DE29521415U1

DE29521415U1 - Solarkollektor

Info

Publication number: DE29521415U1
Application number: DE29521415U
Authority: DE
Original assignee: SOLAR ANLAGEN GERA GmbH
Current assignee: BROSE, DIETER, DR.-ING., DE
Priority date: 1995-10-28
Filing date: 1995-10-28
Publication date: 1997-03-06
Anticipated expiration: 2005-10-29

Description

U0709 Patentanwaltsbüro Pfeiffer & Partner, Helmholtzweg 4, 07743 Jena

Solarkollektor
Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Solarkollektor, der insbesondere für sogenannte Low-Flow-Anwendungen, worunter Durchströmungsraten von ca. 15 - 30 ITh eines durch den Kollektor gepumpten Mediums verstanden werden, geeignet ist.

&iacgr;&ogr; Solarkollektoren kommen bspw. für die Brauchwassererwärmung und Raumheizung in vielfältigen Ausfuhrungsformen zum Einsatz. Nach ihrer jeweiligen konstruktiven Ausführung werden sie in Vakuumröhrenkollektoren, Vakuumflachkollektoren und Flachkollektoren unterschieden.

Vakuumröhrenkollektoren bestehen aus evakuierten Glasröhren und Streifenabsorbern mit Absorberblech und Durchströmungsrohren für Vor- und Rücklauf einer Wärmeträgerflüssigkeit. An die Vakuumdichtheit dieser Systeme werden hohe Anforderungen gestellt, da sie über mehrere Jahre garantiert sein muß, weil die Funktionsfahigkeit dieser Systeme bei Leckagen erheblich reduziert wird.

Mit der Entwicklung von Vakuumflachkollektoren wurde versucht, die Vorteile der Vakuumröhrenkollektoren mit den preislichen Vorteilen von Flachkollektoren zu verbinden. Der aufrechtzuerhaltende Unterdruck und damit die Wärmedämmung ist bei Vakuumflachkollektoren jedoch erheblich geringer als bei Vakuumröhrenkollektoren. Der auf den Vakuumflachkollektor wirkende Außendruck muß durch eine hohe Anzahl von Stützstäben, die ihrerseits wieder nachteilige Wärmebriicken bilden, aufgefangen werden. Darüber hinaus müssen diese Kollektoren in regelmäßigen Abständen, manuell oder automatisch einer Evakuierung unterzogen werden, um einen hinreichenden Wirkungsgrad zu gewährleisten. Sie weisen einen um 10 bis 20% geringeren Wirkungsgrad als Vakuumröhrenkollektoren auf.

Aufgrund des günstigsten Preis-Leistungsverhältnisses, einer hohen Zuverlässigkeit, einfacher Montage und Ästhetik haben sich die genannten Flachkollektoren durchgesetzt. Bei diesen Kollektoren ist der Absorber in einem Gehäuse eingebaut, dessen Rückwand und Seiten-

wände isoliert sind. Als Wärmedämmstoffe finden vorwiegend opake Materialien Anwendung. Die Solarstrahlung durchdringt eine Glasabdeckung und wird an einer schwarzen Oberfläche des Absorbers im wesentlichen absorbiert und in Wärme umgewandelt. Durch Kanäle des Absorbers wird eine Wärmeträgerflüssigkeit gepumpt, die die Wärmeenergie aufnimmt und einem Speicher zuführt. Übliche Absorber werden als Rohrregister ausgeführt, wobei die mit Absorberstreifen versehenen kreisrunden Rohre aus einem gut wärmeleitfahigen Material, wie Aluminium oder Kupfer, bestehen. Aufgrund dieser Ausbildung können als

&iacgr;&ogr; Wärmeträgerflüssigkeit nur bestimmte Fluide, die i.d.R. mit Korrosionsinhibitoren versetzt sind, Verwendung finden. Die Verwendung von Wärmeträgerfluiden, die aggressiv bzw. korrosiv wirken, ist ausgeschlossen.
Die konstruktive Ausbildung dieser Systeme, bestehend in einer relativ kleinflächigen Verbindung von Absorberstreifen mit genannten Rohren, bedingt desweiteren unsymmetrische Wärmeverteilungen auf der Absorberfläche und Wärmeverluste bis zur Wärmeabgabe an das Fluid.

