DE2832545A1

DE2832545A1 - Sonnenkollektor mit profilierter abdeckung

Info

Publication number: DE2832545A1
Application number: DE19782832545
Authority: DE
Inventors: Manfred Prof Dr Ing Kuenzel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-07-25
Filing date: 1978-07-25
Publication date: 1980-02-07

Description

Sonnenkollektor mit profilierter Abdeckung
Die Erfindung bezieht sich auf einen Sonnenkollektor mit profilierter Abdeckung, der mit einer reflexionshemmenden, profilierten Abdeckung ausgerüstet ist. Diese Art des Sonnenkollektors garantiert, daß totale Reflexion der einfallenden Strahlung nicht zustandekommt und die Spiegelungsverluste kleiner werden als bei Sonnenkollektoren mit Flachabdeckung. Damit steigt der Gesamttageswirkungsgrad des Sonnenkollektors.
Sonnenkollektoren sollen den Hauptteil des Strahlungsspektrums der einfallenden Sonnenenergie in Wärme umwandeln und diese möglichst mit hohem Wirkungsgrad an ein fluides Transportmittel austauschen. Zur Erzielung eines hohen Wirkungsgrades sollen Sonnenkollektoren nach Möglichkeit folgende Eigenschaften besitzen: Kleine Reflexion im gesamten Spektralbereich der Sonnenstrahlung = = 0,3 bis 2 um) Hohe Absorption im gesamten spektralen Bereich der Sonnenstrahlung (Absorptionskoeffizient des Absorbers aA = 0,9) Geringe Emission im Bereich der Wärmestrahlung ( = 3 bis 30 um) (Emissionskoeffizient des Absorbers £A = 0,2) Geringe Wärmeverluste durch Wärmeleitung und Konvektion an die Umgebung Geringe Wärmekapazität In diesem Zusammenhang versteht man unter einem selektiven Absorber einen solchen, der im Bereich des Sonnenspektrums eine hohe Absorption und im Bereich der Wärmestrahlung eine große Reflexion besitzt.
Die Abdeckung der Sonnenkollektoren soll wie ein selektiver Filter ausgebildet werden, der eine hohe Transmission für die einfallende Sonnenstrahlung und eine hohe Reflexion für die von der Fläche des Absorbers ausgehende Wärmestrahlung aufweist. Es wurden Techniken entwickelt, um bei Glas durch Oberflächenbehandlung eine Reflexionsminderung zu erzielen (z.B. Thomson, 1951).
Das Reflexionsvermögen für Sonnenlicht einer einzeln unbehandelten Glasoberfläche beträgt 0,043 (Brechungszahl n = 1,526) und zwar für die einfache Abdeckung und für den Einfallswinkel s = 00. Für die zweifache Abdeckung und Einfallswinkel e = 600 betragen die Reflexionsverluste schon 24. Eine Oberflächenbehandlung des Glases durch chemisches Ätzen kann die Reflexionsverluste auf ungefähr 0,02 reduzieren. Eine Zunahme der Durchlässigkeit kann das thermische Betriebsverhalten eines Flachkollektors wesentlich verbessern. Allerdings sind die Kosten einer Oberflächenbehandlung des Glases im großen Stile derzeit noch unbekannt. Die Zeitstandfestigkeit dieser Schichten ist allerdingsricht groß.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sonnenkollektorart zu schaffen, bei der die G e s a m t v e r 1 u s t e - und zwar im Verlauf des ganzen Tages - niedriger liegen als bei den herkömmlichen Ausführungen.
Theoretische Grundlage für die Erfindung stellt die Fresnellsche Formel dar. Diese beschreibt die Änderung des Reflexionsgrades in Abhängigkeit vom Einfallswinkel der auffallenden Strahlung und von der Brechungszahl des Abdeckmaterials. Die auftreffende Strahlung wird an der Oberfläche polarisiert, Die Fresnellsche Gleichung ist in Figur 1 dargestellt.
Die untere ausgezogene Kurve ist derjenige Anteil der reflektierten Strahlung, die zur Einfallsebene polarisiert wird. Die obere ausgezogene Kurve stellt den Anteil dar, der in der Einfallsebene pdarisiert wird.
Die mittlere gestrichelte Kurve ist der Durchschnittswert der beiden Komponenten. Figur 2 in Verbindung mit Figur 1 veranschaulicht, daß schon bei kleinam Winkel ß die bemerkbare Verminderung von Spiegelungsverlusten eintritt. Aus Figur 2 ist weiter erkennbar, daß ein Teil der reflektierten Strahlung (siehe die reflektierten Bruchteile e1r, 82ru) von einer schiefen Ebene die gegenüberliegende trifft und teilweise durchdringt. Dadurch kommt es wieder zu einer weiteren Steigerung des Wirkungsgrades.
Wenn der Sonnenkollektor zweckmäßigerweise mit einer profilierten Abdeckung versehen ist, werden die Reflexionsverluste besonders in Früh- und Spätstunden vermindert. Dadurch wird eine wesentlich größere Ausbeute der Sonnenstrahlung im Tagesdurchschnitt erzielt.
Diese Bauweise bietet auch eine Reihe anderer Vorteile: Größere Stabilität und Bruchsicherheit der Abdeckung und infolgedessen die Möglichkeit, mehrere Kollektoren mit einer Abdeckung zu versehen.
Durch Profilierung ist es möglich, eine kleinere Wandstärke zu wählen, dadurch sinkt die Speicherkapazität der Abdeckung, was wiederum die Absenkung der Wärmeübertragung an die Umgebung bedeutet.
Die Profilierung ermöglicht die beliebige Erweiterung der Abdeckung durch einzelne Elemente.
Der übliche Abdichtrahmen kann dadurch entfallen.
In der Zeichnung sind AusFührungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes vereinfacht dargestellt.
Es zeigt: Figur 1: Diagramm - Spiegleungsverlust am Glas von der Brechungszahl n = 1,5 in seiner Abhängigkeit vom Einfallswinkel 01.
Hierbei r, t - Reflexions- und Transmissionsgrad (gilt für Absorptionsgrad a = 0).
Figur 2: Profilierte Abdeckung.
Figur 3: Diagramm - Minderung der Reflexionsverluste durch profilierte Abdeckung.
Figur 4: Sonnenkollektor mit profilierter Abdeckung.
Figur 5: Sonnenkollektor mit profilierter Abdeckung als Dach- oder Wandelement, Figur 6: Multipyramiden- oder Multikegel-Formen der Abdeckung.
Figur 7: Abdeckung im Schnitt: a. scharfkantig b. abgerundet mit Radius r c. flach abgestumpft

