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Empfangs- und Kollektorvorrichtung für Sonnen-
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energie Die Erfindung betrifft eine Empfangs- und Kollektorvorrichtung
für Sonnenenergie mit Gas-, insbesondere Luftzirkulation.
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Die Erfindung bezweckt die Gewinnung der Wärmeenergie der Sonne unter
Zuhilfenahme eines umlaufenden oder zirkulierenden Gases, insbesondere Luft, als
Wärmetransportmittel.
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Die bisher bekannten Kollektoren zum Sammeln der Wärmeenergie der
Sonne bestehen grundsätzlich aus einem Schwarzkörper, der wärmeleitend mit Flüssigkeitsleitungen
verbunden ist. Dieser Schwarzkörper befindet sich in einem geschlossenen Gehäuse.
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Die Seite des Kollektors, die in Richtung der Sonne orientierbar ist,
ist mit einem ein- oder mehrschichtigen Transparentmaterial aus Glas oder Kunststoff
abgeschlossen. Dabei sind vereinfachte Kollektoren ohne Glasanflage bekanntgeworden.
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Es sind ferner Sonnenkollektoren bekanntgeworden, bei welchen Flüssigkeitsleitungen
im Brennpunkt von parabolisch gebogenen Reflektorblechen angeordnet sind.
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Im allgemeinen sind die Sonnenkollektoren in Kästen untergebracht
und modular aufgebaut, so daß man die Kästen nebeneinander und übereinander stellen
kann. Auch nicht verglaste Kollektoren weisen Flächen auf, derart, daß die Kollektoren
ebenfalls nebeneinander zusammengesetzt werden können.
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Sämtliche vorbekannten Kollektoren weisen jedoch den Nachteil auf,
daß sie durch den dichtzuhaltenden, verhältnismäßig langen Flüssigkeitskreislauf
verhältnismäßig teuer sind und eine größere Wartung erfahren müssen. Außerdem besteht
der Nachteil, daß die bekannten Sonnenkollektoren sich nicht richtig in die Architektur
einfügen können und vor allem auf den Dächern von Häusern immer als Fremdkörper
gesehen werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine
Empfangs- und Kollektorvorrichtung für Sonnenenergie zu schaffen, die wesentlich
einfacher aufzubauen und zu warten ist und sich bautechnisch an vorhandene Bauwerke
besser einfügt. Außerdem soll die Empfangs- und Kollektorvorrichtung gemäß der Erfindung
wesentlich billiger herstellbar sein.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird eine Empfangs- und Kollektorvorrichtung
für Sonnenenergie mit Gas-, insbesondere Luftzirkulation, vorgeschlagen, welche
gekennzeichnet ist durch zusammensetzbare modulare Elemente, insbesondere Bauelemente,
die Einrichtungen zur Aufnahme der eingestrahlten Wärmeenergie der Sonne und zur
Kanalisierung bzw. Zirkulation von Gas, insbesondere Luft, durch die Elemente zur
Wärmeübertragung und zum Wärmetransport an die Verbrauchsstelle aufweisen. Die Empfangs-
und Kollektorvorrichtung gemäß der Erfindung besteht also nicht mehr aus einem einteiligen
Schwarzkörper, sondern einem aus Bauelementen zusammensetzbaren Kollektorkörper
ohne interne Flüssigkeitsleitung, der dadurch beliebig gestaltet werden kann. Anstelle
der Flüssigkeitsleitung für den Wärmetransport wird der Kollektorkörper mit einer
Luftzirkulation versehen, die so ausgebildet ist, das die durch den Kollektor aufgewärmte
Luft kanalisiert und der Verbraucherstelle, beispielsweise einem Wärmeaustauscher
oder einem Nutzraum, zugeführt wird. Mit der Empfangs- und Kollektorvorrichtung
gemäß der Erfindung kann also indirekt eine Erwärmung in der Weise herbeigeführt
werden, daß die zirkulierende Warmluft einen Wärmeaustauscher, z. B. einen gewöhnlichen
Heizungskonvektor, umströmt, wobei die Wärme aneine Flüssigkeit, beispielsweise
Wasser, abgegeben wird. Mit der Empfangs- und Kollektorvorrichtung gemäß der Erfindung
kann aber auch unmittelbar die Warmluft in Räume oder Anlagen gebracht werden, um
diese zu erwärmen. Schließlich ist es mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch
möglich, eine gemischte Anwendung durch unmittelbares Erwärmen der Räume und Zuführen
der erwärmten Luft an einen Wärmeaustauscher zu verwerten, wo die restliche Wärme
noch aufgefangen wird.
