DE2804496A1

DE2804496A1 - SOLAR PANEL

Info

Publication number: DE2804496A1
Application number: DE19782804496
Authority: DE
Inventors: Yves Surrel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-02-04
Filing date: 1978-02-02
Publication date: 1978-08-10
Also published as: LU78991A1; IT1102956B; FR2379777B1; IT7812443A0; FR2379777A1; NL7800813A; DK21478A; BE863417A

Description

Yves Surrel in Meyzieu/FrankreichYves Surrel in Meyzieu / France

SonnenkollektorSolar collector

Die Erfindung bezieht sich auf einen Sonnenkollektor nach dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1, der insbesondere zur Deckung des Wärmebedarfs in Haushalt und Gewerbe herangezogen werden kann, z. B. zur Bereitung von Heißwasser für die Raumheizung und/oder sanitäre Zwecke.The invention relates to a solar collector according to the preamble of claim 1, which is in particular for Covering the heating requirements in households and businesses can be, e.g. B. for the preparation of hot water for space heating and / or sanitary purposes.

Die bekannten Sonnenkollektoren für diesen Zweck enthalten in einem Trog einen Behälter geringer Dicke, worin eine wärmetransportierende Flüssigkeit umläuft. Diese speist in geschlossenem Kreislauf einen Wärmetauscher und dient zur Speicherung der Sonnenenergie, die durch ein Deckglas aufThe known solar collectors for this purpose contain in a trough a container of small thickness, in which one heat-transporting liquid circulates. This feeds a heat exchanger in a closed circuit and is used for Storage of solar energy, which is based on a cover slip

die mit einer absorbierenden Schicht aus Ruß bedeckte Oberfläche des Behälters einfällt.the surface of the container covered with an absorbent layer of carbon black collapses.

Es läßt sich feststellen, daß die in dem Behälter enthaltene Flüssigkeit keine homogene Temperatur hat, weil der im Wärmetauscher abgekühlte Flüssigkeitsstrom den Behälter auf dem kürzesten Wege zu durchqueren sucht und seine Turbulenz eine Verdrängung der auf hoher Temperatur befindlichen Flüssigkeitsmassen nach Behälterzonen begünstigt,It can be seen that the liquid contained in the container does not have a homogeneous temperature because of the The liquid flow cooled in the heat exchanger tries to traverse the container by the shortest route and its turbulence a displacement of those at high temperature Liquid masses favored by tank zones,

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wo sie die Tendenz zu bleiben haben und so dem Wärmetauscher die von ihnen aufgenommene Energie nicht zufuhren, wodurch die Wärmeausnutzung verringert wird.where they have the tendency to stay and thus do not supply the heat exchanger with the energy they have absorbed, whereby the heat utilization is reduced.

Eine weitere Verschlechterung der Wärmeausnutzung kommt davon her, daß die Rückseite des Behälters Infrarotstrahlen abgibt. Man hat bisher versucht, diese Wärmestrahlung mittels eines Reflektors, der im allgemeinen aus einer Farbschicht mit hohem Reflexionsvermögen besteht, zum Behälter zurückzusenden. Die Verluste konnten aber nur teilweise eingedämmt werden und infolgedessen haben solche Sonnenkollektoren im allgemeinen einen schlechten Ruf.Another deterioration in heat efficiency comes from the fact that the back of the container has infrared rays gives away. Attempts have been made so far to reduce this thermal radiation by means of a reflector, which generally consists of a layer of paint with high reflectivity is to be sent back to the container. The losses could only partially and as a result, such solar panels generally have a bad reputation.

Der im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zu Grunde, einen Sonnenkollektor bereitzustellen, der trotz einfachen Aufbaus einen besseren Wirkungsgrad als bisher hat.The specified in the characterizing part of claim 1 invention Accordingly, the object is to provide a solar collector, which despite a simple structure has better efficiency than before.

