DE2838076A1

DE2838076A1 - Sonnenkollektor

Info

Publication number: DE2838076A1
Application number: DE19782838076
Authority: DE
Inventors: Emil Baechli
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-09-24
Filing date: 1978-08-31
Publication date: 1979-04-12
Also published as: DE2838076C2; AT374911B; JPS6313112B2; US4270524A; FR2404182A1; FR2404182B1; ATA508578A; JPS5453334A; CH631540A5

Description

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Emil Bächli 5304 Endingen/AG, Schweiz

Sonnenkollektor

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sonnenkollektor, bestehend aus einem transparenten, evakuierten Abdeckrohr mit darin angeordneten Absorbern und einer wenigstens teilweise die Innenoberfläche des Äbdeckrohres überdeckenden Reflektxonsschicht.

Zur Umwandlung von Sonnenenergie in thermische Energie werden Kollektoren verwendet, welche die Energie einem Wärmespeicher bzw. dem Verbraucher direkt zuführen. Die Leistungsfähigkeit der gesamten Sonnenkollektoranlage wird vorwiegend von der Wirksamkeit der Kollektoren bestimmt. Bei der Auslegung von Sonnenkollektoren besteht das wichtigste Kriterium darin, dass möglichst hohe Absorptionsfaktoren des Absorbers und möglichst hohe Transmissionsfaktoren der transparenten Abdeckung erzielt werden, weiterhin müssen die Eigenverluste des Kollektors möglichst klein gehalten werden und sollten in der Praxis

ρ
V/erte zwischen 50-100 V//m nicht überschreiten.

Bei den bekannten Sonnenenergiesystemen werden heute vor-

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wiegend zwei verschieden= Grundtypen von Kollektoren verwendet, nämlich einmal der sogenannte Flachplattenkollektor, bei welchem eine Glasplatte und eine darunter liegende, d.h. von der Sonnenseite entfernte, Energie absorbierende Fläche im Abstand davon .angeordnet ist, während auf der Rückseite der absorbierenden Fläche das Wärmeaustauschmedium in Gas- oder Flüssigkeitsform zirkuliert. Eine zweite bekannte Ausbildungsform besteht aus einem doppelwandigen Glasröhrenkollektor, in dem eine äussere Glasröhre mit einer von dieser im Abstand angeordneten inneren Glasrohre verbunden und abgedichtet ist, wobei der zwischen den beiden Glasröhren befindliche Raum evakuiert ist. Meistens besitzt das innere Rohr eine energieabsorbierende Schicht und zwar über der der Sonne ausgesetzten Fläche und im Absorber befindet sich eine wärmeaufnehmende Flüssigkeit, welche die Wärmeenergie der Sonne aufnimmt. Mehrere derartige rohrförmige Kollektoren sind an einem Sammelleitungssystem angeschlossen, durch welches die Flüssigkeit an die Rohre geliefert wird und durch welches andererseits die erwärmte Flüssigkeit zur Speicherung an den Verbraucher oder in einen Wärmespeicher abgeleitet wird.

Weiterhin wurden bislang Sonnenkollektoren mit Absorbern verwendet, bei welchen die Absorber mit einer hitzebeständigen, geschwärzten Schicht versehen sind. Die Innenseiten der Hohlzylinder sind auf der der Sonneneinstrah-

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-*s

lung zugewandten Seite lichtbrechend ausgebildet, sodass der grosste Teil der einfallenden Sonnenstrahlung fokussiert auf die der Sonne zugewandten Seitenflächen des Absorberrohres fällt.

Die Nachteile der bekannter. Anordnungen sind vor allen Dingen darin zu sehen, dass sie einen relativ grossen konstruktiven Aufwand erfordern und andererseits durch

die Anordnung von mehreren transparenten Rohren hohe Strahlungsverluste auftreten. Diese Strahlungsverluste resultieren beispielsweise daraus, dass bei Glas bei senkrechtein Einfall der Sonneneinstrahlung etwa vier Prozent der Grenzfläche, d.h. acht Prozent pro Einzelscheibe reflektiert werden. Bei streifendem Lichteinfall unterhalb 30 Grad gegenüber der Glasebene nimmt die Reflektier! rasch höhere Werte an. Derartige Reflektionsverluste können grundsätzlich durch eine Entspiegelung verringert werden, jedoch sind derartige Hassnahnen teuer und aufwendig.

Neben den Strahlungsverlusten sind die Verluste durch Wärmeleitung der Luft als nächste grosse Verlustkoeffizienten zu beachten. Aus diesem Grunde ist man bereits vor längerer Zeit dazu übergegangen, den Zwischenraum zwischen dem äusseren Abdeckrohr und dem Absorber zu evakuieren.