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Die erfindungsgemäße Empfangs- und Kollektorvorrichtung weist außerdem
den Vorteil auf, daß sie mit einfachen Bauelementen leicht aufgebaut werden kann,
da keine besonderen Dichtungsverschlüsse
für Flüssigkeiten vorgesehen
sind. Die Wartung der Vorrichtung ist ebenfalls verhältnismäßig einfach, da das
Problem der Wasserentleerung oder -behandlung an der unmittelbaren Empfangs- und
Kollektorstelle nicht auftritt. Das erwärmte Gas bzw. die erwärmte Luft kann durch
Zirkulation einem Wärmeaustauscher zugeführt werden, der an einer anderen Stelle
liegt, wodurch die Flüssigkeit des Wärmeaustauschers nicht den atmosphärischen Einflüssen,
insbesondere der Kälteeinwirkung im Winter, ausgesetzt ist.
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Anhand der Zeichnungen soll am Beispiel von einigen bevorzugten Ausführungsformen
die Empfangs- und Kollektorvorrichtung gemäß der Erfindung näher erläutert werden.
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In den Zeichnungen zeigt Fig. 1 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform
der Vorrichtung gemäß der Erfindung.
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Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform
entsprechend Fig. 1.
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Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform der
Vorrichtung gemäß der Erfindung.
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Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der
Erfindung im Schnitt.
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Fig. 5 zeigt im Schnitt mehrere übereinander angeordnete Bauelemente
zur Bildung einer Vorrichtung gemäß der Erfindung.
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Fig. 6 zeigt im Schnitt eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung
gemäß der Erfindung.
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Die Fig. 7 und 8 zeigen weitere Ausführungsformen der Vorrichtung
gemäß der Erfindung.
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Wie sich aus Fig. 1 ergibt, besteht eine Ausführungsmöglichkeit der
Kollektor- und Empfangsvorrichtung gemäß der Erfindung aus einem modularen Element,
welches durch einen durch eine metallische oder metallisierte Rückwand 1 und an
der Vorderseite durch eine Glasscheibe 2 abgeschlossenen Raum 3 gebildet wird. Die
Rückwand 1 kann vorzugsweise mit einer Isolation 4 umkleidet sein, die aber auch
seitlich, d.h.
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rechts und links, vorgesehen sein muß. Im Innern des Raumes 3 sind
hinter einer oder mehrerer durchsichtiger Scheiben mehrere schräg gestellte Lamellen
5 aus schwarzer Oberfläche mit Abstand voneinander angeordnet. Der Abstand und die
Anzahl der schräg gestellten Lamellen sind so bemessen, daß, wenn Luft in Richtung
des. Pfeiles 6 durch eine untere Öffnung 7 einströmt, diese sich durch die Zwischenräume
zwischen den Lamellen 5 bewegt, wie durch die Pfeile 8 dargestellt, und sich im
oberen Bereich 9 des Raumes 3 als erwärmte Luft sammelt. Die Empfangs- und Kollektorvorrichtung
gemäß der Erfindung wird dabei so ausgerichtet, daß die Sonne durch die Glasscheibe
2 auf die schräg gestellten Lamellen 5 fällt und diese erwärmt Zwischen den Lamellen
wird die von unten in Richtung des Pfeiles 6 eingeführte Luft erwärmt und sammelt
sich im oberen Bereich 9, wo sie der Verbraucherstelle zugeführt werden kann.
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In Fig. 2 ist eine abgewandelte Ausführungsform der Vorrichtung gemäß-
Fig. 1 dargestellt. Dort rist im oberen Bereich 9 ein Wärmeaustauscher 10 angebracht,
der in einfacher Weise aus einem gewöhnlichen Heizungskonvektor bestehen kann und
der von der-zu erwärmenden Flüssigkeit durchströmt wird. Die Lamellen des Konvektors
werden dabei durch die erwärmte Luft erwärmt, wobei die Wärme auf die Flüssigkeit
übertragen wird.
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Im oberen Bereich ist ferner noch ein Ventil 11 angeordnet, welches
die Regelung oder den Verschluß der entweichenden Luft ermöglicht.
