DE2626895A1

DE2626895A1 - Solar collector with flat airtight housing - with transparent plastic cover and air-filled inner chamber

Info

Publication number: DE2626895A1
Application number: DE19762626895
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Ing Grad Overkamp
Original assignee: Rheinisches Zinkwalzwerk GmbH and Co KG
Current assignee: Rheinisches Zinkwalzwerk GmbH and Co KG
Priority date: 1976-06-16
Filing date: 1976-06-16
Publication date: 1977-12-29

Abstract

Solar collector comprises a flat airtight housing with a heat-insulating layer on the rear and side walls, a transparent plastic cover at the front for preventing losses due to convection, and an absorber panel through which flows a heat carrier. The inner chamber of the collector is filled with dry air which is under the air pressure prevailing during its mfr. A dryer may be connected to the inner chamber. The collector has a simple structure, high efficiency and low heat loss, and can be operated at high performance throughout the year at 60-70 degrees C.

Description

Solarkollektor Solar collector

Die Erfindung betrifft einen Solarkollektor, bestehend aus einem flachen luftdicht verschlossenen Gehäuse mit rück- und seitenwandiger Wärmedämmschicht, vorderseitiger für Sonnenstrahlen durchlässiger Kunststoffabdeckung gegen Konvektionsverluste und einer von einem Wärmeträger durchströmbaren Absorberplatte.The invention relates to a solar collector consisting of a flat one airtight housing with rear and side wall thermal insulation layer, Plastic cover that is permeable to the sun's rays on the front to prevent convection losses and an absorber plate through which a heat transfer medium can flow.

Spätestens seit der Energiekrise vom Spätherbst 1973 hat sich die Erkenntnis durchgesetzt, daß die überwiegende Abhängigkeit vom Erdöl als Energieträger für die Mehrzahl der industrialisierten Länder eine untragbare Gefahr darstellt. Erdöl wird in etwa 20 Jahren für Heizungszwecke und zahlreiche andere Anwendungen als Primärenergieträger ausscheiden, da die verbleibenden Reserven als Rohstoffe für wichtigere Anwendungen (Pharmazeutika, Kunststoffe u.a.) genützt werden müssen.Since the energy crisis of late autumn 1973 at the latest, the Realization prevailed that the predominant dependence on crude oil as an energy carrier poses an intolerable danger to the majority of industrialized countries. Petroleum will be used in heating and numerous other applications in about 20 years as a primary energy source, since the remaining reserves are used as raw materials must be used for more important applications (pharmaceuticals, plastics, etc.).

Aus diesem Grund ist man in neuerer Zeit bemüht, die Sonnenenergie thermisch zu nutzen. In Ländern mit starker Sonneneinstrahlung sind schon seit Jahrzehnten Anlagen in Gebrauch, bei denen großflächige Aluminiumreflektoren die Sonnenwärme auf Wärmeaustauscher konzentrieren, in denen Dampf für den Antrieb von Kraftmaschinen erzeugt wird. Größter Nachteil solcher Anlagen ist, daß die Sonnenenergie an der Erdoberfläche nur tagsüber zur Verfügung steht und daß ihre Intensität zudem noch jahres zeitlich schwankt. Für eine kontinuierliche Versorgung mit Energie sind daher Einrichtungen erforderlich, die entweder elektrische oder potentielle Energie oder Wärme speichern.For this reason, efforts have recently been made to use solar energy to use thermally. Countries with strong sunlight have been around for decades Systems in use where large-area aluminum reflectors absorb the heat of the sun focus on heat exchangers that use steam to power prime movers is produced. The biggest disadvantage of such systems is that the solar energy at the Earth's surface is only available during the day and that its intensity in addition still varies from year to year. For a continuous supply of energy are therefore facilities are required that use either electrical or potential energy or store heat.

