DE2834632A1

DE2834632A1 - Sonnenkollektor

Info

Publication number: DE2834632A1
Application number: DE19782834632
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Dipl Phys Roeser
Original assignee: ROESER HANS PETER DIPL PHYS
Current assignee: ROESER HANS PETER DIPL PHYS
Priority date: 1978-08-08
Filing date: 1978-08-08
Publication date: 1980-02-28
Also published as: FR2433163A1; BE878099A; GB2027873A; IT1122736B; IT7924993A0; LU81567A1

Description

Wärmetechnik Röser Ingenieurbüro GmbH, Hinterbackhaus9*er, 5444 Polch

Sonnenkollektor

Die Erfindung betrifft einen Sonnenkollektor mit einem Gehäuse, in dem ein Absorber in Form eines von einem Strömungsmedium durchflossenen Rohrsystems angeordnet ist und das an mindestens einer Wand mit einer strahlungsdurchlässigen Abdeckung versehen ist.

Bekannte Sonnenkollektoren dieser Art bestehen aus einem im wesentlichen abgeschlossenem Gehäuse, das mit einer Glasabdeckung versehen ist, Die Glasabdeckung läßt die kurzwellige und energiereiche Sonnenstrahlung ohne größere Verluste in das Gehäuse eindringen, bildet aber eine Sperre für die im Kollektor entstandene langwellige Wärmestrahlung. Auf diese Weise wird das Rohrsystem im Innern des Gehäuses durch Wärmeabsorption erwärmt. Das Prinzip der Sonnenkollektoren basiert darauf, daß bei der Absorption der Sonnen-Strahlung in einem schwarzen Körper dieser erwärmt wird und seinerseits Strahlung in Form von Wärme aussendet. Als Abdeckung werden Spezial-Solargläser verwandt, die im gesamtem Wellenlängenbereich der Solarstrahlung eine Durchlässigkeit von mehr als 90 % und für die langwelligere Wärme-Strahlung eine Durchlässigkeit von weniger als 2 % aufweisen. Auf diese Weise entsteht im Kollektor bei guter Wärmeisolierung nach außen eine Leerlauftemperatur von 130⁰C.

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Der Absorber besteht bei den bekannten Sonnenkollektoren aus einem Rohrsystem mit Flachprofil. Diese Flachrohre haben eine der Abdeckung zugewandte ebene Oberseite und eine einem Reflektor zugewandte ebene Unterseite..Die höchsten Absorptionswerte für die Energie der Solarstrahlung erhält man., wenn die Strahlung senkrecht auf die absorbierende Fläche trifft. Diese Bedingung ist bei günstigster Ausrichtung des Sonnenkollektors nur einmal am Tag, und zwar mittags, wenn die Sonne im Süden steht, erfüllt. Je flacher der Sonnenstrahl auf die absorbierende Fläche fällt, um so weniger Strahlung wird absorbiert und um so mehr Strahlung wird reflektiert. Dies bedeutet, daß bei flachem Äuftreff-. winkel ein großer Teil der Sonnenstrahlung aus dem Kollektor herausreflektiert wird, noch bevor die Strahlung in Wärme umgewandelt wurde. Bei einem flachen Absorberelement ist die effektive Oberfläche nur etwa so groß wie die der Abdeckung zugewandte (ebene) Rohrfläche»

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Sonnenkollektor der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem bei unterschiedlichen Auftreffrichtungen der Strahlung das Absorptionsvermögen gegenüber den bekannten Kollektoren vergrößert ist und der insbesondere bei diffuser Strahlung (bewölktem Himmel) noch ein großes Maß an kurzwelliger Strahlung in Wärme umsetzt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen,

daß das Rohrsystem mindestens ein Rohr mit im wesentlichem . rundem Querschnitt aufweist.

Bei einem runden Rohr ergeben sich über einen längeren Zeitraum des Tages bei wandernder Spnne günstigere Auf-

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treffwinkel für die Sonnenstrahlung als bei einem Flachrohr. Obwohl das Flachrohr, wenn es zur Sonne ausgerichtet ist, also im Idealzustand, höhere Absorptionswerte ergibt als ein Rohr mit rundem Querschnitt, erweist sich ein rundes Rohr bei-diffuser Strahlung oder bei schräg auf den Sonnenkollektor auftreffender Strahlung als günstiger, weil stets ein Teil der Strahlung senkrecht, oder nahezu senkrecht, auf einen Teil der Rohrfläche trifft. Die Absorptionsfähigkeit eines Rundrohres ist daher gegenüber dem Flachrohr in stärkerem Maße unabhängig vom Auftreffwinkel der Strahlung und ermöglicht eine zeitlich gleichmäßigere Energieausbeute.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist das Rohrsystem mit einem Reflektor unterlegt. Der Reflektor leitet die zwischen den Rohren hindurchdringende Strahlung zu den Unterseiten der Rohre, wo sie nahezu senkrecht auf die Rohrfläche auftrifft und daher in starkem Maße absorbiert wird.

