DE2933089C2

DE2933089C2 -

Info

Publication number: DE2933089C2
Application number: DE2933089A
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Patlico Rights NV
Current assignee: Patlico Rights NV
Priority date: 1978-08-21
Filing date: 1979-08-16
Publication date: 1991-07-11
Also published as: ATA556579A; BR7905358A; US4311132A; FR2434346A1; FR2434346B1; DE2933089A1; NL187543B; JPS5528500A; ES483481A1; AU5011479A; JPS6361579B2; NL187543C; NL7808623A; AU534618B2; YU205279A; CH644200A5; IT7925177A0; IT1193815B; AT391205B

Description

Die Erfindung betrifft einen Sonnenkollektor mit einer langge streckten, konkaven Reflexionsfläche von im wesentlichen halb kreisförmigem Querschnitt, einer in Längsrichtung verlaufenden, diese halbierenden Mittelebene und mit einer Abdeckplatte aus für den Durchlaß von Sonnenstrahlen geeignetem Material, die sich über die Reflexionsfläche erstreckt und mit einem die Wärme der einfallenden und reflektierten Sonnenstrahlen aufneh menden Absorber, welcher sich über einen wesentlichen Teil der Fläche der genannten Längsmittelebene erstreckt und welcher zwei parallele, sich mit ihrer Achse je im Bereich einer Mit telebene erstreckende, thermisch außer Kontakt miteinander stehende, einen Wärmeträger führende Absorberrohre enthält.

Es ist ein Sonnenkollektor dieser Art bekannt (US 39 90 430), der so aufgestellt wird, daß sich der im wesentlichen halbzylin drische Reflektorraum horizontal in Ost-Wert-Richtung erstreckt. Die Absorberrohre sind auf einer oder beiden Seiten einer Längs mittelwand befestigt, welche den Reflektorraum im wesentlichen in zwei Quadranten unterteilt.

Diese bekannte Ausgestaltung und Anordnung eines Sonnenkollek tors führt bei einer festen Installation dazu, daß die Sonnen strahlen je nach Jahreszeit mittags unter verschiedenen Winkeln einfallen und die mit den Absorberrohren besetzte Längsmittel wand einen Schatten auf die zylindrische Reflektorfläche wirft. Ferner hat die West-Ost-Orientierung des bekannten Sonnenkollek tors zur Folge, daß die Sonnenstrahlen während der frühen Mor genstunden und spätnachmittags unter einem sehr spitzen Winkel einfallen und hierdurch kaum noch Wärme erzeugen können.

Es gibt auch Solarkollektoren mit mehreren Reflektorflächen in Form von Halbzylinderschalen (US 33 21 012), in deren Längs mittelebene Absorberflächen angeordnet sind, die von einem Übertragungsmedium durchströmt werden. Hierbei ist in der Längs mittelebene einer jeden Reflektorfläche nur eine einzige Heiz fläche angeordnet. Auch hier werfen die Längsmittelwände einen Schatten auf die zylindrischen Reflektorflächen und bei nie drigem Sonnenstand können die Sonnenstrahlen kaum noch Wärme erzeugen.

Bei einem anderen bekannten Sonnenkollektor (AT 3 44 375) sind oberhalb von langgestreckten, konkaven Reflexionsflächen mit im wesentlichen halbkreisförmigem Querschnitt unterhalb einer Abdeckplatte in Längsrichtung sich erstreckende, die Mittelebene halbierende Absorber vorgesehen, die sich über einen wesentlichen Teil der Längsmittelebene erstrecken, wo bei die feststehende Reflexionsfläche in der Längsmittelebene immer in einer vertikalen Ebene mit Nord-Süd-Orientierung an geordnet ist. Bei diesem bekannten Sonnenkollektor nimmt das einzige Absorberrohr in jeder Reflexionsfläche lediglich einen mittleren Bereich der Längsmittelebene des Sonnenkollektors in Anspruch, während die höher bzw. tiefer gelegenen Flächenbe reiche der Längsmittelebene von rohrparallelen Stegen besetzt sind. Eine solche Anordnung führt zu einer verhältnismäßig ge ringen Energieausbeute und ist zum Erreichen besonders hoher Temperaturen nicht geeignet.

