DE2626974A1

DE2626974A1 - Solarkollektor

Info

Publication number: DE2626974A1
Application number: DE19762626974
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Ing Grad D 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

Description

Solarkollektor
Gegenstand der Erfindung ist ein Solarkollektor, bestehend aus einem flachen luftdicht verschlossenen Gehäuse mit rück- und seitenwandiger Wärmedämmschicht, vorderseitiger für Sonnenstrahlen durchlässiger Glasscheibe gegen Konvektionsverluste und einer zwischen Glasscheibe und rückwandiger Wärmedämmschicht angeordneten von einem Wärmeträger durchströmten Absorberplatte.
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.
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 jahreszeitlich schwankt. Für eine kontinuierliche Versorgung mit Energie sind daher Einrichtungen erforderlich, die entweder elektrische oder potentielle Energie oder Wärme speichern.
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 Umrwandlung 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.
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 Konvektionsverluste.
Bei solchen Solarkollektoren ist der Innenraum gegen das Eindringen 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.
Bekannt sind auch Solarkollektoren, bei denen der luftdicht nach außen abgeschlossene Innenraum unter Vakuum steht, wodurch nur ganz unbedeutende Wärmeverluste eintreten. Das hat zur Folge, daß diese Solarkollektoren bei höheren Temperaturen von ca.
1000C mit optimalem Wirkungsgrad betrieben werden können.
Der Nachteil dieser beiden Solarkollektoren besteht darin, daß bei dem Solarkollektor,'bei dem der Innenraum nicht luftdicht verschlossen ist, die Betriebstemperatur so niedrig liegt, daß ein Winterbetrieb nicht möglich ist. Bei einem Solarkollektor, dessen Innenraum evakuiert ist, ist der apparative Aufwand relativ hoch. Hinzu kommt, daß ein solcher Solarkollektor sehr empfindlich gegen Störungen ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Solarkollektor zu entwickeln, der einen vergleichsweise hohen Wirkungsgrad bei verringertem apparativem Aufwand erzielt.
Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß in dem mit trockener unter dem bei seiner Herstellung herrschenden Luftdruck gefüllten Innenraum des Solarkollektors ein Ausdehnungskörper angeordnet ist. Ein solcher Ausdehnungskörper ist notwendig, um die bei der Erwärmung der in dem Innenraum eingeschlossenen Luft entstehenden Drücke ohne Zerstörung der Scheibe oder zur Vermeidung sonstiger Schäden auszugleichen.
Beim Zusammenbau des Solarkollektors muß der Füllgrad des Ausdehnungskörpers entsprechend den herrschenden atmosphärischen Verhältnissen bemessen werden, damit die maximale Ausdehnung bei Erwärmung bzw. das maximale Zusammenziehen bei tiefster Temperatur der im Innenraum des Solarkollektors befindlichen Luft möglich sind.
Der Ausdehnungskörper besteht vorzugsweise aus einem formelastischen schlauchartigen Gefäß, das über einer Entlüftungsvorrichtung mit der Außenluft verbunden und in einer gegenüber dem Innenraum durch eine Platte abgedeckten Ausnehmung der Wärmedämmschicht untergebracht ist.
Eine andere Version besteht darin, daß sich der Ausdehnungskörper in einer gegenüber dem Innenraum luftdicht abgedeckten Ausnehmung befindet. In diesem Fall ist der Innenraum mit dem Ausdehnungskörper über eine Entlüftungsvorrichtung verbunden, während die den Ausdehnungskörper aufnehmende Ausnehmung mit der Außenluft in Verbindung steht.
Zweckmäßigerweise ist der Ausdehnungskörper in der Wärmedämmschicht angeordnet.
Der Ausdehnungskörper ist gegen Beschädigung geschützt.
Wärmeverluste treten im Vergleich zu Solarkollektoren mit außenliegenden Ausdehnungsgefäßen nicht auf bzw.
es erübrigt sich deren zusätzliche Isolierung. Der Solarkollektor arbeitet mit verringertem Wärmeverlust und gesteigertem Wirkungsgrad. Eine Durchfeuchtung der Isolation ist ausgeschlossen. Der Solarkollektor kann ganzjährig mit einer Betriebstemperatur von ca. 60 bis 65 0C bei gutem Wirkungsgrad betrieben werden.
Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielhaft dargestellt und wird im folgenden näher erläutert: Fig. 1 zeigt den Querschnitt eines Solarkollektors, der aus einem Gehäuse 1, dessen Rück- und Seitenwände mit einer Wärmedämmschicht 2 versehen sind, besteht.
Der Innenraum 3 ist vorderseitig durch die luftdicht angebrachte Doppelglasscheibe 4 abgedeckt. In dem Innenraum 3 befindet sich die mit vom Wärmeträger durchströmten Kanäle 5 versehene Absorberplatte 6.
In der Wärmedämmschicht 2 ist ein schlauchartiger, elastisch verformbarer, mit Luft gefüllter Ausdehnungskörper 7 angebracht, der über eine Entlüftungsvorrichtung 8 mit der Außenluft verbunden ist. Bei Erhöhung des Luftdrucks im Innenraum 2 wird der Ausdehnungskörper 7 zusammengedrückt bzw. bei Erniedrigung des Luftdrucks dehnt sich der Ausdehnungskörper aus.
Die den Ausdehnungskörper 7 aufnehmende Ausnehmung 9 ist gegenüber dem Innenraum mit der Platte 10 abgedeckt.
In der Wärmedämmschicht 2 ist die Trockenvorrichtung 11 angebracht.
In Fig. 2 ist ein Querschnitt durch einen Solarkollektor dargestellt, dessen Gehäuse 12 auf der Rückseite und an den Seitenwänden mit einer Wärmedämmschicht 13 versehen ist. Der Innenraum 4 ist vorderseitig durch die Doppelglasscheibe 5 abgedeckt. In dem Innenraum 4 ist die mit Kanälen 6 versehene Absorberplatte 7 angebracht. Unterhalb der Absorberplatte 7 befindet sich in der in der Wärmedämmschicht 13 angeordneten durch die Platte 18 luftdicht abgedeckten Ausnehmung 19 der Ausdehnungskörper 20, der über die Entlüftungsvorrichtung 21 mit dem Innenraum 14 verbunden ist. Die Ausnehmung 19 steht über der Entlüftungsvorrichtung 22 mit der Außenluft in Verbindung. In der Wärmedämmschicht 2 ist die Trockenvorrichtung 23 angebracht. Patentansprüche Leerseite