Die Wärmestrahlung der Sonne kann auf verhältnismäßig einfache Weise mit Hilfe von sogenannten Solarkollektoren nutzbar gemacht werden. Ein Solarkollektor besteht ganz allgemein aus einer Absorptionsfläche zur Umwandlung der Sonnenstrahlung in Wärme und einem gut wärmeleitenden an diese Fläche angeschlossenen Rohr- oder Kanalsystem, in dem ein flüssiges Medium strömt, das Wärme aufnimmt und dorthin transportiert, wo sie genutzt werden soll.The heat radiation of the sun can be achieved in a relatively simple way can be made usable with the help of so-called solar collectors. A solar collector consists quite generally of an absorption surface for converting solar radiation in heat and a pipe or pipe that is a good heat conductor connected to this surface Channel system in which a liquid medium flows that absorbs heat and leads to it transported where it should be used.

In der Praxis haben sich heute in unseren Breiten vor allem Solarkollektoren in flacher Bauweise zur Erzeugung von Warmwasser durchgesetzt. Diese bestehen aus einem flachen Gehäuse mit rück- und seitenwandiger Wärmedämmschicht, einer vom Wärmeträger durchströmten Absorberplatte und einer vorderseitigen für Sonnenstrahlen durchlässigen aus Kunststoff oder Glas gebildeten Abdeckung gegen Konvektionswärmeverluste.In practice today in our latitudes it is mainly solar collectors enforced in flat design for the production of hot water. These consist of a flat housing with a rear and side wall thermal insulation layer, one from the heat transfer medium permeable absorber plate and a front-side for solar rays Cover made of plastic or glass against convection heat losses.

Bei solchen Solarkollektoren ist der Innenraum gegen das Eindrigen von Regen und weitgehend auch von Staub abgedichtet, nicht aber gegen einen Luftaustausch von innen nach außen bzw. umgekehrt. Da diese Solarkollektoren mit einer Betriebstemperatur von ca. 300C arbeiten, also bei einer Temperatur, die nur wenige Grad über der der Umgebungstemperatur liegt, sind die durch den Luftaustausch entstehenden Wärmeverluste gering, was bedeutet, daß der Wirkungsgrad bei den vergleichsweise geringen Temperaturunterschieden als brauchbar für den Solarkollektortyp angesehen werden kann. Wenn jedoch solche Solarkollektoren mit einer höheren Temperatur betrieben werden, steigen die Wärmeverluste vergleichsweise stark an und der Wirkungsgrad verschlechtert sich.With such solar collectors, the interior is against the intrusion Sealed from rain and largely also from dust, but not against an exchange of air from the inside to the outside or vice versa. Because these solar collectors with an operating temperature of about 300C, i.e. at a temperature that is only a few degrees above that of the Ambient temperature are the heat losses caused by the exchange of air low, which means that the efficiency with the comparatively small temperature differences as useful for the solar collector type can be viewed. if however, such solar collectors operated at a higher temperature increase the heat losses increase comparatively strongly and the efficiency deteriorates.

Bekannt sind auch SolarkollektorenF bei denen der luftdicht nach außen abgeschlossene Innenraum unter Vakuum steht, wodurch nur ganz unbedeutende Wärme verluste eintreten. Das hat zur Folge, daß diese Solarkollektoren bei höheren Temperaturen von ca.Solar collectors are also known in which the air-tight to the outside closed interior is under vacuum, whereby only very insignificant heat losses occur. As a result, these solar collectors operate at higher temperatures from approx.

1000C mit optimalem Wirkungsgrad betrieben werden können.1000C can be operated with optimum efficiency.

Der Nachteil dieser beiden Solarkollektortypen besteht darin, daß bei dem Solarkollektor, bei dem der Innenraum nicht luftdicht verschlossen ist, die Betriebstemperatur in Bezug auf die Umgebungstemperatur so niedrig liegt, daß ein Winterbetrieb nicht möglich ist.The disadvantage of these two types of solar collectors is that in the case of the solar collector in which the interior is not hermetically sealed, the operating temperature is so low in relation to the ambient temperature that winter operation is not possible.

Bei einem Solarkollektor, dessen Innenraum evakuiert ist, ist der apparative Aufwand relativ hoch. Hinzu kommt, daß ein solcher Solarkollektor sehr empfindlich gegen Störungen ist.In the case of a solar collector whose interior is evacuated, the is Apparatus expense is relatively high. In addition, such a solar collector is very is sensitive to interference.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Solarkollektor zu entwickeln, der einen vergleichsweise hohen Wirkungsgrad bei verringertem apparativem Aufwand erzielt.The invention is based on the object of a solar collector develop a comparatively high degree of efficiency with reduced equipment Effort achieved.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht in einem Solarkollektor der eingangs genannten Bauart, bei dem erfindungsgemäß der Innenraum mit trockener Luft, die unter dem bei der Herstellung des Solarkollektors herrschenden Luftdruck steht, gefüllt ist.The solution to this problem consists in a solar collector of the initially named type, in which, according to the invention, the interior with dry air, the is under the air pressure prevailing during the manufacture of the solar collector, is filled.

