DE2622511A1

DE2622511A1 - Sonnenenergiekollektor

Info

Publication number: DE2622511A1
Application number: DE19762622511
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: HOLSTEIN WOLFGANG DIPL VOLKSW
Current assignee: HOLSTEIN WOLFGANG DIPL VOLKSW
Priority date: 1976-05-20
Filing date: 1976-05-20
Publication date: 1977-12-08

Description

Sonnenenergiekollektor
Die Erfindung betrifft einen Sonnenenergiekollektor zur Erzielung optimaler technischer und ökonomischer Wirtschaftlichkeit bei der Nutzung von Sonnenein strahlung.
Der weltweit steigende Energiebedarf einerseits und die zunehmende relative Verknappung der Primärenergievorkommen andererseits eröffnen für bisher als unwirtschaftlich erachtete Systeme von Sonnenenergiesammlern neue Einsatzmöglichkeiten. Die bisher bekannten Kollektoren, die in geographischen Zonen mit hoher Sonneneinstrahlung weite Verbreitung gefunden haben, sind konstruktionsbedingt besonders geeignet, die Sonnenenergie im Bereich der Wärme strahlung zu nutzen. Die mögliche Energiegewinnung aus der Sonneneinstrahlung hängt dabei von den verwendeten Materialen und der Konstruktion der Plattensammler ab. Ferner sind Sonnenstrahlensammlersysteme bekannt, die das Lichtwellenband der Einstrahlungsenergie nutzen. Solche Kollektoren werden als Solarzellen bezeichnet und finden u. a. in Weltraumfahrzeugen Anwendung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sonnenenergiekollektor herzustellen, der möglichst die ganze Energie der Sonneneinstrahlung sammelt und damit durch Kollektoren auch in den geographischen Gebieten mit geringer Sonneneinstrahlung noch eine ökonomische Nutzung der Einstrahluigs energie erreicht werden kann. Erfingungsgemäß soll diese Aufgabe dadurch gelöst werden, daß bei Anwendung bekannter Fertigungstechniken durch die Konstruktion des Sonnenenergiekollektors seine Anwendung als Bauelement, als Fertigteil an Gebäuden auf Dächern, nach Art der vorgehängten Hausfassadenplatten möglich wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Sonnenenergie kollektor eine Gehäusekonstruktion hat, die der Schalenbauweise entspricht.
Die Außenhaut des Sonnenenergiekollektors bilden dünnwandige Bleche und Gläser, Der Kollektorinnenraum wird durch aufgeschäumtes Isolierstoffmaterial, das durch herstellungsbedingte Verarbeitungsmethoden mit der metallischen Außenhaut eine Einheit bildet, isoliert, so daß die Sonneneinstrahlung im Kollektorinnenraum unabhängig von äußern Witterungseinflüssen genutzt werden kann.
Der Wärmestrahlenanteil der Sonnenenergie, die den Innenraum erreicht, wird im Kollektorinnenraum durch eine metallische Platte von hohem Wärmeleitwert gesammelt, einem metallischen Rohr zugeführt, so daß über ein Röhrensystem die gewonnene Wärmeenergie abgeleitet werden kann. Die Ableitung der im Kollektorinnern gesammelten Lichteinstrahlungsenergie erfolgt unter Nutzung des lichtelektrischen Effekts mittels Dünnschichtmetallen (Halbleitereffekt) nach Umwandlung in elektromotorische Kraft durch Kabel.
Die erzielbaren Vorteile gegenüber den bekannten Kollektoren bestehen beim erfindungsgemäßen Sonnenenergiekollektors darin, daß der Wirkungsgrad der Sonneneinstrahlungsnutzung durch zweifache Sammelfunktion -nämlich Wärmestrahlung und Fotoelektrizität initierende Lichteinstrahlung -in einem Aggregat erreicht wird, Der Plattensammlereffekt wird durch die Sammlerplatte (Fig 2) im innern des Kollektors bewirkt. Die einfallende Sonnenstrahlung wird im isolierten Innenraum des Kollektors durch eine Metallplatte absorbiert und durch Wärmeleitung an ein mit Flüssigkeit durchflossenes Rohr übertragen, um dort die Flüssigkeit zu erwärmen, die ihrerseits die Wärme an ein Wärmeaustauschsystem fortleitet. Der Einfall der Lichtstrahlung der Sonnenenergie wird im Innenraum des Sonnenenergiekollektors zur Auslösung des photoelektrischen Effekts benutzt.
Wobei nach dem heutigen Stand der Technik durch preisgünstige Photoelemeute bei einer Bestrahlung von 1 kW/m ein Strom von 10 m A/cm mit 500 m V Spannung hervorgerufen werden kann. Die Ableitung des eilt, Stromes aus dem inneren Kollektorraum erfolgt über eine entsprechende Verdrahtung der Anschlußklemmen aller Photoelemente durch Kabel an ein Speicher- oder Verbraucher system.
Ein Ausführiingsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben, Figur 1 zeigt den konstruktiven Aufbau des äußeren Gehäuses, das durch die fertigungstechnische enge Verbindung von metallischer Außenhaut (I) und isolierender Innenverkleidung eine Gewichtsersparnis und Formstabilität hat, so daß die Sonnenenergiekollektoren als einzelne Bauelemente serienmäßig gefertigt, transportiert und installiert werden können. Die Glasabdeckung (2) begrenzt auf der zur Sonne gerichteten Seite den Innenraum des Sonnenenergiekollektors. Durch die Rohrstutzen (3) wird das den Kollektor durchfließende Medium mit einer Leitung an ein Speicher-oder Verbraucher system angeschlossen. Die Befestigungseinrichtung (4) dient zur Befestigung des Sonnenenergiekollektors auf Haltevorrichtungen, so daß die Sonnenkollektorfläche in einen günstigen Sonnenstrahlungsein fallwinkel an jedem Anbringungsort gebracht werden kann, Am Außengehäuse ist eine zweipolige Kabelverbindung (5) zur Ableitung der elektrischen Energie aus den im innern des Sonnenenergiekollektors befindlichen Sonnenbatterien angebracht.
Figur 2 zeigt die Konstruktionselemente des Sonnenenergiekollektors im Schnitt. Das kastenförmige Metallgehäuse (1) schützt und bildet zusammen mit der Doppelglasabdeckting (3) die Abgrenzung des Kollektorraumes gegenüber der äußeren Umgebung. Die wärmetechnische und elektrische Isolierung des Kollektorinnenraumes (4) wird durch die Kunststoffschicht ( 2) erreicht. Die Kunststoffschicht wird fabrikationsmäßig eingeschäumt und bildet zusammen mit dem Metallgehäuse (1), dem isoliert gelagerten Doppelglas (3) und den Abdeckblechen (10) ein sich gegenseitig stützende Schale, das so ausgeführt, eine ausreichende Stabilität auch bei Verwendung leichter Materialien gewährleistet, daß die Anwendung des Sonnenenergie kollektors als selbsttragendes Bauelement möglich ist, Die d#urch Sonneneinstrahlung durch die Glasfläche einfallende Wärmeenergie wird im Innenraum durch die metallische Kollektorfläche (6) absorbiert und im Wege der Wärmeleitung auf das Rohr (7) übertragen, durch das ein Medium zur Ableitung der Wärmeenergie strömen kann, Die Oberfläche des Wärmekollektorbleches wird durch entsprechende Ausführung so gestaltet, daß die photoelektrischen Wirkungen des einfallenden Sonnenlichtes wirksam werden und elektrische Ströme zwischen den Solarbatterieschichten (8) ausgelöst werden, Die durch Lichteinstrahlung ausgelösten EMK werden aus den Sonnenbatterieelementen bzw. Schichten (8) über ein doppelpoliges Kabel (9) zu Verbraucheraggregaten abgeleitet.

