DE2833122A1 - Solarkollektor - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

K. SIEBERT G. GRÄTTINGER

Dipl.-Ing.

Dipl.-Ing.. Dipl.-Wirtsch.-Ing.

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Solarkollektor

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Die bekannten Solarkollektoren werden aus vorgefertigten Modulen mit Standardabmessungen gebildet, die beim Einbau entsprechend zusammengefügt werden.

Aus diesem Aufbau ergeben sich drei grundsätzliche Nachteile, nämlich erstens erhöhte Kosten durch die erforderliche Materialmenge, zweitens eine verminderte Leistung der Anlage selbst und drittens eine mangelhafte Ausnutzung der Leistungsfläche des Solarkollektors.

Bezüglich des ersten Nachteils ist in Betracht zu ziehen, daß durch den Aufbau unter Verwendung vorgefertigter Module Rahmen erforderlich sind, die leistungsmäßig ungenutzt bleiben und eine bedeutende Kostensteigerung mit sich bringen.

Um z.B. eine Kollektorfläche von 40 rn zu erhalten, sind 20 Kollektoren von 2 χ 1 m erforderlich, denen 120 m Rahmen entsprechen, während

ρ ein einziger Kollektor von 40 m z.B. 20 χ 2 m nur eine Rahmenlänge von 44 m aufweisen würde, d.h. es ergibt sich eine Ersparnis von (120-44) 76 m Material.

Zu diesem Materialverlust kommt hinzu, daß die Rahmenfläche als ungenutze Fläche angesehen werden muß. Wenn man von einem Abstand von 10 cm zwischen dem Rand der Absorptionfläche und dem Außenrand des Rahmens ausgeht, verwandeln sich die

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76m Rahmen in 7,6 m ungenutzter Fläche, das entspricht 19% der Gesamtfläche der Anlage. Zu diesem Verlust der Nutzungsfläche kommt" noch der Wärmeverlust durch die ungenutzten inneren Rahmenteile hinzu, die ebenfalls einen beträchtlichen Einfluß auf die Gesamtnutzung nehmen. Bei einer Rahmentemperatur von 60° C, einer Umgebungstemperatur von 10 und einer Nutzleistung von 500 Kcal/h„m beträgt der Verlust*

Q/h = F.Ko (ti-tex) - 7,6 χ 10 x (60-10) = 3„800 Kcal/h, wobei F-= Ungenutzte durch die Innenrahmen gebildete Fläche
K = Übertragungskoeffizient in Kcal/h°C und m²

ti= Temperatur des Rahmens tex= Außentemperatur

bedeuten, d.h. 3.800 Kcal/h bedeuten weitere 19% Verlust in Bezug auf die Gesamtwärmegewinnung,

40 m² χ 500 Kcal/h m² = 20.000 Kcal./h_o beträgt.

Weiterhin entsteht wie bereits erwähnt ein Teilverlust der Installationsfläche des Kollektors, weil nur in Ausnahmefällen die Fläche gerade ein Vielfaches der Standardabmessung der Module beträgt, so daß -normalerweise ein Teil der Oberfläche ungenutzt bleibt» Dieses Problem könnt© swar durch Verminderung der Abmessungen der Module

verringert werden, wobei jedoch die weiteren angeführten Nachteile in derselben Proportion erhöht werden wurden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen neuen Aufbau der Solarkollektoren vorzuschlagen, der die vorgenannten Nachteile nieht aufweist und damit eine bessere Nutzung der zur Verfügung stehenden Fläche zuläßt bei gleichzeitiger Kostensenkung in der HersieLlung und Installation.

Zur Lösung ist gemäß der Erfindung vorgeseh.en, einen einzigen Kollektor vorzusehen, der genau der vorgesehenen Fläche entspricht und am Installationsort selbst hergestellt wird, und zwar unter Verwendung von handelsüblichen Elementen wie das Bett aus Isoliermaterial, Eckenbeschläge, Rahmen, Rohre etc. mit entsprechender Kostenminderung.

Das Gewicht der Anlage ist sehr gering, und es wird eine hohe Wärmeleistung erreicht durch die Formgebung, die Anordnung und den erreichten engen Kontakt zwischen der Absorptionsfläche und den Leitungsrohren für das Wärmeaustauschmedium.