Es läßt sich zeigen, daß der neue Sonnenkollektor unter sonst gleichen Bedingungen doppelt so viel Energie wie ein Kollektor bekannter Art liefert.It can be shown that the new solar collector under otherwise the same conditions twice as much energy as a collector of known type supplies.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beschrieben. Hierin sindAn embodiment of the invention is described below with reference to the drawing. Are in it

Fig. 1 ein Längsschnitt des neuen Sonnenkollektors,Fig. 1 is a longitudinal section of the new solar collector,

Fig. 2 eine Draufsicht des Flüssigkeitsbehälters nach Abnahme der Deckplatte,2 shows a plan view of the liquid container after the cover plate has been removed,

Fig. 3 ein Querschnitt längs der Linie II-II in Fig. 2FIG. 3 shows a cross section along the line II-II in FIG. 2

und
Fig. 4 ein Längsschnitt längs der Linie III-III in Fig. 2.and
FIG. 4 shows a longitudinal section along the line III-III in FIG. 2.

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Wie Fig. 1 erkennen läßt, befindet sich das ganze Gerät in einem Trog 2, der durch allseitiges tiberformen eines Kerns 1 aus Polyurethanschaumstoff mit Glasgewebe entstanden ist. Beim Ausformen sind verschiedene Ansätze und Vorsprünge an den Innenseiten und dem Boden des Troges entstanden. An der Oberkante des Troges 2 befindet sich zunächst eine Schulter 3 zur Auflage einer Glasscheibe 4, dann etwas weiter unten eine zweite Schulter 5 zur Auflage einer weiteren Scheibe 6; zwischen beiden bleibt eine Luftschicht 7 frei. Danach kommt eine dritte Schulter 8, auf die sich der ganze Umriß des Flüssigkeitsbehälters 9 stützen kann. Schließlich sind noch Ansätze IO und 10' am Boden des Troges 2 vorgesehen, um den Reflektor 11 unter Zwischenlage einer isolierenden Luftschicht 12 zu tragen.As Fig. 1 shows, the whole device is located in a trough 2, which was created by molding a core 1 made of polyurethane foam with glass fabric on all sides is. When molding, there are various approaches and protrusions on the inside and bottom of the trough developed. At the top of the trough 2 there is initially a shoulder 3 for supporting a pane of glass 4, then a little further down a second shoulder 5 to support another disk 6; remains between the two an air layer 7 free. Then comes a third shoulder 8 on which the entire outline of the liquid container is located 9 can support. Finally there are approaches IO and 10 ' provided at the bottom of the trough 2 to the reflector 11 with the interposition of an insulating air layer 12 to wear.

Die obere Glasscheibe 4 wird von einem Fensterrahmen 13 mit einem Silikonkitt 14 festgehalten. Die untere Glasscheibe 6 ruht über eine elastische Dichtung 15 auf der Schulter 5. Zwischen den beiden Scheiben 4 und 6 befindet sich eine Zelle 16, um die Einstrahlung zu überwachen.The upper glass pane 4 is held in place by a window frame 13 with a silicone cement 14. The lower pane of glass 6 rests on the shoulder 5 via an elastic seal 15. Located between the two disks 4 and 6 a cell 16 to monitor the radiation.

Wie aus Fig. 1 weiter hervorgeht, bildet der Behälter 9 mit seinen Zu- und Ableitungsrohren 17 und 18 ein einheitliches Gebilde, dessen Anschluß an die Verbindungsrohre mit dem Wärmetauscher außerhalb des Gehäuses vorgenommen werden kann.As can also be seen from FIG. 1, the container 9 with its inlet and outlet pipes 17 and 18 forms a single unit Structure whose connection to the connecting pipes with the heat exchanger is made outside the housing can be.

Fig. 2 zeigt das Innere des Behälters 9. Der Innenraum wird durch parallele Stege 19 in einzelne Kammern 21 aufgeteilt, die über am Rand befindliche Freiräume 20 von etwa gleicher Breite wie die Kammern 21 miteinander in Verbindung stehen. Diese Stege kanalisieren die wärmetragende Flüssigkeit und zwingen sie, unabhängig von denFig. 2 shows the interior of the container 9. The interior is divided into individual chambers 21 by parallel webs 19, the free spaces 20 located on the edge of approximately the same width as the chambers 21 with each other in Connected. These webs channel the heat-carrying liquid and force it, regardless of the

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Druck- und Temperaturverhältnissen eine konstante Entfernung zwischen Einlaß 17 und Auslaß 18 zurückzulegen, so daß sie so viel Wärmeenergie wie möglich auf ihrer Bahn aufnehmen können.To cover a constant distance between inlet 17 and outlet 18 under pressure and temperature conditions, so that they can absorb as much thermal energy as possible on their path.

