DE3026834A1 - Flacher sonnenkollektor zur konzentration - Google Patents
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Description
Anmelder:
Karl Mantinger Frazione La Mara, 123
Brixen (Bozen), Italien Stuttgart, den 1S. Juli 1980
P 3902 Ba
Vertreter:
Kohler-Schwind1ing-Späth
Patentanwälte Hohentwielstraße 4-1
7000 Stuttgart 1
Flacher Sonnenkollektor zur Konzentration
030066/0779
"FLACHER SONNENKOLLEKTOR ZUR KONZENTRATION"
Der SonnenkoLLektor, Gegenstand der vorliegenden Erfindung,
wird zum Auffangen und zur Konzentration der Sonnenenergie benutzt,
da die Sonnenstrahlung in ihrer normalen Empfangsbedindung für den grössten Teil der technologischen und praktischen
Verwendungszwecke von nicht ausreichender Stärke ist. Es ist bekannt, dass zur Zufriedenstellung dieser Anforderung
an Auffangen, Sammeln und/oder Konzentration der Sonnenenergie Sonnenkollektoren benutzt werden, die allgemein in zwei Gruppen
unterschieden werden können: Nicht konzentrierende Kollektoren (mit flacher auffangender Oberfläche) und Kollektoren zur Konzentration
(mit reflektierender parabolischer Oberfläche). Die
Kollektoren des ersten Typs (SonnenkoLLektoren) basieren auf
der Eigenschaft, dass eine schwarze Oberfläche, die der Sonne ausgesetzt wird, die Sonnenstrahlen aufnimmt und in Wärme verwandelt,
die an eine Flüssigkeit für den Wärmeaustausch abgegeben wird, welche in dem Kollektor selbst enthalten ist.
Die Kollektoren des zweiten Typs (Kollektoren zur Konzentration),
auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht, bestehen in Übereinstimmung
mit der bekannten Technik aus einem Spiegel mit parabolischer
Oberfläche, geeignet zur Fokussierung der Sonnenstrahlung auf eine einzige gerade Linie (oder auf einen Punkt),
an der sich eine Leitung mit der zu erwärmenden Flüssigkeit befindet.
Durch diese Technik ist es möglich, erhebliche Temperaturen und
Durch diese Technik ist es möglich, erhebliche Temperaturen und
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folglich hohe Nutzungsgrade zu erreichen.
Bei der Benutzung der Sonnenkollektoren des bekannten Typs wird
auf folgende schwere Nachteile gestossen:
- Was besonders die nicht konzentrierenden Sonnenkollektoren betrifft,
so wird festgestellt, dass sie einen niedrigen Nutzungsgrad liefern, speziell in den Wintermonaten, da sie, wenn sie
keine Konzentration der Sonnenstrahlungen bewirken, auch nicht zum Erreichen von hohen Temperaturen führen können.
- Die Sonnenkollektoren mit Fokussierung des bekannten Typs zwingen
in erster Linie, da sie aus einem Parabolspiegel bestehen, der logischerweise gross ausgelegt sein muss, zu hohen Herstellungs-
und Installierungskosten; in zweiter Linie bedürfen sie
einer komplexen mechanischen Struktur, um so installiert zu werden, dass sie dem Wind und den Witterungseinflüssen widerstehen
können; dreittens werden umfangreiche Mechanismen für die Bewegung nötig, da die Achse des Parabolspiegels stets zur Sonne
hin gehalten werden muss; viertens bilden sie Probleme inrder
Installierung auf Gebäuden, da sie in der Wartung schwierig und
auch von unschönem Aussehen sind.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist der, die erwähnten und sich besonders auf die Sonnenkollektoren mit Fokussierung des bekannten
Typs beziehenden Nachteile zu beseitigen.
Das Problem, welches der Erfindung zugrunde liegt, bezieht sich auf die Überwindung der erwähnten Nachteile, indem die Verwirklichung
eines flachen und festen Sonnenkollektors ermöglicht wird,
jedoch vom Typ mit Fokussierung. Die vorliegende Erfindung beruht
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auf dem Konzept, dass es nicht notwendig ist, die Sonnenstrahlungen
auf eine dünne Linie zu konzentrieren, wie es bei den
Kollektoren mit reflektierender parabolischer Oberfläche erfolgt,
da die Leitungen, welche die zu heizende Flüssigkeit transportieren, einen bestimmten Schnitt haben und es folglich ausreichend
ist, die einfallenden Strahlungen auf diesen Schnitt zu konzentrieren (besonders auf den Längsschnitt in der Symmetrie
der Leitung).
