DE3046529C2 - Solarkollektor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Solarkollektor, mit einem einen Wärmeträger führenden, im Fokus eines Reflektors angeordneten und aus diesem mittels einer Defokussiereinrichtung herausbewegbaren Absorberrohr.

Ein derartiger Kollektor zeichnet sich durch eine zusammengesetzte parabolische Form aus, die die durch die Parabelmündung empfangene Sonnenenergie auf ein Roh.¹ konzentriert, durch das zu erwärmendes Strömungsmittel hindurchgeleitet wird. Die Parabelform wird durch die Beziehung des Konzentrationsverhältnisses C, also des Verhältnisses der Querabmessung der Mündung zum Außenumfang des Rohrs, zum kritischen Winkel oder Annahmewinkel Θ, also zum Winkel relativ zur Parabelachse, innerhalb dessen die Lichtstrahlen auf das Rohr konzentriert werden, bestimmt. Diese Beziehung lautet

Aus der CA 10 47 343 ist ein Sonnenenergie-Kollektorsystem bekannt das aus modularen Sonnenkollektoren besteht.
Jeder Modul umfaßt eine Mehrzahl langgestreckter Hüllen, die starr und unbeweglich miteinander verbunden sind und eine integrale Körperstruktur ergeben. Mit dieser Struktur ist eine transparente Abdeckung abdichtend verbunden. Jede Hülle ist evakuiert und hat eine reflektive Innenfläche. Aufeinanderfolgend durch die Hüllen verläuft das Rohr mit einer selektiv absorbierenden Oberfläche, die Energie mit gegebenen Wellenlängen selektiv absorbiert. Das Rohr fördert das zu erwärmende Strömungsmittel zum Modul und entfernt erwärmtes Strömungsmittel vom Modul.

Obwohl sich die modulare Konstruktion als sehr vorteilhaft erweist, ergeben sich Schwierigkeiten bei der Konstruktion einer integralen Körperstruktur der bekannten Art, insbesondere bei der Herstellung als glasartigem Keramikmaterial. Die Erfindung befaßt sich mit einer verbesserten Form der Körperkonstruktion für den

Die vorliegenden Kollektoren haben einen hohen Wirkungsgrad beim Sammeln der Sonnenenergie und beim Erwärmen des durch das Rohr fließenden Strömungsmittels. Jedoch ergeben sich Probleme, wenn der thermische Bedarf des Systems sowohl kurzfristig als auch langfristig gedeckt ist oder wenn als Ergebnis eines Transport-Strömungsmittel-Verlustes, eines Pumpenausfalls, eines Stromausfalls, einer beschränkten thermischen Speicherkapazität oder menschlichen Irrtums ein Stillstand eintritt, so daß es dann notwendig wird, den Kollektor »abzuschalten«. Erfolgt kein solches Abschalten, so können eine irreversible Beschädigung der selektiven Beschichtung des Absorberrohrs mit folglicher Verschlechterung des Vakuums und weiterhin ein unerwünschter Druckanstieg im Strömungsmittelsystem die Folgen sein.

Aus der UG 41 38 994 ist eine Solarheizeinheit bekannt, bei der zwei Absorberrohre übereinander in einer Längsmittelebene eines Kollektors angeordnet sind, der aus zwei Hälften besteht, die um ein im Scheitel der Parabolkurve in der Mittelebene vorgesehenes Gelenk je nach Sonneneinstrahlung verschwenkbar sind Dabei wird je nach Schwenksteüung der Kollektor mit einer weiten oder einer engen Öffnung ausgestattet, wobei sich gleichzeitig der Brennpunkt verschiebt. Die beiden Absorberrohre sind an den beiden Längsenden der Einheit mittels einer wärmeleitenden Halterung miteinander verbunden. Diese Halterung weist im wesentlichen zwei sich radial von dem oberen Rohr weg zur Seite erstreckende Stege auf, die mit einem Bimetallstück ausgestattet sind. Von einem seitlichen Auflagerpunkt dieser Stege führt ein weiterer Steg zu dem unteren Absorberrohr. Werden nun die beiden Kollektorhälften aufeinander zu oder voneinander weg bewegt, so verbleiben die Absorberrohre dank der identischen Abmessungen der beiden oberen Stege jeweils in der Mittelebene. Kommt es nun zu einer Überhitzung der Rohre, so entfaltet nun das Bimetal'stück seine Wirkung, und es werden die Rohre aus dem Fokus herausgeschwfmkt.

Diese Vorrichtung weist den Nachteil auf. daß e>ne Vielzahl von Defokussiervorrichtungen vorgesehen sind, da jede einzelne Kollektoreinheit mit zwei solcher Vorrichtungen, nämlich jeweils am Ende der Einheit, ausgestattet sein muß. Darüber hinaus erfordert das genaue Einrichten dieser einzelnen separaten Vorrichtungen einen erheblichen Zeitaufwand und ist somit sehr kostenintensiv. Des weiteren steigt bei einer derartigen Ausbildung die Störungsanfälligkeit einer größeren Anordnung derartiger Einheiten, so daß unbefriedigende Resultate erzielt werden.

Aus der JP-OS 50-86 728 ist ein Sonnenkollektor bekannt, bei dem die fortlaufende Absorber schlange mittels einer Stützwand im Bereich der Krümmer unbeweglich im Fokus der Reflektoren gehalten wird.

Dar Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß der gesamte Modul aus der Sonneneinstrahlufig herausgeschwenkt werden muß, um den Kollektor abzuschalten.