Claims

Patentansprüche 1. ) Sonnenenergiekollektor zur Nutzung der Sonneneinstrahlung ist dadurch gekennzeichnet, daß in einem Aggregat, das konstruktionsmäßig als Bauelement ausgeführt wird, im Kollektorinnenraum die W ärm eeinstrahlung und die Photoelektrizität auslösende Lichte in strahlung gesamrnelt und mit Einrichtungen versehen ist, daß die gesammelten Energien fortgeleitet werden können.
2. ) Sonnenenergiekollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Außenhaut und der eingeschäumte Isolierstoff, der den Kollektorinnenraum wärmetechnisch schützt, eine derartige Einheit bilden, daß die statischen Eigenschaften des Sonnenenergiekollektors in der Weise bestimmt werden, daß dieser als selbständiges Bauelement ausgeführt werden kann.
3 ) Sonnenenergiekollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Kollektorinnenraum eine Plattensammlereinrichtung zur Absorbtion der W#rmeeinstrahlung, die den Innenraum des Sonnenenergiekollektors erreicht, angebracht ist; ferner die gesammelte Wärmeenergie einem Rohrsystem zuführt, durch welches die gesammelte Wärmeenergie über ein Medium aus dem Kollektorinnenraum abgeleitet werden kann.
4. ) Sonnenenergiekollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Innenraum des Sonnenenergiekollektors Solarzellen angebracht sind, die durch das in den Innenraum des Kollektors einfallende Licht zur photoelektrischen Stromerzeugung genutzt und über einen Kabelanschluß aus dem Innenraum des Kollektors fortgeleitet wird.
5. ) Sonnenenergiekollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Photoelektrizität auslösende Lichtstrahlung im innern Kollektorraum auf ein Solarbatteriesystem gelenkt wird, das nach Art der Pjiotoelemente auf Metallträgerplatten oder nach Art der Dünn-5 chichtzellen auf Pia stikfolienmate r ial aufgebaut ist.
6.) Sonnenenergiekollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Wärmestrahlung absorbierende Kollektorplatte mit photoelektrisch wirksamen Beschichtungen versehen ist.