Dabei entstanden ,jedoch immer Probleme in der Abdichtung zwischen dem Abdeckrohr und dem Absorber. Durch die ver-

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schieden grossen Durchmesser zwischen dem Abdeckrohr und dem Durchmesser des Absorbers ergeben sich weiterhin Schwierigkeiten, welche durch die verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten der beiden Rohre gegeneinander gegeben sind.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Sonnenkollektor zu schaffen, welcher die vorgenannten Nachteile nicht aufweist, welcher einfach und billig in der Herstellung ist und v/elcher über lange Zeiträume hinweg wartungsfrei arbeiten kann.

Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass sich der Absorber über einen Teil des Innendurchmessers des Abdeckrohres erstreckt und der Absorber flüssigkeitsführende Leitungen sowie eine diese Leitungen tragende Halteplatte aufweist, welche mit einer Selektivschicht versehen ist, und dass die einzelnen Abdeckrohre an einer ebenfalls evakuierten Sammelleitung angeordnet sind.

Der Vorteil der erfindungsgemässen Ausbildung ist insbesondere darin zu erblicken, dass der Absorber mit der denselben tragenden Halteplatte, auf welche eine Selektivschicht aufgebracht ist, in einem evakuierten Abdeckrohr angeordnet ist und wobei die Ilalteplatte mit der Selektivschicht die Absorberrohre vollständig umschliesst, sodass keinerlei Emmission der Wärmestrahlung verloren geht und dadurch geringe Wärmeverluste und eine hohe thermi-

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- d - V

sehe Kapazität erzielt werden.

Gemäss einer weiteren vorteilhaften Ausbildung des Erfindungsgegenstandes sind zwischen den einzelnen, die Absorber aufnehmenden Abdeckrohren doppelwandige Leitungsverbindungen, bestehend aus Verbindungsrohren und Flüssigkeitsleitungen angeordnet und die Zwischenräume zwischen den Flüssigkeitsleitungen und den äusseren Verbindungsrohren sind ebenfalls evakuiert.

Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die einzelnen Kollektorrohre auf einfache Weise untereinander verbunden werden können, wobei sowohl die Zwischenräume zwischen dem Abdeckrohr und dem eigentlichen Absorber und die Verbindungsrohre ebenfalls evakuiert sind, sodass in den Leitungsverbindungen geringste Wärmeverluste auftreten können.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die evakuierten Zwischenräume der Abdeckrohre über die Verbindungsrohre miteinander verbunden werden.

Dadurch ergibt sich der weitere Vorteil, dass an einer einzigen Stelle einer gesamten Sonnenlcollektoranlage eventuelle Nachevakuierungen vorgenommen werden können, ohne dass jedes einzelne Kollektorrohr für sich evakuiert werden muss. ---

Gemäss einer weiteren möglichen Ausbildungsform des Erfindungsgegenstandes weist die Reflektionsschicht im Abdeckrohr unterhalb des Absorbers eine rippenförmige, sich

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-JS-

über die ganze Länge des Abdeckrohres erstreckende Erhöhung auf.

Durch die Anordnung einer Reflektionsschicht im Abdeckrohr, wobei diese Schicht eine rippenförmige Erhöhung auf v/eist, welche sich Vorzugs wei se unterhalb des Absorbers befindet und sich über die gesamte Länge des Abdeckrohres erstreckt, wird auch die indirekte oder Diffusionseinstrahlung der Sonne noch auf die Unterseite der flüssigkeitsführenden Leitungen gerichtet, sodass auch bei diffuser Einstrahlung eine entsprechende Ausnützung der Energie erfolgt.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes vereinfacht dargestellt.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen erfindungsgelassen Sonnenkollektor,

Fig. 1a einen Querschnitt durch einen Sonnenkollektor gemäss Fig. 1, bei welchem die Reflektionsschicht eine rippenförmige Erhöhung aufweist,

Fig. 2 eine Paralellschaltung einer Anzahl von Sonnenkollektoren,

Fig. 2a eine Hintereinanderschaltung verschiedener Sonnenkollektoren ,

Fig. 3 ein Detail der doppelwandigen Leitungsverbindungen zur Verbindung einzelner Sonnenkollektoren,

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Fig. 3a ein weiteres Detail von Verbindungsrohren einzelner Sonnenkollektoren,

Pig. 4- einen Querschnitt durch einen Sonnenkollektor gemäss der Fig. 1, mit einer im grössten Durchmesser des Sonnenkollektors angeordneten Reflektionsschicht. ■- - '.

In den einzelnen Figuren sind gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen worden..·.