Aus der JP-AS 51-18 649 ist ein Solarkollektor bekannt, bei dem eine Absorberrohranordnung aus dem Fokus seitlich herausschwenkbar ist. Die Absorberrohranordnung besteht dabei aus einzelnen Rohrschleifen, die jeweils einen im Fokus liegenden Rohrabschnitt mit zugeführtem Strömungsmittel und einen in Arbeitsstellung senkrecht darüberliegenden Abschnitt für die Rückführung aufweisen, wobei diese beiden Rohrabschnitte an der einen Seite über einen Krümmer und an der anderen Seite jeweils mit einem Zulauf bzw. einem Ablauf verbunden sind. Das Herausschwenken erfolgt um die Ruckführleitung als Schwenkachse, wobei diametral dem Absorberrohr gegenüberliegend ein Ausgleichsgewicht zur Verschwenkung vorgesehen ist.

Diese Anordnung ist deshalb nachteilig, weil zum einen das erwärmte Strömungsmittel infolge der separa.en Rückführung die einmal erreichte Temperatur wieder verliert, zum anderen erfordert die komplizierte Schwenl·anordnung viel Platz, weshalb der Kollektor auch eine Halbkreisform aufweist. Demgegenüber steht bei parabolisch geformten Reflektoren nicht so viel Raum zur Verfügung, so daß diese Anordnung bei parabolisch geformten Reflektoren nur erschwert anwendbar wäre.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Solarkollektor der genannten Gattung zu schaffen, der bei einfachem und kostengünstigem Aufbau einen störungsfreien Betrieb sicherstellt und auch bei Ausfall einer oder mehrerer Defokufsiereinrichtungen betriebsbereit bleibt und durch betriebsgemäße Beanspruchung nicht zerstört werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bestimmten Krümmern in dem trogartigen Behälter Defokussiereinrichtungen zugeordnet sind und daß die Absorberrohrschlange mittels der Defokussiereinrichtung als Gesamtheit aus dem Fokus jedes Reflektors heraushebbar ist.

Durch diese Maßnahmen wird gewährleistet, daß in Abhängigkeit des Betnebszustands des Kollektors ein Abschalten erfolgen kann so daß jegliche Beschädigung des Absorberrohrs etw a aus Gründen der Oberheizung vermieden werden kann. Darüber hinaus wird eine ständige Wärmeregelung durch die Möglichkeit des Herausbewegens der Absorberrohre aus der Brennlinie des ReRektc. s jnd somit auch ein vollständiges Abstellen ermöglicht

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands iiach Anspruch 1 angegebtn.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische, perspektivische Ansicht eines Gebäudedachs, dus eine Anzahl modularer Solarkoliektoren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung trägt.

F i g. 2 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen modularen Solarkollektors, wobei zur größeren Klarheit Teile weggelassen sind,

F i g. 3 eine auseinandergezogene, perspektivische Ansicht des Kollektors nach F i g. 2 mit weggelassener Abdeckung,

F i g. 4 eine Endansicht eines Teils des Solarkollektors nach F i g. 2 zur Verans"haulichung einer Einzelheit des Zusammenbaus der Grundplatte und der Abdeckung und der Art der Abdichtung zwischen der Grundplatte und der Abdeckung,

Fig.5 eine Endansicht eines in einem der Kollektoren der modularen Einheiten nach Fig.2 enthaltenen Reflektors unter Darstellung eines Absorberrohrs in fokussierter (durchgehenden Linien) und nicht-fokussierter

(strichpunktierte Linien) Stellung,

Fig.6 eine Endansicht endsprechend Fig.4 unter Darstellung einer alternativen Art der Abdichtung zwischen der Grundplatte und der Abdeckung,

F i g. 7 eine schematische, perspektivische Ansicht der Absorberrohre in fokussierter (durchgezogene Linien) und in nicht-fokussierter (strichpunktierte Linien) Stellung,

F i g. 8 eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zum Bewegen der Absorberrohre zwischen der fokussierten und der nicht-fokussierten Stellung in Obereinstimmung mit der Erfindung,

F i g. 9 eine Endansicht der Vorrichtung nach F i g. 8 mit in der fokussierten Stellung befindlichem Absorberrohr,

Fig. 10 eine Endansicht entsprechend Fig.9 mit in der nicht-fokussierten Stellung befindlichem Absorberrohr.

Fig. 11 eine auseinandergezogene Darstellung einer abgewandelten Ausführung zum Bewegen des Absorberrohrs zwischen der fokussierten und der nicht-fokussierten Stellung,

F i g. 12 eine Endansicht der Vorrichtung nach F i g. 11 unter Darstellung der fokussierten Stellung des Rohrs, is F i g. 13 eine Endansicht der Vorrichtung nach F i g. 11 unter Darstellung der nicht-fokussierten Stellung des Rohrs,

F i g. 14 eine schematische, perspektivische Ansicht des Moduls unter Verwendung einer weiteren abgewandelten Vorrichtung zum Bev/egen des Absorberrohrs zwischen der fokussierten und der nicht-fokussierten Stellung,

Fig. 15 in perspektivischer Darstellung eine Einzelheit des Absorberrohrs, das in seiner nicht-fokussierten Stellung in durchgezogenen Linien und in seiner fokussierten Stellung gestrichelt eingezeichnet ist, und

