DE2523479A1

DE2523479A1 - Solar-kollektor

Info

Publication number: DE2523479A1
Application number: DE19752523479
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Ing Marx
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-05-23
Filing date: 1975-05-23
Publication date: 1976-12-09

Description

Patentbeschreibung: "Solar-Kollektor" Die rfindung betrifft einen Solar-Kollektor zur Umwandlung der Sonnenenergie in Wärmeenergie bzw. in elektrische Energie. Hierbei wird die Sonnenstrahlungsenergie durch spektralselektive Sammleroberflächen absorbiert. Durch die doppelwandigen, erhitzten Kollektoren wird ein flüssiges medium (z.B. ei20) geleitet und so die Wärme abgeleitet und nutzbar gemacht. Werden die Sammlerflächen mit Solarzellen (z.B. Silizium-Photoelemente) belegt, kann entsprechend dem Wirkungsgrad dieser Solarzellen direkt elektrische Energie gewonnen werden. Das Anwendungsgebiet dieser Solar-Kollektoren ist universell, da diese Vorrichtungen zur Umwandlung der Sonnenenergie an allen Orten der Erde mit ausreichender Sonnenstrahlungsleistung eingesetzt werden können, um zusätzlich Energie (Vfarmwasser und elektrische nergie) für den Menschen bereitzustellen.
Die Sonnenenergie ist eine umweltfreundliche Energiequelle, die es noch ca. 10 Milliarden Jahre mit etwa konstanter Intensität geben wird. 175 Millionen Gigaw«t Strahlungsleistung fallen ständig auf den Erdball ( 1,35 kW/m2 Solarkonstante extraterrestrisch). Hieraus ergibt sich ein jährlicher Energiebetrag von rd. 15.1017kWh/Jahr.
Bereits 0,02 % davon könnten im jahr 2000 den gesamten jährlichen Energiebedarf der Menschheit decken. Eine Analyse des Primärenergiebedarfs in der Bundesrepublik hat ergeben, daß derzeit (Stand 1974) 40 Prozent für Raumheizung, 36 Prozent für Warmwasser und Prozeßwärme, 18 Prozent für den Verkehr sowie 6 Prozent für Kraft und Licht benötigt werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Solar-Kollektor der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem die Möglichkeit gegeben ist, Warmwasser bzw. Elektroenergie mit relativ einfachen technischen Mitteln zu erzeugen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Solar-Kollektor, der gekennzeichnet ist durch eine Vorrichtung zum Auffangen (Absorption) der Sonnenstrahlung. Diese Vorrichtung kann z.3. aus einer ebenen, doppelwandigen mattschwarzen letallplatte bestehen, in deren Zwischenraum Wasser erwärmt wird. In weiterer Ausbildung der Erfindung werden vor der Kollektorfläche ein bis drei Glasscheiben angeordnet. Diese Scheiben verhindern die Abstrahlung von Infrarotstrahlung vom erhitzten Kollektor und erzielen damit den erwünschten sog. Treibhaus-Effekt.
Durch seitliche Anbringung von Spiegeln am Solar-Kollektor wird zusätzlich Sonnenstrahlung auf die Sammler fläche reflektiert und folgloch die Erwärmung gesteigert. Der gesamte Solar-Kollektor wird drehbar um die Ost-West-Achse aufgehängt, so daß entsprechend der jahreszeitlichen Sonnenhöhe der Lichteinfall am Kulminationspunkt (1200WOZ) stets senkrecht zur Kollektorfläche erfolgt. Das erwärmte Wasser wird mittels eines Temperaturregelgerätes in Verbindung mit Steuerventilen in einen sehr gut gegen Wärmeverluste isolierten Speicher geleitet und gelangt von dort zu den Verbrauchern. Wird die Kollektorfläche mit Solarzellen belegt, so kann die Sonnenstrahlung direkt in elektrische Energie (Gleichstrom) umgeformt werden.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile sind in den nachstehenden Punkten zusammengefaßt: 1. Mit dem Solar-Kollektor kann Wärme- bzw. Elektroenergie extrem umweltfreundlich an allen Orten der Erde, wo eine ausreichende Sonneneinstrahlung vorhanden ist, erzeugt werden.
2. Der technische Aufwand zur Herstellung von Solar-Kollektoren ist relativ gering.
3. Es gibt keine Versorgungsprobleme mit Primärenergie,die Sonnenstrahlung steht ais quasi unerschöpfliche Energiequelle stets kostenlos zur Verfügung. Fossile Brennstoffe mit ihrer unvermeidbaren Schadstoffemission werden nicht benötigt.
4. Solar-Kollektoren arbeiten sehr wirtschaftlich, da nur geringe ,lartungsarbeiten nötig sind und die Lebensdauer infolge des einfachen Aufbaus (keine beweglichen Teile) mehrere Jahrzehnte beträgt.
Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigt Fig.1 das Schema eines Solar-Kollektors (Schnitt durch ein Solar-Kollektor-Modul). Die von der Sonne einfallende Lichtstrahlung gelangt direkt durch die gerichtet transmittierende Glasscheibe 2 und indirekt durch Reflexion an den beiden Spiegeln 1 auf die geschwärzte metallische Kollektorplatte 3. Zwischen den Kollektorplatten 3 und 5 befindet sich das flüssige Wärmetransportmittel 7. Die Strömungsrichtung zwischen den Platten wird durch die Zwischenstege 6 mäanderförmig festgelegt. Der Kollektor ist in eine Isolierschicht 4, die z.B.
aus Styropor und Glaswolle besteht eingebettet, die durch den äußeren Haiterahmen 8 abgeschlossen wird.
Fig.2 zeigt eine schwenkbare Anordnung eines aus 4 Moduln .9.... 9d) zusammengesetzten Solar-Kollektors mit Spiegeln 1. Die Anordnung ist an einem Ständer 10 montiert und kann um eine horizontale Achse gedreht werden ('Jinkel ), um einen optimalen Lichteinfallswinkel zu realisieren.

