DE2639425A1 - Kombinierter sonnenenergiesammler und -speicher - Google Patents

Description

• Patentbescheibung
• "Kombinierter Sonnenenergiesammler und -speicher" Das Problem der Sonnenenergienutzung ist eng mit dem der Speicherung verknüpft. In der Regel werden Solarkollektoren geringer thermischer Trägheit mit gutisolierten, getrennt installierten Speichertanks kombiniert.
• Für spezielle Anwendungsgebiete, z.B. Wohnwagenwarmwassererzeugung, Duschen, Ferienhäuser usw., bei denen nur eine Tag-Nacht-Speicherung benötigt wird, sind aus räumlichen und preislichen Gründen Solarkollektoren von Vorteil, die neben ihrer Funktion des Sonnenenergiesammelns auch die des Speicherns miterfüllen.
• Es sind Kollektoren bekannt geworden, die aus gut thermisch isolierten Wasserkanälen relativ grossen Durchmessers bestehen und somit zusätzlich eine gewisse Speichereigenschaft besitzen. Diese haben aber den Nachteil, dass das Wärmeträgermedium gewünschte höhers Solltemperaturen erst nach einer relativ langen Zeitspanne besitzt.
• Die vorliegende Erfindung beschreibt daher einen Sonnenenergiesammler mit Speichereigenschaft, dessen Füllvolumen sich kontinuierlich in Funktion der einfallenden Sonnenstrahlung ändert und es somit erlaubt, das Wärmeträgermedium im gewünschten Temperaturbereich schon nach der kürzestmöglichen Zeit (in Funktion des Energisanfalles) zu entnehmen.
• Erfindungsgemäss besteht der Kollektor aus einem gegen Leitungs-, Konvexions- und Strahlungsverluste geschützten Gehäuse; in dessen Inneren als eigentlicher Absorber ein Kunststoffschlauch liegt. Die Deckfläche des Gehäuses wird von einer oder mehreren transparenten Abdeckungen gebildet. An einer oder mehreren Oberkanten des Gehäuses sind Scharniere befestigt, an denen drehbar eine oder mehrere innen verspiegelte, aussen gut wärmeisolierte Platten angebracht sind. Diese Platten dienen tagsüber als zusätzliche Sonnenreflektoren und erhöhen somit die eingestrahlte Energiedichte auf dem Absorber. Nachts werden die Platten so geklappt, dass sie als Deckel eine hermetische, gegen Strahlungs-, Leistungs- und Konvexionsverluste schützende obere Abdeckung des Kollektors ergeben.
• Die Verstellung der Spiegel platten kann hierbei erfindungsgemsss sowohl manuell über eine geeignete Nah- oder Fernverstellung(z.B. Gewindestange, Seilzüge usw.) als auch automatisch über kleine elektrische oder mechanische (Feder) Antriebseinheiten mit Laufprogramm erfolgen.
• Der Absorberschlauch ist mit Ein- und Auslaufstutzen versehen, besitzt eine Öffnung für einen Temperaturfühler sowie einen Entlüftungsstutzen.
• Seine Oberfläche ist transparent, der Boden ist schwarz.
• Ein Temperaturfühler misst die Temperatur im Inneren des Absorbers Der Messwert wird einer Regelelektronik zugeführt. An dieser Regelelektronik wird manuell die gewünschte Speichertemperatur eingestellt. Ein elektronischer Komparator vergleicht die gemessene mit der eingestellten Temperatur und öffnet den Kaltwasserzufluss in den Kollektor (Pumpe oder bei vorhandenem Drucknetz Magnetventil), Es fliesst nun so lange kaltes Wasser in den Kollektor, bis die Mischtemperatur dem unteren Schwellwert der Schalthysteresis des Temperaturfühlers entspricht und die Wasserzufuhr unterbunden wird. Wird dem Kollektor währsnd des Tages kein Wasser entnommen, so stsigt das Wasservolumen, bis der Kollektorschlauch die obere transparente Abdeckung fast erreicht. Um aus Isolationsgründen einen direkten Kontakt mit dieser Scheibe zu vermeiden, ist zentral auf der Oberfläche des Absorberschlauches ein Messfühler angebracht, der bei Anschlag die Wasserzufuhr in den Kollektor stoppt. Diessr Messfühler kbnn beispielsweise sinnvoll mit dem als Schwimmer ausgebildeten Temperaturfühlsr gekoppelt werden.
• Bei Warmwasserentnahme (über einen Hahn und Schwerkraft oder gegebenenfalls einer Pumpe) erwärmt sich das hierdurch reduzierte Kollektorvolumen schneller und führt über den Tsmperaturfühler automatisch zu einer. Nachfüllung mit Kaltwasser.
• Der erfindungsgemässs Kollektor stellt somit eine Einrichtung dar, welche eserlaubt, die Sonneneintrahlung in einem vorgegebenen Temperaturniveau optimal auszunutzen. Die zusätzlichen Reflektoren erhöhen die Energiedichte auf dem Kollektor und bewirken somit hohe errreichbare Temperaturen auch bei niedrigen Aussentemperaturen und führen zu einer optimalen Ausnutzung auch kleiner Flächen. Durch gute Isolation sowohl des Gehäuses als auch des Spiegeldeckels können dem Kollektor auch gute Kurzzeitspeichereigenschaften (Tag-Nacht) verliehen werden.
• Eine andere erfindungsgemässe Variante des Kollektors beruht darauf, dass nach Erreichen der eingestellten Solltemperatur im Kollektor die Elektronik über-ein einstellbares Zeitglied die Wasserzufuhr für eine definierte Zeitspanne Bffnst und somit beliebig wählbare Nachfüllmengen steuert.
• Der erfindungsgsmässe Kollektor kann auch - unter Verlust von Komfort -manuell geregelt werden. In diesem Falle ist über ein Thermometer (eventuell Fern thermometer) die Temperatur im Inneren des Absorbers abzulesen. Über einen Hahn -wird von Hand Kühlwasser nachgeliefert. Der- elektronische Endanschlagsmessfühler wird in diesem Fall erfindungsgemäss durch ebenen Füllstandsregler nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren ersetzt.
• Die Abb. 1 zeigt eine Seiten- und Draufsicht des erfindungsgemässen Kollektors. Dabei stellt (1) das Gehäuse dar, (2) die Isoliermasse dieses Gehäuses, (3) die innen reflektierenden Seiten und Grundflächen des Gehäuses, (4) die Ein- oder Mehrfachtransparentabdeckung, (5) die Spiegeldeckel mit ihrer rückseitigen Isolation (6) und der variablen Möglichkeit der H6henverstellung (7), (8) den eigentlichen wassergafüllten Absorber mit seiner transparenten Oberfläche- (9) und dem dunklen Boden (10)-, (11) den Tempsraturfuhler, (12-) den Endanschlag mit beispielsweise einem Mikroschalter, (13) die. elektrische Signalleitung für Temperatur- und Endabschaltung zur Elektronik hin, (14) den Entlüftungsschlauch.
• Die Abb. 2 zeigt die schematische Funktionsweise des beschriebenen Kollektors als Wohnwagenkollektor.
• Der Temperaturschalter (11) misst die Temperatur T1 im Kollektor und vergleicht sie mit der manuell eingestellten Temperetur T2 in der Elektronik (15). Sobald T9 æ T2 ist, wird die Pumpe (16) in Betrieb gesetzt, die für eine kurze Zeitspanne Wasser nachliefert. Diese Zeitspanne kann entweder Uber die Hysteresis des Temperaturfühlers oder ein einstellbares Zeitglied erfolgen. Die Entnahme des Warmwassers geschieht über den Hahn (17).
• Die Abb. 3 zeigt den Füllstandsregler, der bei der manuellen Regelung des Kollektors eingesetzt wird. Er funktioniert nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren. Dabei stellt (8) den wassergekühlten Kollektor schlauch dar, (9) den Auslaufschlauch,der mit dem höhenverstellbaren Rohr (10) im Regler verbunden ist. Im Kollektor (8) stellt sich automatisch die Füllhöhe ein, die durch den oberen Rand des Rohres (10) definiert ist. Das Rohr (10) befindet sich im Inneren des Reglertopfes (11), auf dessen Grund das Wasser Uber den Abfluss (12) wegfliesst.

