DE2900875A1 - Verlustarmer sonnenenergiesammler - Google Patents

Description

Anmelder: Sergio Serapioni, Via S.Romedio 1, Bretonico/Itauen

Verlustarmer Sonnenenergiesammler

Die Erfindung bezieht sich auf einen Sonnenenergiesammler mit reduzierten Verlusten, insbesondere frontseitigen, und damit einem höheren Wirkungsgrad.

Die Verwendung von Sonnenenergie zum Beheizen von Arbeitsmitteln bis zu einer Temperatur unter 80 ⁰C ist bekannt und wird immer weiter als alternative Energiequelle entwickelt. Ein herkömmliches System zur Verwirklichung dieses Zweckes umfaßt Sammelplatten, beispielsweise schwarze oder geschwärzte, die die Sonnenstrahlung absorbieren können, sowie Mittel zur Abführung der Wärme von den Platten, wie zum Beispiel eine Anlage, die ein geeignetes Arbeitsmittel zum Austausch der Wärme mit den Platten in Umlauf bringt. Ebenfalls bekannt ist es, den Wirkungsgrad dieser Systeme durch die Anordnung einer oder mehrerer Glasscheiben über den Platten zu verbessern, indem dadurch ein "Treibhauseffekt" erzeugt wird, der den Wärmeverlust herabsetzt. Die erzielten Wirkungsgrade sind aber nicht höher als 30 bis 40 %, und zwar wegen der verschiedenen Verluste, von denen.die wichtigsten auf Abstrahlung und Konvektion zurückzuführen sind.

Es hat nicht an Versuchen gefehlt, für die Wärmenutzung höhere Temperaturen zu erreichen, indem man statt ebener Sammler.Sammler mit Konzentration verwendet, d. h, für

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die Sonnenstrahlen einen indirekten Brennpunkt schafft, z. B. mittels Reflektoren, oder einen direkten Brennpunkt durch, die Wahl nicht-ebener Gläser, z. B. konvexer, oder durch Spezialgläser wie die sogenannte Fresnel-Linse herbeiführt.· 5s werden auch "selektiv" absorbierende Oberflächen benutzt.

Alle diese Lösungen jedoch können nicht als voll befriedigend angesehen werden, weil im ersten Fall gewiß keine Wirkungsgraderhöhung zu erwarten ist, wenn man die Vergrößerung der Spiegelfläche berücksichtigt und zudem die Aufwendigkeit der erforderlichen Instandhaltung und die Regelanlagen, eventuell noch automatischen, in Betracht zieht, die sich als notwendig erweisen, um die reflektierenden ilächen in zweckdienlicher Weise der Tages- und Jahresbewegung der Sonne nachzuführen. Im zweiten Pail zeigt sich der Nachteil hoher Kosten für die verwendeten Spezialgläser wie auch für den Rest der "selektiven" Flächen. In jedem Fall sind höhere Wirkungsgrade mit den bekannten Platten nicht erreichbar; vielmehr ist oft zu beobachten, daß bei einer Erhöhung der an der Sammelplatte erzielten Temperatur ein Leistungsgradabfall stattfindet und es unmöglich ist, beständige Leistungen des erwärmten Arbeitsmittels bei ausreichend hohen Temperaturen zu erhalten.

Es ist im übrigen bekannt, daß die bisher ausgeführten Anlagen zur Nutzung der Sonnenenergie fast ausschließlich auf sanitäre Einsatzmöglichkeiten begrenzt sind, ohne die gewerblichen Möglichkeiten zu bieten, die jeder herbeiwünscht, damit die Sonnenenergie in wirklichem Sinne des Wortes als eine alternative und konkurrenzfähige Energiequelle angesehen werden kann.

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Es ist schließlich bekannt, daß Verbesserungen des Gesamtwirkungsgrads der Sammelplatten mit zwei verschiedenen Methoden erzielt worden sind, und zwar entweder durch Schaffen eines Vakuums im Sammlerinnern zwischen Abdeckplatte und Sammelflache oder durch Kühlen der Außenfläche, indem das wärmeübertragende Arbeitsmittel in Berührung damit an dieser entlanggeführt wird, und zwar zwischen ihr und einer Glasscheibe im Innern, bevor es an die Absorptionsfläche gelangt ("Two-Pass-System").

Die dadurch erzielten geringfügigen Verbesserungen jedoch rechtfertigen nicht die Kostenerhöhungen.