Der Erfindung hegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung anzugeben, die eine möglichst großflächige Ankopplung von Absorberflächen an ein Fluidführungssystem ermöglicht und Unsymmetrien in der Wärmeabgabe weitestgehend vermeidet.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Schutzansprüche gelöst.

Die Erfindung soll anhand nachstehender Ausfuhrungsbeispiele und schematischer Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 einen Plattenabsorber eines Solarkollektors gemäß der Erfindung in teilweise geschnittener Darstellung,

Fig. la einen typischen Fluidfuhrungsquerschnitt innerhalb eines mäanderförmigen Fluidfuhrungskanals in einem Plattenabsorber gemäß Fig. 1,

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Fig. Ib die Anbindung einer Isolierkassette an einen Plattenabsorber gemäß Fig. 1 und

Fig. 2 einen seitlichen Teilschnitt durch einen gesamten Solarkollektor gemäß der Erfindung mit seinen wesentlichen

Bestandteilen.

In Figur 1 ist ein Plattenabsorber 10 als wesentliches Bestandteil eines Solarkollektors gemäß der Erfindung im teilweisen Schnitt nicht maßstäblich dargestellt, der aus zwei mit Wölbungen versehenen Metallplatten bzw. Feinblechen 1, 2 besteht. Diese Metallplatten sind entlang ihrer Umfangsseiten 51, 521, 522 miteinander verbunden, wobei die Umfangsseiten 521, 522 nur strichhniert angedeutet sind. Weiterhin weisen die Metallplatten Zwischenverbindungen 6 auf, die derart ausgeführt sind, daß sie wechselseitig von einer Umfangsseite 521 bzw. 522 in Richtung zur jeweils gegenüberliegenden Umfangsseite 522 bzw. 521 soweit geführt sind, daß zur gegenüberliegenden Umfangsseite ein unverbundener Abstand verbleibt, der in der Größenordnung des Abstandes a der Zwischenverbindungen untereinander festgelegt ist. In Randbereichen des Plattenabsorbers 10 sind Anschlußbereiche vorgesehen, die der Aufnahme eines Zu- bzw. Ablaufs 3, 4 für ein fluides, den Wärmetransport übernehmendes Medium dienen, welchem durch die Anordnung der Zwischenverbindungen 6 ein im wesentlichen mäanderförmiger Strömungsweg vorgegeben ist. Die obere, 1, der Metallplatten ist mit einer ganzflächigen Absorberbelegung 8 (vgl. Fig. 2) zur Umwandlung der durch drei geschwungene Pfeile angedeuteten einstrahlenden Solarenergie versehen. In Fig. la ist ein Fluidführungsquerschnitt zwischen zwei parallel verlaufenden Zwischenverbindungen (6) dargestellt, der im Beispiel im wesentlichen ellipsenartig ausgebildet ist, wobei ihm ein Breiten/Höhenverhälmis a: b in der Größenordnung von 100 : 1 bis 200 :1 gegeben ist. Diese Maßgabe beschränkt die Erfindung jedoch nicht ausschließlich auf eine ellipsenartige Ausbildung genannten Fluidfuhrungsquerschnitts; sie ist gemäß der Erfindung auch anwendbar auf bspw. trapezförmige Querschnitte, wobei b immer für den Maximalwert der kleineren Ausdehnung und a für den der größeren Ausdehnung steht. Durch diese Ausbildung eines extrem flachen Fluidfuhrungsquerschnitts

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wird eine im wesentlichen homogene Erwärmung des den Wärmetransport übernehmenden Mediums gewährleistet. Aufgrund der gesamten, hinterströmten Aperturfläche tritt ein minimaler Wärmedurchgangswiderstand auf und fuhrt zu einer Effizienzsteigerung.
Zur Verbesserung der rückseitigen Wärmedämmeigenschaften und der mechanischen Stabilität ist der Plattenabsorber 10 weiterhin mit einer einstückigen Isoherkassette 7, bevorzugt aus dem gleichen Material wie das der Metallplatten 1, 2 gefertigt, versehen, wie in Fig. Ib angedeutet, die den Plattenabsorber entlang seiner Umfangsseiten 51, 521, 522 erfaßt

