DE2622718A1

DE2622718A1 - Translucent covering for flat solar energy collectors - with retractable inner cover which reflects infrared radiation

Info

Publication number: DE2622718A1
Application number: DE19762622718
Authority: DE
Inventors: Gerhard Prof Dr Ing Schenkel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-05-21
Filing date: 1976-05-21
Publication date: 1977-12-01

Abstract

A translucent cover for a solar energy flat collector consists of an outer cover resistant to wind, rain, hail, etc. under which is located a single or multi-layer inner cover in the form of a self reqinding pull-out sun blind. The thickness of the inner cover is small in comparison with that of the outer cover. Weather resistance is achieved with min. wt. Optimum utilisation of solar energy can be effected by varying the covering to suit the prevailing conditions.

Description

Lichtdurchlässige Abdeckung für Translucent cover for

Sonnenenergie-BlachLollektoren Die Erfindung betrifft eine Abdeckung für Sonnenenergie-Flachkollettoren mit dem Hauptmerkmal, daß unter einer für Sonnenstrahlung in hohem MaSe durchlässigen äußeren Abdeckung mit hoher Festigkeit (Wind-, Regen-, Hagelfestigkeit) eine für Sonnenstrahlung ebenfalls in hohem iNaße durchlässige ein- oder mehrachichtige innere Abdecng mit einer im Vergleich zur äußeren Abdeckung wesentlich geringeren Dicke bzw. geringeren Steifigkeit angeordnet ist. In einer bevorzugten Ausführung besteht die lichtdurchlässige äußere Abdeckung aus einer Glasscheibe oder Kunststoffplatte oder Verbundplatte und die lichtdurchlässige innere Abdeckung aus einer (oder mehreren) relativ flexiblen Lunststoffolie(n) mit entsprechend niedrigem Gewicht. Die äußere Abdeckung kann glatt oder profiliert, eben oder gewölbt, ein separates Bauelement oder Teil eines integralen Bauelements, zum Beispiel einer Kuppel o.ä. sein. Die innere Abdeckung wird vorzugsweise, ähnlich wie von Sonnenrollos für Fenster bekannt, mit einem Torsionskern (langgestreckter zylindrischer Hohlkern mit torsionsfeder), jedoch ohne Sperrklinke ausgeführt und an ihrem freien nde mit einer Leiste sowie einer von außen zugänglichen Zugvorrichtung, vorzugsweise einer im ausgezogenen Zustand der Eunststoffolie(n) fixierbaren Zugschnur oder mehreren solchen Zugschnüren versehen. Solar energy flat collectors The invention relates to a cover for solar energy flat collettors with the main feature that under one for solar radiation highly permeable outer cover with high strength (wind, rain, Hail resistance) one that is also highly permeable to solar radiation Single or multi-layered inner cover with a compared to the outer cover is arranged much smaller thickness or lower rigidity. In a preferred embodiment, the transparent outer cover consists of a Glass panel or plastic sheet or composite panel and the translucent interior Cover made of one (or more) relatively flexible plastic film (s) with corresponding low weight. The outer cover can be smooth or profiled, flat or curved, a separate component or part of an integral component, for example one Dome or similar. The inner cover is preferably similar to that of sun blinds known for windows, with a torsion core (elongated cylindrical hollow core with torsion spring), but without a pawl and at its free end with a bar and an externally accessible pulling device, preferably one in the extended state of the plastic film (s) fixable pull cord or several provided such pull cords.

Zu den bevorzugten optischen Eigenschaften der äußeren unt inneren Abdeckung gehört, außer einer möglichst geringen Absorption und Reflexion der Sonnenstratlung, eine möglichst hohe Absorption und Reflexion der von den Absorberflächen (Schwarzflächen) des Kollektors ausgehenden Infrarotstrahlung sowie eine für die Betriebstemperaturen des Kollektors ausreichende Wärmefestigkeit.The preferred optical properties of the outer and inner ones Cover belongs, apart from the lowest possible absorption and reflection of solar radiation, the highest possible absorption and reflection of the absorber surfaces (black surfaces) The infrared radiation emitted by the collector and one for the operating temperatures the collector has sufficient heat resistance.