Als Gegenstand dieser Erfindung ist jetzt eine.Sonnenenergie-Sammelplatte ersonnen worden, die die oben erwähnten Nachteile überwindet, einen höheren Wirkungsgrad als die bisher bekannten Platten erreicht und den Erhalt von Temperaturen ermöglicht, die sich zum Beheizen und Klimatisiereil von Gebäuden und für die thermodynamische Umwandlung von Sonnenenergie über die Erzeugung von Heißwasser und Dampf für die verschiedensten gewerblichen Anwendungen eignet.

Man hat festgestellt, daß einer der Hauptverluste bei Sammelplatten auf eine bisher unbeachtet gebliebene phy- · sikalische Erscheinung zurückzuführen ist, deren Folgen diese Erfindung ausschalten will.

Bei dieser Erscheinung handelt es sich um die folgende: Wenn sich die Temperatur der Sonnenenergie-Sammelfläche erhöht, erwärmen sich alle Luftschichten zwischen der genannten Fläche und den darüber angebrachten Glasscheiben auf Temperaturen in der Nähe der Temperaturwerte der sie umgebenden Flächen, wodurch auch Abstrahlungen mit einer Wellenlänge erzeugt werden, für die das Glas

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durchlässig ist, weshalb der Treibhauseffekt nur teilweise zustande kommt. Es ist anzunehmen, daß vor allem die in der Luft vorhandenen asymmetrisehen Moleküle, also fast ausschließlich COp und HoO, für die Abstrahlungen in den vom Glas durchgelassenen ■Wellenlängenbereichen verantwortlich ist und daß die Größe die ser Abstrahlung mit der Erhöhung der Temperatur zunimmt, wie in der Folge, auch durch eine grafische Darstellung, besser zu erkennen sein wird. Wenn diese Gase, durch die sie einschließenden Flächen erwärmt, eine Temperatur von über 60-80 C erreichen, beginnt die Energiemenge, die in den Wellenlängenbereichen abgestrahlt wird, die das Glas nicht zurückhalten kann und die deshalb verloren geht, in bezug auf die anderen Yerlustarten eine überwiegende Bedeutung anzunehmen. Dies kann der Grund für die Tatsache sein, daß in den Sammlern mit Vakuum eine gewisse Wirkungsgraderhöhung festgestellt wird, wenn man sich bis heute auch noch nicht über den Grund für eine derartige Verbesserung klar geworden ist, sondern lediglich annahm, daß sie auf die geringeren Berührungsverluste zurückzuführen sei. Andererseits war die leichte Verbesserung des Two-Pass-Systems lediglich der Verminderung der Berührungs- und StrahlungsVerluste zu danken, doch die jetzt im einzelnen genannten AbstrahlungsVerluste blieben.

Ein Zweck dieser Erfindung ist deshalb die Schaffung eines ebenen Sammlers, eventuell mit umgebenden Spiegelflächen versehen, der einen höheren Wirkungsgrad hat, vor allem durch die Herabsetzung der Verluste, die zurückzuführen sind auf die Strahlung der oberen warmen Glasscheibe und der asymmetrische Moleküle enthaltenden inneren Luftschichten, welche Strahlung abgegeben wird mit Wlenlängen, für die das Glas durchlässig ist, wobei diese Herabsetzung unwirtschaftlicher Weise erfolgt.

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Ein weiterer Zweck dieser Erfindung "besteht in der Schaffung eines Sonnenenergie-Sammlers der oben erwähnten Art, bei dem außer einer Herabsetzung der obengenannten * Verluste gleichzeitig eine Herabsetzung der anderen Verluste erzielt wird, die in Sonnenenergie-Sammlern vorhanden sind,insbesondere BerührungsVerluste.

Ein weiterer, wichtiger Zweck dieser Erfindung ist die Schaffung eines Sonnenenergie-Sammlers, der eventuell in Kombination mit Spiegelflächenden für gewerbliche Zwecke ausreichenden Durchfluß eines Arbeitsmediums liefert, das auf Temperaturen bis zu 200 ⁰C und darüber erwärmt werden kann.

Diese Zwecke und Vorteile werden von einem Sonnenenergie-Sammler erreicht, der im wesentlichen umfaßt, und zwar auf einer gemeinsamen Unterstützung montiert, eine Bodenfläche zum Sammeln von Sonnenenergie und, parallel dazu, eine flache, transparente Abdeckplatte, gekennzeichnet dadurch, daß er zudem umfaßt zwischen der genannten Abdeckplatte und der genannten Sammelfläche und parallel dazu mindestens eine Glasscheibe mit kleinererOberflache, und zwar dergestalt, daß zwischen der genannten Abdeckplatte und der genannten Bodenfläche in Bewegung befindliche Luftkreise begrenzt werden.

