DE2907128C2

DE2907128C2 -

Info

Publication number: DE2907128C2
Application number: DE2907128A
Authority: DE
Inventors: Roger H. Appeldorn; Dennis F. St. Paul Minn. Us Vanderwerf
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1978-02-22
Filing date: 1979-02-21
Publication date: 1990-02-22
Also published as: CA1123292A; JPH0160801B2; AU526479B2; IT1114985B; DE7905131U1; IL56714A; ES477844A1; JPS54123962A; DE2907128A1; ZA787030B; GB2015188A; FR2418475B1; BR7900917A; IT7948070A0; AU4445779A; GB2015188B; SU1138055A3; IL56714A0; FR2418475A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Sonnenkollektor zum Konzentrieren und Richten einfallender Sonnenstrahlung auf einen entlang einer Brennlinie angeordneten Absorber, mit einer glatten, ebenen Grundfläche, die unter einem Winkel Φ zur Normalen auf der einfallenden Strahlung geneigt ist, und mit einer Fläche, die von einer gestaffelten Gruppenanordnung ebener, durch Stufensprünge voneinander getrennten Reflektoren gebildet ist, wobei die einzelnen Reflektoren unterschiedliche Winkel gegenüber der Horizontalen aufweisen. The invention relates to a solar collector for concentrating and directing incident solar radiation onto an absorber arranged along a focal line, with a smooth, flat base surface that is inclined at an angle Φ to the normal to the incident radiation, and with a surface that is of a staggered group arrangement planar reflectors which are separated from one another by step jumps are formed, the individual reflectors having different angles with respect to the horizontal.

Lineare Fresnel- oder Stufenreflektoren werden zunehmend für das Konzentrieren von Sonnenenergie eingesetzt, da diese optische Oberflächen sich sehr genau massenproduzieren lassen. Herkömmliche Sonnenkollektoren, die mit solchen Reflektoren arbeiten, weisen eine große Apertur auf, da sie so viel Sonnenstrahlung wie möglich auffangen sollen. Wenn jedoch die Apertur eines Sonnenkollektors, der eine Fläche aufweist, die von einer gestaffelten Gruppenanordnung ebener, durch Stufensprünge voneinander getrennter Reflektoren gebildet ist, relativ zur Brennlänge des Sonnenkollektors groß wird, verliert der einzelne Reflektor an Wirkungsgrad infolge einer partiellen Abschattung der zur Brennlinie gerichteten Strahlung durch die Stufensprünge. Folglich wird ein Teil der auf die einzelnen Reflektoren einfallenden Strahlung nicht auf die Brennlinie gerichtet, und es muß eine unerwünschte Verringerung des optischen Wirkungsgrads in Kauf genommen werden.Linear Fresnel or step reflectors are increasingly used for the concentration of solar energy used as this optical surfaces can be mass-produced very precisely. Conventional solar panels using such reflectors work, have a large aperture because they have so much Should catch the sun's rays as possible. But when the aperture of a solar collector that has a surface, that of a staggered grouping level, through Graduations of separate reflectors formed is large in relation to the focal length of the solar collector, the individual reflector loses efficiency as a result a partial shading of those facing the focal line Radiation from the increments. Hence part the radiation incident on the individual reflectors not aimed at the focal line and it must be an undesirable one Accepted reduction in optical efficiency will.

Dieses Problem wird deutlich bei einem bekannten Sonnenkollektor der eingangs erwähnten Art (US 36 13 659), bei dem auf die einzelnen ebenen Reflektoren, die unterschiedliche Winkel gegenüber der Horizontalen aufweisen, einfallende Lichtstrahlen auf den entlang einer Brennlinie angeordneten Absorber gerichtet werden. Bei diesem bekannten Sonnenkollektor werden jedoch Teile der von den einzelnen Reflektoren reflektierten Strahlung von den Stufensprüngen abgefangen, so daß nicht alle auf die gestaffelte Gruppenanordnung der ebenen, nicht die Stufensprünge voneinander getrennte Reflektoren einfallende Strahlung zum Absorber gelangt.This problem becomes clear with a known solar collector of the type mentioned (US 36 13 659), in which on the individual flat reflectors that are different Have angles to the horizontal, incident Beams of light on those arranged along a focal line Absorbers are directed. With this well-known solar collector parts of the reflectors are reflected Radiation intercepted by the increments, so that not all of the staggered grouping of the levels, not the increments separated from each other Radiation incident on reflectors reaches the absorber.