Die Anlage kann durch Schwerkraft oder Zwangsumlauf betrieben werden, wobei Korrosionserscheinungen nicht auftreten, so daß Wasser als Wärmeaustauschmedium Verwendung finden kann.

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Der erfindungsgemäße Solarkollektor schafft eine enge Verbindung zwischen allen parallelen Rohren, die der Aufnahme der Sonnenenergie dienen, und Metallbändern.

Diese Metallbänder sind quer zu den Rohren angebracht und berühren diese tangential unter Bildung einer Wellung.

Die Wellung der Metallbänder ist alternativ, so daß ein Band das Rohr an einer Zone kontaktiert und das folgende an der diametral gegenüberliegenden Zone.

Diese Bänder bilden thermische Sammler, die die Wärme den Aufnaherohren des Kollektors zuführen.

Das Band kann gemäß einer Alternativlösung durch gekrümmte Metallplatten ersetzt werden, die in einer Linie hirtereinander angebracht sind und ein Band bilden, in dem die Elemente zwischen drei aufeinanderfolgenden Rohren liegen.

Jede der Metallplatten stützt sich mit seiner Mittellinie einer Seite auf das mittlere Rohr ab, während die Kanten der anderen Seite mit ihren Enden auf den benachbarten Rohren aufliegen .

Diese Anordnung bestimmt eine gekrümmte Lage der Metallplatten, eine Selbstfertigung an die Rohre und einen engen Kontakt mit diesen.

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Zur Veranschaulichung der Erfindungsidee wird im Anschluß Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen genommen, indenen ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist. Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, In den Zeichnungen zeigen:

Figur 1 eine Draufsicht auf den Sonnenenergieaufnehmer mit den gewellten Metallbändern,

Figur 2 eine Schnittdarstellung

Figur 3 eine Detailansicht des/ Profils des erfindungsgemäßen Kollektors,

Figur 4 eine Detailansicht des Profils eines bekannten Kollektors

Figur 5 eine Draufsicht auf den Solarkollektor mit den gekrümmten Metallplatten

Figur 6 eine Detailansicht im Schnitt

Figur 7 eine Ansicht des Profils des Solarkollektors mit den alternativ angebrachten MetalIpIatten«

In den Zeichnungen bedeuten:

1 parallele Rohre, 2und 3 Sammelleitungen, 4 Metallbänder, 5 Einfallstrahl, 6 und 6'Winkel des Einfallstrahls bezüglich der Normalen, 7 Einfallswinkel, 8 reflektierter Strahl, 9 bekannter Kollektor,

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10 thermische Isolierung, 11 und 11'gekrümmte Metallplatten»

Die parallelen Rohre 1 sind endseitig mit Leitungen 2 und 3 verbunden, und zwischen diesen sind die gewellten Metallbänder 4 alternativ angebracht oder die gekrümmten Metallplatten 11 und W\

Die Metallplatte! 11 werden alternativ angebracht, wenn die Länge der Rohre 1 dieses erforderlich macht, um Biegungen derselben zu vermeiden.

Das Gesamtgefüge wird auf ein Bett aus Isoliermaterial 10 aufgebracht, das gleichmäßig verteilt ist, und auf die für die Anbringung des Kollektors bestimmte Fläche montiert.

Die Metallbänder 4 und Metallplatten 11 werden derart angebracht, daß die mit einer selektiven Schicht versehene Seite den Sonnenstrahlen ausgesetzt ist, so daß durch die Leitfähigkeit des Materials der Platte die Wärme zu den Rohren 1 gelangt.

Der enge Kontakt der Bänder 4 und Platten 11 mit den Rohren 1 wird durch die Wellung des Bandes oder die Krümmung der Platten 11 erreicht, ohne daß die Elastizitätsgrenze des Materials derselben überschritten wird.

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Die Breite des Bandes 4 bzw. der Platten 11 sollte relativ gering sein, da die Erhöhung derselben einen mangelhaften linearen Kontakt mit den Rohren 1 verursachen könnte, der gerade die Voraussetzung für eine gute Wärmeleitung darstellt. Auf jeden Fall ist die Ver·"-^. wendung von thermischen Kitt angebracht, um den erwähnten linearen Kontakt zu gewährleisten.