Das Problem wird in Übereinstimmung mit der Erfindung durch einen
flachen Sonnenkollektor zur Konzentration gelöst, und zwar vom Typ bestehend aus einem optischen System zur Fokussierung
der Sonnenstrahlen auf einer Oberfläche zur Konzentration, dadurch
gekennzeichnet, dass das genannte optische System flach ist, wobei das eben genannte optische System auf einem festen
Trägerrahmen montiert ist, und wobei es aus einer Mehrzahl von flachen und grundsätzlich rechteckigen, aneinanderIlegenden und
untereinander gleichen Spiegelflächen besteht, die jeweils in
zueinander nach vorbestimmten und konstanten Winkeln ausgerichteten Ebenen liegen; wobei die genannten flachen Spiegelflächen
mit einer Drehbewegung um ihre eigenen Längsachsen beweglich sind und wobei die genannten Längsachsen parallel und auf gleicher
Ebene nach einer zu ihnen selbst normal verlaufenden Geraden zueinander ausgerichtet sind.
Die hauptsächlichen Vorteile, die sich aus der Verwendung eines
SonnenkolLektors nach der Erfindung ergeben, bestehen darin, einen
Sonnenkollektor zur Fokussierung (also mit einem hohen
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Nutzungsrad) verwirklichen zu können, der grundsätzlich flach
ist. Diese Tatsache bewirkt niedrige Herstellungs-, Installierungsund
Wartungskosten. Ausserdem kann ein solcher Sonnenkollektor
direkt auf Dächern von Gebäuden oder an anderen Stellen installiert werden. Ferner ermöglicht die Tatsache, dass der Trägerrahmen
fest ist, eine einfache Struktur ohne schwierige Mechanismen, wobei folglich ein Drehen des gesamten Sonnenkollektors
vermieden wird. Ein weiterer Vorteil ist daraus gegeben, dass die optische Oberfläche, die aus einer Mehrzahl von aneinander-I
legenden Spiegelflächen besteht, dem Wind einen geringeren Widerstand
bietet und folglich keine komplexen mechanischen Strukturen notwendig sind.
Die Erfindung wirJ nun ausführlicher beschrieben, und zwar unter
Bezugnahme auf ein praktisches Verwirklichungsbeispiel, das in
den beiliegenden Zeichnungen dargestellt ist.
- Abb. 1) zeigt eine Ansicht des Sonnenkollektors im Querschnitt
nach einer zu den Längsdrehachsen der Spiegelflächen lotrecht
verlaufenden Ebene; '
- Abb. 2) zeigt eine Ansicht des Sonnenkollektors von vorn.
Unter Bezugnahme 3uf die Abbildungen 1) und 2) ist mit (1) ein
rechteckiger fester Trägerrahmen bezeichnet, der auf seiner unteren Seite mit einem querverlaufenden Stützprofil (2) versehen
ist. Eine Mehrzahl von rechteckigen, aneinanderI legenden und
untereinander gleichen flachen Spiegelflächen (3) ist durch eine entsprechende Anzahl von Drehhalterpaaren (4) auf der einen
Seite an dem Trägerrahmen (1) und auf der anderen Seite an dem
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Stützprofil (2) befestigt. Die flachen Spiegelflächen (3), die
jeweils in zueinander nach vorbestimmten und konstanten WinkeLn ausgerichteten Ebene liegen, drehen sich frei um ihre eigenen
Längsachsen (A), die untereinander auf gleicher Ebene Liegen und zu denen in geometrischer Hinsicht jeweils jedes Paar dieser
Drehhalterungen (4) gehört. Die Drehung um die eigene Längsachse
(A) einer jeden der flachen Spiegelf Lachen (3) wird durch eine Drehvorrichtung (5) (Antriebstange) bestimmt, die mit diesen
Drehhalterungen (4) durch Zahnräder (6) verbunden ist und durch einen Elektromotor (7), der über einen Getriebemotor (8) eingeschlossen
ist, angetrieben wird, geregelt durch eine elektronische Vorrichtung, welche in der Lage ist, den Winkel der auf
die Spiegelflächen (3) einfallenden Sonnenstrahlung zu bestimmen.
Bezugnehmend auf die Abbildung 1) ist mit (9) ein Stützarm für eine grundsätzlich zylindrische Hülle (10) aus durchsichtigem
Material bezeichnet, in der sich koaxial ein Leitung (11) von rechteckigem Querschnitt befindet, die eine äussere geschwärzte
KonzentrationsfLache (12) aufweist, die den Spiegelflächen (3)
zugewandt ist und die gleiche Form und Abmessungen hat, wie jede dieser Spiegelflächen (3).
Mit S^ ist eine erste Gerade bezeichnet, welche in der Ebene verläuft,
die zu einer allgemeinen Spiegelf Lache (3) gehört und normal
zu der Drehachse (A) dieser Spiegelfläche (3) ist, und die
zusammen mit einer zweiten Geraden (S2), normal zu jeder der
Drehachsen (A) und auf der Ebene der Drehachsen (A) liegend, einen vorbestimmten Winkel (b) bildet, der zur RefLektierung der
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Y;
einfallenden Sonnenstrahlen (R) auf die Konzentrationsfläche
(12) dient.
