DE29817663U1 - Energieautarkes System zur Gewinnung solarer Wärme - Google Patents

Description

Gebrauchsmuster: Roland Sailer, Wolfgang Sailer - #960 I ^chmiechen * *

Anlage 4
Beschreibung

Energieautarkes System zur Gewinnung solarer Wärme

Die Erfindung bezieht sich auf ein optimiertes Gesamtsystem (Kollektor, Speicher, Aggregate) zur Gewinnung solarer Wärme.

Aus „erneuerbare energie (Österreich), 4/96, CONUS 500 - ein neues Speicherkonzept, A. Siegemund" und „Siebtes Symposium Thermische Solarenergie, 1997, Staffelstein: Warmwasser- und Pufferspeicher mit Schichtenbe- und entladung, U. Leibfried, A. Siegemund" ist ein System zur Gewinnung solarer Wärme bekannt.

Das bekannte System beinhaltet neben einem Kollektor als solare Wärmequelle, im wesentlichen eine elektronische Regelung, einen Wärmetauscher und einen Schichtenspeicher.

Die Regelung hat die Aufgabe, das kalte Speicherwasser im Bodenbereich möglichst auf eine direkt nutzbare Temperatur zu erhitzten, damit es oben im Speicher eingeschichtet („Topladung") wird. Liegt die erreichte Temperatur des Speicherwassers unterhalb der Temperatur des Speicherbereitschaftsteils, so wird es durch ein Kugelventil in den Speicherraum geleitet. Dieses Kugelventil ist nicht in der Lage, das erwärmte Speicherwasser immer in die Speicherschicht mit der gleichen Dichte zu leiten. Verlustbehaftete Vermischungen sind die Folge. Die erforderliche Regelung ist eine elektronische Komponente, die Störungen nicht ausschließen läßt.

Der im Schutzafispruch (Anlage 6) angegebenen Erfindung liegt die Äufg^lfe"^5gTfufIäe7~ein~Sj^ste"m~'zuf" Gewinnung solarer Wärme so zu gestalten, daß möglichst wenige, störanfällige, energieverschwendende und kostenverursachende (Investition, Montage, Wartung) Komponenten Einsatz finden. Weiterhin soll die Energieversorgung ausschließlich regenerativ realisiert sein. Die Einschichtung der solaren Wärme im Speicher soll sehr präzise und somit energieoptimiert erfolgen. Das System, das zur Realisierung berufsfeldübergreifende Kompetenzen (Elektrotechnik, Heizungstechnik) erfordert, sollte einfachst konzipiert sein („plug and play"). Weiterhin soll eine Speicherisolierung Verwendung finden, die, kostengünstig in der Anschaffung, sehr gute Isolationswerte aufweist und biologisch abbaubar ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Schutzanspruch (Anlage 6) aufgeführten Merkmale gelöst.

Die Erfindung ist in der Zeichnung in einem Ausfuhrungsbeispiel veranschaulicht und nachstehend im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben.

Das erfindungsgemäße System besteht aus Sonnenkollektoren (7), Solarmodul (mehrere zusammengeschlossene Solarzellen) (6), zwei Gleichstrompumpen (4)(5) für die Zwangszirkulation, einer selbstregelnden, feinstufigen Schichtenladeeinheit (2) (zum Beispiel: DE 411 95 42) und einem Wärmeaustauscher (3). Die zusätzlich erforderliche Sicherheitsgruppe (z.B. Ausdehnungsgefäß, Überdruckventil, etc.) wird hier nicht beschrieben.

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Die Sonnenkollektoren (7) und das Solarmodul (6) werden so angeordnet, daß sie von der Sonne gleich bestrahlt werden können. Sobald nun Licht auf das Solarmodul und Kollektoren fällt, wandeln sie dieses in elektrische, beziehungsweise thermische Energie um. Die erzielbare Leistung ist direkt von der Sonnenstrahlung abhängig.

Die elektrische Verbindung (9) fuhrt direkt vom Solarmodul (6), das, beispielsweise 30 in Serie geschaltete Zellen besitzt, zu den parallel verschalteten 12V Gleichstrompumpen (4)(5). Infolge der Zufuhr von elektrischer Energie fordert die Pumpe (5) im Primärkreis das im Kollektor (7) erwärmte Medium zum Wärmeaustauscher (3). Pumpe (4) sorgt für die Wärmeenergieübertragung zum Speicher.