Es gibt auch bereits einen Sonnenkollektor mit einer langge streckten, konkaven, im Querschnitt etwa elliptischen Reflexi onsfläche (US 40 99 516), bei dem ein im Querschnitt recht eckiges, durch eine Trennwand in einen oberen und einen unteren Bereich unterteiltes Absorberrohr sich mit seiner großen Achse in Längsmittelebene der Reflexionsfläche des Sonnenkollektors erstreckt, wobei das Absorberrohr nur den tiefsten Teil des Sonnenkollektors in Anspruch nimmt. Dieser bekannte Sonnenkol lektor wird mit seiner Längsachse in Ost-West-Richtung aufge stellt.

Die elliptischen Reflexionsflächen dieses Sonnenkollektors sind nur mit hohem Aufwand herzustellen. Außerdem muß der bekannte Sonnenkollektor sehr exakt zur Sonne hin orientirt werden, da mit der gewünschte hohe Wirkungsgrad möglichst während vieler Tagesstunden im Laufe eines Jahres erreicht werden kann. Außer dem hat der bekannte Sonnenkollektor nur zwei Strömungskanäle, die sich aufgrund der gemeinsamen Trennwand und der sie gemein sam umfassenden Rohrwandung in dauerndem thermischen Kontakt miteinander befinden.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen einfachen und rationell herstellbaren Sonnenkollektor zu schaffen, der keine bewegbaren Teile aufweist, jedoch trotzdem eine verhältnismäßig sehr gün stige Wärmeleistung hat.

Diese Aufgabe wird mit der Erfindung dadurch gelöst, daß die feststehende Reflexionsfläche dauernd mit der Längsmittelebene in einer vertikalen Ebene mit Nord-Süd-Orientierung angeordnet ist, daß mindestens eines der Absorberrohre in der Längsmittel ebene langgestreckte Abmessungen aufweisende Querschnittsformen hat, wobei die längeren Dimensionen der Querschnittsformen der beiden Absorberrohre in der Längsmittelebene liegen, und daß die Fläche des sich über einen wesentlichen Teil der Fläche der ge nannten Längsmittelebene erstreckenden Absorbers ausschließlich von den Absorberrohren gebildet ist.

Durch diese Ausgestaltung und Anordnung gelingt es, mit einfach sten Mitteln vergleichsweise große Sonnenenergiemengen auf rela tiv hohem Temperaturniveau, besonders im hinteren Absorberrohr, nutzbar zu machen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus der nach folgenden Beschreibung und sind in den Unteransprüchen genannt.

Der Sonnenkollektor nach der Erfindung eignet sich besonders zum Einbau in Dächer von verschiedenen Neigungen, in hochstehen de Wände od. dgl. Auch diffuses Sonnenlicht wird mit hohem Wir kungsgrad eingefangen und erwärmt, weil das einfallende Sonnen licht durch Relfexion auf die verhältnismäßig schmalen Absor berrohre konzentriert wird.

Sehr günstig sind zwei thermisch voneinander getrennte Absorber rohre mit ovalem oder flach rechteckigem Querschnitt, die mit ihrer größeren Längenausdehnung in der Mittelebene der reflektie renden Fläche liegen.

Die Erfindung wird durch die Zeichnungen und die nachfolgende Beschreibung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Sonnenwärmekollektor nach der Erfin dung im Querschnitt;

Fig. 2 vier zu einer Batterie zusammengefügte Sonnen kollektoren nach Fig. 1 in kleinerem Maßstab im Querschnitt;

Fig. 3 einen schräg aufgestellten Sonnenkollektor nach Fig. 1 im vertikalen Längsschnitt in et was kleinerem Maßstab;

Fig. 4 den Gegenstand der Fig. 3 in einer Vorderan sicht in Richtung der Pfeile IV-IV gesehen und

Fig. 5A bis 5C die in den Sonnenkollektor unter verschiede nen Einfallwinkeln einfallenden Sonnenstrah len und ihre Reflexion zur Mittelebene hin.

In den Zeichnungen ist mit 1 ein Sonnenkollektor bezeichnet, der eine im Querschnitt halbkreisförmige Reflexionsfläche 2 mit Ra dius R aufweist, an deren Längsrändern sich zwei tangentiale Reflexionsflächen-Verbreiterungen 3 anschließen. Die Reflexionsfläche 2, 3 wird von einer gebogenen, polierten Platte oder Folie aus Alu minium gebildet, die auf einer Isolierschicht 4′ angeordnet ist, welche sich auf einer halbyzlindrischen Stützfläche 4 befindet, welche den Boden des Sonnenkollektors bildet.

