DE2708499A1

DE2708499A1 - Sonnenkollektor mit jahreszeitlicher regelung der mittelebene des spiegels

Info

Publication number: DE2708499A1
Application number: DE19772708499
Authority: DE
Inventors: Nichtnennung Beantragt
Original assignee: SCHMIEDER GEB STEFFENS GERTRUD
Current assignee: SCHMIEDER GEB STEFFENS GERTRUD
Priority date: 1977-02-26
Filing date: 1977-02-26
Publication date: 1978-08-31
Also published as: DE2708499C3; DE2708499B2

Description

Sonnenkollektor mit jahreszeitlicher Regelung der Mittelebene
des Spiegels Die Erfindung betrifft einen Sonnenkollektor bestehend aus einem zylindrischen Parabolspiegel und einem mit einem Heizmedium gefüllten Absorberrohr, daß in der Brennlinie des Parabolspiegels angeordnet ist.
Es sind Sonnenkollektoren mit flächenartigen Absorbern bekannt, bei denen sich das aufzuheizende Medium direkt unter der gegebenenfalls geschwärzten Absorberfläche befindet.Derartige Kollektoren sind im allgemeinen fest installiert und können nicht nach dem jeweiligen Sonnenstand ausgerichtet werden. Das Heizmedium wird bei diesen Kollektoren im allgemeinen daher nur auf geringe Temperaturen aufgeheizt. In der DT-03 1 476 717 wird dagegen ein Sonnenkollektor beschrieben, der bereits einen größeren Wirkungsgrad aufweist. Dieser Kollekttor besteht aus einem Parabolring mit Aussenverspiegelung und einem innerhalb der Brennlinie um den Spiegel herumlaufenden Wärmeträgerrohr. Dieser ringförmige Sonnenkollektor ist jedoch technisch sehr aufwendig. Auch der Wirkungsgrad dieses Kollektors ist noch nicht ausreichend hoch genug, da ein Teil des kreisförmigen Parabolspiegels immer im Schatten liegt.
Aufgabe der Erfindung ist es,einen Sonnenkollektor einfacher Bauart zu schaffen, der ein Maximum an Sonnenenergie auf fängt und absorbiert. Der Sonnenkollektor soll einen hohen Wirkungsgrad aufweisen, eine hohe Aurheizung des Heizmittels zulassen und wenigstens teilweise auch die difruse Sonnenstrahlung ausnutzen.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Parabolspiegel hinsichtlich seiner Mittelebene in West- Ost-Richtung ausgerichtet ist, in Richtung zur Sonne hin schwenkbar ist, das Absorberrohr von mindestens einem lichtdurchlässigen Schutzrohr umgeben ist.und daß das Verhältnis d zu b gleich 1-5 zu 11 beträgt, wobei d für den Durchmesser des Absorberrohres und b für die effektive Breite des zylindrischen Parabolspiegels steht.
Der zylindrische Parabolspiegel kann auswechselbar angeordnet sein. Er besteht vorzugsweise aus einer Kunststoffplatte, insbesondere aus Polyacrylester und/ oder Polymethacrylester.
Die Innenseite des Parabolspiegels ist mit einer Spiegelfläche versehen, die z.B. aus einer Aluminiumbedampfung besteht. Der zylindrische Parabolspiegel kann aber auch aus einer Kupferfolie bestehen, die auf der Innenseite versilbert ist. Die Spiegelfläche ist zweckmässig mit einer dünnen durchsichtigenStemperaturbeständigen Lackschicht überzogen.
Das Absorberrohr besteht aus Metall, Kunststoff oder Glas.