Claims

PATENTANSPRÜCHE l.ASolarkollektor, bestehend aus einem flachen luftdicht verschlossenen Gehäuse mit rück- und seitenwandiger Wärmedämmschicht, vorderseitiger für Sonnenstrahlen durchlässiger Glasscheibe und einer zwischen Scheibe und rückwandiger Wärmedämmschicht angeordneten von einem Wärmeträger durchströmten Absorberplatte, dadurch gekennzeichnet, daß in dem mit trockener Luft gefüllten Innenraum (3, 14) ein Ausdehnungskörper (7, 20) angeordnet ist.
2. Solarkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausdehnungskörper (7, 20) in einer durch eine Platte (10, 18) abgedeckten Ausnehmung (9, 19) der Wärmedämmschicht (2, 13) angeordnet ist.
3. Splarkollektor nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausdehnungskörper (7) eine mit der Außenluft verbundene Entlüftungsvorrichtung (8) aufweist.
4. Solarkollektor nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausdehnungskörper (20) über eine Entlüftungsvorrichtung (21) mit dem Innenraum (14) und die luftdicht gegenüber dem Innenraum abgedeckte Ausnehmung (19) über eine Entlüftungsvorrichtung (22) mit der Außenluft verbunden sind.
5. Solarkollektor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausdehnungskörper (7, 12) mit Luft gefüllt ist.