Claims (10)

1. Paten tansprOche Kombinierter Sonnenenergiesammler und -speicher, d a d u r c h g g e k e n n z e i c h n e t, dass ein in einem gut thermisch isolierten Kasten eingebetteter Kunststoffkollektor über eine manuelle oder automatische Regelung kontinuierlich sein Fülivolumen in Funktion der Sonneneinstrahlung ändert, wobei der oder die Deckel des Kastens als klappbare Spiegel ausgebildet sind und entweder automatisch oder manuell so positioniert werden, dass auf dem Kollektor eine erhöhte Sonnenenergiedichte anfällt und dass diese Deckel nachts oder während Schlechtwetterperioden die Deckfläche des Isolierkastens bilden.
2. 2. Kombinierter Sonnenenergiesammler und -speicher nach Anspruch 1), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die automatische Änderung des.Fülivolumens über einen Tempsraturfühler im Kollektor und dem elektronischen Vergleich der so gemessenen Temperatur mit einer wählbaren Referenztemperatur geschieht, wobei die Komparatorschaltung automatisch die Kaltwasserzufuhr in den Kollektor in Funktion der Tempsraturhysteresis des Fühlers im Kollektor regelt.
3. 3. Kombinierter Sonnenenergiesammler und -speicher nach Anspruch 1) und 2), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass als Regelgrösse anstatt der Schalthysteresis des Fühlers ein einstellbares Zeitglied benutzt wird.
4. 4. Kombinierter Sonnenenergiesammier und -speicher nach Anspruch 1), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Isolierkasten von einer oder mehreren transparenten Schichten abgedeckt ist.
5. 5. Kombinierter Sonnenenergiesammler und -speicher nach Anspruch 1) und 4), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass sich an der Oberfläche des Kunststoffkollektors ein Fühler befindet, der bei Erreichen der Sollfllhöhe automatisch die Wasserzufuhr unterbricht.
6. 6. Kombinierter Sonnenenergiesammler und -speicher nach Anspruch 1), 4), 5), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Füllstandsregelung über ein Regelgefäss geschieht, wobei dies nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren arbeitet und die variable Füllhöhensinstellung erlaubt.
7. 7. Kombinierter Sonnenenergiesammler und -speicher nach Anspruch 1), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass an den Oberkanten des Isolierkastens drehbar gelagert ein oder mehrere Spiegel flächen angebracht sind, die entweder manuell oder automatisch gedreht werden können.
8. 8. Kombinierter Sonnenenergiesammler und -speicher nach Anspruch 1) und 7), d a d u r e h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Spiegelflächen rückseitig gut wärmeisoliert sind und im zugeklappten Zustand die isolierende Oberseite des Kollektors bilden.
9. 9. Kombinierter Sonnenenergiesammler und -speicher nach Anspruch 1), d a d u r c h g e k e n n z e i c h p e t, dass. der Kollektor schlauch oben transparent, unten dunkel absorbierend ausgebildet ist.
10. 10. Kombinierter Sonnenenergiesammler und -speicher nach Anspruch 1) und 9), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass sich auf der Oberseite des Kollektors ein Entlüftungsschlauch befindet, durch den sich eventuell bildende Luftblasen entweichen können.