Claims

P A T E N TA N SPRÜCHE 1. Sonnenkollektor mit profilierter Abdeckung dadurch gekennzeichnet, daß er durch die profilierte Abdeckung kleinere Reflexionsverluste und dadurch bessere Ausbeute der einfallenden Sonnenstrahlung in einem Tagesablauf garantiert.
2. Sonnenkollektor mit profilierter Abdeckung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einer Abdeckung (1), einem Absorber(2), einer Isolierung (3) und einem Rahmen (4) besteht.
3. Sonnenkollketor mit profilierter Abdeckung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die profilierte Abdeckung (1) gleichzeitig den üblichen Abdichtrahmen ersetzen und gleichzeitig mehrere Kollketoren abdecken kann.
4. Sonnenkollektor mit profilierter Abdeckung nach den Ansprüchen 1, 2, 3, dadurch gekennzeichnet, daß er als Dach- oder Fassadenelement angewendet werden kann.
5. Sonnenkollektor mit profilierter Abdeckung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einer oder mehreren Abdeckungen bestehen kann.
6. Sonnenkollektor mit profilierter Abdeckung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß er in Multipyramiden- oder Multikegel-Form, deren Spitzen nach außen gerichtet sind, gebaut werden kann, siehe Figur 6.
7. Sonnenkollektor mit profilierter Abdeckung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Falten-, Multipyramiden-oder Multikegel-Abdeckung mit dem Spitze- oder Fußwinkel versehen sind, Siehe Figur 7.
8. Sonnenkollektor mit profilierter Abdeckung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Spitze- oder Fußwinkel scharfkantig (siehe Figur-7a), abgerundet mit Radius r (siehe Figur 7b) oder flach abgestumpft (siehe Figur 7c) ist.
9. Sonnenkollektor mit profilierter Abdeckung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung des Kollektors aus einer flachen und einer profilierten Abdeckung bestehen kann, wobei eine variable Reihenfolge möglich ist.