Bekannt ist auch aus der DE-PS 2 63 950, den Absorber eines Sonnenkollektors in der Brennlinie einer Reihe von Spiegeln anzuordnen.It is also known from DE-PS 2 63 950, the absorber one Solar panel in the focal line of a series of mirrors to arrange.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sonnenkollektor der eingangs erwähnten Art so zu gestalten, daß die Reduzierung jeglicher Abschattung der einfallenden oder reflektierten Sonnenstrahlung vor dem Auftreffen auf die Brennlinie erzielt wird.The invention has for its object a solar panel of the type mentioned at the outset so that the reduction of any shading of the incident or reflected solar radiation before hitting the Focal line is achieved.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeder der einzelnen ebenen Reflektoren zur Grundfläche unter einem Winkel α′ geneigt ist, dessen Größe kleiner oder gleich Null, aber größer als oder gleich dem negativen Winkel -Φ ist, wodurch keine Abschattung der einfallenden oder reflektierten Strahlung durch die Stufensprünge erfolgt.This object is achieved in that each of the individual flat reflectors is inclined to the base at an angle α ' , the size of which is less than or equal to zero, but greater than or equal to the negative angle - Φ , so that no shadowing of the incident or reflected radiation done by the increments.

Der erfindungsgemäße Sonnenkollektor erweist sich insbesondere dadurch so vorteilhaft, daß aufgrund der gewählten Winkelverhältnisse sichergestellt ist, daß die gesamte auf den Reflektor eingestrahlte Sonnenenergie auf den Absorber reflektiert wird, da die Summe der einzelnen Reflektorflächen wegen ihrer teilweisen Überdeckung in Richtung Sonnenachse größer ist als die Gesamtreflektoroberfläche.The solar collector according to the invention proves to be particularly useful thereby so advantageous that due to the selected angular relationships it is ensured that the entire on the Reflected solar energy on the absorber is reflected because the sum of the individual reflector areas because of their partial coverage towards Sun axis is larger than the total reflector surface.

Der erfindungsgemäße Sonnenkollektor kann in Form einer mit einer herkömmlichen Tragplatte kombinierten dünnen Polymerisatfolie ausgebildet sein, die eine glatte, ebene Grundfläche, die unter einem Winkel Φ zur Normalen auf der einfallenden Strahlung geneigt ist, und eine Fläche aufweist, die von der gestaffelten Gruppenanordnung ebener, durch Stufensprünge voneinander getrennter Reflektoren gebildet ist, die jeweils unter einem vorbestimmten Winkel α′ zur ebenen Grundfläche der Folie geneigt sind. Die Polymerisatfolie ist auf der Tragplatte aufgeklebt. Die Stufensprünge sind vertikal zur ebenen Grundfläche gerichtet.The solar collector according to the invention can be designed in the form of a thin polymer film combined with a conventional carrier plate, which has a smooth, flat base surface which is inclined at an angle Φ to the normal on the incident radiation, and has a surface which is more flat from the staggered group arrangement, is formed by increments of separate reflectors, each inclined at a predetermined angle α ' to the flat base of the film. The polymer film is glued to the support plate. The increments are directed vertically to the flat base.