Gemäss Fig. 1 ist mit 1 ein Abdeckrohr bezeichnet, -welches aus einem transparenten Material besteht, und dessen Innenraum weitgehendst evakuiert ist. Im Innern des Abdeckrohres 1 ist über die gesamte Länge des Abdeckrohres ein Absorber 2 angeordnet, v/elcher aus mindestens zwei flüssigkeitsführenden Leitungen j gebildet ist, welche an einer Halteplatte 4 befestigt sind. Dabei kann vorteilhafterweise die Halteplatte U- so ausgebildet sein, dass sie an ihrer den flussigkeitsfuhrenaen Leitungen 3 zugekehrten Fläche Aufnahmen 5 aufweist, welche diese Leitungen wenigstens teilweise umfassen. Die Halteplatte 4-, sowie die Aufnahmen 5 sind mit einer Selektivschicht 6 überzogen, welche beispielsweise aus Nickeloxid, Kupferoxyd oder Kupfersulfid bestehen kann. Im unteren Teil des Abdeckrohres 1 ist eine Reflektionsschicht 7 vorgesehen, welche -beispielsweise bis in die Höhe der Halteplatte U- am inneren Umfang des Abdeckrohres reichen kann.Durch diese Reflektionsschicht 7 werden die einfallenden Sonnenstrahlen ebenfalls

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von unten gegen die flüssigkeitsführenden Leitungen 3 reflektiert und erwärmen diese zusätzlich zur direkten Einstrahlung, welche auf die Selektivschicht 6 der Halteplatte 4- einfällt. Die Reflektionsschicht 7 besteht vorteilhafterweise aus einem ultrarot-reflektierenden Material, vorzugsweise aus den bekannten Schichten aus Zinndioxyd oder Indiumoxyd.

Die weitere erfindungsgemässe Ausbildungsform eines Sonnenkollektors gemäss der Fig. 1 a zeigt im wesentlichen denselben Aufbau wie der Sonnenkollektor in der Fig. 1, jedoch mit dem Unterschied, dass die Reflektionsschicht 7 eine sich über die gesamte Länge des Abdeckrohres 1 erstreckende rippenförmige Erhöhung 8 aufweist, welche vorteilhafterweise so angeordnet ist, dass der höchste Punkt dieser Erhöhung genau zwischen die beiden flüssigiceitsführenden Leitungen 3 des Absorbers 2 zeigt. Dadurch kann eine zusätzliche Ausnützung der diffusen Einstrahlung erzielt werden.

Das in der Fig. 2 abgebildete Schema einer Zusammenschaltung einer Anzahl von Sonnenkollektoren gemäss den Fig. 1 und 1 a zeigt, dass die Abdeckrohre 1, welche evakuiert sind, an einer gemeinsamen Sammelleitung 9 angeschlossen sind, welche ein Ventil 10 aufweist, an welches eine (nicht dargestellte) Saugpumpe zum Evakuieren der Abdeckrohre 1 und der Sammelleitung 9 verwendet wird.

Wie in der FiR. 2a dargestellt, können die einzelnen Sonnen-

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Αλ

kollektoren auch in Reihe hintereinander geschaltet werden. Dabei sind die einzelnen Abdeckrohre auf einfach-3 Weise beidseitig mit Deckeln 11 verschlossen, welche mittels (nicht dargestellte Dichtungen gegenüber den Abdeckrohren 1 dicht verschlossen sind, sodass das Vakuum in allen Abdeckrohren 1 in gleicher V/eise erhalten bleibt. In den Deckein 11 sind Verbindungsrohre 12 angeordnet,über welche die einzelnen Abdeckrohre 1 miteinander verbunden sind. Vorteilhafterweise ist das in einer Anlage jeweils erste Rohr an einem Ende fest verschlossen, während am letzten Rohr wiederum ein Ventil 10 angeordnet ist, über welches das ganze System evakuiert werden kann.

In der Fig. 3 ist im Detail dargestellt, wie die einseinen Sonnenkollektoren in einer Reihenschaltung gemäss der Fig. 2a miteinander verbunden v/erden können. Die Abdeckrohre 1 sind mittels der Deckel 11 dicht verschlossen und die Verbindungsrohre 12 verbinden die einzelnen Abdeckrohre untereinander. Dabei ist in den Verbindungsrohren dasselbe Vakuum vorhanden,wie in den Abdeckrohrsn 1. In den Verbindungsrohren 12 sind Flüssigkeitsleitungen 13 angeordnet, welche mit den hier der Einfachheit halber (nicht dargestellten ) Absorbern 2 verbunden sind.