Wie in der Folge besser zu erkennen sein wird, ist es nach einem besonderen Merkmal dieser Erfindung in gewissen Fällen möglich und vorzuziehen, im Innern des Sammlers Glasscheiben selbst mit beträchtlich kleinerer Oberfläche als die Außenfläche zu wählen, die im Falle mehrerer Innenglasscheiben differenziert werden kann.

Der erfindungsgemäße Sammler=kann mit Luft oder Wasser als Primärmittel für die Wärmeableitung eingesetzt werden. Der Luftkreis, der sich entwickeln muß, um die der

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vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Lösungsidee zu verwirklichen, läßt sich für Sammler der Ausführung "mit Wasser" auf natürlichem Wege infolge der Anordnung und Form der Innenglasscheiben oder mittels Zwangsumlauf erzielen.

Zudem ist darauf hinzuweisen, daß die Grundfläche zum Sammeln der Sonnenenergie nicht unbedingt eine schwarze oder geschwärzte Absorptionsfläche sein muß,sondern auch beispielsweise aus sovielen möglichst nahe zueinander angeordneten fotoelektrischen Zellen bestehen kann, wie zum Umwandeln der Sonnenstrahlen in elektrische Energie benötigt werden.

Diese und andere Zwecke, Vorteile und Merkmale dieser Erfindung werden dem Sachkundigen aus der folgenden detaillierten Beschreibung einiger Ausführungsformen deutlich, die lediglich als Beispiele aufgeführt sind, ohne deshalb irgendwelche"' Begrenzungen darzustellen, und zwar unter Bezugnahme auf die beigehefteten Zeichnungen, in denen:

Abbildung 1 eine grafische Darstellung des temperaturabhängigen Verlaufs der Verluste durch Abstrahlung durch die Glasscheibe ist;

Abbildung 2 stellt eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Plattensammlers dar und zeigt den relativen Verlauf des vorderen Übertragungsbeiwerts entsprechend einer unterschiedlichen Zahl von Zwischenglasscheiben;

Abbildung 3 ist eine Schnittansicht eines "mit Luft" arbeitenden Sammlers der Erfindung mit Zwangumlauf im Innern;

Abbildung 4 zeigt eine weitere Schnittansicht des Sammlers wie in Abbildung 3, jedoch mit Zwischenglasscheiben unterschiedlichen Ausmaßes;

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Abbildung 5 ist die Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Sammlers, der "mit Wasser" arbeitet, und

Abbildung 6 ist die Schnittansicht eines Sammlers wie in ' Abbildung 5, jedoch mit Zwangumlauf der Luft im Innern.

In Abbildung 1 ist grafisch in Abhängigkeit von der Temperatur der Wert der StrahlungsVerluste in einer Schicht warmer Luft dargestellt, der auf das Torhandensein asymmetrischer Moleküle wie CO₂ bzw. HpO zurückzuführen ist. Auf den Achsen der Ordinaten werden die Werte Q_

2 -P aufgetragen, d. h. die in einer Stunde pro m Fläche ver-

lorenen Ealorien4ufgetragen (cal/hm ), die auch nach der folgenden Formel berechnet werden können:

Q = p^kl^H (A - Bt + Ct²)

wo t = Gastemperatur

ρ = partieller Druck von H₀O oder CO₀

1 = Länge des Strahlungsverlaufs durch das Gas.

Hieraus ergibt sich, daß diese 7erluste um so kleiner sind, je niedriger die Temperatur der Zwischenluftschichten, die notwendigerweise CO₂ und H₀O enthalten, gehalten werden kann. Selbstverständlich kann man auch im Sinne einer Verminderung dieser Moleküle, also des Paktors ρ in der obigen Formel handeln, beispielsweise durch Herstellung eines Vakuums im Innern des Sammlers, doch hat sich, wie "bereits gesagt, diese Lösung als unwirtschaftlich erwiesen.

Erfindungsgemäß ist stattdessen versucht worden, die Luftschichten über der Sammelfläche am Boden möglichst kalter und reiner zu halten, um eine auf das Vorhandensein von CO₂ und HpO zurückzuführende Strahlung, die vom Glas nicht zurückgehalten wird, zu vermeiden. Gleichzeitig-

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bleiben auch die Flächen des Außenglases kälter, so daß auf diese Weise die Frontalverluste durch Strahlung und Berührung gesenkt werden. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß für den Fall, daß stattdessen in aufwendiger Weise im Innern des Sammlers ein Vakuum hergestellt würde, sich nur eine Herabsetzung der Berührungsverluste, nicht aber der Strahlungsverluste durch die Außenscheibe herbeiführen ließe.