Zur Verdeutlichung der geometrischen Zusammenhänge zwischen den Neigungswinkeln α′ der einzelnen Reflektoren zur Grundfläche und dem minimalen Neigungswinkel Φ der Grundfläche zur Normalen auf die einfallende Strahlung werden zwei rechtwinklige Koordinatensysteme XY und X′Y′ eingeführt. Im XY- Koordinatensystem liegt die X-Achse rechtwinklig zur einfallenden Sonnenstrahlung, die Y-Achse vertikal, parallel zur einfallenden Strahlung. Im X′Y′-Koordinatensystem liegt die X′-Achse entlang der ebenen Grundfläche und die Y′-Achse rechtwinklig zu dieser. Die Grundfläche wird so gedreht, daß die Neigung des einzelnen ebenen Reflektors im X′Y′- Koordinatensystem negativ und bezüglich des XY-Koordinatensystems positiv ist. Diese Änderung der Neigung bringt die Stufensprünge aus dem Weg der einfallenden und der reflektierten Strahlung, so daß die Abschattung entfällt. Jeder Reflektor hat eine negative Neigung bezüglich des X′Y′-Systems und ist daher als negativer Winkel in diesem Koordiantensystem definiert. Diese geometrische Bedingung, die den minimalen Neigungswinkel Φ festlegt, der erforderlich ist, um die Abschattung durch die Reflektorstufen zu erreichen, erfordert, daß der Winkel α′ kleiner als oder gleich Null und größer als oder gleich dem negativen Winkel -Φ ist.To clarify the geometric relationships between the angles of inclination α 'of the individual reflectors to the base and the minimum angle of inclination Φ of the base to the normal to the incident radiation, two right-angled coordinate systems XY and X'Y' are introduced. In the XY coordinate system, the X axis is perpendicular to the incident solar radiation, the Y axis vertical, parallel to the incident radiation. In the X′Y ′ coordinate system, the X ′ axis lies along the flat base surface and the Y ′ axis is perpendicular to this. The base is rotated so that the inclination of the individual flat reflector in the X'Y ' coordinate system is negative and positive with respect to the XY coordinate system. This change in the inclination brings the step changes out of the way of the incident and the reflected radiation, so that the shading is eliminated. Each reflector has a negative inclination with respect to the X'Y ' system and is therefore defined as a negative angle in this coordinate system. This geometric condition, which defines the minimum angle of inclination Φ , which is required to achieve the shading by the reflector steps, requires that the angle α 'is less than or equal to zero and greater than or equal to the negative angle - Φ .

Ein Paar der beschriebenen Sonnenkollektoren kann zu einer V-Struktur zusammengesetzt werden, in der die Sonnenkollektoren symmetrisch um die Winkelhalbierende des Scheitelwinkels der V-Struktur liegen. Bei dieser Ausführungsform fokussiert jeder Reflektor einfallende Sonnenstrahlung auf eine Brennlinie, die auf dieser Winkelhalbierenden des Scheitelwinkels der V-Struktur liegt. Die Platten der Sonnenkollektoren können in dieser V-Struktur durch einen starren Lagerrahmen gestützt werden. Es kann auch eine Vielzahl unmittelbar aneinandergrenzender Platten eingesetzt werden, die jeweils unter unterschiedlichen minimalen Neigungswinkeln Φ geneigt sind.A pair of the described solar collectors can be put together to form a V-structure, in which the solar collectors lie symmetrically around the bisector of the apex angle of the V-structure. In this embodiment, each reflector focuses incident solar radiation on a focal line that lies on this bisector of the apex angle of the V-structure. The plates of the solar collectors can be supported in this V-structure by a rigid bearing frame. It is also possible to use a large number of plates which adjoin one another and which are each inclined at different minimum inclination angles Φ .

Für eine genaue Fokussierung ist es erforderlich, daß jeder Winkel α′ bezüglich der Brennlinie genau eingestellt wird. Ein Fehler von Δα′ des Winkels α′ ergibt eine Strahlabweichung d. Mit ΔR=2Δα′ erhält man also d=D ΔR. Die Winkelfehler Δα′ können sich aus Ungenauigkeiten des die Polymerisatfolie prägenden Mutterstempels, aus Unebenheiten der Platte und aus Fehlern bei der Plattenausrichtung ergeben. In guter Näherung ist die Abweichung des Strahls im rechten Winkel zum Strahl nahe der Brennlinie d=D ΔR, wobei D die Entfernung vom Reflektor zum Absorber ist. Es ergibt sich eine Defokussierung nahe des Absorbers. Das Ausmaß der Dekofokussierung hängt von der Entfernung der Brennlinie zum jeweiligen Reflektor ab. Beim erfindungsgemäßen Sonnenkollektor ist in vorteilhafter Weise auch die mittlere Entfernungsänderung jedes Reflektors von der Brennlinie reduziert, so daß bezüglich der einfallenden Strahlung eine bessere Fokussiereinstellung möglich wird.For accurate focusing, it is necessary that each angle α ' is set precisely with respect to the focal line. An error of Δα 'of the angle α' results in a beam deviation d . With ΔR = 2 Δα ′ we get d = D ΔR . The angular errors Δα ' can result from inaccuracies in the mother stamp forming the polymer film, from unevenness in the plate and from errors in the plate alignment. A good approximation is the deviation of the beam at right angles to the beam near the focal line d = D ΔR , where D is the distance from the reflector to the absorber. There is a defocusing near the absorber. The extent of decofocusing depends on the distance of the focal line to the respective reflector. In the solar collector according to the invention, the average change in distance of each reflector from the focal line is also advantageously reduced, so that a better focusing setting is possible with regard to the incident radiation.