Fig. 16 eine Endansicht eines Kollektors unter Darstellung der relativen Stellung des Absorberrohrs in der fokussierten Betriebsstellung (in durchgehenden Linien) und in der nicht-fokussierten Ruhestellung (gestrichelt). Wie in F i g. 1 dargestellt ist, kann eine Soiarkoliektoranordnung aus einer Mehrzahl gleicher Solarkollektoren 10 in Modul-Bauweise auf einem Gebäudedach 12 oder einem ähnlichen Aufbau montiert sein. Eine einzelne Wärmeträger-Eintrittseinleitung 14 erstreckt sich über die Länge des Dachs und dient dazu, den aufzuheizenden Wärmeträger parallel zu einer Mehrzahl von Gruppen 16 der Solc>^rkollektoren 10 zu pumpen, wobei zu jeder Gruppe eine beliebige, zweckmäßige Anzahl von Solarkollcktoren JO gehören kann, die in geeigneter Weise für den seriellen Durchfluß des Wärmeträgers durch die Gruppe 16 miteinander verbunden sind. Weiterhin erstreckt sich über die gesamte Länge des Gebäudedachs 12 eine einzelne Austrittsleitung 18, die den aufgeheizten Wärmeträger parallel von den Solarkollektorgruppen 16 aufnimmt. In der dargestellten Bauart sind die Eintrittsleitung 14 und die Austrittsleiiung 18 wegen des thermischen Wirkungsgrads innerhalb der Solarkollektoren 10 angeordnet.

Die F i g. 2 bis 4 zeigen den Aufbau der einzelnen Solarkollektoren 10. Demnach gehört zu jedem Solarkollektor 10 eine Trägervorrichtung, die eine untere tablettartige Grundplatte aufweist, die als trogartiger Behälter 20 bezeichnet wird und die aus einem zweckmäßigen Material, insbesondere Stahl, besteht, sowie weiterhin einer oberen Abdeckung 22, die aus einem zweckmäßigen Material, wie insbesondere Gias, besteht.

Innerhalb des trogartigen Behälters 20 sind eine Anzahl von Einzelwänden 24, die allgemein einen I-förmigen

Querschnitt aufweisen, angeordnet, die sich rn Längsrichtung, zueinander in einem Abstand parallel und vertikal zwischen dem Boden des trogartigen Behälters 20 und der Abdeckung 22 erstrecken. Die Einzelwände 24 begrenzen miteinander und mit Seitenwänden 26 des trogartigen Behälters 20 eine Mehrzahl einzelner Abteile 28.

Innerhalb jedes Abteils 28 verläuft quer zu diesem eine Mehrzahl von Reflektorstützen 30, die beispielsweise durch Hartlötung mit den Einzelwänden 24 verbunden sind, hinsichtlich der Querabmessung dünn sind und gemäß ihrer Form einen Reflektor 32 mit einer reflektierenden Oberfläche 33 aufnehmen. Die Stützglieder in jedem Abteil 28 dienen der Abstützung des Reflektors 32. Jeder Reflektor 32 hat eine zusammengesetzte parabolische Form, die noch im einzelnen beschrieben wird, und ist beispielsweise durch Hartlötung mit den Reflektorstützen 30 verbunden, so daß sich ein zusammenhängender Aufbau ergibt.

Die F i g. 3 zeigt den Solarkollektor 10 mit ach: Reflektoren 32, die in den acht Abteilen 28 angeordnet sind, wobei diese Anzahl aus Gründen einer zweckmäßigen Gesamtgröße des Solarkollektors 10 gewählt ist. Jede A ist auch eine befiebige andere Anzahl möglich.

Aufeinanderfolgend durch die einzelnen Abteile 28 verläuft eine Absorberrohrschlange 34, und zwar normalerweise entlang der Brennlinie der Reflektoren 32. Sie dient dem Transport des aufzuheizenden Wärmeträgers durch den Solarkollektor 10. Die Einlasse und Auslässe der Absorberrohrschlange 34 zu den Solarkollektoren 10 sind thermisch in geeigneter Weise vom trogartigen Behälter 20 isoliert Die Absorberrohrschlange 34 hat eine Außenbeschichtung aus einem Material wie beispielsweise Chromschwarz, das selektiv Energie einer gegebenen Wellenlänge, allgemein von etwa 3 - 10-⁷ bis etwa 3 · 10-⁶ITi, absorbiert und andere Wellenlängen nicht absorbiert Die Verwendung eines selektiv absorbierenden Beschichtungsmaterials minimalisiert so die Strahlungs-Wärmeverluste von der Absorberrohrschlange 34.

Für die Befestigung der Absorberrohrschlange 34 entlang der Brennlinie des Reflektors 32 für die Wärmeabsorption gibt es viele Möglichkeiten. Gemäß der Beschreibung der Fig. 7 bis 13 besteht diese Halterung vorzugsweise aus zwei Querträgern 36 (F i g. 3), die das Rohr aufnehmende Vertiefungen oder Rinnen 38 enthalten, in denen die Absorberrohrschlange 34 durch Hartlötung oder anderweitig zur Erzielung eines wirksamen Wärmeübergangs von der Absorberrohrschiange 34 zu den Querträgern 36 montiert ist Die der Montage dienenden Querträger 36 sind jeweils an einem Ende des Solarkollekiors 10 in in Querrichtung fluchtetenden Einschnitten 40 in den Einzelwänden 24 und den Reflektoren 32 angeordnet

Der Soiarkollektor 10 wird evakuiert um den Absorptionswirkungsgrad hinsichtlich der Sonnenenergie zu erhöhen, weshalb die Abdeckung 22 gegenüber dem trogartigen Behälter 20 abgedichtet sein muß. Wie F i g. 4

zeigt, weist der Umfang des trogartigen Behälters 20 einen horizontalen, nach außen abstehenden Rand 42 auf, an dem ein Metallflansch 44 durch Hartlötung oder andere Mittel befestigt ist.