Fig. 3 und 4 zeigen Schnitte des Behälters 19 und lassen erkennen, daß er außerordentlich flach ist und daß seine Außenflächen vollkommen eben sind.3 and 4 show sections of the container 19 and show that it is extremely flat and that his Outside surfaces are perfectly flat.

Selbstverständlich ist die gesamte Außenfläche des Behälters in bekannter Weise mattschwarz, (z. B. mit Ruß bedeckt), um die Absorption der Sonnenstrahlen zu beschleunigen. Of course, the entire outer surface of the container is matt black in a known manner (e.g. with soot covered) to accelerate the absorption of the sun's rays.

Der in den Trog 2 eingeschlossene Behälter und Aufnehmer 9 empfängt die Sonnenstrahlen von einer Wellenlänge zwischen 0,3 und 0,4 ,um, die ohne Schwierigkeiten die beiden Glasscheiben 4 und 6 durchqueren. Der schwarze Überzug der Oberseite des Behälters absorbiert diese Strahlungsenergie, verwandelt sie in Wärmeenergie und gibt diese an das obere Deckblech des Behälters aus Stahl und an die wärmeübertragende Flüssigkeit ab. Diese wird dann von einer Pumpe, welche durch den Fotowandler 16 eingeschaltet wird, in Umlauf versetzt. Die Flüssigkeit trifft auf die Stege 19 und wird gezwungen, unabhängig von ihrer Vorgeschichte einen maximalen und konstanten Weg zurückzulecien. So ergibt sich eine Zwangsführung über die ganze Fläche des Behälters, welche die Erwärmungsfähigkeit der Flüssigkeit vermehrt, weil diese eine größere Fläche bestreicht und dadurch mehr Wärme aufnimmt.The container and receptacle 9 enclosed in the trough 2 receives the rays of the sun at one wavelength between 0.3 and 0.4 μm, which pass through the two panes of glass 4 and 6 without difficulty. The black one Covering the top of the container absorbs this radiant energy, converts it into thermal energy and releases it to the upper cover plate of the steel container and to the heat-transferring liquid. This is then carried out by a Pump, which is switched on by the photo converter 16, is set in circulation. The liquid hits the webs 19 and is forced to lecien a maximum and constant path back regardless of their previous history. So results a forced guidance over the entire surface of the container, which increases the heating capacity of the liquid, because it covers a larger area and thus absorbs more heat.

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Gleichzeitig gibt jedoch der Aufnehmer und Behälter eine infrarote Strahlung mit größerer Wellenlänge von ungefähr 4 /um ab. Einerseits wird diese Strahlung von den beiden Glasscheiben 4 und 6 aufgehalten, die seinen Durchgang teilweise verhindern; andererseits fällt diese Wärmestrahlung auf den Reflektor 11 und wird von diesem zum Behälter zurückgeworfen, wo sie von neuem absorbiert wird. Infolgedessen wird die empfangene Energie nahezu vollständig von dem Behälter und Aufnehmer geschluckt, der nur in einem schmalen ümfangsbereich mit dem Trog 2 in Berührung steht und infolgedessen sehr wenig Energie durch Wärmeleitung verliert.At the same time, however, the transducer and container are one infrared radiation with a longer wavelength of about 4 / µm. On the one hand, this radiation is from the two Glass panes 4 and 6 held up, which partially prevent its passage; on the other hand, this thermal radiation falls on the reflector 11 and is thrown back by this to the container, where it is absorbed again. Consequently the received energy is almost completely swallowed up by the container and receiver, which are only in one Narrow circumferential area is in contact with the trough 2 and consequently loses very little energy through conduction.