In der Serienschaltung gemäss der Fig. 3a sind die Abdeckrohre 1 wiederum mit Deckeln 11 dicht verschlossen, wobei die Deckel 11 jeweils ein Zuführungsrohr 14 aufweisen, welches mit der Sammelleitung 9 in Verbindung steht. Da-

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durch wird ebenfalls gewährleistet, dass in der Sammelleitung 9 derselbe Unterdruck herrscht, wie in den Abdeckrohren 1. Die einzelnen Flüssigkeitsleitungen 15 V_0n den Absorbern 2 münden ebenfalls in ein Samiaelrohr 15, welches seinerseits wieder mit einem (nicht dargestellten) Verbraucher oder einem Wärmespeicher verbunden ist.

Die Fig. 4- zeigt eine weitere mögliche Ausbildungsform eines Sonnenkollektors, bei welchem im Abdeckrohr 1 dar Absorber 2 mit der Halteplatte 4 und der darauf befestigten Selektivschicht 6 im evakuierten Raum des Abdeckrohres 1 angeordnet ist und unterhalb des Absorbers 2 eine Reflektionsschicht 7 so vorgesehen ist, dass sie den gesamten Durchmesser des Abdeckrohres 1 überdeckt und dabei vorteilhafterweise an den Rohrwänden leicht nach oben gebogen ist, wodurch auch die diffuse Einstrahlung auf den Absorber 2 gerichtet wird.

Der Erfindungsgegenstand ist auf das in der Zeichnung Dargestellte nicht beschränkt. So könnte beispielsweise anstelle von jeweils mindestens zwei flüssigkeitsführenden Leitungen 3 ein aus sogenanntem Rollbond bestehendes Leitungssystem angeordnet werden. Bei einer derartigen Ausbildungsform ist es ohne weiteres möglich, eine Selektivschicht 6 auf das Rollbond aufzutragen, wodurch eine besondere Halteplatte nicht mehr erforderlich wird.

Weiterhin ist es durch die vorbeschriebene Ausbildung

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des erfindungsgemässen Sonnenkollektors möglich, die Länge der transparenten Abdeckrohre mit den darin angeordneten Absorbern praktisch unbegrenzt auszuführen, da bei einer beispielsweisen Auflage der Abdeckrohre ein Durchbiegen derselben ausgeschlossen wird. Bei einer derartigen Anordnung kann es sich als besonders vorteilhaft erweisen, wenn zusätzlich zu der im Abdeckrohr angebrachten Reflektionsschicht die Auflagefläche der einzelnen Abdeckrohre mit einer reflektierenden, vorzugsweise weissen Farbschicht überzogen ist, da dadurch eine Diffusionseinstrahlung, welche eventuell zwischen den einzelnen Abdeckrohren auftritt, nochmals ausgenützt v/erden kann.

Ferner besteht die Möglichkeit, ausserhalb des Abdeckrohres 1 eine reflektierende Fläche, vorzugsweise eine Spiegelfläche so anzuordnen, dass das Abdeckrohr 1 nit dem Absorber 2 in deren Brennpunkt zu liegen kommt, wobei der Absorber 2 entsprechend der äusseren Spiegelfläche geformt sein kann.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

iv/KySonnenkollektor, bestehend aus einem transparenten, evakuierten Abdeckrohr mit darin angeordneten Absorbern und einer wenigstens teilweise die Innenoberfläche des Abdeckrohres überdeckenden Reflektionsschicht, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Absorber (2) über einen Teil des Innendurchmessers des Abdeckrohres (1) erstreckt und der Absorber (2) flüssigkeitsführende Leitungen (3) sowie eine diese Leitungen tragende Halteplatte (4-) aufweist, welche mit einer Selektivschicht (6) versehen ist, und dass die einzelnen Abdeckrohre (1) an einer ebenfalls evakuierten Sammelleitung (9) angeordnet sind.
2. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den einzelnen, die Absorber (2) aufnehmenden Abdeckrohren (1) doppelwandige Leitungsverbindungen (12, 13), bestehend aus Verbindungsrohren (12) und Flüssigkeitsleitungen (13) angeordnet sind und die Zwischenräume zwischen den Flüssigkeitsleitungen (13) und den äusseren Verbindungsrohren (12) ebenfalls evakuiert sind.
3. Sonnenkollektor nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die evakuierten Zwischenräume der Abdeckrohre (1) über die Verbindungsrohre (12) nitei-

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nander verbunden sind.

Sonnenkollektor nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflekticnsschicht (7) im Abdeckrohr (1) unterhalb des Absorbers (2) eine rippenförmige, sich über die ganze Länge des Abdeckrohres (1) erstreckende Erhöhung (8) aufweist.

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