Andererseits werden mit einem Sammler der sogenannten Two-Pass-Ausführung die Verluste durch Strahlung und Berührung der Außenscheibe verkleinert, doch verbleibt im Innern eine abgeschlossene, feststehende Luftkammer, die ihre Temperatur erhöht und zu einer spürbaren Strahlung der obenerwähnten Art führt, die vom Glas nicht zurückgehalten wird.

In Abbildung 2 ist ein erfindungsgemäßer Sonnenenergie-Sammler dargestellt, der im Innern einer herkömmlichen tragenden Umhüllung 1 umfaßt eine Sammelfläche 2, 2. B. geschvrarzt, mit einem Substrat aus Isolierstoff 1', eine obere transparente Scheibe 3 aus Glas oder Kunststoff und mindestens eine Zwischenglasscheibe. In der Abbildung sind zwei Zwischenglasscheiben 4 und 5 parallel zu den Flächen 2 und 3 dargestellt, die ebenfalls am Träger befestigt sind, jedoch so, daß sie sich nicht über den gesamten Sammler erstrecken. Diese Zwischenglasscheiben 4 und 5 (bei denen es sich auch um eine einzige handeln kann) bieten somit keine Möglichkeit für voneinander isolierte Luftschichten, sondern nur für solche, die miteinander in Verbindung stehen. Das darunter befindliche Diagramm zeigt die verschiedenen Verläufe des frontalen Übertragungsbeiwerts K bezüglich der Gesamtverluste durch Strahlung und Berührung in Abhängigkeit von der Temperatür, und zwar je nachdem, ob über der

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SammeIfIäche 2 am Boden des Sammlers eine einzige Glasscheibe oder aber zwei oder drei angeordnet sind. Es ist vollauf verständlich, daß die Verluste durch Strahlung durch eine Vergrößerung der Glasschichten, die die Strahlen aufihrem Fluchtweg nach draußen durchdringen müssen, verkleinert werden. Gleichzeitig wird natürlich eine Verringerung der eintretenden und auf die Sammelfläche einfallenden Strahlen v/egen der wiederholten Spiegelungen an den Innenscheiben stattfinden.

ΐ/enn sich die Temperatur an der Fläche 2 nach rechts erhöht, d. h. in Richtung des Pfeils auf der Achse der Abszissen, so ist sofort zu erkennen, wie zweckmäßig es ist, die Zahl der Glasscheiben nach rechts zu erhöhen und demgegenüber auch die einzige obere Scheibe im kälteren Teil zu belassen. Es ist tatsächlich vorzuziehen, das Sammeln der Energie dort zu erleichtern, wo die Sammelfläche eine niedrige Temperatur hat und eine geringere Gefahr von Strahlungsverlusten besteht, während es wichtig ist, daß diese dort reduziert werden, wo an der Sammelfläche ein^iiöhere Temperatur herrscht und auf einen Teil der einfallenden Energie wegen der Spiegelverluste verzichtet werden kann, die in diesem Bereich weniger spürbar sind.

Die aus der durchgezogenen Linie bestehende Kurve, die man durch Zusammenlegung der interessierenden Auftragungen der drei Diagramme erhält, gibt eine vorteilhafte Lösung des Problems mit einem optimalen Kompromiß zwischen den entgegengesetzten Forderungen, sowohl Reflektion als auch Strahlung niedrig zu halten.

Dargestellt in Abbildung 3 ist in weiteren Einzelheiten ein Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Sammler des Typs "mit Luft", d. h. eines Sammlers, bei dem

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das Primärmittel der Wärmeableitung aus Luft besteht. In dieser Abbildung sind die mit den Elementen in Abbildung 2 gleichen Elemente mit der gleichen Bezugsnummer gekennzeichnet, während mit 6, 7 und 8 die drei Luftschichten gekennzeichnet sind, die von außen nach innen begrenzt sind zwischen der oberen Scheibe 3 und der Scheibe 5, zwischen dieser und derScheibe 4 sowie zwischen der letzteren und der Sammelfläche 2, Es ist eine Anlage mit Zwangumlauf vorgesehen, mittels derer die Luft an die Sammelfläche 2 geblasen wird, um sich dort aufzuwärmen und die Wärme nach draußen zu transportieren, wo sie dann genutzt werden kann. Der Luftkreislauf ist mit Pfeilen angedeutet, und es ist zu erkennen, daß die beiden Schichten 6 und 7 miteinander zwei parallel geschaltete Durchgänge bilden, auf die sich die eintretende Luft aufteilt und durch den Eingangssammler 9 strömt, während bei 10 der Ausgangssammler gezeigt ist, der mit dem Durchgang bzw. der Schicht 8 in Yerbindung steht. Die Sammler 9 und 10 verlaufen durch zweckmäßige Löcher, die in derselben Seite des tragenden Mantels 1 angebracht sind, und insbesondere der Sammler 9 ist so beschaffen, daß eine gute Verteilung der Luft so verwirklicht wird, daß diese zwischen den Innenglasscheiben mit möglichst großer Gleichmäßigkeit abfließt.

