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Sonnenkollektor
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Sonnenkollektor, der im wesentlichen
von einer Reflektorfläche gebildet ist, welche die Sonnenstrahlen auf einen Wärmetauscher
wirft, wobei die gegen die. Sonnenstrahlung gerichtete Reflektorfläche der Sonnenbewegung
folgt.
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Für Sonnenkollektoren sind bereits zahlreiche Vorschläge gemacht worden,
nicht zuletzt deshalb, weil der Energiebedarf stetig im Ansteigen begriffen ist
und die Energie als solche immer knapper und nicht zuletzt teurer wird. Bei bekannten
Sonnenkollektoren ist die Reflektorfläche konkav gekrümmt, wodurch die Sonnenstrahlen
auf einen vorgelagerten Wärmetauscher gelenkt werden. Physikalisch ist dagegen nichts
einzuwenden, jedoch sind derartige Reflektoren außerordentlich teuer, ganz abgesehen
davon, daß sie dem Wind eine große Angriffsfläche bieten, was zu schweren Bauarten
zwingt. Diese
schweren Bauarten gestalten die bereits angedeutete
Unwirtschaftlichkeit noch krasser, nicht zuletzt deshalb, weil auch die sonst noch
erforderlichen Tragkonstruktionen und Bewegungsmechanismen entsprechend stabil ausgeführt
werden müssen. Als nachteilig kommt ferner hinzu, daß eine Beschädigung am Reflektor
das Auswechseln des ganzen Reflektors notwendig macht, was die sowieso schon erhebliche
Unwirtschaftlichkeit uoch weiter absinken läßt.
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Demgegenüber bezweckt die Erfindung einen Sonnenkollektor, der leichtbauend
und windstabil ist, ohne daß der Wirkungsgrad gegenüber bekannten Bauarten absinkt.
Aufgabe der Erfindung ist es auch, Konstruktionen zu finden, die sich bei ausreichender
Funktionsfähigkeit preisgünstig verwirklichen lassen.
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Dieses Ziel wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß die Reflektorfläche
aus einer Vielzahl von planen Spiegelflächen besteht und jede dieser Spiegelflächen
ausrichtbar auf einem Traggestell befestigt ist, wobei die Anordnung und Halterung
der Spiegelflächen derart erfolgt, daß sich allseitige Luftspalte ergeben. Durch
das Aufteilen der Reflektorfläche in kleine Einzelflächen ergibt sich gewissermaßen
eine filigran unterbrochene Fläche, die weit weniger windgefährdet ist, als eine
geschlossene Ausführung, in der sich der Wind mit Sicherheit verfängt. Auf diese
Weise kann das Traggestell verhältnismäßig
leicht ausgeführt werden,
was zu erheblichen und preissenkenden Gewichtseinsparungen führt. Darüber hinaus
sind zahlreiche kleine plane Spiegelflächen wesentlich billiger herstellbar, als
ein konkav gekrümmter Reflektor, so daß das angestrebte Ziel der billigen Bauweise
voll und ganz erreicht wird. Da ferner die einzelnen Spiegelflächen ausrichtbar
angeordnet sind, läßt sich eine mit einem üblichen Reflektor vergleichbare Wirkung
erzielen, was wiederum vorteilhaft erscheint.
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Nach einer weiteren Besonderheit der Erfindung ist vorgesehen, daß
die Spiegelflächen aus üblichem Spiegelglas bestehen, also Einzelspiegel darstellen
und auf Trägerplatten, insbesondere auf leicht überdimensionierte Alu-Platten aufgeklebt
sind, wobei die Verklebung schwimmend über einen Klebefilm oder über beidseitig
haftende Klebebänder erfolgt und an den Rändern der Spiegelflächen ringsum eine
Dichtmasse aufgebracht ist. Es bedarf wohl keiner besonderen Erwähnung, daß das
Schneiden von verhältnismäßig kleinen Spiegelglasflächen weit weniger aufwendig
ist, als das Herstellen eines Reflektors mit seinen gekrümmten Flächen. Besondere
Bedeutung kommt auch dem schwimmenden Aufkleben des Spiegelglases zu, da auf diese
Weise, d.h.
