vorzug ausreichender Festigkeit
und
Elastizität. Trotz des Verdichtungsprozesses wiegt eine erfindungsgemäße,
z.B. zwei cm dicke Wärmedämmplatte nur 2 86 g pro m und ist durch ihre helle glänzende
Oberfläche geeignet, Wärmeverluste zu mindern.
-
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur
1 dargestellt, die in schematischer Darstellung den Aufbau eines erfindungsgemäßen
Sonnenenergiekollektors zeigt.
-
dieser In Fig. 1 besteht das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Kollektors aus einem obenen Blech 2 mit integrierten Rohrleitungen die miteinander
verklebt sind und einen gemeinsamen Anschluß 6 für das einlaufende kalte Wärmeübertragungsmedium
und einen gemeinsamen Anschluß 8 für das ablaufende erwärmte Wärmeübertragunsmedium
besitzen. Auf der sonnenzugewandten Seite des Bleches 2 ist eine Schwarzfarbenschicht
10 aufgetragen. Zur Minderung von Wärmeverlusten sind im Ausführungsbeispiel über
der Schwarzfarbenschicht 10 drei im Abstand übereinander angeordnete, für Sonnenlich
durchlässige Abdeckungen 12, sorge 16 vorgesehen. Zur weiteren Minderung von Wärmeverlusten
ist die sonnenabgewandte Seite des Bleches 2 mit einer Ultrarot-Strahlung verhindernden
Metallschicht 18 und einer Schaumstoffisolierung 20 versehen.
-
nls material ist für das Blech 2 Aluminium vorgesehen. Es ist aber
auch möglich, ein einfaches Material, wie z.B. Stahlblech, wie es im Kesselbau gebraucht
wird, oder auch Kunststoff zu verwenden.
-
Es ist selbstverständlich und liegt auch im Rahmen der Erfindung,
daß der das erwärmte Medium zum Verbraucher führende Leitungsabschnitt 8 ausreichend
gegen unerwünschten Wärmeverlust isoliert ist, beispielsweise mittels Dämmschichten
aus Polystyrol.
-
Zur Schwärzung der einen Blechseite findet eine mattschwarze Farbe
Verwendung. Diese Farbe (black velvet), vorzugsweise das Produkt Velvet Coating
2010 der Firma "3 M", hat unter anderen die Eigenschaft, sowohl bei hohen Betriebstemperaturen,
wie z.B.
-
2 50 C, als auch bei tiefen Temperaturen, wie z.B. -80 Oc monatelang
ihr Absorptionsvermögen von 95 bis 98 Qp, vorzugsweise 96 bis 97 ß beizubehalten.
Die erfindungsgemäß mit dieser Schwarzfarbe ausgestatteten Sonnenenergiekollektoren
lassen sich daher in einem weiten Temperaturbereich einsetzen, beispielsweise von
-60°C bis etwa + 1700C, vorzugsweise -300C bis +150 C. Darüberhinaus erfüllt diese
Farbe in vorteilhafter Weise auch die Forderung, daß durch deren Bindungsmittel
ein äußerst minimaler Temperaturabfall erfolgt, d.h. der Temperaturverlust von der
schwarzen Farbschicht auf den Farbträger (Blech) ist vernachlässigbar klein. Auch
ist die Resistenz gegen korrodierende Bestandteile der Atmosphäre gut. Da sich weiterhin
die Farbe nicht iiur mit dem Pinsel, sondern nach Verdünnung mit einem Zusatz aufsprühen
läßt, betragen die Schwärzungskosten weniger -als 1 djo der Investition für den
kompletten Absorber.
-
In einem gewissen Abstand von der Schwarzfarbenschicht liegt die
erste Fluorkunststoff-Folie 16. Diese Folie ist spektralselektiv, d.h sie hat eine
Durchlässigkeit für Sonnenstrahlen von vorzugsweise größer als 90 % und eine Absorptionsvermögen
für die Ultrarot-Strahlung der Schwarzfarbenschicht im Wellenlängenbereich 7 bis
10/um von vorzugsweise größer als 90 io.
-
Damit wird der Wärmeverlust des Kollektors durch Ultrarot-Rückstrahlung
zur Sonne wesentlich gemindert. Oberhalb der Folie 16 im Ausführungsbeispiel ist
eine Folie 14 angeordnet, die von ersterer mittels Halterungen im Abstand von ca.
1 bis 10 mm gehalten wird; darüber befindet sich im gleichen Abstand eine weitere
Folie 12. Die Folien 14 und 12 können ebenfalls aus dem erfindungsgemäßen Fluorkunststoff
bestehen; aus Kostengründen kann jedoch gegebenenfalls auch ein anderer lichtdurchlässiger
und witterungsbeständiger Kunststoff verwendet werden.
-
Die Anordnung dieser zusätzlichen Folien 12, 14 verhindert eine Wänneableitung
durch Konvektion oder durch Wind an die Umgebung.
-
Auf der sonnenabgewandten Seite des Bleches 2 ist die Metallschicht
18 aufgebracht, nämlich eine Al-Folie,deren Oberseiten eine Al 0 -Schicht mit einer
Oberflächenrauhigkeit von weniger als 0,7 µm besitzt. Diese Metallschicht verhindert
eine Wärmeabstrahlung in Richtung der sonnenabgewandten Seite des Kollektors.
-
Für die Schaumstoffisolierung wird vzugsweise extrudiertes Polystyrol
verwendet. Extrudiertes Polystyrol ist witterungsbeständig, insbesondere wasserabstoßend,
und hat eine sehr niedrige Wärmeleitzahl.
-
Bedingt durch die Folie 16, die hohe Absorptionsfälligkeit der schwarzen
Farbe 12, der Anordnung der Ultrarot-Strahlung verhindernden Metallschicht 18 auf
der anderen Blechseitc, sowie die isolierende Abschirmung 20 durch Schaumstoffs
erfolgt eine intensive Värmekonzentration im Blech 2. Es~wurden bei halbbewölktem
Januarhimmel und 80C im Schatten Temperaturen am Kollektorblech von 75°C erzielt.
Dabei betrug das Gewicht eines Quadratmeters Absorbierfläche nur 15,5 kg.
-
Anstatt einer Al-Folie oder zusätzlich kann man auf der Rückseite
des Wärmetausches einen Al-oder Cu-Schild anbringen, der gut wärmeleitend mit der
Kaltwasserführung verbunden ist und somit auf grund auftretender Temperaturgradienten
einen Teil der rückwärtig abstrahlenden Energie auffängt und mit zur Aufheizung
des Wassers dient. Die Verlustwärme wird auf diese Weise reduziert.