&iacgr;&ogr; und mit diesen bevorzugt unlösbar verbunden ist. Die Isoherkassette 7 kann vorteilhaft mit einem mikroporösem, pulverförmigen Dämmstoff, ausgefüllt sein und kann zusätzlich vor ihrem endgültigen Verschluß evakuiert werden. Bevorzugt gelangen für genannte Metallplatten I₅ 2 Edelstahlfeinbleche einer Dicke kleiner 1 mm, im Beispiel 0,3 mm, zum Einsatz, wobei die Umfangsseiten 51, 521, 522 und die Zwischenverbindungen durch Rollnaht-Schweißen hergestellt sind. Aus technologischer Sicht werden am vorteilhaftesten zwei Metallbänder bzw. Einzelbleche derart miteinander verbunden, daß sie zunächst an den Umfangsseiten 51 und im Bereich der Zwischenverbindungen 6 miteinander verschweißt bzw., z.B. bei Einsatz von Kupferblech, verlötet werden, danach anschließend die übrigen Umfangsseiten 521 und 522 auf gleiche Weise dicht verschlossen werden. Durch Ausstanzen und Ausformen werden danach die Anschlußbereiche für einen Zu- bzw. Ablauf 3, 4 geschaffen und die entsprechenden Anschlußstutzen mit dem Plattenabsorber 10 dichtend verbunden. Danach wird der Plattenabsorber 10 einer Innendruckbeaufschlagung solange unterworfen, bis eine Ausformung des mäanderförmigen Fluidströmungsweges entsprechend des gewünschten Fluidströmungsquerschnitts erreicht ist. Diese bis hierher beschriebene Art der Plattenabsorberherstellung beschränkt die Erfindung jedoch nicht darauf. Ebenso ist es möglich, für die vorgesehenen Metallplatten 1, 2 bereits vorgeprägte, dem später gewünschten Profil weitestgehend angepaßte Bleche auf genannte Art zu verbinden. Das vorgeschlagene Verfahren ist weiterhin geeignet, eine bereits vor der Verbindung der Metallplatten 1, 2 mit einer Absorberschicht versehene Metallplatte 1 zu verwenden als auch die Absorberbelegung erst nachträglich aufzubringen.

ti I · · ·· t ·

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In Figur 2 sind schließlich die wesentlichen Bestandteile erfindungsgemäßen Solarkollektors und ihre Einbaugegebenheiten in einem seitlichen Teilschnitt dargestellt. Auf einer Auflage 16 befindet sich ein Profilrahmen 12, der in der Figur von unten nach oben die Isoherkassette 7 und den mit ihr verbundenen Plattenabsorber 10 aumimmt. Die Anschlußstutzen 3 (4) sind durch eine Dichtung 14 im Profilrahmen 12 nach außen in ein äußeres Anschlußstück 15 geführt. Weiterhin sind isolierende Wäraiedämmeinlagen 13 seitlich gegen den Profilrahmen 12

&iacgr;&ogr; vorgesehen. Sonnenseitig ist die gesamte Anordnung mit einer transparenten Abdeckung 9 vermittels einer Klebverbindung 11 abgedichtet.

Die Verwendung von Edelstahlfeinblechen fur die Metallplatten 1, 2 ist besonders zu bevorzugen, da dadurch eine universelle Einsetzbarkeit des Plattenabsorbers in Applikationen gewährleistet wird, in denen aggressive und korrosive Medien als Wärmetransportfluid verwendet werden sollen. Durch den Einsatz von relativ dünnem Material (kleiner 1 mm) und der geschaffenen Nutzungsmöglichkeit der gesamten Aperturfläche für den Wärmeübergang von der Absorberbelegung durch das Stahlblech zum Wärmeträgerfluid treten nahezu keine Wärmeverluste auf, wodurch sich eine Steigerung des Wirkungsgrades erfindungsgemäßen Solarkollektors gegenüber konventionellen Flachkollektoren erreichen läßt.
Weiterhin wird durch die erfindungsgemäße Plattenabsorberausbildung eine weitestgehend gleichmäßige Wärmeverteilung bezogen auf die Aperturfläche erreicht. Aufgrund des durch die Erfindung gegebenen Volumen-Flächen-Verhältnisses ist der Plattenabsorber für Low-Flow-Anwendungen prädestiniert und ermöglicht so eine zusätzliche Leistungssteigerung des gesamten Solarsystems. Der erfindungsgemäße Solarkollektor läßt sich, bedingt durch seine Herstellungsart, in behebigen äußeren Bemessungen fertigen.