Der Metallflansch 44 umfaßt einen horizontalen Teil 46, der mit dem Rand 42 verbunden ist, und einen abwärts geneigten Teil 48. Zwischen dem horizontalen Teil 46 und der gläsernen Abdeckung 22 befindet sich eine Dichtung 50, und zwischen dem oberen Ende jeder der metallenen Einzelwände 24 und der gläsernen Abdekkung 22 befindet sich eine Dichtung 52. Die Dichtungen 50 und 52 sorgen für eine dynamische Abstützung zwischen den Metall- und Glasflächen.

An dem abwärts geneigten Teil 48 des Metallflanschs 44 ist ein dünner, gewalzter Metallflansch 54 von begrenzter, nachgiebiger Flexibilität angeschweißt, der an die Platte der gläsernen Abdeckung 22 an der Stelle 56 durch einen geeigneten Glas-Metall-Verbindungsprozeß hermetisch angeschmolzen ist. Diese Dichtungsan-Ordnung zwischen dem Metall und dem Glas hält das interne Vakuum wirksam aufrecht, und der flexible Metallflansch 54 ermöglich! es, daß sich das Glas entlang zwei parallelen Rändern der Abdeckung 22 verbiegt, wobei die Beanspruchungen im Rur.d-Abdichtungsbereich minimal sind. Biegt sich die Abdeckung 22 aufgrund der Belastung durch den atmosphärischen Druck, so befindet sich die Außenfläche der Glasplatte der Abdekkung 22 im Zustand der Druckspannung und die Unterseite dieser Platte im Zustand der Zugspannung.

Diese Konstruktion des Grundplattenteils des Solarkollektors 10 ist in mehrfacher Hinsicht der des Stands der Technik nach der CA 10 47 343 überlegen. Der metallene trogartige Behälter 20, die Zusammenstellung der Einzelwände 24 und der quer verlaufenden Reflektorstützen 30 und die Reflektoren 32 werden jeweils ohne Schwierigkeiten individuell konstruiert und dann zu einem einheitlichen Aufbau zusammengefügt. Der einheitliche Aufbau ist physikalisch stark, jedoch kann jeder beschädigte Reflektor leicht ersetzt werden, ohne daß es notwendig ist, die gesamte Einheit auszutauschen.

Die F i g, 6 zeigt eine abgewandelte Konstruktion des Trogs und der Abdichtung. Zur Erhöhung der strukturellen Festigkeit der Seitenwände 26 des trogartigen Behälters 20 ist dieser aus miteinander verbundenen Wandelementen 58 und Bodenelementen 60 aufgebaut. Die Wandelemente 58 sind durch Auswalzen gebildet und so geformt, daß sie einen nach außen abstehenden Teil 62 aufweisen. Zu jedem Wandelement 58 gehört außerdem ein integraler Flansch 64, mit dem der flexible Metallflansch 54 verschweißt ist.

Der integrale Flansch 64 umfaßt eine teil-kreisförmige Vertiefung, in die ein langgestrecktes Rohr 66 eingeschweißt ist, auf der die Dichtung 50 angeordnet ist. Die ineinander passenden Kurvenflächen der Dichtung 50 und des Rohres 66 ermöglichen es, daß die Dichtung 50 auf der Rohroberfläche abrollt und so Biegemomente am Außpnumfang der Dichtung 50, die von einer Expansion und Kontraaktion der Glasplatte der Abdeckung 22 herrühren, aufnimmt. Bei einem abgewandelten, jedoch ähnlichen Aufbau rollt eine konvex gekrümmte Unterfläche der Dichtung 50 auf einem relativ flachen Teil eines Flansches ab.

Um eine korrekte Anordnung der Einzelwand 24 sicherzustellen, weisen die Bodenelemente 60 im Querschnitt kreissegmentförmige Rinnen 68 auf, die jeweils einen am unteren Ende der betreffenden Einzelwand 24 angebrachten Randwulst 70 aufnehmen.

Wie zuvor erläutert, weisen die Reflektoren 32 eine zusammengesetzte Parabolform auf, um die durch die Gias-Abciecküftg 22 empfangen-: Sonnenenergie auf die Absorbsrrohrschlangc 34 zu konzentrieren. Unter Bezugnahme auf F i g. 5 wird dav. Konzentrationsverhältnis Cdes Reflektors 32 mit dem Absorberrohrradius R j

durch die Beziehung angegeben:

Eingangsöffnungsbreite A

Umfang des Absorberrohrs 2 srR

Der kritische Winkel oder Annahmewinkel θ ist derjenige Winkel zur Achse y des Reflektors, innerhalb dessen alle in den einzelnen Reflektor 32 durch die Abdeckung 22 eintretenden Strahlen von der Absorberrohrschlange 34 absorbiert weHen, während die außerhalb dieses Winkels eintreffenden Strahlen reflektiert werden, ohne absorbiert zu werden. Die Grenzbedingung für die Annahme der Strahlen zur Absorption ist, daß der durch die reflektierende Oberfläche 33 reflektierte Strahl tangential zur Absorberrohrschlange 34 verläuft, wie für einen Strahl eingezeichnet ist.

Bei einem Kollektor maximalen Wirkungsgrads der Reflexion der einfallenden Strahlen ist der Annahmewinkel 0durchdas Konzentrationsverhältnis Centsprechend der Cleichung bestimmt:

C= ¹

sinö '

55 und der geometrische Ort der reflektierenden Fläche 33 ist die dieser Gleichung entsprechende Form.