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durch den verhältnismäßig starken Klebefilm, eine nicht nur großflächige,
sondern auch dichte Klebeverbindung zustande kommt, die für den Erhalt der Spiegelwirkung
wesentlich erscheint. Vorteilhaft ist auch die Verwendung von Klebebändern, die
eine Arbeitsersparnis mit sich bringen. Dabei ist das Versiegeln
mit
Dichtmasse an den Rändern besonders wertvoll, da dann der dichte Abschluß gewährleistet
ist.
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Für eine einfache, billige und trotzdem wirksame Befestigung der einzelnen
Trägerplatten wird nach der Erfindung vorgeschlagen, daß die ausrichtbare Verbindung
der Trägerplatten für die Spiegel mit den Stäben des grobgitterartigen Traggestelles
über je einen mittig an der jeweiligen Trägerplatte angreifenden, allseitig verwindungsfähigen
bzw. bleibend verformbaren Bügel erfolgt, der bevorzugt eine S-Form hat. Das mittige
Ansetzen des Zwischenbügels führt zu einer ausreichenden Ausgewogenheit der Halterung.
Die bleibende Verformbarkeit des Bügels ist insofern von Vorteil, als man mit entsprechenden
Werkzeugen die Spegelflächen in die richtige Lage bringen kann. Selbstverständlich
könnte man eine ausrichtbare Halterung auch mit Schraubverbindungen erzielen, jedoch
ist dazu ein größerer Material- und Arbeitsaufwand erforderlich.
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Im Hinblick auf eine übersichtliche Bauweise wird es nach der Erfindung
außerdem für zweckmäßig angesehen, daß das Traggestell den im Abstand vor den Spiegelflächen
liegenden Wärmetauscher beliebiger, aber flächiger Bauart an einem bevorzugt geraden,
in der Strahlrichtung liegenden Tragarm aufnimmt, der z.B. von einem Rohr gebildet
ist, in dem Vor- und Rücklauf für den Wärmetauscher untergebracht sein können.
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Ein weiteres erfindungsgemäßes Merkmal besteht darin, daß an dem Tragarm
vor den Spiegelflächen eine für die Nachfolgebewegung des Kollektors zur Sonne erforderliche,
quer zur Sonnenstrahlrichtung liegende Stütz- und Drehachse scharniergelenkig angreift
und der Angriffswinkel, z.B. mit einem Spannschloß, veränderbar ist. Diese Maßnahme
zeichnet sich wieder durch Einfachheit aus und wird darüber hinaus zu keinerlei
Störungen Anlaß geben.
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Um unnötigen Materialverbrauch zu vermeiden und um außerdem eine ausreichende
Verstellbarkeit der Reflektorfläche zu erreichen, ist vorgesehen, daß die Reflektorfläche
sowie das Traggestell im Schattenbereich des Wärmetauschers und der Stütz- und Drehachse
ausgespart sind.
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Für eine spannungsfreie Abstützung der der Sonnenbewegung folgenden
Reflektorfläche sieht die Erfindung vor, daß die Stütz-und Drehachse an ihrem unteren
Ende in einem allseitig verstellbaren Lagerbock gelagert ist und etwa mittig sich
drehbar an einem A-Bock abstützt. Dabei ist es für die Praxis von Vorteil, daß der
Lagerbock eine um eine Feststellschraube verdrehbare Grundplatte aufweist, die zwei
Stehbolzen trägt, an denen sich mit Kreuz bügeln eine nach allen Seiten hin verstellbare
Querachse festklemmen läßt, die eine für die Aufnahme des Achsendes hergerichtete
Lagerbuchse o. dgl. aufweist. Dadurch sind hemmende
Verkantungen
mit Sicherheit vermieden. Die leichtgängige Lagerung des Kollektors wird noch verbessert,
wenn der quer zur Achse gerichtete A-Lagerbock einen Lagerkranz mit Wälzkörpern
trägt, wobei auf letzteren sich ein mit der Achse fest verbundener Ring abstützt.
Daß hier die großflächige Verteilung der Lagerkräfte die hervorstechende Maßnahme
darstellt, erscheint selbstverständlich.