Sonnenenergie-Kollektoren zur Erwärmung von asser sind, insbesondere als Flachkollektoren in susführungen mit ein- und mehrschichtigen lichtdurchlässigen Abdeckungen, bekannt.Solar energy collectors are used for heating water, in particular as flat-plate collectors in sus guides with single and multi-layer translucent Covers, known.

Die hbdeckungen sollen die durch die Basis- und Randisolierung nicht vermeibaren Energieverluste, welche durch Wärmeleitung und -konvektion in der Luftschicht über den Absorberflächen sowie durch die von den Absorberflächen ausgehende langwellige Strahlung entstehen, auf ein Minimum reduzieren. In vielen Fällen sind dafür Einfach-Abdeckungen ausreichend oder sogar wirksamer als Mehrfach-Abdeckungen. Der zusätzliche Aufwand für Mehrfach-Abdeckungen ist, wie eingehende Untersuchungen gezeigt haben, nur bei bestimmten Witterungsverhältnissen bzw. unter bestimmten Betriebsbedingungen wirtschaftlich, nämlich a) geringe Intensität der einfallenden Sonnenstrahlung (Dunst oder leichte Bewölkung bzw. niedriger Sonnenstand) undXoaer b) Windgeschwindigkeiten über etwa 5 m/s und/oder c) bezogen auf die Umgebungstemperaturen hohe Absorbertemperaturen (Betrieb mit geringem Volumendurchsatz des zu erwärmenden Wassers).The coverings should not be caused by the base and edge insulation avoidable energy losses caused by heat conduction and convection in the air layer above the absorber surfaces as well as through the long wave emanating from the absorber surfaces Radiation generated, reduced to a minimum. In many cases, single covers are used for this sufficient or even more effective than multiple covers. The extra effort for multiple coverings, as in-depth studies have shown, is only available for economic under certain weather conditions or under certain operating conditions, namely a) low intensity of incident solar radiation (haze or light Cloudiness or low position of the sun) and Xoaer b) Wind speeds above approx 5 m / s and / or c) high absorber temperatures in relation to the ambient temperatures (Operation with low volume throughput of the water to be heated).

Einzelheiten sind der folgenden Tabelle zu entnehmen, die sich auf Sonnenenergie-Kollektoren mit Jehrfach-Abdeckungen aus extrudiertem PMMA (Plexiglas) bezieht +): Temperaturdifferenzen (°C) zwischen Absorber Intensität der und Umgebung, für die einfache bzw. mehrfache PMMA-Deckplatten optimal sind Sonneneinstrahlung 1-fach 2-fach 3-fach 4-fach in Watt/m² 4000 4 - 32 32 - 76 , 76 - 152 ab 152 800 3 - 25 | 25 - 61 i 61 - 122 ab 122 600 3 - 19 19 - 46 1 46 - 91 ab 91 500 2 - 16 16 - 38 | 32 - 76 6 ab 76 400 2 - 13 13 - 30 30 - 61 ab 61 200 1 - 6 6 - 15 15 - 30 ab 30 +) Ref.: AT-Labor der RÖHXl GmbH, Chemische Fabrik, 6100 Darmstadt.Details can be found in the following table, which relates to solar energy collectors with multiple covers made of extruded PMMA (Plexiglas) +): Temperature differences (° C) between absorbers Intensity of and environment, for the single or multiple PMMA cover sheets are optimal Exposure to sunlight 1-way 2-way 3-way 4-way in watts / m² 4000 4 - 32 32 - 76, 76 - 152 from 152 800 3 - 25 | 25 - 61 i 61 - 122 from 122 600 3 - 19 19 - 46 1 46 - 91 from 91 500 2 - 16 16 - 38 | 32 - 76 6 from 76 400 2 - 13 13 - 30 30 - 61 from 61 200 1 - 6 6 - 15 15 - 30 from 30 +) Ref .: AT laboratory of RÖHXl GmbH, Chemische Fabrik, 6100 Darmstadt.

Vergl. J.A.DUFF1E u. W,k,BECKMAN: Solar Energy Thermal Processes, New York 1974, S,125/135. Cf. J.A.DUFF1E u. W, k, BECKMAN: Solar Energy Thermal Processes, New York 1974, p. 125/135.