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In Fig. 3 ist eine andere Ausführungsmöglichkeit der Empfangs-und
Kollektorvorrichtung gemäß der Erfindung dargestellt. Hierbei sind an einer metallisierten
Rückwand 12 übereinander mehrere Elemente, insbesondere Bauelemente 13, angeordnet,
deren obere und untere Trennwände gegeneinander versetzte Öffnungen 14 aufweisen,
um einen Luftdurchströmungskanal mit Schikanen zu bilden. An den unteren Elementen
sind Lamellen 15 vorgesehen, die schräg nach außen gerichtet sind und sich unter
Sonneneinwirkung erwärmen. Die dadurch gebildeten Einlaßöffnungen 16 werden von
der kalten Luft durchströmt, die den mit Schikanen versehenen Luftkanal durchströmt
und sich dabei erwärmt und an der Oberseite in Richtung des Pfeiles 17 als erwärmte
Luft austritt. Auch hierbei kann an der Rückseite eine Wärmeisolation 4 vorgesehen
sein. Die gute thermische Leitfähigkeit der verwendeten Werkstoffe ermöglicht, diese
Wärme auf der gesamten Oberfläche der insbesondere aus keramischen Werkstoffen,
Guß oder Kunststoff bestehenden Moduln zurückzugewinnen.
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Fig. 4 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform von Fig. 3, wobei an
der Oberseite ein Raum 18 zur Aufnahme eines Wärmeaustauschers 10, der ebenfalls
ein gewöhnlicher Heizungskonvektor sein kann, dient. An der Oberseite ist ferner
ein Ventil 11 zur Einstellung und zum Verschluß der nach oben entweichenden erwärmten
Luft vorgesehen.
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In Fig. 5 ist an einem konkreten Ausführungsbeispiel dargestellt,
wie einzelne Bauelemente, die als Bausteine ausgeführt sind, aufeinander gesetzt
werden und zur Wärmeaufnahme und -sammlung dienen können. Hierbei handelt es sich
um längliche Bausteine 19 mit etwa quadratischem Querschnitt, die an der Oberseite
offen sind, wobei an der Unterseite Führungsflansche 20 vorgesehen sind, die in
die oben offenen Bausteine eingreifen. Im Boden der Bausteine sind jeweils versetzte
Öffnungen 21 bzw. 22 vorgesehen, um einen mit Schikanen versehenen Luftströmungskanal
zu
bilden.
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Die Bausteine 19 ruhen in einer Fassung 23, die eine Öffnung 24 aufweist,
die von unten über ein Winkelstück 25 von der in Richtung des Pfeiles 26 eindringenden
kalten Luft durchströmt werden kann. An der Oberseite ist ein Abschlußstück 27 vorgesehen,
welches eine Öffnung 28 zum Ausströmen der erwärmten Luft aufweist. An der Vorseite
können eine oder mehrere Glas- oder Kunststoffscheiben 29 vorgesehen sein, durch
welche die Sonne in Richtung des Pfeiles 30 einstrahlt und auf die vordere Fläche
der Bausteine 20 auftritt, diese erwärmt, wodurch die an der Unterseite einströmende
Kaltluft ebenfalls erwärmt wird, die bei 28 dann als erwärmte Luft austritt und
der Verbraucherstelle zugeführt werden kann.
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In Fig. 6 ist eine abgewandelte Ausführungsform der Vorrichtung gemäß
den Figuren 3 oder 4 dargestellt. Hierbei befinden sich an einer Isolationsschicht
31 mehrere U-förmige, mit versetzten Öffnungen 32 versehene Bausteine 33. Die Vorderseite
ist durch eine Glaswand 34 abgeschlossen, so daß die Sonne in Richtung des Pfeiles
35 auf die Vorderseite der Bausteine 33 auftreffen und diese erwärmen kann. Von
unten wird die Luft über eine Öffnung 36 eingeführt, wobei die Öffnung durch eine
Klappe 37 verschlossen werden kann, um auf diese Weise eine Einstellung der Luftzirkulation
zu bewirken. An der Oberseite ist ein Kanal 38 vorgesehen, in welchem ein Wärmeaustauscher
39 angeordnet ist. In dem Kanal sind ferner eine Regulierklappe 40 und ein Ventilator
41 angeordnet, wobei der Kanal in einen Abluftschacht ausläuft.
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Die Elemente bzw. Bauelemente für die Empfangs- und Kollektorvorrichtung
gemäß der Erfindung können aus Keramik oder Ton, Kunststoff oder Guß hergestellt
werden. Die Abmessungen sind dabei beliebig und richten sich im wesentlichen nach
den baulichen
Normen.