Der, Zwangumlauf, der über einen Lüfter 11 erfolgt, kann mit offenem Kreislauf ausgeführt werden", und zwar mit stetiger Einleitung von Luft, die von draußen entnommen wird, und direkter Verwendung der Luft hinter dem Sammler 10,oder aber, wie in der Abbildung gezeigt, mit geschlossenem Kreislauf, und zwar so, daß die entnommene Wärme auf ein Sekundärarbeitsmittel übertragen wird, beispielsweise über den in den Kreislauf eingebauten Wärmetauscher 12 auf zu verdampfendes Wasser. Die Wahl eines geschlossenen Kreislaufs ist auch deshalb von Vorteil>

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weil Luft in Umlauf gebracht v/erden kann, die in zweckmäßiger Weise bezüglich CO₂ und HpO verarmt worden ist, um die in Abbildung 1 dargestellten Strahlungsverluste herabzusetzen. Es bestellt auch der weitere Vorteil, die in Umlauf befindlichen Stäube zu vermindern und auf diese Weise mögliche Ablagerungen im Innern des Sammlers zu "verhindern.

Wie aus Abbildung 3 ersichtlich, verteilt sich die über den Sammler 9 eintretende Luft auf die beiden Durchgänge 6 und 7, die durch die Glasscheibe 5 unterteilt sind, · und vereinigt sich dann wieder am Anfang des Durchgangs 8, der bis zum Austritt 10 \erläuft und die Sammelfläche 2 bespült, die, durch, die drei gläsernen Flächen 3» 4 und 5 'geschützt, je naeh Stärke der Sonnenstrahlung ohne oder mit Konzentration Temperaturen über 150 bis 200 ⁰C erreichen kann. Die Temperatur der Luft am Austritt 10 wird sich mehr oder weniger in der Nähe der Temperatur der Fläche 2 bewegen, je nach der Luftgesehwindigkeit bei 8, also in Abhängigkeit vom Luftstrom, der vom Lüfter 11 durch den Sammler gedruckt wird. Es ist klar, daß in den beiden Leitungenö "und 7 die Temperatur der Luft nicht viel höher sein kann als die der Außenluft, weil sie auch dann, wenn sie die Wärme der sie umschließenden Fläche und einen guten Teil der von der wärmeren Luftschicht 8 abgegebenen Energie aufnimmt und in Umlauf versetzt, sich ständig mit Frischluft erneuert, und somit ist die Strahlung von COp und H₂O nach draußen minimal (Abbildung t). Deshalb wird der Treibhaus effekt der Infrarotstrahlung, die von der warmen Schicht 8 abgegeben wird, in diesem Fall nicht nur durch die darüber angeordneten Glasflächen, sondern auch von den Luftschichten 6 und 7 sichergestellt, die mehr Energie aufnehmen als abgeben, Energie also, die dann wieder in Umlauf gesetzt wird und folglich den Wirkungsgrad erhöht.

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Gleichzeitig wird auch die Fläche der Abdeckplatte 3 abgekühlt, da sie durch den darunter vorhandenen Itischluftstrom 6 bestrichen wird, wodurch auch die Yerluste durch Berührung und Strahlung von der Außenglasscheibe verringert v/erden, so daß Wärme gewonnen und somit der Gesamtwirkungsgrad weiter erhöht wird. Die Zwlschenglasscheiben 4 und 5 haben kleine handelsübliche Dicken von 1,2 bis 1,8 ram, um einmal die Kosten zu senken und zum anderen die Übertragung der von der Sonne abgestrahlten Energie zu verbessern wie auch die thermische Trägheit des Sammlers herabzusetzen, \tfährend die Abdeckplatte aus transparentem Glas oder Kunststoff in einer Dicke von 3 bis 5 m bestehen kann.