Die obere Öffnung der konkaven Reflexionsfläche 2 ist mit einer Abdeckplatte 7 aus lichtdurchlässigem Material, beispielsweise einem durchsichtigen Kunststoff, abgedeckt. Die Abdeckplatte 7 begrenzt das Innere des Reflexionsraumes, der an seinen beiden Stirnseiten durch Stirnflächen 6 begrenzt wird, die in den Fig. 3 und 4 erkennbar sind. Diese Stirnflächen bestehen ebenfalls aus polierten Aluminiumplatten oder aus Aluminiumfolien.

In der Längsmittelebene M des Sonnenkollektors sind zwei, im Querschnitt flache Absorberrohre 8 und 9 radial übereinander angeord net, die einen Wärmeträger, nämlich eine Flüssigkeit enthalten, die von den Sonnenstrahlen erwärmt wird, die im Sonnenkollektor eingefangen werden.

Das langgestreckte Profil des Absorberrohres 8 erstreckt sich von der Schnittlinie der Längsmittelebene M mit der inneren Re flexionsfläche 2 des Sonnenkollektors 1 in Richtung der Längs mittelebene radial zur Längsmittelachse des halbzylindrischen Sonnenkollektors hin und nimmt etwa 40% der Radiuslänge ein. Die restlichen 60% der Radiuslänge werden von dem Absorberrohr 9 eingenommen, welches oberhalb des Absorberrohres 8 angeordnet ist und ebenfalls einen länglichen, sich in Richtung der Längs mittelebene erstreckenden Querschnitt hat. Hierdurch wird nahe zu die gesamte Fläche der Längsmittelebene M von den Absorberroh ren 8 und 9 eingenommen.

Bei dem in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiel wird das untere Absorberrohr 8 noch von einem für Sonnenstrahlen durchlässigen Rohr 10 mit kreisförmigem Querschnitt umgeben.

Die Absorberrohre 8 und 9 sind, wie aus den Fig. 3 und 4 her vorgeht, an ihrem einen Ende hinter der Stirnfläche 6, jedoch noch vor der Stirnwand 5 über Querstutzen 8′ bzw. 9′ an ein in der Zeichnung nicht näher dargestelltes Leitungssystem an geschlossen. In diesem Leitungssystem zirkuliert die Flüssig keit, die in dem Sonnenkollektor erwärmt wird und an anderer Stelle die eingefangene Wärme durch ein Austauschmittel abge ben muß. Derartige Leitungssysteme und Wärmeaustauschmittel sind bei Sonnenkollektoreinrichtungen an sich bekannt.

In Fig. 3 ist die schräge Aufstellung eines Sonnenkollektors 1 gezeigt, dessen Längsachse im dargestellten Ausführungsbei spiel in einer vertikalen, in Nord-Süd-Richtung ausgerichte ten Ebene und unter einem Winkel von etwa 55° zur Horizontal ebene verläuft. Da die Absorberrohre 9 und 8 nacheinander von dem Wärmeträger durchströmt werden, sind diese Absorberrohre durch eine Verbindungsleitung 11 miteinander verbunden. Die in dem Absorberrohr 9 vorgewärmte Flüssigkeit durchströmt dann das Absorberrohr 8 und wird dort auf ein noch höheres Temperaturniveau gebracht. Das sonnendurchlässige Rohr 10 ist in Fig. 3, der Übersichtlichkeit halber, fortgelassen.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind vier Sonnenkollektoren 1a, 1b, 1c und 1d zu einer Batterie zusam mengefaßt. Die einzelnen Abdeckplatten 7a bis 7d können hier zu einer einzigen, gemeinsamen Abdeckplatte vereinigt sein. In den einzelnen Längsmittelebenen Ma bis Md der Sonnenkollektoren sind die Rohre 10a bis 10d angeordnet. Die oberhalb an geordnete Windrose deutet die Orientierung der Kollektoröff nungen nach Süden an. Auf der südlichen Erdhalbkugel wird man die Sonnenkollektoren selbstverständlich nach Norden ausrich ten.

Ebenso wie in Fig. 1 für einen Sonnenstrahl S der reflektier te Strahl mit S′ bezeichnet ist, ist in den Fig. 5A bis 5C für verschiedene Zeitpunkte des Tages mit seinen zugehörigen Son nenständen und fester Aufstellung des Sonnenkollektors 1 der Verlauf der einfallenden und reflektierten Strahlen mit S_A, S_B, S_C bzw. S_A′, S_B′ und S_C′ angegeben. Die Absorberrohre sind nicht im einzelnen gezeigt, sondern nur schematisch durch die Ziffer 18 angedeutet.