Aus dieser Gleichung ergibt sich, daß bei ansteigendem Konzentrationsverhältnis C der Annahmewinkel Θ abnimmt Der Wert des Annahmewinkels bestimmt die Zeitspanne während eines gegebenen Tages, zu der der Kollektor die Lichtstrahlen absorbiert, wobei vorausgesetzt ist, daß der Solarkollektor sich hinsichtlich der Sonnenbewegung in einer festen Stellung befindet, wie es üblicherweise der Fall ist. Der Wert des Konzentrationsverhältnisses bestimmt den in der Absorberrohrschlange 34 während derjenigen Zeit, zu der die angenommenen Strahlen innerhalb des Annahmewinkels liegen, erreichbaren Temperaturanstieg, wobei eine Erhöhung des Konzentrationsverhältnisses bei im übrigen gleichen Bedingungen zu einer Erhöhung der Temperatur führt.

Das Mindest-Konzentrationsverhältnis beträgt etwa 1, und die obere Grenze des Konzentrationsverhältnisses für ein fest angeordnetes System beträgt etwa 10. Ist der Solarkollektor 10 so montiert daß er während des Tages die Sonnenbewegung verfolgt, oder wenn die Sonnenstrahlen innerhalb des engen Annahmewinkels konzentriert werden können, der bei diesen hohen Konzentrationsverhältnissen herrscht, kann das Konzentrationsverhältnis auch 10 übersteigen, jedoch kaum höher als 50 kommen.

Jj Vorzugsweise liegt das Konzentrationsverhältnis in der Größenordnung von 1,0 bis 3,0 insbesondere von etwa

J 1,5 bis etwa 2,0, was einen guten Kompromiß zwischen dem Annahmewinkel und dem Konzentrationsverhältnis

\ darstellt, so daß also der Reflektor 32 einen ausreichend großen Annahmewinkel hat, um die Sonnenstrahlen

während einer langen Spanne der Tageslichtstunden zu absorbieren, während gleichzeitig ein guter Heizeffekt

} 5 auf den durch die Absorberrohrschlange 34 fließenden Wärmeträger ausgeübt wird.

Wird die körperliche Höhe des Reflektors 32 vergrößert, ohne daß im übrigen seine Form geändert wird, so wird das Konzentrationsverhältnis erniedrigt, was zu einem niedrigeren als dem maximalen Wirkungsgrad des Reflektors 32 führt. Da jedoch die oberen Teile des Reflektors 32, die an die Abdeckung angrenzen, nahezu parallel sind und nur einen geringeren Effekt auf die Strahlen, die von der Absorberrohrschlange 34 absorbiert werden, ausüben, kann der Verlust an Wirkungsgrad nur geringfügig sein. Indessen kann die als Ergebnis einer verminderten körperlichen Gesamthöhe des trogartigen Behälters 20, die zur Unterbringung des verkürzten Reflektors 32 noch erforderlich ist, erzielte Materialersparnis erheblich sein.

Allgemein ist bei Anwendung einer verkürzten, also abgeschnittenen Form des Reflektors 32 das Konzentrationsverhältnis Cstets größer als etwa 1. Die maximale Wirkungsgraderniedrigung im Vergleich zu Idealbedingungen beträgt etwa 25%, vorzugsweise wird sie jedoch nur unter etwa 10% geduldet, woraus die zugelassene Höhenreduzierung bestimmt werden kann.

Die F i g. 3 und 7 bis 10 veranschaulichen eine Ausführung eines Mechanismus, mit dessen Hilfe das Absorberrohr aus der Brennlinie des Reflektors 32 so herausbewegt werden kann, daß nur ein kleinerer Anteil der durch die Abdeckung 22 einfallenden Sonnenenergie auf die Absorberrchrschlange 34 auftriff». Bei der Hnrgestellten Ausführungsform ebenso wie bei den weiteren dargestellten Ausführungsformen nach den F i g. 11 bis 13 und 14 bis 16 ist es die Absorberrohrschlange 34, die sich relativ zum Reflektor 32 bewegt.

Die F i g. 8 bis 10 zeigen eine Defokussiereinrichtung 72, die an die geraden Teile der Absorberrohrschlange 34, die durch die Reflektoren 32 laufen, verbindenden Krümmer 74 montiert ist. Dieses Montieren kann beispielsweise durch Hartlötung oder andere zweckmäßige Weise so erfolgt sein, daß eine wirksame Wärmeverbindung zwischen der Absorberrohrschlange 34 und der Defokussiereinrichtung 72 herrscht. Die Fig.3 und schematisch die F i g. 7 zeigen eine alternative Ausführung, bei der vier solcher Defokussiereinrichtungen 72 an den Querträgern 36 sitzen, um diese und damit die Absorberrohrschlange 34 zu bewegen.

Zur Defokussiereinrichtung 72 gehört ein horizontaler Flansch 76 aus wärmeleitendem Material, auf der der Krümmer 74 der Absorberrohrschlange 34 durch Hartlötung befestigt ist und die hinsichtlich ihrer Anfangsstellung durch eine Schraube 78 justierbar ist, um eine Anpassung an kleinere Unterschiede der Brennlinie der einzelnen Reflektoren 32 zu ermöglichen.

Der horizontale Flansch 76 wird von der Einzeiwand 24 über zwei mit Rollen 80 bestückte radartige Bauteile geführt, die für die Vertikalbewegung des horizontalen Flansches 76 relativ zur Einzelwand 24 an den gegenüberliegenden Wandflächen der Einzelwand 24 angreifen. Die Rollen 80 bestehen aus Keramik oder einem anderen Material niedriger Wärmeleitfähigkeit.