Die Aussenrläche des Absorberrohrs ist vorzugsweise mit einer lichtabsorbierenden Schicht ausgerüstet, die die Wärmerückstrahlung weitgehend unterdrückt. Diese Schicht ist für Temperaturen bis 3000C beständig. Besonders geeignet ist z.B.
eine Schwarznickelbeschichtung.
Das Verhältnis des Aussendurchmessers des Absorberrohres zur effektiven Breite des Parabolspiegels ist 1 oder größer als 1 zu Ii Bei dieser Bedingung wird erreicht, daß der Brennpunkt der Sonne immer auf dem Absorberrohr liegt, sofern die Mittellinie des Parabolspiegels zur Sonne ausgerichtet ist. Besonders bevorzugt sind Verhältnisse von d zu b = 1-3, insbesondere 1-2 zu 11. Als praktische Größe hat sich z. B. ein Sonnenkollektor mit einem Absorberdurchmesser von 6cm und einer effektiven Spiegelbreite von65 cm ergeben. Das Absorberrohr könnte jedoch bei einer effektiven Spiegelbreite von 65cm aber auch einen größeren Durchmesser als 6cm aufweisen. Ein Absorberrohrdurchmesser von mehr als 30cm bei einer effektiven Spiegelbreite von 65cm wäre jedoch unwirtschaftlich.
Das Absorberrohr ist von mindestens einem lichtdurchlässigen Schutzrohr ummantelt. Der licht Abstand des Schutzrohr von der Oberfläche des Absorberrohres beträgt ca. 5-25mm, insbesondere 10-15mm. Das Schutzrohr besteht z.B. aus thermoplastischem Kunststoff. Besonders geeignet sind z.B. Polyester , Polycarbonate bzw. Polytherephthalate . Das Schutzrohr bzw. die Schutzrohre sind jedoch nicht auf die oben angegebenen Kunststoffmaterialien beschränkt. Die Innenfläche des Schutzrohrs kann mit einer nfrarotstrahlen reflektierenden Schicht belegt sein. Geignet dafür ist z.B. eine Indiumbeschichtung.
Der Raum zwischen dem Schutzrohr und dem Absorberrohr ist zweclmäßigerweise luftdicht abgeschlossen. Der Raum kann auch evakuiert sein. Es hat sich auch als zweckmäßig erwiesen diesen Raum mit einem Schutzgas z.B. Kohlendioxyd zu füllen. Durch den das Absorberrohr umgebenden Raum wird z.B. erreicht, daß die Wärmeleitung und die Wärmekonvektion vernachlässigbar klein sind und die Schwarznickelschicht auf der Oberfläche des Absorberrohres vor Nässe und Verunreinigungen geschützt wird.
Das Absorberrohr ist mit einem an sich bekannten Heizmittel z.B. ol oder Luft gefüllt.Es werden bevorzugt Heizmittel eingesetzt, die bei Temperaturen bis mindestens'3000C beständig sind. Besonders geeignet ist Silikonöl, das zur Erhöhung der Wärmeaufnahmefähigkeit schwarz eingefärbt sein kann.
Das mit einem Heizmittel gefüllte Absorberrohr kann Uber einen Wärmeaustauscher mit einem Wärmespeicher verbunden sein, an den das aufgeheizte Heizmittel die Wärme abgibt.
Danach fließt das Heizmittel vom Wärmeaustauscher wieder zum Absorberrohr zurück. Der Transport des Heizmittels kann durch eine Pumpe oder durch den Thermosyphoneffekt bewirkt werden. Es besteht aber auch die M6glichkeitdas Heizmittel im Absorberrohr zu verdampfen und im WErmeaustauscher wieder zu kondensieren.