Da auch bei isothermer Betriebsweise von Sonnenenergie-Kollektoren (durch Regelung konstant gehaltene Absorbertemperatur) die Intensität der einfallenden Strahlung ebenso wie die Außenlufttemperaturen und Windgesvhwindigkeiten sich jahreszeitlich und sogar im Verlauf jedes Tages andern, erscheint es sinnvoll, für die lichtdurchlässige Abdeckung eine Möglichkeit der Anpassung an die jeweiligen Gegebenheiten vorzusehen.This is also the case with isothermal operation of solar energy collectors (absorber temperature kept constant by regulation) the intensity of the incident Radiation, as well as outside air temperatures and wind speeds, change seasonally and even as the course of each day changes, it makes sense for the translucent Cover to provide a possibility of adaptation to the respective circumstances.

Nach dem gegenwärtigen Stand der Technik ist es üblich, Sonnenenergie-Kollektoren mit fest eingebauten einfachen oder mehrfachen lichtdurchlässigen Abdeckungen auszustatten. Dabei sind im Falle mehrfacher Abdeckungen die einzelnen lichtdurchlässigen Elemente (Glasscheiben, Kunststoffplatten, Kunststoffolien) gewöhnlich identisch, d.h. sie bestehen aus demselben Material und weisen dieselbe Schichtdicke auf Aus mehreren Glasscheiben bzw. Kunststoffplatten mit den bevorzugten Dickenmaßen zwischen etwa 2 mm und 5 mm bestehende Mehrfach-Abdeckungen sind nicht nur wegen ihres hohen Preises, sondern auch wegen ihres relativ hohen Gewichts unvorteilhaft.According to the current state of the art, it is common to use solar energy collectors to be equipped with built-in single or multiple translucent covers. In the case of multiple covers, the individual translucent elements (Glass panes, plastic sheets, plastic foils) usually identical, i.e. they consist of the same material and have the same layer thickness from several Glass panes or plastic plates with the preferred thickness dimensions between approximately 2 mm and 5 mm existing multiple covers are not only because of their high price, but also disadvantageous because of their relatively high weight.

Andererseits entsprechen die leichteren, aus mehreren Kunststoffolien mit Dickenmaßen zwischen etwa 0,1 mm und 0,5 mm bestehenden Mehrfach-Abdeckungen nicht den Forderungen bzgl.On the other hand, the lighter ones are made up of several plastic films with thicknesses between about 0.1 mm and 0.5 mm existing multiple covers not the requirements regarding

Wetterfestigkeit. Im übrigen bietet keine dieser bekannten Mehrfach-Abdeckungen die Möglichkeit einer Anpassung an die jeweiligen Wetterverhältnisse und Betriebsbedingungen.Weather resistance. In addition, none of these known multiple covers offers the possibility of adaptation to the respective weather and operating conditions.

Aus diese Stand der Technik ergibt sich die folgende Aufgabestellung: Es soll eine lichtdurchlässige Abdeckung für Sonnenenergie-Kollektoren entwickelt werden, welche die Forderung nach Wetterfestigkeit bei möglichst niedrigem Gewicht erfüllt und darüberhinaus die Möglichkeit bietet, durch Anpassung an die jeweiligen Wetterverhältnisse und Betriebsbedingungen einen relativ optimalen thermischen Nutzeffekt der Sonnenenergie-Kollektoren zu erreichen.The following task arises from this state of the art: It is intended to develop a translucent cover for solar energy collectors which meet the requirement for weather resistance with the lowest possible weight and also offers the option of adapting to the respective Weather and operating conditions have a relatively optimal thermal efficiency of solar energy collectors.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Kombination einer wetterfesten äußeren Abdeckung mit einer relativ flexiblen und entsprechend leichten inneren Abdeckung gelöst. In einer bevorzugten Ausführung besteht die lichtdurchlässige äußere Abdeckung aus einer relativ steifen Glasscheibe oder Kunststoffplatte (PMMA, PC, PVC, PVF) oder Verbundplatte, dagegen die innere Abdeckung aus einer relativ dünnen Kunststoffolie oder mehreren solchen Folien. Die äußere Abdeckung kann sowohl massiv wie auch als Hohlprofil ausgeführt sein. Die innere Abdekkung wird vorzugsweise nach Art eines ausziehbaren und selbsttätig aufwickelbaren Sonnenrollos konstruiert, das heißt mit einem Torsionskern (langgestreckter zylindrischer Hohlkern mit Torsionsfeder), jedoch ohne Sperrklinke, sowie einer von außen zu betätigenden und im ausgezogenen Zustand der inneren Abdeckung zu fixierenden Zugvorrichtung, vorzugsweise einer Zugschnur.According to the invention, the object is achieved by combining a weatherproof outer cover with a relatively flexible and correspondingly light inner Cover released. In a preferred embodiment, there is the translucent one outer cover made of a relatively stiff pane of glass or plastic plate (PMMA, PC, PVC, PVF) or composite panel, while the inner cover is made of a relatively thin plastic film or several such films. The outer cover can be both be solid as well as a hollow profile. The inner cover is preferred designed in the manner of an extendable and automatically windable roller blind, that means with a torsion core (elongated cylindrical hollow core with torsion spring), but without a pawl, as well as one to be operated from the outside and in the extended position State of the inner cover to be fixed pulling device, preferably one Pull cord.