Das Rohrsystem besteht vorzugsweise aus Kupfer, dessen gute Wärmeleitfähigkeit bekannt ist- Das Rohrsystem kann beispielsweise als Rohrschlange ausgebildet sein, deren eines Ende an eine Zulaufleitung für eine Wärmeübertragungsmedium und deren anderes Ende an eine Ablaufleitung angeschlossen ist.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Figur 1 zeigt schematisch einen Querschnitt durch den Sonnenkollektor und

Figur 2 zeigt eine Prinzipdarstellung der Wirkung schräg

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auftreffender Sonnenstrahlen und der Wirkung von Streustrahlung.

Der in Figur 1 im Querschnitt dargestellte Sonnenkollektor besteht aus einem Gehäuse 10, dessen Rahmen 11 aus witterungsbeständigem Bauholz mit tiefschwarzer matter Imprägnierung hergestellt ist. Die Rückseite des Gehäuses wird von einer wasserfesten Spanplatte 12 gebildet, die eine hochtemperaturbeständige Isolierung aus Polyurethanschaum. trägt. Das gesamte Gehäuse 10 ist mit einem eloxierten Aluminiumprofil 13 eingefaßt.

Die Oberseite des als flacher Kasten ausgebildeten Gehäuses 10 ist mit einer Platte 14 aus Spezial-Solarglas abgedeckt. Das Metallprofil 13, das den Gehäuserahmen 11 umschließt, übergreift die Ränder der Glasplatte 14, so daß diese fest mit dem Gehäuserahmen verbunden ist. Die. Unterseite der Glasplatte 14 liegt über Dichtungsstreifen 15 auf einem im Innern des Gehäuses 10 umlaufenden Vorsprung 16 auf.

Die Bodenplatte 12 ist mit einer ebenen .Reflektorschicht aus Aluminium bedeckt- Über der Reflektorschicht 17 befindet sich das Rohrsystem 18, das beispielsweise aus einer Rohrschlange besteht. Das schlangenlinienformig gebogene Rohr 19 hat im vorliegenden Fall kreisrunden Querschnitt. Es besteht aus Kupfer und hat eine dünne: Itohrwandung. Die Rohrenden sind an (nicht dargestellte) Anschlußstücke angeschlossen, die aus dem Gehäuse 10 herausführen. Als Heizmedium kann ein Gemisch aus Wasser und einem Frostschutzmittel durch das rohr hindurchgeleitet werden.

In Figur 2 sind die Reflexions- und Absorptionsverhältnisse

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des Absorbers 19 schematisch dargestellt. Bei Sonnenschein (in Figur 2 links) trifft ein Teil der Sonnenstrahlung stets senkrecht auf die Rohrwandungen, und zwar unabhängig von dem Einfallswinkel der Sonne. Daher ist die Energieausbeute dieses Kollektors bei Sonnenschein weitgehend unabhängig von der Auftreffrichtung.

Bei diffusem Strahlungseinfall (in Figur 2 rechts) treffen Strahlen aus unterschiedlichen Richtungen auf das Rohr 19 bzw. zwischen die Rohrabschnitte. Die Strahlen werden zum Teil von der Rohrwand reflektiert und treffen dann irgendwann auf ein anderes Rohr und ein Teil der Strahlung wird an dem Reflektor 17 reflektiert und gelangt von dort an die Rohrrückseite. Insgesamt bietet der Absorber mit rundem (oder wenigstens annäherend rundem) Querschnitt bei diffusem Strahlungseinfall eine weit größere Absorptionsfläche als ein flacher Absorber. Dies ist gerade für die Anwendung in gemäßigten Klimazonen mit häufiger Bewölkung für eine möglichst gleichmäßige Energieausbeute von großer Wichtigkeit.

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Claims

VON KREISLER SCHÖNWALD MEYER EISHOLD FUES VON KREISLER KELLER SELTING

PATENTANWÄLTE Anmelder '

Dr.-Ing. von Kreisler "t" 1973

Dr.-Ing. K. Schönwaid, Köln Dr.-Ing. Th. Meyer, Köln Dipl.-Phys. Dr.-Ing. K. W. Eishold, Bad Soden

Hans-Peter Röser Dr. J. F. Fues, Köln

Hinterbackhaus 9 Dipl.-Chem. Alek von Kreisler, Köln

. -οι V₁ Dipl.-Chem. Carola Keller, Köln

b44 P O 1 C η Dipl.-Ing. G. Selting, Köln

Sg/En 5 KÖLN 1 7. 8. 1978

DEICHMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOF

An s ρ r ü c he

Sonnenkollektor mit einem Gehäuse, in dem ein Absorber in Form eines von einem Strömungsmedium durchflossenen Rohrsystems angeordnet ist und das an mindestens einer Wand mit einer strahlungsdurchlässigen Abdeckung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrsystem (18) mindestens ein Rohr (19) mit im wesentlichem rundem Querschnitt aufweist.
2. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrsystem (18) mit einem Reflektor (18) unterlegt

ist. .
3. Sonnenkollektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrsystem (18) aus Kupfer besteht.

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IU 41 I T«l«Fon_: (0221) 234541-4 · Τ·1βχ: 8882307 dopa d -Tal^eramn: Dompattnt KMn ,

— J ⁰RiGiNAL INSPECTED