Da die beiden Hauptflächen des Aufnehmers eben und ohne Rauhigkeiten geblieben sind, ist die Emissionsfläche nur zweimal so groß wie die Aufnahmefläche, während die Aufnehmer aus Wellblech eine Emissionsfläche besitzen, die größer als das Doppelte der Aufnahmefläche ist; da man nicht alle von dem Aufnehmer abgegebenen Infrarotstrahlen unterdrücken kann, erhöhen sich dadurch die Verluste.Since the two main surfaces of the transducer have remained flat and without roughness, the emission surface is only twice as large as the recording area while the transducer made of corrugated iron have an emission surface that is greater than twice the receiving surface; because one cannot suppress all of the infrared rays emitted by the sensor, this increases the losses.

Die angegebene Konstruktion ergibt also eine maximale Unterdrückung der Strahlungsverluste, die Verluste durch Konvektion sind sehr begrenzt, der Empfänger und Aufnehmer wird von einem sehr trockenen Luftpolster umgeben und die Doppelverglasung, die ebenfalls eine sehr trockene Luftschicht einschließt, begrenzt die Konvektion nach vorn. Die Konvektion nach hinten wird durch die Schaumstoffschicht 1 hervorragend unterdrückt. Auch die Wärmeleitungsverluste werden weitgehend verhindert, denn der Aufnehmer besitzt nur eine minimale Berührungsfläche mit dem TrogThe specified construction thus results in a maximum suppression of the radiation losses, the losses through Convection are very limited, the receiver and transducer are surrounded by a very dry air cushion and the Double glazing, which also includes a very dry layer of air, limits convection to the front. The backward convection is superbly suppressed by the foam layer 1. Also the heat conduction losses are largely prevented because the sensor has only a minimal contact surface with the trough

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Tin Ferechnuncrsbei spiel bestätint din nit dem beschriebenen Aufnehmer erzielbare Leistunasverbesseruna.The Ferechnuncrsbei game confirms the described Performance improvement achievable by the transducer.

Die Wärmeenergie, die. man mittels eines schwarzen Körrers in der Stratosphäre aus der Sonnenstrahlung entnehmen kann, betrrot etwa 1,4 kW; in der Höhe der Erdoberfläche wird ein Teil dieser Tnercrie durch die. Luftschicht abgeschirmt. In der Höhe O v^Terden mindestens 25% des Spektrums nicht mehr durchgelassen; demnach errribt sich eine theoretische Leistung in der Höhe 0 des Trdbodens von unaefähr 1,05 kW, abqerundet 1 kW. Damit kann man folgende Bilanz aufstellen:The thermal energy that. one can see from the solar radiation by means of a black body in the stratosphere, it amounts to about 1.4 kW; at the level of the earth's surface a part of this temperature is caused by the. Shielded air layer. At height O v ^T, at least 25% of the spectrum is no longer allowed to pass; this results in a theoretical power at the height of 0 of the floor of approximately 1.05 kW, rounded down to 1 kW. This allows the following balance to be drawn up:

Theoretische Leistuna 1 000 WTheoretical power 1 000 W

Verlust heim Durchhang durch dieLoss of slack through the

erste Glasscheibe PO XVfirst glass pane PO XV

Verlust beim Durchhang durch dieLoss of slack due to the

zveite Ciasscheibe 74 Wsecond disc 74 W

Verlust am schwarzen Körper 34 W Black body loss 34 W

Theoretische Leistuna des Aufnehmers 812 V Verlust durch Reemission des Aufnehmers 2,9 W je Grad Temperaturerhöhung über die Umgebungstemperatur.Theoretical power of the transducer 812 V Loss due to re-emission of the transducer 2.9 W per degree temperature increase above the ambient temperature.

Berechnungsbeispiel für die verfücrbare Energie:Calculation example for the available energy:

Hypothese: Hypothesis :

Wolkenloser Himmel; Bodentemperatur 0°;Clear sky; Soil temperature 0 °;

Höhe Null Meter; Ausgangstemperatur des Aufnehmers 80° C.Height zero meters; Initial temperature of the transducer 80 ° C.