Ist die gestaffelte Gruppenanordnung der ebenen, durch Stufensprünge voneinander getrennten Reflektoren des Sonnenkollektors unmittelbar der einfallenden Strahlung ausgesetzt, so erfordert die geometrische Bedingung, die eine Abschattung durch die Stufensprünge durch eine Neigungsumkehr der ebenen Reflektoren verhindert, daß Φ α0 oder -Φ α′0 mit α′=α-Φ ist.If the staggered group arrangement of the planar reflectors of the solar collector, which are separated from one another by step increments, is directly exposed to the incident radiation, the geometric condition, which prevents shading due to the step increments by reversing the inclination of the plane reflectors, requires that Φ α 0 or - Φ α ′ 0 with α ′ = α - Φ .

Befindet sich die gestaffelte Gruppenanordnung der ebenen, durch Stufensprünge voneinander getrennten Reflektoren auf der der einfallenden Strahlung abgewandten Seite der Polymerisatfolie, so erfordert die geometrische Bedingung, die die Abschattung durch die Stufensprünge mit einer Neigungsumkehr eliminiert, daß Φ a0 oder -Φ α′0 mit α′=α-Φ ist. Die Tatsache, daß α immer größer als 0 ist, ergibt sich aus der Brechung an der transparenten Oberfläche dieser Ausführungsform des Sonnenkollektors, die gegen Witterungseinflüsse geschützt ist.If the staggered group arrangement of the planar reflectors, which are separated from one another by step jumps, is on the side of the polymer film facing away from the incident radiation, the geometric condition which eliminates the shadowing by the step jumps with a reversal of inclination requires that Φ a 0 or - Φ α ′ 0 with α ′ = α - Φ . The fact that α is always greater than 0 results from the refraction on the transparent surface of this embodiment of the solar collector, which is protected against the weather.

Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Sonnenkollektors werden nun anhand der Zeichnungen erläutert. In diesen sindPreferred embodiments of the solar collector according to the invention will now be explained with reference to the drawings. In these are

Fig. 1 ein schematisierter Aufriß des Sonnenkollektors, wobei das Koordinatensystem definiert ist, das zur Beschreibung der Geometrie des Sonnenkollektors dient, Fig. 1, which serves a schematic elevational view of the solar panel, wherein the coordinate system is defined to describe the geometry of the solar collector,

Fig. 2 ein schematisierter Aufriß des Sonnenkollektors, wobei die Kontrolle des Fokussierfehlers des Sonnenkollektors verdeutlicht wird, Fig. 2 is a schematic elevational view of the solar collector, wherein the control of the focus error of the solar collector is illustrated,

Fig. 3 ein schematisierter Aufriß einer Ausführungsform des Sonnenkollektors, bei der die einzelnen ebenen Reflektoren der einfallenden Strahlung unmittelbar ausgesetzt sind, Fig. 3 is a schematic elevational view of an embodiment of the solar collector, where the individual planar reflectors of the incident radiation are directly exposed,

Fig. 4 ein schematisierter Aufriß einer anderen Ausführungsform des Sonnenkollektors, bei der die einzelnen ebenen Reflektoren auf der der einfallenden Strahlung abgewandten Seite eines transparenten Plattenaufbaus vorgesehen sind, Fig. 4 is a schematic elevational view of another embodiment of the solar collector, where the individual planar reflectors are provided on the side remote from the incident radiation side of a transparent plate assembly,

Fig. 5 ein schematisierter Aufriß einer weiteren Ausführungsform des Sonnenkollektors mit einer geeigneten Lagerung für diesen, Fig. 5 is a schematic elevation view of another embodiment of the solar collector with a suitable bearing for this,

Fig. 6 ein schematisierter Aufriß eines speziellen Beispiels des Sonnenkollektors, in dem die geometrischen Parameter zur Darstellung des Kollektorwirkungsgrades definiert sind, und Fig. 6 is a schematic elevation of a specific example of the solar collector in which the geometric parameters for representing the collector efficiency are defined, and

Fig. 7 eine graphische Darstellung der effektiven Apertur und Plattenlänge als Funktion des halben Aufnahmewinkels. Fig. 7 is a graphical representation of the effective aperture and plate length as a function of half the acquisition angle.