Der zylindrische Parabolsplegel ist mit einer Regeleinrichtung zu. Verschwenken der Mittelebene des Spiegels verbunden. ttber diese Regeleinrichtung wird die Mittelebene so eingestellt, daß sie z.B. am 20. März auf die Sonne gerichtet ist. Von da an wird die Ebene mittels der Regeleinrichtung bis zum 21. Juni um insgesamt 28,50 angehoben, danach bis zum 23. September wieder in die Ausgangsstellung zurückgeschwenkt, dann bis zum 22. Dezember 0 um insgesamt 28,5° aus der Ausgangsstellung nach unten gesenkt und danach bis zum 20, März wieder in die Ausgangsstellung zurück bewegt. Diese Auf- und Abbewegung des Parabolspiegel8 erfolgt nicht in einer zeitlichen GleichmEßigkeit sondern nach einer zeitlichen Sinusfunktion mit der Periode von einem Jahr und der Amplitude von 28,50. Das Anheben bzw. Absenken der Mittelebene des Parabolspiegels, d.h. das Verdrehen des Parabolspiegels zur Sonne kann z.B.
über eine Kreisscheibe vorgenommen werden, die über eine Gelenkstange exzentrisch mit dem Parabolspiegel verbunden ist. Die Drehung der Kreisscheibe kann automatisch über einen Synchronmotor oder von Hand geregelt werden, wobei die Kreisscheibe im Laufe eines Jahres eine volle Drehung vollführt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird durch die folgenden Figuren näher beschrieben.
Die Figur 1 zeigt einen Schnitt durch den Parabolspiegel und das Absorberrohr nebst Schutzrohr.
Die Figur 2 zeigt die Seitenansicht des Parabolspiegels mit der Regeleinrichtung.
Die Figur 3 zeigt den Sonnenkollektor in der Aufsicht.
Die Figur 1 zeigt den von dem Rahmen 7 gehaltenen Parabolspiegel 1 im Schnitt. Die Innenfläche des Spiegels ist mit einer spiegelnden Aluminiumschicht 2 ausgerüstet. In der Brennlinie des llndrlschen Parabolspiegels befindet sich das Absorberrohr 3, das mit dem Heizmittel 6 gefüllt ist.
Das Absorberrohr ist von einem Schutzrohr 5 umgeben. Der Zwischenraum 4 zwischen dem Absorberrohr und dem Schutzrohr ist evakuiert.
Die Figur 2 zeigt die Vorrichtung in der Seitenansicht.Die Stellung der Mittelebene des Sonnenkollektors zur Sonne entspricht etwa der Einstellung des Sonnerücollektors am 20.
März. Die Mittelebene 12 des Spiegels ist gegen die Senkrechte um den Winkel ß ( ß=geographische Breite ) geneigt. Der Parabolspiegel 1, der von dem Rahmen 7 gehalten wird, wird über die Gelenkstange 8, die exzentrisch an der Kreisscheibe 9 angelenkt ist, aus seiner Lage verdreht. Die Kreisscheibe 9 wird über einen Synchronmotor oder ein Uhrwerk gleichmäßig mit der Geschwindigkeit eine Umdrehung pro Jahr angetrieben.
Die Figur 3 zeigt den Sonnenkollektor in der Aufsicht. Das aufzuheizende Medium 6 wird durch die Pumpe 10 in den nicht wiedergegebenen tErmutauscher gefördert und tritt nach Abgabe seiner Wärmeenergie wieder bei der Einlassöffnung 11 in das mit dem Schutzrohr 5 ummantelte Absorberrohr 3 ein.
Mit einem erfindungsgemäßen Sonnenkollektor, der mit einem Parabolspiegel einer effektiven Breite von 65cm und einem Absorberrohr von 6cm ausgerüstet war, wurden Leerlauftemperaturen, d.h.bei Füllung des Absorberrohres mit Luft, bis 2600 C und Leistungen bis 3 kW/h pro Tag.und pro qm erreicht. Der Kollektor zeichnet sich durch seine einfache Konstruktion, Handhabung, Regelung und durch seinen hohen Wirkungsgrad aus.