Die Pumpendrehzahl und der damit korrellierende Volumenstrom im Kollektorkreis ist von der abgegebenen Leistung des Solarmoduls abhängig. Dies hat dann zur Folge, daß das, im Kollektor erwärmte Medium, bei schwankender Sonneneinstrahlung, mit schwankender Temperatur dem Speicher (1) zugeführt wird.

Das einzuspeichernde Medium kann nun direkt, oder aber über einen internen oder externen Wärmeaustauscher (3), dem Speicher zugeführt werden. Damit die Wärme effizient und verlustarm eingespeichert werden kann, wird eine selbstregelnde Schichtenladeeinheit (2) verwendet. Diese Schichtenladeeinheit (2) bewirkt, daß, in den Speicher eingeleitetes, von der Sonne erwärmtes Wasser, exakt in die Speicherschicht eingeleitet wird, in der dieselbe Dichte vorherrscht.

Der Wärmeaustauscher (3) befindet sich, um die verlustbehafteten Leitungswege zu minimieren, nahe an der Einspeisestelle der Schichtenladeeinheit. Eine vorteilhafte Positionierung des Wärmaustauschers ist unterhalb der tiefsten Stelle des Speichers (1). HierbeLkann eine Naturzirkulationrdes Speicherwassers-ausgenützt-werden und Pumpe (4) entfallen.

Die Isolation des Speichers erfolgt mit einem, mit Dinkelspelz gefüllten, Mantel. Dieses Material ist ein Abfallprodukt, ist preiswert und weisst gute Isolationswerte auf. Der Mantel kann so gestaltet sein, daß Dinkelspelz in ein (atmungsaktives) Gewebe (z.B. Leinenruch) verfüllt wird. Oder aber, und dies ist bei größeren Anlagen interessant, der gesamte Speicherraum, der durch geeignete Trennwände gestaltet werden kann, direkt mit Dinkelspelz verfüllt wird. In diesem Zusammenhang sind auch andere biologische Materialien für die Verwendung denkbar.

Vorteilhaft ist eine Baueinheit bestehend aus Sonnenkollektor (7), Solarmodul (6) und Pumpe (5).

Die einfachste Systemvariante stellt die Positionierung des Sonnenkollektors (7) unterhalb des Speichers (1) mit der Schichtenladeeinheit (2), mit oder ohne Wärmetauscher, dar. Hier erfolgt die Beladung des Speichers ausschließlich mit Schwerkraft. Es kann also auf das Solarmodul (6) und die Pumpen (4)(5) verzichtet werden.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß das System ausschließlich mit regenerativen Energien betrieben werden kann. Die Erfindung ermöglicht, abhängig vom gegebenen Arbeitspunkt, den jeweiligen Enegieertrag, mit minimalem Aufwand an Hilfsenergie, zu optimieren. Aufgrund der Speicherschichtung und des „low-fiow" Konzepts kann dem Kollektor kaltes Medium zugeführt werden. Dies

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erhöht den Wirkungsgrad des Kollektors und somit die solare Energieausbeute. Die auf die notwendigste Anzahl reduzierten Komponenten, ermöglichen eine schnelle Montage. Hierbei ist für das Heizungsbauhandwerk vorallem wichtig, daß sowohl die sonst übliche Sensorik für Kollektor und Speicher, als auch die zur Regelung erforderliche Elektronik entfällt.. Nach dem Zusammenbau läuft die Anlage, wohlgemerkt, ohne jegliche zeitintensive Einstellung durch gutgeschultes Personal. Dies bedeutet für die Montage und Inbetriebnahme eine drastische Reduzierung der erforderlichen Arbeitszeit.

Die Verbindung vom Solarmodul zu den Pumpen darf von einer Nicht-Elektrofachkraft hergestellt werden, da, nach VDE 0100, die Systemspannung im Schutzkleinspannungsbereich liegt. Die elektrische Verbindung (9) ist einfachst, auch für eine Nicht-Elektrofachkraft, herzustellen. Liegt eine Systemlösung nach Schutzanspruch 5 oder 6 vor, so erübrigt sich der Material- und Installationsaufwand zur Verlegung und Anschluß des Kabels (9) in, zum Beispiel, weit entfernte Kellerräume. Es ergibt sich somit eine weitere Optimierung im Einsatz von Material und Arbeitszeit.

Die Erfindung ist kostengünstig in der Herstellung, Montage, Inbetriebnahme und Wartung.