Bei der Ausführungsform des Sonnenkollektors gemäß Fig. 1 weist dieser eine Fläche auf, die von einer gestaffelten Gruppenanordnung ebener, durch Stufensprünge voneinander getrennter Reflektoren 21 gebildet ist. Jeder der einzelnen ebenen Reflektoren 21 der gestaffelten Gruppenanordnung des Sonnenkollektors ist unter einem Winkel α′ zu einer ebenen, glatten Grundfläche 20 geneigt, die unter einem Winkel Φ zur Normalen auf der einfallenden Strahlung geneigt ist. Der Winkel α′ ist dem Winkel Φ zugewandt, der zwischen der Grundfläche 20 und der X-Achse liegt, die rechtwinklig zur einfallenden Sonnenstrahlung verläuft. Zur Definition der Neigung der ebenen Reflektoren 21 werden zwei Koordinatensysteme XY und X′Y′ eingeführt. Im XY-System hat jeder ebene Reflektor 21 eine positive Neigung. Wird die Neigung des ebenen Reflektors 21 im X′Y′-Koordinatensystem gesehen, so kehrt sich diese bezüglich des XY-Koordinatensystems um. Dadurch kann jeder einfallende Lichtstrahl, der auf den ebenen Reflektor 21 trifft, ohne Abschattung durch die Stufensprünge auf eine Brennlinie gerichtet werden. Für eine gegebene Auffangapertur A ist der minimale Winkel Φ derjenige Neigungswinkel, der für alle ebenen Reflektoren 21 im XY-System eine positive Steigung ergibt, während einfallendes Licht von jedem ebenen Reflektor 21 auf einen auf der Brennlinie angeordneten Absorber 23 gerichtet wird. In the embodiment of the solar collector according to FIG. 1, this has a surface which is formed by a staggered group arrangement of planar reflectors 21 which are separated from one another by step jumps. Each of the individual flat reflectors 21 of the staggered group arrangement of the solar collector is inclined at an angle α ' to a flat, smooth base surface 20 which is inclined at an angle Φ to the normal on the incident radiation. The angle α ' faces the angle Φ , which lies between the base 20 and the X axis, which is perpendicular to the incident solar radiation. To define the inclination of the flat reflectors 21 , two coordinate systems XY and X'Y 'are introduced. In the XY system, each flat reflector 21 has a positive inclination. If the inclination of the flat reflector 21 is seen in the X'Y ' coordinate system, this is reversed with respect to the XY coordinate system. As a result, each incident light beam that strikes the flat reflector 21 can be directed onto a focal line without being shaded by the step jumps. For a given collecting aperture A , the minimum angle Φ is that angle of inclination which gives a positive slope for all flat reflectors 21 in the XY system, while incident light is directed from each flat reflector 21 onto an absorber 23 arranged on the focal line.

Wie in Fig. 2 gezeigt, werden die einfallenden Sonnenstrahlen 24, 25, 26 immer zum Absorber 23 reflektiert, und die die Reflektoren 21 trennenden Stufensprünge schatten die einfallende oder reflektierte Sonnenstrahlung nie ab.As shown in FIG. 2, the incident sun rays 24, 25, 26 are always reflected to the absorber 23 , and the increments separating the reflectors 21 never shade the incident or reflected solar radiation.