Claims

Patentansprüche:

-1. Solar-Kollektor zur Umwandlung der Sonnenstrahlungsenergie in arme energie bzw. elektr. energie, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (Fig.1 u. Fig.2) zur Absorption der Sonnensçrahlung mit einer geschwarzten Platte 3 bzw. mit auf der Platte 3 angeordneten geeigneten Solarpliotozellen.
2. Solar-Kollektor nach nspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Platten 3 u. 5 ein flüssiges oder gasförmiges :'ärmetransportmittel zirkuliert und dabei eine maanderförmige Strömungsrichtung durch geeignete Zwischenstege 6, die kammartig ineinander greifen, erzeugt wird 3. Solar-Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Kollektorplatte 3 mit einer spektralselektiven sog.
superschwarzen Schicht versehen wird, die einen sehr großen Teil der einfallenden Strahlung im sichtbaren Spektralbereich absorbiert, dagegen aber nur einen geringen Bruchteil der infraroten ärmestrahlung emittiert (z.B. geeignete Interfe enzschichten).
4. Solar-Kollektor nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß ein bis drei Glasscheiben bzw. geeignete Kunststoffscheiben vor der Kollektorplatte 3 angeordnet werden. Das Glas z.B. läßt das einfallende Sonnenlicht durch, absorbiert jedoch die von der heißen KollektoroberIläche emittierte langwellige Wärmestrahlung, wodurch der Wirkungsgrad des Kollektors erheblich verbessert wird.
5. Solar-Kollektor nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß durch seitlich unter geeignetem Winkel angebrachte Spiegel 1 zusätzlich Sonnenlicht auf die Kollektorpiatte 3 reflektiert wird, um den Wirkungsgrad zu erhöhen.
6. Solar-Kollektor nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die parallelen, planen ollektorplatten 3 u. 5 mit einer geeigneten Wärmeisolationsschicht 4 umschlossen sind, die Wärmeverluste durch Konvektion, Wärmeleitung und Wärmestrahlung weitgehend verhindert.
7. Solar-Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch elektronische Temperaturregler in Verbindung mit Steuerventilen (z.B. Magnetventilen) in den Zu- und Abläufen des Kollektors eine konstante Temperatur des Wärmetransportmediums erzielt wird.
8. Solar-Kollektor nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der aus mehreren Modulen (z.B. 9a...9d) zusammengesetzte Solar-Kollektor nach Fig.2 um eine horizontale Achse drehbar in einem Ständer 10 gelagert ist.
9. Solar-Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor mittels einer geeigneten astronomischen Aufhängung mechanisch so geführt wird, daß die Sonnenstrahlung während des täglichen Ganges der Sonne stets senkrecht auf den Kollektor einfällt.
10. Solar-Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Verbindung mit geeigneten Wärme- bzw. Elektrizitätsspeichern der Tag-Nacht-Zyklus der Sonnenstrahlung weitgehend ausgeglichen werden kann.
11. Solar-Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärme transportmittel in einem geschlossenen Kreislauf durch den Kollektor und einen angeschlossenen Wärmeaustauscher zirkuliert und die gewonnene Nutzwärme über den Sekundärkreislauf des Wärmeaustauschers zu den Verbrauchern-gelangt.
12. Solar-Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Anbringung von geeigneten, die Sonnenstrahlung sehr gut absorbierenden Solarphotozellen auf der Oberseite der Kollektorplatte 3 gleichzeitig elektrische Energie und Wärmeenergie gewonnen werden kann.

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