Der horizontale Flansch 76 weist einen nach oben abstehenden Flansch 82 auf, an dem ein auf Wärme ansprechender, durch Wärme verformbarer Bauteil 84 motiert ist, der aus geeignetem wärmeverformbaren _

Metall, z. B. einem Bimetallstreifen oder aus gedächtnis- oder speicherförmigen Legierungen (memory shaped alloys), aufgebaut sein kann. Dieser Bauteil 84 ist an seinen oberen Enden mit dem Flansch 82 verbunden und umfaßt gegenüberliegende, schleifenartige konvexe Bimetallstreifen 86, die an ihrem oberen Ende durch eine Klammer 88 zusammengehalten werden und mit ihrem unteren Ende durch einen Schlitz in einer Anschhgplatte 90 gesteckt sind. Die Bimetallstreifen 86 können aus einem Laminat einer Mehrzahl bimetallischer Elemente aufgebaut sein, um einen Bruch zu verhindern. Sie legen sich an die Arme 92 an, die vom Flansch 82 ausgehen. In der Ruhestellung greifen die Außenflächen der Bimetallstreifen 86 an den Armen 92 an und haben dadurch einen maximalen Abstand und einen guten Wärmeübergang vom horizontalen Flansch 76 zu den Bimetallstreifen 86.

Der trogartige Behälter 20 weist eine rinnenartige Vertiefung 94 unterhalb der Anschlagplatte 90 und ferner eine weitere Gegen-Anschlagplatte 96 auf, die angrenzend an die rinnenartige Vertiefung 94 an den trogartigen Behälter 20 angeschweißt ist und sich über diese Vertiefung 94 so erstreckt, daß sie über einem Rand der Anschlagplatte 90 liegt.

In der normalen Betriebsstellung der Absorberrohrschlange 34 im Reflektor 32 hat der Mechanismus die in den Fig.8 und 9 gezeigte Stellung. Obersteigt jedoch die Temperatur des Wärmeträgers in der Absorberrohrschlange 34 einen gegebenen Wert, beispielsweise als Folge eines Systemschadens oder wenn kein Bedarf für einen erwärmten Wärmeträger besteht, so bewirkt die Wärmeleitung über den horizontalen Flansch 76 zum Bimetall, daß sich die schleifenartigen Streifen aufeinander zu bewegen und hierdurch die Anschlagplatte 90 abwärts in die rinnenartige Vertiefung 94 schieben, bis sie auf deren Bodenfläche auftreffen. Diese Anlage an der Bodenfläche bewirkt eine Wärmeableitung zur Atmosphäre. Bewegen sich die Bimetallstreifen 86 noch weiter aufeinander zu, so bewirkt dies ein Anheben des horizontalen Flansches 76, wobei die Rollen 80 entlang der Einzelwand 24 nach oben rollen.

Diese letztere Bewegung, die im wesentlichen für alle zum Solarkollektor 10 gehörenden Defokussiereinrichtungen 72 gleichzeitig erfolgt, bewirkt, daß sich die Absorberrohrschlange 34 aufwärts und aus der Brennlinie des Reflektors 32 herausbewegt. Auf diese Weise sind dann die einzigen die Absorberrohrschlange 34 treffenden Strahlen diejenigen, die durch die Glasabdeckung 22 unmittelbar auf das Rohr fallen. Die Absorberrohrschlange 34 bleibt außerhalb der Brennlinie, bis ihre Temperatur wieder unter eine gegebene Höhe fällt. Die Defokussiereinrichtung 72 kann mit einem Alarmmechanismus kombiniert sein, so daß eine Systemstörung angezeigt wird, wenn die Defokussiereinrichtung 72 betätigt wird.

Die Defokussiereinrichtung 72 dient als aromatisch funktionierende Temperaturregelung oder als Regelung für das Transport-Strömungsmittel zum Wegbewegen aus der Wärmesammelbeziehung mit dem Reflektor 32, wenn die Temperatur den gegebenen Wert überschreitet, und zum Zurückkehren in diese Beziehung, wenn die

Temperatur wieder fällt. Dies erfolgt in der nachfolgend beschriebenen Weise, wobei die Temperatur des Wärmeträgers unter normalen Betriebsbedingungen innerhalb eines gegebenen Bereichs gehalten werden kann.

Die Defokussiereinrichtung 72 dient auch dazu, die Absorberrohrschlange 34 in Notsituationen, beispielsweise bei einem Stillstand des Umlaufs, oder auch, wunn das System für eine längere Zeit stillgelegt sein soll, zu verschieben. Durch das Entfernen der Absorberrohrschlange 34 aus der Fokallinie auf hohe Temperaturen hifi wird eine eventuelle Schädigung der Absorber-Oberflächenschicht und anderer Teile des Systems als Folge der übermäßigen Temperatur vermieden.

Bei einer Abkühlung des Wärmeträgers bewegen sich die Bimetallstreifen 86 wieder auseinander, wobei die Rollen 80 entlang der Einzelwand 24 nach unten rollen, und die Absorberrohrschlange 34 nimmt wieder die fokussierte Stellung ein, um die Sonnenenergie-Kollektion zu aktivieren.

Um zu verhindern, daß sich die Rollen 80 aus irgendeinem Grund an der Einzelwand 24 festhängen, ist der Eingriff zwischen den Aiwchlagplatten 90 und Gegenanschlagplatten 96 vorgesehen, so daß, falls der horizontale Flansch 76 sich beim Abkühlen nicht von selbst abwärts bewegt, die mechanische Wechselwirkung der aneinander angreifenden Platten und die sich öffnende Schleife der Bimetallstreifen 86 den horizontalen Flansch 76 in die aktive Stellung der Absorberrohrschlange 34 ziehen. Nach ihrer Installation arbeitet die Defokussiereinrichtung 72 vollautomatisch.