Während die einfallende Sonnenstrahlung durch die äußere und innere Abdeckung möglichst wenig reflektiert und/oder absorbiert werden soll, ist für die von den Absorberflächen des Kollektors ausgehende Infrarotstrahlung zu fordern, daß sie insbesondere von der inneren Abdeckung möglichst vollständig reflektiert und/oder absorbiert wird. Ein in dieser Hinsicht besonders geeignetes Material ist das unter dem Handelsnamen Hostaflon ET +) bekannte teilkristalline Co-Polymer ETFE (Äthylen-Tetrafluoräthylen-Polymer). Dieses in hohem Maße Uv-beständige und alterungsbeständige Material ist für Gebrauchstemperaturen bis 150 OC verwendbar. - Alternativ kommen für die innere Abdeckung Verbundfolien in Betracht, beispielsweise eine Zellglasfolie (Cellophan) zwischen zwei Polyäthylenterephtalsäureesterfolien (Handelsname Hostaphan +)). Diese bis mindestens 130 oC wärmebeständige 'Sandwich"-Folie ist nicht nur preislich besonders vorteilhaft, sondern auch - bei nahezu vollständiger Absorption der von den Solarabsorbern ausgehenden Infrarotstrahlung - in hohem Maße durchlässig für die einfallende Sonnenstrahlung.While the incident solar radiation through the external and internal Cover should be reflected and / or absorbed as little as possible, is for the to demand infrared radiation emanating from the absorber surfaces of the collector, that it reflects as completely as possible, in particular from the inner cover and / or is absorbed. A particularly suitable material in this regard is the partially crystalline co-polymer ETFE known under the trade name Hostaflon ET +) (Ethylene tetrafluoroethylene polymer). This highly UV-resistant and aging-resistant Material is suitable for use temperatures up to 150 OC. - Alternatively, come for the inner cover composite films can be considered, for example a cellulose film (Cellophane) between two polyethylene terephthalic acid ester films (trade name Hostaphan +)). This 'sandwich' film, which is heat-resistant up to at least 130 oC, is not only particularly advantageous in terms of price, but also - with almost complete absorption the infrared radiation emitted by the solar absorbers - to a high degree permeable for the incident solar radiation.

Sie eignet sich für den vorliegenden Zweck sowohl in der Ausführung +) Hersteller: Hoechst AG, Werk Gendorf/Oberbayern als lose Schichtung wie als fester Verbund. - Des weiteren können für die innere Abdeckung temperaturbeständige und UV-beständige Folien mit einer einseitigen (unterseitigen) Beschichtung, welche die Infrarotstrahlung reflektiert, verwendet werden.It is suitable for the present purpose both in execution +) Manufacturer: Hoechst AG, Gendorf / Upper Bavaria plant as a loose layering like as a solid bond. - Furthermore, temperature-resistant can be used for the inner cover and UV-resistant films with a one-sided (underside) coating, which reflecting infrared radiation can be used.