Aus Fig. 2 geht die Möglichkeit einer verbesserten Fokussiersteuerung des Sonnenkollektors hervor, wobei die den ebenen Reflektoren 31, 32, 33, 34 jeweils entsprechenden Winkel α′₃₁ bzw. α′₃₂ bzw. α′₃₃ bzw. α′₃₄ so gewählt sind, daß einfallende Sonnenstrahlung auf einen entlang der Brennlinie angeordneten Absorber 39 fokussiert wird, wenn die ebene Grundfläche unter dem minimalen Winkel Φ geneigt ist. Abweichungen Δα′ jedes Neigungswinkels α′ der einzelnen ebenen Reflektoren 31, 32, 33, 34 zur Grundfläche 20, die von einer Platte gebildet sein kann, können durch Ungenauigkeiten bei der Herstellung des Mutterstempels, durch Unebenheiten der Platte sowie durch Ausrichtfehler der Platte hervorgerufen werden. Diese Abweichungen bewirken, daß ein Strahl um ΔR von der Brennlinie fehlgerichtet wird. Das Ausmaß dieser Defokussierung läßt sich in guter Näherung zu d=D ΔR angeben, wobei D die Entfernung zwischen dem Reflektor 33 und dem Absorber 39 auf der Brennlinie ist.From Fig. 2 shows the possibility of improved focusing control of the solar collector, the planes reflectors 31, 32, 33, 34 respectively corresponding angles α ' ₃₁ or α' ₃₂ or α ' ₃₃ or α' ₃₄ are chosen so that incident solar radiation is focused on an absorber 39 arranged along the focal line when the flat base surface is inclined at the minimum angle Φ . Deviations Δα 'of each angle of inclination α' of the individual flat reflectors 31, 32, 33, 34 to the base 20 , which can be formed by a plate, can be caused by inaccuracies in the manufacture of the mother stamp, by unevenness of the plate and by misalignment of the plate . These deviations cause a beam to be misaligned by ΔR from the focal line. The extent of this defocusing can be given as a good approximation to d = D ΔR , where D is the distance between the reflector 33 and the absorber 39 on the focal line.

Der geneigte Sonnenkollektor minimiert die mittlere Variation der Entfernungen D von jedem der ebenen Reflektoren zum Absorber 39 über die Apertur der gestaffelten Gruppenanordnung des Sonnenkollektors. Die entfokussierende Variation über die Apertur der geneigten gestaffelten Gruppenanordnung der ebenen, durch Stufensprünge voneinander getrennten Reflektoren des Sonnenkollektors fällt verhältnismäßig wenig ins Gewicht, und eine mögliche Aufspreizung der Brennlinie kann unter Kontrolle gehalten werden, was sich günstig auswirkt, wenn der Wirkungsgrad eines linienförmigen Absorbers 39 in der Brennlinie stark vom aufgenommenen Energiefluß abhängt.The inclined solar collector minimizes the mean variation of the distances D from each of the planar reflectors to the absorber 39 over the aperture of the staggered group arrangement of the solar collector. The unfocusing variation over the aperture of the inclined, staggered group arrangement of the planar reflectors of the solar collector, which are separated from one another by steps, is relatively insignificant, and a possible spreading of the focal line can be kept under control, which has a favorable effect if the efficiency of a linear absorber 39 depends strongly on the absorbed energy flow in the focal line.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform des Sonnenkollektors, bei der die einzelnen ebenen Reflektoren 40 ebenfalls unmittelbar der einfallenden Strahlung ausgesetzt sind, sind die ebenen Reflektoren 40 in eine Polymerisatfolie 41 eingeformt, die mit einem Kleber 42 auf eine flache Platte 43 aufgeklebt ist. Ein geeigneter reflektierender Belag 44 ist auf die ebenen Reflektoren 40 aufgebracht. Die Grundfläche des Sonnenkollektors ist unter dem Winkel Φ zur Normalen auf der einfallenden Sonnenstrahlung geneigt.In the embodiment of the solar collector shown in FIG. 3, in which the individual flat reflectors 40 are also directly exposed to the incident radiation, the flat reflectors 40 are molded into a polymer film 41 which is glued to a flat plate 43 with an adhesive 42 . A suitable reflective covering 44 is applied to the flat reflectors 40 . The base of the solar collector is inclined at an angle Φ to the normal to the incident solar radiation.