Die sich bei Erwärmung ausdehnende im Innenraum d-; Solarkollektors befindliche Luft verformt die Kunststoffabdeckung ohne diese zu zerstören, da die Vergrößerung des Innenraums infolge der Ausdehnung der Kunststoffabdeckung größer ist als das Differenzvolumen von kalter und erwärmter Luft des Innenraums. Dadurch ergibt sich, daß auf das Anbringen eines Ausdehnungsgefäßes verzichtet werden kann.The expanding when heated in the interior d-; Solar collector Any air that is present deforms the plastic cover without destroying it, as the Enlargement of the interior space due to the expansion of the plastic cover greater is the difference in volume between cold and heated air in the interior. Through this the result is that there is no need to attach an expansion tank.

Der entscheidende Vorteil der Erfindung besteht jedoch darin, daß bei einfacher Bauweise ein vergleichsweise hoher Wirkungsgrad bei gleichzeitig geringem Wärmeverlust erzielt werden kann. Der Solarkollektor kann ganzjährig mit einer Betriebstemperatur von etwa 60 bis 700C bei gutem Wirkungsgrad betrieben werden.The key advantage of the invention, however, is that with a simple construction, a comparatively high degree of efficiency with a low level of efficiency at the same time Heat loss can be achieved. The solar collector can be used all year round with an operating temperature can be operated from about 60 to 700C with good efficiency.

Der erfindungsgemäße Solarkollektor ist in der Zeichnung beispielhaft dargestellt und nachfolgend erläutert: Der im Querschnitt dargestellte in flacher Bauweise gefertigte Solarkollektor besteht aus einem beispielsweise aus einem Zinkwerkstoff bestehenden Gehäuse 1, dessen Rückseite und Seitenwände mit einem Kunststoffschaum 2 isoliert sind, wobei in die Isolierung eine Trockenvorrichtung 3 eingebettet ist. Der mit trockener Luft gefüllte Innenraum 4 des Gehäuses 1 ist luftdicht durch eine Kunststoffscheibe 5 abgedeckt. Zwischen der Kunststoffscheibe 5 und der Isolierung 2 ist die mit einem Kanalsystem 6 versehene Absorberplatte 7 angeordnet. Die Kunststoffscheibe 5 ist mit einer Klemmverbindung an ihren Rändern befestigt. Als Wärmeträger wird Wasser verwendet, da Wasser eine große spezifische Wärme, geringe Viskosität, Verwendbarkeit des Wärmeträgermediums zugleich als Speichermedium, Preiswürdigkeit und Verfügbarkeit aufweist.The solar collector according to the invention is shown by way of example in the drawing shown and explained below: The one shown in cross-section in flat The solar collector manufactured by construction consists of a zinc material, for example existing housing 1, its back and side walls with a plastic foam 2 are insulated, a drying device 3 being embedded in the insulation. The interior 4 of the housing 1, which is filled with dry air, is airtight by a Plastic disc 5 covered. Between the plastic disc 5 and the insulation 2, the absorber plate 7 provided with a channel system 6 is arranged. The plastic disc 5 is attached to its edges with a clamp connection. As a heat transfer medium Water used because water has a large specific heat, low viscosity, usability of the heat transfer medium as a storage medium, value for money and availability having.

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Claims

PATEMTMNSPPSCHE 1. Solar collector consisting of a flat airtight y closed housing with rear and side wall thermal insulation layer, front Plastic cover that is permeable to the sun's rays against convection losses and an absorber plate through which a heat transfer medium can flow, characterized in that that the interior (4) of the solar collector with dry air, which is under the its production is the prevailing air pressure, is filled.

2. Solar collector according to claim 1, characterized by one with the Interior space (4) related drying device (3).