Gemäß den F i g. 3 und 7 arbeitet die Defokussiereinrichtung 72 irn wesentlichen gleich, mit der Ausnahme, daß die Wärme hierbei über die Querträger 36 zu den Bimetallstreifen 86 übertragen wird. In den F i g. 5 und 7 ist die fokussierte Stellung der Absorberrohrschlange 34 in durchgehenden Linien eingezeichnet und die nicht-fokussierte Ste'lung in unterbrochenen Linien eingezeichnet.

Die F i g. 11 bis 13 zeigen eine abgewandelte Ausführungsform der Vorrichtung zum Bewegen der Absorberrohrschlange 34 aus ihrer fokussierten, aktiven Stellung in eine nicht-fokussierte, inaktive Stellung als Reaktion auf das Erreichen einer gegebenen Temperatur des Wärmeträgers. Eine entsprechende Defokussiereinrichtung 98 weist einen horizontalen Flansch 100 und zwei Randbaugruppen mit Rollen 102 auf, die an den gegenüberliegenden Flächen der Einzelwand 24 angreifen.

An der Unterseite des horizontalen Flanschs 100 ist ein erster Bimetallstreifen 104 angebracht, der im Bereich eines Endes des horizontalen Flanschs 100 von einer Rolle 106 so ergriffen wird, daß er relativ hierzu gleiten kann. Am freien Ende des Bimetallstreifens 104 ist eine zweite Rolle 108 montiert. Unterhalb des Bimetallstreifens 104 ist ein zweiter Bimetallstreifen 110 angeordnet, der im Bereich eines Endes des trogartigen Behälters 20 von einer Rolle 112 so ergriffen wird, daß er relativ hierzu gleiten kann. Am freien Ende des Bimetallstreifens 110 ist eine weitere Rolle 114 montiert.

Übersteigt die Temperatur des Wärmeträgers oder die Oberflächentemperatur des Absorberrohrs einen gegebenen Wert, so bewirkt die durch den horizontalen Flansch 100 zum Bimetallstreifen 104 übertragene Wärme, daß sich der Bimetallstreifen 104 von dem horizontalen Flansch 100 wegbiegt, wobei die Rolle 108 auf die Unterseite des horizontalen Flanschs 100 drückt. Bei sich vergrößerndem Bogen kommt dieser Bimetallstreifen 104 in Berührung mit dem zweiten Bimetallstreifen 110, der sich dann auch, und zwar vom trogartigen Behäher 20 weg, zu biegen beginnt, wobei die Rolle 114 an der Trogfläche anliegt. liierdurch wird bewirkt, daß sich die Absorberrohrschlange 34 aus der Brennlinie des Reflektors 32 heraushebt.

Wenn die Temperatur des Wärmeträgers unter den gegebenen Wert fällt, nehmen die Bimetallstreifen 104 und 110 wieder ihre ursprüngliche Stellung ein (F i g. 12).

Die Fig. 14 bis 16 zeigen eine weitere Abwandlung, bei der die Defokussiereinrichtung die Absorberrohrschlange 34 allgemein eher horizontal als vertikal, wie es gemäß der vorstehenden Beschreibung der Fall ist (F i g. 3 und 7 bis 13)" bewegt.

An den vier Ecken des Solarkollektors 10 sind schraubenlinig gewickelte Bimetallstreifen 120 angebracht. Sie sind durch Wärme deformierbar und bestehen gemäß einer typischen Konstruktion aus Bimetall, jedoch können auch speicherförmige Legierungen (memory shaped alloys) verwendet werden. Die Bimetallstreifen 12Ö sind um Ausgleichsstangen 122 gewickelt, die parallel zu den Reflektoren 32 verlaufen, und greifen mit einem Ende 124 an der Absorberrohrschlange 34 an, während das andere Ende 126 über jeweils einen Streifen 128 mit der Grundplatte des trogartigen Behälters 20 verbunden ist. Die Ausgleichsstangen 122 sind an ihren beiden Enden drehbar an Lagern 129 montiert und weisen feste Kurbelarme 131 auf, durch die die Absorberrohrschlange 34 hindurch verläuft.

Normalerweise haben die schraubenlinig gewickelten Bimetallstreifen 120 die Tendenz, sich abzuwickeln, dem steht jedoch das Anliegen der Absorberrohrschlange 34 an Anschlägen 130 entgegen. Auf diese Weise wird die Absorberrohrschlange 34 normalerweise in der Fokallinie des Reflektors 32 gehalten. Bei Umgebungstemperatür sind die Abwickelkräfte und die resultierenden Reaktionskräfte an den Anschlägen 130 verhältnismäßig hoch, und bei Betriebstemperaturen der Einheit sind sie wesentlich niedriger, sie reichen jedoch noch aus, die Absorberrohrschlange 34 >n Berührung mit dem Anschlag 130 und somit die Absorberrohrschlange 34 in ihrer fokussierten Stellung zu halten.

Übersteigt jedoch die Temperatur der Absorberrohrschlange 34 einen gegebenen Wert, so nehmen die Bimetallstreifen 120 ausreichend viel Wärme auf, um sich im Uhrzeigersinn aufwickeln zu wollen (F i g. 15), so daß die nach unten wirkende Schwerkraft der Anordnung der Absorberrohrschlange 34 überwunden wird und diese Anordnung schnell im Uhrzeigersinn, vom Ende des Solarkollektors 10 gesehen, verschoben wird und sich in Horizontalrichtung in eine nicht-fokussierte Stellung bewegt, die in F i g. 15 in durchgezogenen Linien und in Fig. 16 strichpunktiert eingezeichnet ist. Es können (nicht gezeigte) Anschläge vorhanden sein, die das Maß dieser Bewegung begrenzen.