Die Sammelfläche 2 kann aus einer sehr dünnen Metalltafel hergestellt werden, die möglicherweise selektiv so behandelt wird, daß der Absorptionsbeiwert des der Sonne ausgesetzten Bereichs möglichst groß wird, beispielsweise durch eine Lackierung in undurchsichtigem Schwarz. Der Teil 1' besteht aus herkömmlichen Isolierstoffen, wie zum Beispiel Steinwolle oder ähnlich, mit solchen Stärken, die die Verluste an den Seiten und an der Rückseite des Sammlers auf einen Kleinstwert begrenzen. Die Längsabmessung H kann etwa zwischen 400 und 1000 mm betragen, während in Querrichtung die Abmessung vom verwendeten Luftdurchsatz abhängt. Die im Sinne der Dicke zu wählenden Abstände liegen im allgemeinen zwischen 2 und 10 mm und vorzugsweise bei 3 bis 5 mm zwischen der Abdeckplatte 3 und der Glasscheibe 5 und bei 3 bis 5 mm zwischen der letzteren und der Glasscheibe 4, während der Abstand zwischen dieser und der Bodenfläche(2J4 bis 8 mm beträgt.

Anhand von Versuchen ist festgestellt worden, daß diese Art Sammler mit einer mit schwarzem, undurchsichtigen

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Lack behandelten Oberfläche 2 Lufttemperaturen am Austritt der Leitung 10 von über 130 ⁰C erreichen kann und sich mit Hilfe einer reflektierenden Fläche eine Temperatursteigerung auf über 160 ⁰C, mit mehreren Reflektoren sogar auf 200 ⁰C erzielen läßt. Der Wirkungsgrad übersteigt bei richtigem Luftdurchsatz(iO - 40 m /hm ) 50 % und erreicht unter besonders günstigen Bedingungen nahezu 70 %.

In Abbildung 4 ist noch einmal die gleiche Sammlerart "mit Luft" dargestellt, und zwar mit Innenglasscheiben kleinerer Abmessungen, um zumindest in einem bestimmten Bereich des Sammlers zu verhindern, daß ein Teil der Sonnenstrahlung zerstreut» wird und die Sammelfläche nicht erreicht, und zwar in Anbetracht der Reflektionen, wie bereits unter Bezugnahme auf Abbildung 2 erwähnt.

Sowohl für den Sammler nach Abbildung 3 als auch für den nach Abbildung 4 kann auf eine Beschreibung der Verbindungen zwischen den Glasscheiben und dem metallischen Behälter, die im allgemeinem aus verzinktem oder Aluminiumblech hergestellt werden, oder der Abstandhalter zwischen den Glasscheiben, die aus Profilen aus Kunststoff, Holz oder Gummi bestehen, oder der Sammler am Luftein- und -austritt in handelsüblicher Ausführung verzichtet werden, da die entsprechenden Einzelheiten allgemein bekannt sein dürften. ,

In Abbildung 5 ist ein erfindungsgemäßer Sammler in der Ausführung "für Wasser" dargestellt, d. h. ein Sammler, in dem die Sammelfläche, die aus einem geschwärzten Metallblech der zuvor beschriebenen Art besteht, die Wärme auf dort eingebaute Rohre überträgt, die von einer Flüssigkeit (im allgemeinen Wasser) durchströmt werden, oder einfach aus einer sogenannten Roll-Bond-Platte besteht,

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die sich aus Blech und Rohren zusammensetzt. In der in der Abbildung dargestellten Ausführungsform besteht der Sammler aus einer Roll-Bond-Pla tte 22 am Boden, aus einer Abdeckplatte 23 und zwei Zwischenglasscheiben 24 und 25 kleinerer Abmessungen, wobei das Ganze von einem tragenden Behälter 1 umschlossen wird, zu dem auch die erforderlichen Isolierungen gehören. Die im Innern der Platte enthaltenen Rohre stellen einen stetigen Durchgang für eine Flüssigkeit dar, im allgemeinen Wasser, die die aufgefangene Wärme abführen und nach draußen zu deren Nutzung übertragen muß. Zu diesem Zweck sind eine Eingangsleitung 20 zum Einspeisen der Flüssigkeit und eine Ausgangsleitung 21 für die Überleitung zur Nutzung vorgesehen.

Die im Innern des Sammlers enthaltene Luft, die sich in der Nähe des Bodens 22 aufwärmt, erzeugt einen Naturumlauf im Sinne der in der Abbildung gezeigten Pfeile, der dem für die Abbildung 3 bereits beschriebenen Umlauf entspricht und somit die gleichen Vorteile im Hinblick auf die Verringerung der Verluste durch Strahlung und Berührung aufweist.