Die Spiegelflächen (3) liegen in Ebenen, die wechselseitig nach
während der Drehung konstanten Winkeln (a) geschwenkt sind, aber natürlich unterschiedlich bei Veränderung der betreffenden Spiegelflächenpaare
(3).
Bei Veränderung des Einfallwinkels der Sonnenstrahlen (R) sind die Veränderungen der Winkel (b) tatsächlich für alle Spiegelflächen
(3) gleich. Sind also zu Anfang die Winkel (b) der einzelnen Spiegelflächen einmal eingestellt, um die Sonnenstrahlen
(R) auf die Konzentrationsfläche (12) zu reflektieren, ist ein
einziger Reguliermechanismus (durch den Elektromotor (7) angetriebene
Drehvorrichtung (5)) ausreichend. Im Falle von Hagel
oder für den Fall, dass man den Kollektor nicht benutzen will, genügt es, die Spiegelflächen (3) nach einem gewünschten Winkel
zu drehen, um den Sonnenkollektor vor Witterungseinflüssen zu
schützen.
Natürlich können an der vorliegenden Erfindung zahlreiche Änderungen
struktureller oder praktischer Art angebracht werden, ohne deshalb jedoch aus dem Schutzbereich herauszugehen.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen flachen Sonnenkollektor
zur Konzentration, bestehend aus einem optischen System, das zur Fokussierung der Sonnenstrahlen (R) auf eine
Konzentrationsfläche (12) dient, und dass auf einem festen Trägerrahmen
(1) montiert ist.
Dieses optische System ist flach und besteht aus einer Mehrzahl von grundsätzlich rechteckigen, aneinanderllegenden und untereinander
gleichen flachen Spiegelflächen (3), jede in zueinander
nach vorbestimmten und konstanten Winkeln (a) ausgerichteten Ebenen liegend. Diese flachen Spiegelflächen (3) sind einzeln
mit einer Drehbewegung um ihre eigenen Längsachsen (A) beweglich, welche paralLel und auf gleicher Ebene zueinander liegen,
und sie folgen der scheinbaren Bewegung der Sonne und reflektieren die Strahlen (R) auf die Konzentrationsfläche (12), welche
eine Nutzfläche hat, die genau einer jeden dieser Spiegelflächen (3) entspricht.
030066/0779
Claims (6)
- PATENTANSPRÜCHEΠ.) Flacher Sonnenkollektor zur Konzentration vom Typ bestehend aus einem optischen System zur Fokussierung der Sonnenstrahlen (R) auf eine Konzentrationsfläche (12), dadurch gekennzeichnet, dass das genannte optische System flach ist, wobei das eben genannte optische System auf einem festen Tra'gerrahmen (1) montiert ist; wobei das genannte optische System aus einer Mehrzahl von grundsätzlich rechteckigen, aneinanderLiegenden und untereinander gleichen Spiegelflächen (3) besteht, jede in zueinander nach vorbestimmten und konstanten Winkeln (a) ausgerichteten Ebenen liegend; wobei die genannten flachen Spiegelflächen (3) mit einer Drehbewegung um ihre eigenen Längsachsen (A) beweglich sind; wofcei die genannten Längsachsen (A) parallel und auf'gleicher Ebene nach einer zu ihnen selbst normal verlaufenden Geraden (S2) ausgerichtet sind.
- 2. Flacher Sonnenkollektor zur Konzentration nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine einzige Drehvorrich-030066/0779tung (5) für die genannten flachen SpiegelfLachen (3) vorgesehen ist, wobei die genannte Drehvorrichtung (5) zur Bestimmung der Winkelveränderung selbst für jede der genannten Spiegelflächen (3) zur Konzentration der Sonnenstrahlen (R) auf die genannte KonzentrationsfLache (12) dient.
- 3. Flacher Sonnenkollektor zur Konzentration nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Konzentrationsfläche (12) von grundsätzlich verlängerter und gerader Form mit dem genannten Trägerrahmen (1) verbunden ist und eine flache Nutzfläche aufweist, die dem genannten optischen System zugewandt ist und in ihren Abmessungen genau einer jeden der genannten flachen Spiegelflächen (3) entspricht.
- 4. Flacher Sonnenkollektor zur Konzentration nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Konzentrationsfläche (12) aus Fotozellen besteht, die zur Herstellung von elektrischem Strom dienen.
- 5. Flacher Sonnenkollektor zur Konzentration nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Konzentrationsfläche (12) aus einer schwarzen Oberfläche besteht, die zur Aufnahme der genannten reflektierten Strahlung (R) zur Erzeugung von Wärme dient.
- 6. Flacher Sonnenkollektor zur Konzentration nach den vorstehenden Patentansprüchen und nach dem, was beschrieben und in.den beiliegenden Zeichnungen dargestellt wurde.030066/0779
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