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Für den Antrieb der Stütz- und Drehachse trägt letztere einen Zahnkranz,
ein Zahnrad o. dgl., der bzw. das mit einem am A-Bock ortsfest gelagerten Motor
in Triebverbindung steht. Hier sei auch noch erwähnt, daß der Angriffswinkel zwischen
Stütz- und Drehachse und Tragarm ebenfalls elektromotorisch verstellbar sein kann.
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Erfinderisch ist es des weiteren, daß der die Stütz- und Drehachse
antreibende Motor und gfs. auch der Antrieb für den veränderbaren Angriff swinkel
durch Zeitschalter undloder durch Anlauf an Anschläge steuerbar sind. Ob man die
Antriebsmotoren mit Zeitschaltern, also mit Zeituhren steuert, oder eine Steuerung
mit Anschlagnocken o. dgl. wählt, ist eine Konstruktions-und Preisfrage. Gesichert
allerdings muß sein, daß die auf die Sonnenstrahlung eingerichtete Reflektorfläche
der Sonnenbahn möglichst genau folgt und automatisch während der Nachtstunden wieder
in die richtige Morgenlage kommt, wobei es gleichgültig
ist, ob
die Stütz- und Drehachse gleichsinnig oder in den Nachtstunden gegensinnig gedreht
wird. Der Gegensinndrehung während der Nacht ist insofern der Vorrang zu geben,
als sie für den Anschluß der elektrischen Leitungen und des Vor- bzw. Rücklaufes
weniger Schwierigkeiten bereitet.
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Schließlich ist es zweckmäßig, daß die Steuermittel für die Antriebe,
der Stromanschluß usw. in einer Schutzhaube untergebracht sind, die auch den Lagerbock
für das Achsende abdeckt.
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Auf diese Weise werden mit einfachen Mitteln empfindliche Teile geschützt
und die Unfallgefahren abgesenkt.
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In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht;
es zeigen: Fig. 1 eine vereinfachte Seitenansicht auf den erfindungsgemäßen Sonnenkollektor,
wobei die Reflektorfläche nur in einer Ebene dargestellt ist; Fig. 2 den gleichen
Sonnenkollektor in Richtung auf die Reflektorfläche gesehen; Fig. 3 eine Einzelheit
zur Befestigung einer Spiegelfläche, gegenüber den Fig. 1 und 2 vergrößert; Fig.
4 eine Draufsicht auf eine teilweise aufgebrochene Spiegelfläche;
Fig.
5 ene Einzelheit nach Fig. 1, nämlich den Wärmetauscher des Sonnenkollektors von
schräg unten gesehen; Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie VI-VI der Fig. 1 und
Fig. 7 eine vergrößerte Einzelheit der Lagerung des unteren Endes der Stütz- und
Drehachse des Kollektors.
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Wie sich aus den Fig. 1 und 2 ergibt, besteht ein Sonnenkollektor
1 im wesentlichen aus seiner Reflektorfläche 2 und einem Wärmetauscher 3, der in
Richtung der Sonnenstrahlen vor der Reflektorfläche 2 liegt. Die Reflektorfläche
2 setzt sich aus zahlreichen Spiegelflächen 4 zusammen, die über Bügel bzw.
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Halterungen 5 an Stäben 6 eines Traggestelles 7 befestigt sind.
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Die Anordnung ist hier so getroffen, daß zwischen den Spiegelflächen
4 Luftspalte 8 verbleiben, die auch in der Tiefe gestaffelt sein können und welche
die Gefahr des Windschadens ganz wesentlich verringern.
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Das Traggestell 7 ist im Schattenbereich des Wärmetauschers 3 ohne
Spiegelflächen ausgeführt und trägt in diesem Bereich einen Arm 9, der rohrförmig
ausgebildet ist, wie dies die Fig. 5 erkennen läßt. In diesem rohrförmigen Arm 9
sind die Vor- bzw.
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Rücklaufleitungen 10, 11 für den Wärmetauscher 3 untergebracht, die
sich in Schläuche 12, 13 fortsetzen.
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Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß jede Spiegelfläche 4 schwimmend
über
eine voluminöse Klebeschicht 14 auf eine Trägerplatte 15 aufgeklebt ist. Man erkennt,
daß die Trägerplatte 15 gegenüber der Spiegelfläche bzw. dem Spiegel 4 leicht überdimensioniert
ist, so daß an den Rändern noch bequem, z.B. mit Hilfe einer Pistole, ein Dichtmittel
16 aufgebracht werden kann, wie dies bei Doppelverglasungen bekannt ist.