Durch die Infrarot-Reflexion bzw. -Absorption wird praktisch eine Wirkung erreicht, für die bisher Selektiv-Beschichtungen der hbsorberoberflächen erforderlich waren. Der niedrige Infrarot-Emissionsgrad E(IR) dieser Absorber-Beschichtungen+) wird erfindungsgemäß durch einen hohen Infrarot-Reflexionsgrad bzw. einen hohen Infrarot-Absorptionsgrad C<(IR) der inneren Abdeckung des Sonnenenergie-Kollektors ersetzt. Dabei ist zu berücksichtigen, daß Selektiv-Beschichtungen mit niedrigen g (IR) nach dem gegenwärtigen Stand der Technik nur auf metallischen Oberflächen haften bzw. nur durch Umwandlung von Netalloberflächen hergestellt werden können, also insbesondere für aus Kunststoffen hergestellte Sonnenenergie-Absorber nicht in Betracht kommen. Die in erster Linie zur Minderung der konduktiv-konvektiven Wärmeverluste vorgesehene innere Abdeckung dient hiernach gleichzeitig zur direkten Minderung der Strahlungsverluste.The infrared reflection or absorption practically becomes a Effect achieved for the previously selective coatings of the absorber surfaces were required. The low infrared emissivity E (IR) of these absorber coatings +) is according to the invention by a high infrared reflectance or a high Infrared absorption coefficient C <(IR) of the inner cover of the solar energy collector replaced. It should be noted that selective coatings with low g (IR) according to the current state of the art only on metallic surfaces adhere or can only be produced by converting net surfaces, so especially not for solar energy absorbers made from plastics be considered. Primarily to reduce the conductive-convective The inner cover provided for heat losses is then used at the same time for direct Reduction of radiation losses.

Die Erfindung bezieht sich sowohl auf einfache als auch mehrfache innere Abdeckungen, wobei zum Straffhalten der einzelnen Folien im Falle der inneren Mehrfachabdeckung ein gemeinsames Eorsionskern-Zugschnur-System oder einzelne solcher Systeme vorgesehen werden können.The invention relates to both single and multiple inner covers, whereby to keep the individual foils taut in the case of the inner Multiple coverage of a common torsion core-pull cord system or individual ones Systems can be provided.

Ausführungsbeispiele von lichtdurchlässigen Abdeckungen für Sonnenenergie-Flachkollektoren nach der Erfindung sind, mit teilweise ausgezogenen inneren abdeckungen, in den Fig. 1aZb, 2 und 3a/c dargestellt. In diesen Darstellungen wurden nur die inneren Abdeckungen variiert, obwohl auch die äußeren Abdeckungen und +) Wegen der Kombination des niedrigen g (IR) mit einem hohen Absorptionsgrad α(S) für die einfallende Sonnenstrahlung wird die Wirkung der selektiven Schichten auch als "#-α-Effekt" bezeichnet.Exemplary embodiments of translucent covers for solar energy flat-plate collectors according to the invention are, with partially extended inner covers, in the Fig. 1aZb, 2 and 3a / c shown. In these representations only the inner ones were shown Covers varies, although the outer covers and +) because of the combination of the low g (IR) with a high degree of absorption α (S) for the incident Solar radiation is the effect of the selective layers also called "# -α-effect" designated.

die Gesamtkonstruktion der Kollektoren unterschiedlich ausgeführt werden können. Das gemeinsame Merkmal der Ausführungsbeispiele ist die für das Ausziehen bzw. das selbsttätige Einrollen der inneren Abdeckung vorgeschlagene Kombination des Torsionskernes ohne Sperrklinke mit der im ausgezogenen Zustand fixierbaren Zugvorrichtung. Sie ermöglicht das Straffhalten der ausgezogenen Folie auch unter den für Sonnenenergie-Kollektoren charakteristischen wechselnden Betriebsbedingun.gen (Temperatur, Luftfeuchtigkeit u.a.). Die Schnüre pp. der Zugvorrichtung können auch über eine oder mehrere Umlenkrollen geführt werden. Bei dicht nebeneinander angeordneten Kollektoren empfiehlt sich eine Umlenkung um 900.the overall construction of the collectors performed differently can be. The common feature of the exemplary embodiments is that for pulling out or the automatic rolling of the inner cover proposed combination of the torsion core without pawl with the one that can be fixed in the extended state Pulling device. It enables the pulled-out film to be kept taut even under the changing operating conditions characteristic of solar energy collectors (Temperature, humidity, etc.). The cords pp of the puller can also be guided over one or more pulleys. When arranged close together A deflection of 900 is recommended for collectors.