Man erkennt, daß alle eingefangenen Sonnenstrahlen entweder direkt oder durch einfache Reflexion ihren Weg zu den Ab sorberrohren finden, die in der Längsmittelebene M angeord net sind. Sie gelangen also auf kürzestem Wege dahin. Eine Reflexion nach außen wird wirksam vermieden.

Man erkennt ferner, daß im unteren Teil des Sonnenkollektors die größte Strahlenkonzentration und damit auch die intensiv ste Erwärmung auftreten wird. Aus diesem Grunde werden bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 4 die zwei Ab sorberrohre 8 und 9 zum Erreichen verschieden hoher Tempera turen verwendet, wobei sich gerade um die Mittagszeit, wo die Sonne am höchsten steht, die meisten Sonnenstrahlen auf das untere Absorberrohr konzentrieren.

In Fig. 5A erkennt man an der tiefsten Stelle der Reflexions fläche 2 eine V-förmige Ausstülpung 2′ nach außen. Durch die se Ausstülpung wird erreicht, daß die Sonnenstrahlen während der Stunden des höchsten Sonnenstandes etwas eher und unter einem günstigeren Winkel auf den untersten Teil der Absorber rohre fallen, wodurch der Wirkungsgrad des Sonnenkollektors noch erhöht wird.

Claims

1. Sonnenkollektor mit einer langgestreckten, konkaven Re flexionsfläche (2) von im wesentlichen halbkreisförmigem Querschnitt, einer in Längsrichtung verlaufenden, diese halbierenden Mittelebene und mit einer Abdeckplatte (7) aus für den Durchlaß von Sonnenstrahlen geeignetem Mate rial, die sich über die Reflexionsfläche (2) erstreckt, und mit einem die Wärme der einfallenden und reflektier ten Sonnenstrahlen aufnehmenden Absorber, welcher sich über einen wesentlichen Teil der Fläche der genannten Längsmittelebene erstreckt und welcher zwei parallele, sich mit ihrer Achse je im Bereich einer Mittelebene erstreckende, thermisch außer Kontakt miteinander ste hende, einen Wärmeträger führende Absorberrohre (8, 9) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die feststehende Reflexionsfläche (2) dauernd mit der Längsmittelebene in einer vertikalen Ebene mit Nord- Süd-Orientierung angeordnet ist,
b) mindestens eines der Absorberrohre (8, 9) in der Längs mittelebene langgestreckte Abmessungen aufweisende Querschnittsformen hat, wobei die längeren Dimensionen der Querschnittsformen der beiden Absorberrohre (8, 9) in der Längsmittelebene liegen und
c) die Fläche des sich über einen wesentlichen Teil der Fläche der genannten Längsmittelebene erstreckenden Absorbers ausschließlich von den Absorberrohren (8, 9) gebildet ist.

2. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß ein für Sonnenstrahlen durchlässiges Rohr (10) kreisförmigen Querschnittes das näher an der Reflexionsfläche (2) befindliche Absorber rohr (8) mit geringem Spiel umgibt.

3. Sonnenkollektor nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die bei den Absorberrohre (8, 9) in Reihe geschaltet sind, da durch gekennzeichnet, daß das der Reflexionsfläche (2) nähere Absorberrohr (8) in Wärme trägerfließrichtung stromabwärts vom anderen Absorber rohr (9) geschaltet ist.

4. Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß das näher der Reflexionsfläche (2) angeordnete Absorberrohr (8) eine Querschnittsdimension in der Längsmittelebene von etwa gleich 40% des Radius (R) der konkaven Reflexions fläche (2) aufweist und das näher der Abdeckplatte (7) befindliche Absorberrohr (9) eine Querschnittsdimension in der Längsmittelebene von etwa gleich 60% des Radius (R) der konkaven Reflexionsfläche (2) aufweist.

5. Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß sich, an dem halbkreisförmigen Querschnitt der Reflexionsfläche (2) tangential anliegend, beidseitig streifenförmige Re flexionsflächen-Verbreiterungen (3) anschließen.

6. Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da durch gekennzeichnet, daß die Re flexionsfläche (2) im Bereich der Längsmittelebene eine V-förmige Ausstülpung (2′) nach außen aufweist.