Claims

Schutzansprllche Sonnenkollektor bestehend aus einem zylindrischen Parabolspiegel und einem mit einem Heizmedium gefüllten Absorberrohr, das in der Brennlinie des Parabolspiegels angeordnet ist, dadurch gekennzeichet, daß der Parabolspiegel hinsichtlioh seiner Mittelebene in West- Ost- Richtung ausgerichtet ist, in Richtung zur Sonne schwenkbar ist, das Absorberrohr von mindestens einem lichtdurchlässigen Schutzrohr umgeben ist und das Verhältnis d zu b = 1 bis 5 zu 11 beträgt, wobei d für den Durchmesser des Absorberrohres und b für die effektive Breite des zylindrischen Parabolspiegels steht.
2. Sonnenkollektor nach Anspruch 1dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von d zu b = 1 bis 3, insbesondere 1 bis 2 zu 11 beträgt.
3. Sonnenkollektor nach Ansprüchen 1 und 2dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Parabolspiegel auswechselbar angeordnet ist und aus einer innenseitiP mit einer Spiegel fläche versehenen Polyacrylester- und/ oder Polymetacrylesterplatte besteht.
4. Sonnenkollektor nach Ansprüchen 1 bis 3,dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Parabolspiegel a; einer auf der Innenfläche versilberten Kupferfolie besteht.
5. Sonnenkollektor nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Absorberrohr aus Metall)Kunststoff oder Glas besteht.
6. Sonnenkollektor nach Ansprüchen 1 bis dadurch gekennzeichnet, daß die Aussenfläche des Absorberrohres mit einer lichtabsorbierenden Schicht, vorzugsweise mit einer Schwarznickelschicht ausgerUstet ist.
7. Sonnenkollektor nach Ansprüchen 1 bis 6'dadurch eekennzeichnet, daß das Schutzrohr aus einem Polyesterkunststofr, Polycarbonatkunststoff oder Polyterephthalatkunststoff besteht und in einem lichten Abstand von ca. 5 - 25 mm, insbesondere 10 - 15 mm zur Absorberoberfläche angeordnet ist.
8. Sonnenkollektor nach Ansprüchen 1 bis 7)dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche des Schutzrohres mit einer die Infrarotstrahlung reflektierenden Schicht versehen ist.
9. Sonnenkollektor nach Ansprüchen 1 bis 8,dadurch rekennzeichnet, daß der Zwischenraum zwischen dem Absorberrohr und dem Schutzrohr mit Kohlendioxyd gefüllt und luftdicht abgeschlossen bzw. evakuiert ist.
10. Sonnenkollektor nach Ansprüchen 1 bis g,dadurch gekennzeichnet, daß das Absorberrohr mit einem Wärmeaustauscher verbunden ist.
11. Sonnenkollektor nach AnsprUchen 1 bis dadurch gekennzeichnet, daß das Heizmittel durch eine Pumpe, einen Ventilator oder durch den Thermosyphoneffekt transportiert wird.
12. Sonnenkollektor nach Ansprüchen 1 bis 11dadurch gekennzeichnet, daß der Parabolspiegel 1 Uber eine Gelenkstange 8 exzentrisch mit einer drehbaren Kreisscheibe 9 verbunden ist.
13. Sonnenkollektor nach Ansprüchen 1 bis 12dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel ß den die Mittelebene des Parabolspiegels mit der Senkrechten bildet mittels einer mit dem Parabolspiegel verbundenen Regeleinrichtung so verändert ( verkleinert bzw. vergrössert ) wird, daß die Mittelebene des Parabolspiegels dem scheinbaren Lauf der Sonne Jahreszeitlich folgt.
14. Sonnenkollektor nach Ansprüchen 1 bis 13dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelebene des Paraböspiegels bei der Installation des Sonnenkollektors auf die Sonne ausgerichtet ist und dann die Mittelebene je nach der Jahreszeit mittels einer Regelvorrichtung angehoben bzw. abgesenkt wird, so daß sie am 21. Juni um 28,50 höher und am 21. Dezember um 28,50 unterhalb der Einstellung vom 20. März liegt.
15. Verfahren zur Aurheizung eines Heizmittels mittels Sonnenenergie mit Hilfe eines Sonnenkollektors gemäß Ansprüchen 1 - 14)dadurch gekennzeichnet, daß das Auf- und Abbewegen des in West- Ost-Richtung ausgerichteten zylindrischen Parabolspiegels nach einer zeitlichen Sinusfunktion mit der Periode von einem Jahr und der Amplitude von 28,50 erfolgt.