Damit die Bimetallstreifen 120 nur niedrigen Kräften unterworfen werden, wird die Absorberrohrschlange 34 stets in Horizontalrichtung verschoben. Das Verdrehungszentrum der Bimetallstreifen 120 und die stabilisierende Ausgleichsstange 122 weisen also relativ zum Reflektor 32 in Abhängigkeit vom geographischen Ort des

Solarkollektors 10 und seiner Ausrichtung relativ zum Horizont verschiedene Stellungen auf. Die Lager 129 können justierbar sein, um unterschiedliche stellungsmäßige Verhältnisse zu wählen. Sind die Reflektoren 32 mit einem Winkel von 45° angeordnet, so eignet sich diese Maßnahme für eine geographische Breite von 45° (Fig. 16).

5 Hat sich die Afc jorberrohrschJange 34 wieder unter die gegebene Temperatur abgekühlt, so kehrt sie in ihre fokussierte Stellung und in die Anlage an den Anschlägen 130 zurück, wenn sich die Bimetallstreifen 120 abwickeln.

Die Ausführungsform nach den Fig.3 und 7 bis 16 ist unter Bezugnahme auf eine modulare Einheit mit vorliegenden Kollektoren beschrieben worden, die beschriebenen Prinzipien können jedoch auch auf eine

ίο andere Form fokussierender Kollektoren angewandt werden, die in beliebiger Konfiguration angeordnet sein mögen.

Der Solarkollektor 10 kann auch eine fotoelektrische Funktion ausüben, indem er aufgrund der gesammelten Solarenergie elektrische Leistung abgibt. Die Absorberrohrschlange 34 kann mit durch Lichtenergie betätigbaren, strornerzeugendes Material aufweisende Schichten beschichtet sein, die über eine entsprechende elektrische

15 Verbindung mit dem Bereich des Solarko'lektors 10 kommunizieren.

Hierzu 11 Blatt Zeichnungen

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Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Solarkollektor mit einer Vielzahl von in einem trogartigen Behälter mit lichtdurchlässiger Abdeckung parallel angeordneten, fokussierenden Reflektoren (32) und einer von einem Wärmeträger durchflossenen Absorberrohrschlange (34), deren gerade Abschnitte im Fokus der Reflektoren liegen und mittels Krümmer fortlaufend miteinander verbunden sind, und wobei die Absorberrohrschlange im Bereich der Krümmer abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß bestimmten Krümmern (74) in dem trogartigen Behälter (20) Defokussiereinrichtungen (72,98) zugeordnet sind und daß die Absorberrohrschlange (34) mittels der Defokussiereinrichtung(72,98) als Gesamtheit aus dem Fokus jedes Reflektors (32) heraushebbar ist.

   ίο Z Solarkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorberrohrschlange (34) im Bereich

   der Bogen ihrer durch die einzelnen in den Abteilen (28) angeordneten Reflektoren (32) verlaufenden Länge auf einem thermisch leitenden Querträger (36) montiert ist

   3. Solarkollektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bimetallstreifen (86,104,110, 120) umfassende Defokussiereinrichtung (72,98) mechanisch und wärmeleitend mit der Absorberrohrschlange (34) und den Querträgern (36) verbunden ist

   4. Solarkollektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß die Defokussiereinrichtung (72) einen horizontalen Flansch (76) umfaßt, der an der Absorberrohrschlange (34) montiert ist, ferner einen aufrechtstehenden gehäuseartigen Bauteil (84) mit Armen (92), an die sich die Bimetallstreifen (86) normalerweise anlegen, wenn sich die Absorberrohrschlange (34) im Fokus befindet daß die Bimetallstreifen (86) mit ihrem oberen Enüe am gehäuseartigen Bauteil (84) und mit ihrem unteren Ende an einer Anschlagplatte (90) montiert sind und daß die Anschlagplatte (90) während einer Bewegung der Bimetallstreifen (86) aufeinander zu beim Defokussieren nicht an einer Gegen-Anschlagplatte (96) angreift

   5. Solarkollektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bimetallstreifen (120) um Ausgleichsstangen (122) gewickelt sind, die drehbar an Lagern (129) montiert sind und Kurbelarme (131) aufweisen, durch die die Absorberrohrschlange (34) verläuft wobei die Bimetallstreifen (120) mit einem Ende (124) an der Absorberrohrschlange (34; angreifen und mit dem anderen Ende (126) as dem trogartigen Behälter (20) festgelegt sind, und daß die Absorberrohrschlange (34), wenn sie sich in der fokussierten Stellung befindet, an Anschlägen (130) angreift.

   6. Solarkollektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsstangen (122) parallel zu jeder Seite der- einzelnen Solarkollektors (10) verlaufen, daß zwei Bimetallstreifen (120) auf die Ausgleichsstangen (122) gewickelt sind, nämlich einer an jedem Längsende der Ausgleichsstange (122) und daß die Bimetallstreifen (120) die Absc/rberrohrschlange (34) beim Defokussieren im wesentlichen in Horizontalrichtung bewegen.

   7. Solarkollektor nach einem aer Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der trogartige Behälter (20) ein inneres gitterartiges Stützwerk für die Reflektoren (32) aufweist, welches aus einer Vielzahl von sich parallel erstreckenden Einzelwänden (24) besteht, die den trogartigen Behälter (2ö) in eine Vieizahi von parallel verlaufenden, voneinander getrennten Abteilen (28) aufteilen, in welchen jeweils ein Reflektor (32) und eine Vielzahl von Reflektorstützen (30) aufgenommen sind, welche sich in den Abteilen (28) in einem

   j Längsabstand voneinander quer zu den Reflektoren (32) erstrecken und die Einzelwände (24j mite nander

   ; 40 verbinden.