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Bezuaszeichenliste	Metallplatte mit Absorberbelegung
1	Metallplatte ohne Absorberbelegung
2	Zu- und Ablauf
3,4	Umfangsseiten
51,521,522	Zwischenverbindungen (Schweiß- oder
6	Lötnähte)
	Isolierkassette
7	Absorberbelegung
8	transparente Abdeckung
9	Plattenabsorber
10	Klebverbindung
11	Profilrahmen
12	Wärmedämmeinlage
13	Dichtung
14	Anschlußstück
15	Auflage
16	Abstand benachbarter Zwischenverbindungen 6
a	maximale lichte Höhe des Fluidströmungsquer-
b	schnitts zwischen benachbarten Zwischenver
	bindungen 6

Claims

-7- Schutzansprüche

1. Solarkollektor, im wesentlichen bestehend aus einem mäanderförmigen Fluidfuhrungssystem, Absorberschichten und einer wärmeisolierenden einseitigen Belegung, der aus zwei, jeweils mehrfach mit Wölbungen versehenen Metallplatten (I₉ 2) besteht, die umfangsseitig miteinander, bis auf Anschlußbereiche für wenigstens einen Zu- und Ablauf (3, 4), im wesentlichen plan und dicht verbunden sind, wobei

&iacgr;&ogr; parallel zu einer ersten Umfangsseite (51) mehrere, durchgängig

geschlossene Zwischenverbindungen (6) zwischen genannten Metallplatten derart vorgesehen sind, daß diese zu zweiten Umfangsseiten (521, 522), die jeweils senkrecht zu genannten ersten Umfangsseiten (51) angeordnet sind, wechselseitig an der ersten (521) und der zweiten (522) genannter zweiter Umfangsseiten (521, 522) ansetzend beginnend soweit ausgeführt sind, daß sie in einem Abstand vor der jeweils gegenüberhegenden zweiten Umfangsseite (521 oder 522) enden, der in der Größenordnung des Abstands (a) der Zwischenverbindungen untereinander festgelegt ist und

alle Umfangsseiten (51, 521, 522) ihrerseits einseitig mit einer Isolierkassette (7) verbunden sind, wohingegen die gegenüberliegende Metallplattenoberfläche mit einer Wärmestrahlung absorbierenden Belegung versehen ist.

2. Solarkollektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der der Sonneneinstrahlung abgewandten Metallfläche (2) verbundene Isolierkassette (7) mit einem porösen Dämmstoff ausgefüllt ist.

3. Solarkollektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Isolierkassette (7) das gleiche Material wie für die Metallplatten (1,

2) eingesetzt ist.

4. Solarkollektor gemäß Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß alle Umfangsseiten (51, 521, 522) einseitig mit der Isolierkassette (7) unlösbar verbunden sind.

5. Solarkollektor gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierkassette (7) evakuiert ist.

6. Solarkollektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluidiuhrungsquerschnitt zwischen zwei parallel verlaufenden Zwischenverbindungen (6) extrem flach ausgebildet ist, wobei ein Breiten/Höhenverhältnis (a: b) in der Größenordnung von 100 : 1 bis 200 : 1 eingehalten ist.

&iacgr;&ogr; 7. Solarkollektor gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluidfiihrungsquerschnitt zwischen zwei parallel verlaufenden Zwischenverbindungen (6) im wesentlichen ellipsenartig ausgebildet ist.

8. Solarkollektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallplatten (1, 2) aus dünnem Edelstahlfeinblech bestehen und die umfangsseitigen Verbindungen (51, 521, 522) als auch genannte Zwischenverbindungen (6) durch Schweißnähte gebildet sind.

9. Solarkollektor gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß genannte Schweißnähte durch Rollnaht-Schweißen hergestellt sind.

10. Solarkollektor gemäß Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallplatten (1, 2) aus dünnem BuntmetaUfeinblech bestehen und die umfangsseitigen Verbindungen (51, 521, 522) als auch genannte Zwischenverbindungen (6) durch Lötnähte gebildet sind.