Das erfindungsgemäße System ist sowohl zur Brauchwasser- als auch zur Heizungswassererwärmung einsetzbar. Denkbar ist die Verbindung von kleinen solaren Brauchwassererwärmungseinheiten mit einer Gastherme oder dezentralen Boilern, die das solar vorerwärmte Wasser auf Zieltemperatur aufheizen.

Bei der solaren Heizungsunterstützung wird der Puffer entweder zur Temperaturanhebung im Rücklauf des -Heizkreises-genutzt, so^daß-der-Kesselnur-noch-die-Differenz zui-Zieltemperatun-überbrücken-mußj-oderj.-der-Puffer wird parallel zum Heizkessel geschaltet.

Die Isolation des Speichers ist biologisch abbaubar. Dinkelspelz bietet gute Isolationswerte und ist, was die Verarbeitung anbelangt sehr komfortabel einsetzbar. Wird ein Mantel zur Isolation des Speichers verwendet, so ist dieser genauso zu verwenden, wie die bisher aus Kunststoff eingesetzten. Wird hingegen der gesamte Speicherraum mit Dinkelspelz befüllt, so kann dies einfachst mit entsprechenden Gebläsemaschinen durchgeführt werden. Der entscheidende Vorteil hierbei ist, daß in diesem Raum jedes Gerät und jedes Leitungsstück isoliert ist, und zwar in einem Arbeitsgang. Durch den Wegfall der zeitintensiven Teilisolation von Rohren, Speicher etc. ergibt sich hier eine weitere Reduzierung der Investitionskosten. Begrenzte Feuchtigkeit ist problemlos, da aufgrund der Wärmequellen das biologische Material automatisch getrocknet und somit haltbar gemacht wird. Die Energieverluste sind minimiert, da jedes wärmeführende Teilsystem in diesem Raum von Dinkelspelz umgeben und isoliert wird. Wird ein Montageeingriff erforderlich, so wild der Dinkelspelz einfachst und rasch mit einem „Staubsauger" abgesaugt und für die Wiederverwendung gesichert.

Dieses System ist für den Selbsteinbau, für Handwerksbetriebe mit weniger gut qualifiziertem und ausgebildeten Personal und bestens für eine zeitoptimierte Montage und Inbetriebnahme geeignet.

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Claims (11)

• · • ft Gebrauchsmuster: Roland Sailer, Wolfgang Sailer - 8$6CfTSchmieden ** Anlage 6 Schutzansprüche

1. Energieautarkes System zur Gewinnung solarer Wärme, bestehend aus Sonnenkollektor (7), Solarmodul (6), Speicher (1) mit Schichtenladeeinheit (2) und Isolierung, Pumpen (4)(5), Wärmeaustauscher (3), Sicherheitsgruppe und erforderlichem Leitungsmaterial (8)(9), wobei die Sonnenkollektoren und das Solarmodul so angebracht sind, daß sie von der Sonne gleich bestrahlt werden, das Solarmodul ist elektrisch direkt mit den Pumpen (4)(5) verbunden, die Pumpen (4)(5) treiben die Zwangszirkulation im Primärkreis (Solarkreis) und im Sekundärkreis des externen Wärmeaustauschers (3), wobei der Sekundärkreis in einen selbsregelnden Schichtenlader (2) im Speicher mündet.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärmeaustauscher im Speicher, an der tiefsten Stelle angeordnet ist und das erwärmte Speicherwasser in den Schichtenlader geleitet wird, wobei Pumpe (4) entfällt.

3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher (3) unterhalb des Speichers angeordnet ist.

4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich keine Pumpe (4) im Sekundärkreis befindet.

5. System nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Pumpe (5) in unmittelbarer Nähe vom — —Kollektor-(7-)-und Solarmodul-(6) befindet ■—

6. System nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (5), der Sonnenkollektor (7) und das Solarmodul (6) eine Einheit bilden.

7. System nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolation mit Dinkelspelz ausgeführt ist.

8. System nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolation mit biologischem Material ausgeführt ist.

9. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sonnenkollektor (7) direkt, ohne Wärmeaustauscher (3), in die Schichtenladeeinheit (2) einspeist.

10. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Sonnenkollektor (7) unterhalb des Speichers (1) mit Schichtenlader (2) befindet.

11. System nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Solarkreis mit sehr geringen Durchflüssen, „low-flow", betrieben wird.

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