Insbesondere können sich bei der Wahl der Glasscheiben, wie in der Abbildung dargestellt, und einer zweckmäßigen Neigung des Sammlers, die auch für eine bessere Ausrichtung in Richtung Sonne in unseren Breitengraden erforderlich ist, die hohen Temperaturen, die in den Luftschichten nahe der Platte 22 erzeugt werden und zu den StrahlungsVerlusten im Hinblick auf COp und H^O führen, wie bereits an anderer Stelle erkannt, v/egen des Naturumlaufs der Luft durch Konvektion, wodurch die wärmeren Schichten in Berührung mit den kalten Stellen der Sammelplatte gebracht v/erden, nicht festsetzen. Zu diesem Zweck muß die Längsabmessung des Sammlers eine Größenordnung

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von 1 m haben, und die Zirkulation des Arbeitsmediums im Innern der Rohre der Platte 22 muß so erfolgen, daß der kalte Eintritt 20 sich im hochliegenden Teil des Sammlers und der warme Austritt 21 sich im tiefliegenden Teil befindet. Auf diese Weise wird in der Sammelplatte oben eine kalte Zone erzeugt, wo nur die Abdeckscheibe 23 vorhanden ist, um den Energieeinfall auf die Platte 22 zu begünstigen, deren niedrige Temperatur keine großen Probleme im Hinblick auf StrahlungsVerluste schafft, während unten eine warme Zone entsteht, wo durch das Vorhandensein der Zwischenglasscheiben die StrahlungsVerluste nach draußen herabgesetzt werden.

Man erkennt auf diese Weise, daß der den Innenglasscheiben verliehene treppenartige Verlauf eine Doppelfunktion wahrnimmt: Begünstigung des Naturumlaufs der Luft im Sammler und Herabsetzung der StrahlungsVerluste im wärmeren Teil wie auch der Reflektionsverluste in den kälteren Teilen, wobei die Gesamtfunktion des Sammlers ins Gleichgewicht gebracht wird.

In Abbildung 6 ist ein weiterer erfindungsgemäßer Sammler in "V/ass er "-Aus führung dargestellt, bei dem für die Luft allerdings ein Zwangumlauf mittels Lüfter wie in Abbildung 3 vorgesehen ist. Gleiche Numerierung entspricht gleichen Teilen in Abbildung 5, und es ist zu erkennen, daß mit dem Lüfter 26 der Sammler zwar geringfügig komplizierter und kostenaufwendiger wird, dafür aber eine höhere Kühlwirkung der in Umlauf befindlichen Luft bietet. Mit einem zweckmäßigen Wärmetauscher kann eventuell auch die durch die Luft bei deren Bewegung im Innern des Sammlers eingefangene Energie genutzt werden, während alle weiteren Überlegungen, die zuvor für die Ausführungsform laut Abbildung 5 angestellt wurden, auch hier gelten, wobei man sich darüber klar sein sollte, daß in diesem Fall aber das Wasser nicht unbedingt den Sammler von oben nach

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unten durchströmen muß, v/eil der Eingang immer in der Zone ist, die von einer geringeren Zahl darüber angeordneter Glasscheiben abgedeckt ist.

Es dürfte klar sein, daß von Sachkundigen Ergänzungen, Änderungen oder Abwandlungen an den oben beschriebenen Ausführungsformen dieser Erfindung vorgenommen werden können, ohne den Rahmen der Erfindung selbst zu verlassen. Zum Beispiel können die Abmessungen des Sammlers, die Dicke der Glasscheiben und deren Abstände zueinander wie auch die Wahl der benutzten Werkstoffe variiert werden. Insbesondere kann die Platte am Boden des Sammlers mit fotoelektrischen Zellen so bestückt werden, daß direkt eine Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie stattfindet, wobei man gleichzeitig die hohe Strahlung, die an den Zellen erzeugt wird, mit einem System des Luft-Zwangsumlaufs nach der Darstellung in Abbildung 3 nutzen kann.

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Claims (16)