.Die Betätigung der selbsttätig aufwickelbaren inneren Abdeckungen (2) kann, nach Maßgabe der ;jeweiligen Betriebsbedingungen (Intensität der einfallenden Sonnenstrahlung sowie Temperaturdifferenzen zwischen Absorber und Umgebung, s. oben), von Hand oder automatisch über Servosysteme erfolgen. Eine Automation kommt vor allem für Großanlagen in Betracht, die einen Wohn- oder Industriebezirk zentral mit der aus Sonnenstrahlung gewonnenen Energie versorgen.The operation of the self-winding inner covers (2) can, depending on the; respective operating conditions (intensity of the incident Solar radiation and temperature differences between the absorber and the environment, see above), be done manually or automatically via servo systems. Automation occurs Especially suitable for large-scale systems that have a residential or industrial district in the center with the energy obtained from solar radiation.

Im einzelnen zeigen Fig. 1 Systeme mit Einfachrollo: a) Folienablauf oberhalb des Torsionskernes, b) Folienablauf unterhalb des Torsionskernes.In detail, Fig. 1 shows systems with a single roller blind: a) Film drain above the torsion core, b) film drain below the torsion core.

Fig. 2 System mit Doppelrollo, gekennzeichnet durch zwei separate Torsionskerne und eine gemeinsame Zugvorrichtung.Fig. 2 System with double roller blind, characterized by two separate ones Torsion cores and a common traction device.

Fig.3 Systeme mit zwei separaten einzeln ausziehbaren) Rolloìs: a) beide Folienabläufe über den Torsionskernen, b) oberer Folienablauf unter dem Torsionskern, unterer Folienablauf über dem Torsionskern (minimaler Abstand der beiden inneren Abdeckungen) c) oberer Folienablauf über dem Torsionskern, unterer Folienablauf unter dem Torsionskern (maximaler Abstand der beiden inneren Abdeckungen).Fig. 3 systems with two separate, individually extendable) roller blinds: a) both film drains over the torsion cores, b) top film drain under the torsion core, Lower film drain over the torsion core (minimum distance between the two inner Covers) c) upper film drain over the torsion core, lower film drain under the torsion core (maximum distance between the two inner covers).

Bedeutung der Kennzahlen in den Abbildungen: 1 äußere lichtdurchlässige Abdeckung 2 innere lichtdurchlässige Abdeckung 3 Tiorsionskern 4 Leiste am freien Folienende 5 Zugvorrichtung 6 Sonnenenergie-Absorber 7 Wärmeisolierung 8 Gehäuse bzw. Rahmen L e e r s e i t eMeaning of the key figures in the figures: 1 outer translucent Cover 2 inner translucent cover 3 torsion core 4 bar on the open Foil end 5 pulling device 6 solar energy absorber 7 thermal insulation 8 housing or frame L e r s e i t e

Claims

Claims 1) Translucent cover for solar energy flat-plate collectors, characterized in that under an outer cover (1) with high strength (Wind, rain, agelfestigkei-t) a single or multi-layer inner cover (2) with a significantly smaller thickness or thickness compared to the outer cover (2)

Rigidity is arranged, which can be pulled out in the manner of a roller blind and can be wound up automatically.

2) Translucent cover according to claim 1, characterized in that that for pulling out and automatic winding of the inner cover (2) one Torsion core (3) without pawl as well as a trailing edge (4) and one in the extended position State fixable pulling device (5) are provided.

) Opaque cover according to claims 1 and 2 with one of several separate foils (2) existing inner cover, characterized in that several or all foils (2) pulled out by a common pulling device (5) will.

4) Translucent cover according to claim 1 and 2 with one from several separate foils (2) existing inner cover, characterized in that that each of the foils (2) is equipped with its own pull-out and winding system (5,4,5) is.

5) Translucent cover according to claim 4, characterized in that that a common torsion core (3) is provided for several or all foils (2) is.

o) Translucent cover according to claims 1 to 5, characterized characterized in that the sunlight to a large extent by casual covers (1) or (2) those emanating from the absorbers of the solar energy flat-plate collectors Reflect or absorb infrared radiation to a large extent.