Bei bedeutenden Längen der Rohre 1 ist die Anbringung von Dilatationskörpern angebracht, um die durch die Temperaturveränderungen bedingten Dehnungswirkungen auszugleichen.

Der Kollektor wird in einem üblichen Umfangsrahmen montiert, auf den die Verglasung aufgebracht wird.

Auf diese Art erhält man einen einfachen Kollektor ohne Schweißungen, die außer den entsprechenden Kosten eine Versteifung des Gefüges mit sich bringen, die zu Schäden aufgrund der Dehnungserscheinungen infolge der Temperaturveränderungen "1 führen kann.

Aufgrund der Anordnung der Materialien können die Dicken derselben sehr gering gehalten werden, ohne daß die mechanische Widerstandsfähigkeit des Gefüges beeinträchtigt wird. Die Absorptionsrohre

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können Innendrücke von ca. 30kg/cm des Mediums aufnehmen, wobei der normale Arbeitsdruck zwischen

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1 und lOkg/cm liegt. Infolgedessen sind auch das Gewicht und die thermische Trägheit minimal, wodurch ebenfalls die Leistung erhöht wird.

Die Nutzung der Leistung macht sich insbesondere im Winter bemerkbar, wenn die Sonnenstrahlen schräg einfallen. Unter diesen Bedingungen erbringt ein schwerer Solaraufnehmer mit entsprechender thermischer Trägheit keine Nutzenergie, da die Verluste und Reaktionsverzögerungen dieses ausschließen, während die erfindungsgemäße Vorrichtung infolge der geringen Wasserkapazität fast augenblicklich Energie erzeugt.

Die Wellung der Bänder 4 oder die Krümmung der Platten 11 ermöglichen eine bessere Nutzung der Einfallstrahlen. Die konkaven Zonen nähern sich der Aufnahme senkrechter Einstrahlung, während die konvexen Zonen die Strahlung zum großen Teil direkt auf das entsprechende Rohr 1 reflektieren·

Wie aus den Figuren 3 und 4 ersichtlich ergibt sich bei einem Einfallstrahl 5 mit demselben Einfallwinkel 7 , daß der Winkel 6 zur Normalen bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung geringer ist als der Winkel 6'bei bekannten Kollektoren.

Weiterhin ist ersichtlich, daß bei einem identischen Einfallswinkel 7 die Reflektierung 8 bei den bekannten Solarkollektoren vollkommen verlorengeht.

Daraus ergibt sich, daß bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung außer den genannten Vorteilen einer besseren Nutzung der Anbringungsfläche, einer Vereinfachung und einer Kostenminderung, eine bessere Nutzung der Sonnenenergie erreicht wird, da eine bessere Aufnahme der Strahlung gegeben ist.

Selbstverständlich können die verwendeten Rohre

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rund, oval oder polygonal sein, ohne daß hierdurch die Erfindungsidee verlassen wird.

In diesen Fällen muß ausschließlich das Profil der Bänder an die Rohrart angepaßt werden.

Starnberg, 3. Aug. 1978/66

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Claims (2)

215312? Patentansprüche :

1. Verbesserungen in der Herstellung von Solarkollektoren, dadurch gekennzeichnet, daß die parallelen Rohre zur Aufnahme der Sonnenenergie thermisch eng mit Metal!bändern verbunden werden, die quer zu den Rohren angebracht sind und diese tangential unter Bildung einer Wellung berühren, wobei dieser Wellung alternativ ist, so daß ein Band das Rohr an einer Zone kontaktiert, während das folgende an der diametral gegenüberliegenden Zone anliegt, wobei diese Bänder thermische Sammler bilden, die die Wärme den Aufnahmerohren des Kollektors zuführen.

2. Verbesserungen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallband durch gekrümmte Metallplatten gebildet ist, die in einer Linie hintereinander angebracht sind und ein Band bilden, in dem die Elemente zwischen drei aufeinanderfolgenden Rohren liegen, wobei jede der Metallplatten mit eimer. Mittellinie einer Seite auf das mittlere Rohr abgestützt ist, während die Kanten der anderen Seite mit ihren Enden auf den benachbarten Rohren aufliegen.

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ORIGiNAL INSPECT»