Bei der aus Fig. 4 hervorgehenden Ausführungsform des Sonnenkollektors sind die einzelnen ebenen Reflektoren 50 auf der Unterseite einer transparenten Polymerisatfolie 51 ausgebildet und tragen einen geeigneten reflektierenden Belag 52. Dieser reflektierende plattenartige Aufbau 53 ist mit geeigneten Mitteln 54 auf einer flachen Tragplatte 55 befestigt. Diese Ausführungsform des Sonnenkollektors erweist sich insbesondere dadurch als vorteilhaft, daß der auf den einzelnen ebenen Reflektoren 50 befindliche reflektierende Belag 52 vor der Umwelt geschützt und letzterer nur eine glatte ebene Fläche 57 des plattenartigen Aufbaus 53 ausgesetzt ist, die mit einem geeigneten verschleißfesten oder reflexionsunterdrückenden Belag versehen sein kann.In the embodiment of the solar collector shown in FIG. 4, the individual flat reflectors 50 are formed on the underside of a transparent polymer film 51 and carry a suitable reflective covering 52 . This reflective plate-like structure 53 is fastened on a flat support plate 55 by suitable means 54 . This embodiment of the solar collector proves to be particularly advantageous in that the reflective covering 52 located on the individual flat reflectors 50 is protected from the environment and the latter is only exposed to a smooth, flat surface 57 of the plate-like structure 53 , which is covered with a suitable wear-resistant or reflection-suppressing covering can be provided.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform des Sonnenkollektors mit einer geeigneten Lagerung für gestaffelte Gruppenanordnungen ebener, durch Stufensprünge voneinander getrennter Reflektoren, die jeweils in Platten 61 und 62 ausgebildet und der einfallenden Sonnenstrahlung direkt ausgesetzt sind. Eine starre Tragvorrichtung 60 hält die Platten 61 und 62 und richtet diese in bezug auf einen linienförmigen Absorber 63 aus. Es ist auch möglich, die entsprechende Halterung mit Sonnenkollektoren in der Ausführung nach Fig. 4 zu kombinieren. FIG. 5 shows a further embodiment of the solar collector with a suitable mounting for staggered group arrangements of flat reflectors which are separated from one another by step jumps and which are each formed in plates 61 and 62 and are directly exposed to the incident solar radiation. A rigid support device 60 holds the plates 61 and 62 and aligns them with respect to a linear absorber 63 . It is also possible to combine the corresponding holder with solar panels in the embodiment according to FIG. 4.

Fig. 6 gibt einen schematisierten Aufriß eines speziellen Beispiels eines Sonnenkollektors der in Fig. 3 gezeigten Art wieder, wobei die geometrischen Parameter zur Darstellung des Kollektorwiderstandes definiert sind. Der die Sonnenenergie aufnehmende Absorber liegt in der Brennlinie des Sonnenkollektors in einer Entfernung FD vom Scheitel der Plattenanordnung entfernt. Der Absorber kann z. B. eine Photozelle oder ein Wärme aufnehmendes Rohr sein. Der halbe Aufnahmewinkel γ am Absorber wird vom Konstrukteur abhängig von der Art des Absorbers gewählt, auf das der Konstrukteur die einfallende Sonnenenergie bündeln will. Wenn der halbe Aufnahmewinkel q bestimmt ist, läßt sich der minimale Winkel Φ des Sonnenkollektors, unter dem dessen Grundfläche zur Normalen der einfallenden Strahlung geneigt ist und der eine Abschattung durch die Stufensprünge ausschließt, aus der Beziehung Φ=γ/2 bestimmen. Die erforderliche Plattenlänge PL kann dann aus der Beziehung PL=FD · sin γ cos Φ errechnet werden. Die effektive Apertur des gesamten Sonnenkollektors wird EA=PL · cos Φ. Im speziellen Fall war FD=1219 mm, Φ=30°, a=60° und EA=1056 mm. Die nachfolgende Tabelle gibt repräsentative Werte von X′, α′ und α an, wobei α der Winkel der ebenen Reflektoren im XY-System und X′ der Ort jedes ebenen Reflektors entlang der Platte ist. FIG. 6 shows a schematic elevation of a special example of a solar collector of the type shown in FIG. 3, the geometrical parameters for representing the collector resistance being defined. The absorber absorbing the solar energy is located in the focal line of the solar collector at a distance FD from the apex of the plate arrangement. The absorber can e.g. B. be a photocell or a heat-absorbing tube. Half the recording angle γ on the absorber is chosen by the designer depending on the type of absorber on which the designer wants to concentrate the incident solar energy. If half the recording angle q is determined, the minimum angle Φ of the solar collector, at which its base area is inclined to the normal of the incident radiation and which excludes shadowing from the increments, can be determined from the relationship Φ = γ / 2. The required plate length PL can then be calculated from the relationship PL = FD · sin γ cos Φ . The effective aperture of the entire solar collector becomes EA = PL · cos Φ . In the special case, FD = 1219 mm, Φ = 30 °, a = 60 ° and EA = 1056 mm. The following table gives representative values of X ′, α ′ and α , where α is the angle of the flat reflectors in the XY system and X ′ is the location of each flat reflector along the plate.