1. ANSPRÜCHE

   r\J Sonnenenergie-Sammler, -umfassend, und zwar auf gemein samem Träger montiert, eine Bodenfläche (2, 22) zum Sammeln der Sonnenenergie und, parallel dazu, eine ebene und transparente Abdeckplatte (3, 23), dadurch gekennzeichnet, daß er zudem umfaßt, und zwar zwischen der genannten Platte (3) und der genannten Fläche (2, 22), d. h. parallel zu diesen, mindestens eine Glasscheibe (4, 5; 24, 25) mit kleinerem Flächenmaß, dergestalt, um zwischen der genannten Abdeckplatte (3, 23) und der genannten Bodenfläche (2, 22) in Bewegung befindliche Luftkreisläufe zu begrenzen.
2. 2. Sammler gemäß Anspruch 1, bei dem die genannten inneren Glasscheiben die Anzahl 2 haben.
3. 3. Sammler gemäß Anspruch 2, bei dem die beiden Innenglasscheiben unterschiedliche Flächenausdehnungen haben, und zwar eine größere für die Scheibe (4, 24), die näher zur genannten Bodenfläche (2, 22) liegt.
4. 4. Sammler gemäß Anspruch 1, bei dem die im Innern enthaltene Luft gegenüber der Umgebung isoliert ist und die genannte Bodenfläche (22) aus einem geschwärzten Metallblech besteht und Rohre für die Umwälzung eines Wärmeübertragungsmittels enthält, das an einem Ende (20) der Bodenfläche (22) eingegeben wird und am gegenüberliegenden Ende (21) austritt.
5. 5. Sammler gemäß Ansprüchen 3 und 4, bei dem die Innenglasscheiben (24, 25) das dem genannten Speiseeintritt (20) entsprechende Ende freilassen und beide lediglich Sich" über dem Ende befinden, das dem Austritt (21) des Arbeitsmediums entspricht.

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6. 6. Sammler gemäß Anspruch 1, der zudem auf einer gleichen Seite Sammler (9, 10) für den Eintritt bzw. Austritt eines durch einen Lüfter (11) erzwungenen Luftstroms umfaßt.
7. 7. Sammler gemäß Anspruch 6, bei dem der genannte Eintrittssammler (9) mit seiner an der Innenglasscheibe (5, 25) gelegenen Achse näher zur Abdeckplatte (3) gelegen ist, weshalb der in den Sammler eingeleitete Luftstrom sich unter der genannten Glasscheibe (5, 25) in zwei gleiche Zweige aufteilt.
8. 8. Sammler gemäß Anspruch 7, bei dem der Luftstromzweig unter der genannten Glasscheibe (5, 25) unten durch die Glasscheibe (4, 24) begrenzt ist, die einen Kanal (7, 27) parallel zu einem Kanal (6, 26) bildet, der zwischen der genannten Glasscheibe (5, 25) und der genannten oberen Platte (3, 23) begrenzt ist, wobei die Zone des Speisesammlers (9) und die Zone des AustrittsSammlers (10) voneinander durch die genannte Glasscheibe (4, 24) und deren Unterstützung getrennt sind und der Austrittsdurchgang zwischen der genannten Glasscheibe (4, 24) und der genannten Bodenplatte (2, 22) mit den beiden anderen Durchgängen (6, 26; 7, 27) nur an dem Ende des Sammlers in Verbindung steht, das dem Ende der genannten Sammler (9, 10) entgegengesetzt ist.
9. 9. Sammler gemäß Anspruch 6, bei dem das Zwangumlaufsystem für die Luft ein geschlossener Kreislauf ist, und in diesem Kreislauf ein Wärmetauscher (12) mit einem externen Arbeitsmedium zwischen dem genannten Ausgangssammler (10) und dem genannten Lüfter (11) einbezogen ist.
10. 10. Sammler gemäß Anspruch 9, bei dem das in diesem Kreislauf zirkulierende Arbeitsmedium aus bezüglich COp und. HpO verarmter Luft besteht.
11. 11. Sammler gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 6 "bis 10, "bei dem die genannte Bodenfläche aus einem geschwärzten Metairblech (22) besteht, das Rohre für den UmIa^-Uf eines von außen (20) eingespeisten Wärmeübertragungsmittels enthält, und in dem die genannten Eingangssammler (9) und Ausgangssammler (10) für das zwangläufig umgextfälzte und am entgegengesetzten Ende (21) austretende Arbeitsmedium vorgesehen sind.
12. 12. Sammler gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 "bis 3 und 6 bis 10, bei dem die Bodenfläche (2) aus einem geschwärzten Metallblech auf einer Unterlage aus Isolierstoff (1¹) besteht.
13. 13. Sammler gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3 und 6 bis 10, bei dem die genannte Bodenfläche (2) vollständig mit fotoelektrischen Zellen bedeckt ist und Mittel für die Ableitung der elektrischen Energie von dort vorgesehen sind.
14. 14. Sammler gemäß einem oder mehreren der voraufgegangenen Ansprüche, bei dem die Dicke^wisehen den Innenglasscheiben und zwischen diesen . und den Abdeckplatten zvdschen 2 mm und 1 cm beträgt.
15. 15. Sammler gemäß einem oder mehreren der voraufgegangenen Ansprüche, bei dem die genannte Abdeckscheibe (3, 23) aus einem konvergierenden optischen System besteht.
16. 16. Sonnenenergie-Sammler mit verringerten Verlusten, im wesentlichen wie oben beschrieben und in den beigehefteten Zeichnungen veranschaulicht.

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