Folgerung:Conclusion:

Theoretische Leistuna £12 WTheoretical power £ 12 w

Verlust des Aufnehmers 2,9 VJ χ RO° 232 W Loss of transducer 2.9 VJ χ RO ° 232 W

Verfüabare Leistuna 580 WAvailable power 580 W

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Vergleich mit einem bekannten Aufnehmer ohne reflektor und mit Einfachverglasuna:Comparison with a known transducer without a reflector and with single glazing:

Theoretische Leistuna 1 OOO WTheoretical performance 1 OOO W

Durchgangsverlust an der Glasscheibe BO WLoss of passage on the glass pane BO W

Verlust des schwarzen Körpers 37_ JJLoss of the black body 37_ JJ

Theoretische Leistuncr des Aufnehmers PP3 wTheoretical performance of transducer PP3 w

In diesem Falle beträgt jedoch der Verlust durch T>eemission 7,5 W je Grad Temperaturerhöhung über die Umcrebungstemperatur. In this case, however, the loss due to T> eemission 7.5 W per degree increase in temperature above the ambient temperature.

Berechnungsbeispiel für die verfügbare Fneraie:Calculation example for the available outdoor area:

Hypothese; Hypothesis ;

Wolkenloser Himmel, Bodentemperatur 0°, Höhe Null Meter: Aiiscranastemperatur des Aufnehmers BO⁰C.Cloudless sky, ground temperature 0 °, height zero meters: Aiiscrana temperature of the sensor BO ⁰ C.

Folgerung: Conclusion :

Theoretische Leistung RP3 T'⁷ Theoretical performance RP3 T ' ⁷

Verlust des Aufnehmers 7,5 W χ P0° 600 WLoss of transducer 7.5 W χ P0 ° 600 W

Verfügbare Leistunw 2P3 WAvailable power 2P3 W

Daraus ergibt sich, daß der beschriebene Sonnenkollektor einen doppelt so hohen Wirkungsgrad wie ein Sonnenkollektor bekannter Art besitzt. Er ermöglicht es, sehr hohe Temperaturen mit einem Wirkungsgrad von mehr als 50 % zu erzielen. Er kann also auch in sehr kalten, aber sonniaen f.eaendon eingesetzt v/erden.It follows that the solar collector described is twice as efficient as a solar collector of a known type. It enables very high temperatures to be achieved with an efficiency of more than 50%. So it can also be used in very cold, but sonniaen f.eaendon used v / earth.

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Claims

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Yves Surrel in Rieyzieu / France

Claims

Γΐ ο solar collector with a radiation receiver and absorber through which a heat-transporting medium flows and is arranged behind a glazing in a heat-insulating trough, characterized in that the trough (2) is formed from glass fiber fabric on a core (1) made of polyurethane foam, which is wrapped on all sides with several layers of glass fiber fabric, that the open side of the trough (2) is covered with two unsealed glass panes (4, 6) between which an air layer is enclosed, and daP. A reflector (11) made of polished metal is arranged below the sensor (9) at a short distance from the bottom of the trough (2).

2. Solar collector according to claim 1, characterized in that on the inside of the trough (2) narrow shoulders (3, 5, 8) are formed, which are used to hold the two glass panes (4, 6) and the sensor (9), and that projections (10) for supporting the reflector (11) are provided at the bottom of the trough.

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3. Solar collector according to claim 2, characterized in that that is between the glass panes (4, 6) and the shoulders (3, 5) thermal insulation (14, 15) are located.

4. Solar collector according to claim 1, characterized in that dan the transducer (9) consists of two steel sheets, zv / ischen those Steae (19), which form flow obstacles for the heat transfer medium, parallel to two side edges of the transducer are arranged.

5. Solar collector according to claim 4, characterized in that that the webs (19) extend from one side of the transducer (9) to the other, but at their ends a paum Leave (20) free, which is approximately the same as the space (21) between adjacent webs.

6. Solar collector according to one of the preceding claims, characterized in that the supply and M> Leituncren (17, IF) of the heat-transferring medium, which is necessary for the connection with one Serve heat exchangers with the transducer (9) are firmly connected.

7. Solar collector according to claims 1 and 2, characterized in that that the projections (19) on the bottom of the trocies (2), on which the reflector (11) rests, zv / ischen this and leave a layer of air at the bottom of the trough.

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