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Die Lage der einzelnen Bauelemente kann vertikal oder geneigt 0 sein,
etwa in einem Winkel von 45°. Die Höhe der aufeinanderzusetzenden Elemente wird
sich im allgemeinen nach der Höhe des Gebäudes oder der Gebäudewand richten.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann ergänzt werden durch eine
automatische Zufuhrklappe, die z. B. durch einen Thermostaten gesteuert wird, wobei
die Luftzirkulation bei zu niedrigen Temperaturen oder wenn die Sonne nicht scheint
geschlossen wird. Die Steuerung kann dabei durch eine Fotozelle erfolgen.
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Es können ferner in den Zirkulationskreislauf Ventilatoren oder Pumpen
eingesetzt werden, um die erwärmte Luft bzw. die in den Wärmeaustauschern erwärmte
Flüssigkeit zur Zirkulation zu bringen.
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Schließlich können auch Regulierklappen vorgesehen sein, die eine
Regulierung des Luftstromes ermöglichen.
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Der erwärmte Luftstrom kann beispielsweise einem Wärmespeicher, der
aus in einer Grube versenkten Keramikblöcken bestehen kann, zugeführt werden. Es
ist auch möglich, das indirekt erwärmte Wasser einem Wasserbehälter als Wärmespeicher
zuzuführen. Dabei kann auch eine gemischte Verwendung von Trockenwärmespeicher und
Wasserwärmespeicher vorgenommen werden.
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Die gesamte Empfangs- und Kollektorvorrichtung kann auch vor eine
normale Wärmepumpe vorgeschaltet werden, wobei dann die bereits erwärmte Luft bzw.
das indirekt erwärmte Wasser der Wärmepumpe zugeführt wird, die die in den Medien
vorhandene Wärme entzieht und damit beispielsweise Heizungskörper auf
eine
erhöhte Temperatur bringt. Durch die vorgewärmte Luft kann die Leistung der Wärmepumpe
vermindert werden.
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Es ist selbstverständlich auch möglich, anstelle von Luft ein anderes
Gas mit einer hohen Wärmekapazität zu verwenden, das in einem geschlossenen Kreislauf
zum Umlauf gebracht wird. Dadurch kann gegebenenfalls der Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen
Vorrichtung noch gesteigert werden.
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In Fig. 7 ist perspektivisch ein Bauelement zum Aufbau der Vorrichtung
gemäß der Erfindung dargestellt, welches aus zwei bzw. drei Teilen zusammengesetzt
werden kann. Diese Teile bestehen aus einer Vorderseite -platte 42, zur Aufnahme
der Sonnenenergie, die auf der Rückseite mit Schikanen 43 in Form von vorstehenden
Zungen versehen ist, die jeweils reihenweise gegeneinander versetzt sind. Die Vorderplatte
42 wird mit einer Rückplatte bzw. -seite 44 in der Weise verbunden, daß die Schikanen
43 in entsprechende Öffnungen 45 in der Platte 44 eingesteckt und so miteinander
verbunden werden, daß zwischen den Platten 42 und 44 ein geeigneter Abstand zum
Durchtritt der erwärmten Luft entsteht. Die Schikanen 43 dienen dazu, den Lufweg
zu vergrößern und gleichzeitig die von der Vorderseite der Platte 42 aufgenommene
Wärme an die durchstreichende Luft abzugeben.
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Hinter der Rückplatte 44 ist ein Isolierstoff 46, beispielsweise ein
Schaumstoff, vorgesehen, der gegebenenfalls gleich mit der Platte verbunden sein
kann.
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Zum Aufbau einer Vorrichtung gemäß der Erfindung, beispielsweise an
einer Wand, werden mehrere Bauelemente gemäß der Fig. 7 nebeneinander und übereinander
gesetzt, wie dies in Fig 8
perspektivisch dargestellt ist. Ferner
ist auf der Vorderplatte 42 eine qanz oder teilweise umlaufende Dichtung 47 vorqesehen,
damit die Vorderwand vollkommen luftdicht ist und die erwärmte Luft nach vorne nicht
mehr austreten kann.
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Es ist selbstverständlich möglich, das in Fig. 7 dargestellte Bauelement
in beliebiger Weise abzuwandeln, wobei es nur darauf ankommt, eine vordere Aufnahmefläche
für die Wärmeenergie, einen Zwischenraum zum Durchtritt der erwärmten und zu erwärmenden
Lufusowie Vorrichtungen zur Vergrößerung des Luftweges vorzusehen.
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