Eine flache Platte (Φ=0°) der gleichen äquivalenten Apertur und Brennweite hat infolge der Abschattung durch die Stufensprünge einen berechneten Verlust von 9,2% (quadratischer Mittelwert über die gestaffelte Gruppenanordnung). Die Ausführungsform des Sonnenkollektors, wie sie im Zusammenhang mit Fig. 6 diskutiert ist, erweist sich daher etwa 9% wirkungsvoller als die flache Platte, für die Φ=0° ist.A flat plate ( Φ = 0 °) of the same equivalent aperture and focal length has a calculated loss of 9.2% due to the shading caused by the increments (square mean over the staggered group arrangement). The embodiment of the solar collector, as discussed in connection with FIG. 6, therefore proves to be approximately 9% more effective than the flat plate for which Φ = 0 °.

Fig. 7 zeigt im Diagramm die Wirkung des halben Aufnahmewinkels auf die Plattenlänge und die wirksame Apertur des Sonnenkollektors mit einer Brennweite FD von 1219 mm. Obgleich aus dem Diagramm ersichtlich ist, daß halbe Aufnahmewinkel zwischen 0° und 180° ohne Abschattung theoretisch möglich sind, fällt die effektive Apertur des Sonnenkollektors nach diesen Werten fast auf Null ab. Der in der Wertetabelle und in Fig. 6 dargestellte spezielle Fall ist im Diagramm markiert. Es ist aus dem Diagramm zu ersehen, daß, je größer der halbe Aufnahmewinkel ist, desto größer die erforderliche Plattenlänge wird, um eine gegebene effektive Apertur zu erreichen. Ein halber Aufnahmewinkel von 90° ist jedoch praktisch erreichbar, was mit einem herkömmlichen Sonnenkollektor nicht möglich wäre. Fig. 7 shows in the diagram the effect of half the recording angle on the plate length and the effective aperture of the solar collector with a focal length FD of 1219 mm. Although it can be seen from the diagram that half recording angles between 0 ° and 180 ° are theoretically possible without shading, the effective aperture of the solar collector drops almost to zero according to these values. The special case shown in the table of values and in FIG. 6 is marked in the diagram. It can be seen from the diagram that the larger the half pickup angle, the greater the plate length required to achieve a given effective aperture. Half an angle of 90 ° is practically achievable, which would not be possible with a conventional solar collector.

Um größere effektive Aperturen oder Aufnahmewinkel zu erreichen, können mehrere aneinandergrenzende Sonnenkollektoren vorgesehen werden, wobei eine Abschattung durch die Stufensprünge der Sonnenkollektoren vermieden wird und eine individuelle Einstellung der Neigungswinkel der einzelnen Sonnenkollektoren möglich ist.To achieve larger effective apertures or angles, can be provided several adjacent solar panels be shading by the increments the solar panels is avoided and one individual adjustment of the angle of inclination of the individual Solar panels is possible.

Bei sehr großer Apertur kann eine geringe Abschattung durch Stufensprünge akzeptabel sein, wobei dann die plattenartigen Sonnenkollektoren in den Bereich der Abschattung hinein verlängert werden können.In the case of a very large aperture, slight shadowing can be caused by Increments should be acceptable, then the plate-like Solar panels in the shading area can be extended into it.

Claims

Solar collector for concentrating and directing incident solar radiation onto an absorber arranged along a focal line, with a smooth, flat base surface that is inclined at an angle Φ to the normal on the incident radiation, and with a surface that is more level from a staggered group arrangement, by increments separate reflectors is formed, the individual reflectors having different angles with respect to the horizontal, characterized in that each of the individual flat reflectors ( 21; 31, 32, 33, 34; 40; 50 ) to the base surface ( 20 ) at an angle ( α ′ ) is inclined, the size of which is less than or equal to zero, but greater than or equal to the negative angle (- Φ ), so that there is no shadowing of the incident or reflected radiation by the step changes.