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An der Trägerplatte 15 greift die Halterung bzw. der Bügel 5 an, der
mit dem Stab 6 des Traggerüstes 7 verschraubt ist. Die Gestaltung des Bügels 5 läßt
erkennen, daß man das Ausrichten der Spiegel bzw. der Spiegelflächen 4 durch bleibende
Verformung mit Hilfe eines Werkzeuges bewerkstelligen kann. Es versteht sich, daß
man für alle Teile korrosionsgeschützte oder korrosionsfeste Materialien verwenden
wird.
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Gemäß Fig. 4 werden die Spiegelflächen 4 nicht ganzflächig mit Hilfe
einer Klebeschicht 14, sondern mit beidseitig haftenden Klebestreifen 17 festgelegt.
Hier ist die Randabdichtung 16 mit geeigneten Mitteln besonders wichtig.
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Die Baueinheit 2 - 9 der Fig. 1 und 2 ist bei 18 scharniergelenkigit
einer Stütz- und Drehachse 19 verbunden, wobei der Winkel oC mit einer Art Spannschloß
20 verändert werden kann, was für die Justierung auf bestimmte Jahreszeiten von
Bedeutung ist. Es versteht sich, daß das Verstellen auch mit Hilfe
eines
Motors erfolgen kann, wobei eine Steuerung dieses Motors z.B. mit einer Art Lichtschranke
möglich erscheint. Die Achse 19 ist in ihrer Neigung auf die Naturverhältnisse,
d.h. auf die Polarachse, Polarstern usw. abgestimmt, so daß bei entsprechend eingerichteten
Spiegelflächen 4 die parallel einfallenden Sonnenstrahlen 21 auf den Wärmetauscher
3 umgelenkt bzw. konzentriert werden.
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Die Stütz- und Drehachse 19, welche die Reflektorfläche 2 der Sonnenbewegung
folgen läßt, ist etwa mittig auf einem A-Bock 22 abgestützt, der sich nicht nur
aus den Fig. 1 und 2, sondern auch aus Fig. 6 ergibt. Dieser A-Bock 22 mit einer
beispielsweisen Verstrebung 23 trägt einen Lagerkranz 24 mit Wälzkörpern bzw. Kugeln
25. Auf diesen Kugeln 25 ruht ein Ring 26, der über Streben 27 mit der Achse 19
fest verbunden ist. Man erkennt deutlich, daß auf diese Weise die Last des ganzen
Kollektors 1 großflächig verteilt ist.
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Der Ring 26 trägt einen Zahn- bzw. Kettenkranz 28 und eine Kette 29
stellt über ein kleines Kettenrad 30 eine Triebverbindung zu einem Antriebsmotor
31 her.
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Durch das Flächenlager 24, 25, 26 ist es erforderlich, das untere
Ende 32 der Stütz- und Drehachse 19 einstellbar zu lagern. Zu diesem Zweck sieht
die Erfindung den Lagerbock 33 gemäß Fig. 7 für erforderlich an. Dieser Lagerbock
33 besteht
aus einer Grundplatte 34, die sich mit Hilfe einer bodenverankerten
Schraube 35 verdrehen, verstellen und festlegen läßt und die aufrechte Bolzen 36,
37 trägt. Mit Kreuzbügeln 38, 39 läßt sich an diesen Stehbolzen 36, 37 eine Querachse
40 in der Höhe und nach den Seiten hin verstellen. Die Querachse 40 weist eine Lageröse
bzw. Lagerbuchse 41 auf, in die das untere Ende 32 der Achse 19 drehbar eingreift.
Da durch diesen Lagerbock 33 eine allseitige Ausweichmöglichkeit besteht, versteht
es sich von selbst, daß die Achse 19 mit ihrem unteren Ende 32 verkantungsfrei gelagert
werden kann.
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Der Lagerbock 33 ist'mit einer Haube 42 mit einem Durchbruch 43 für
die Achse 19 abgedeckt, die gleichzeitig dazu dient, alle erforderlichen Steuermittel
für den Motor 31 und gegebenenfalls für in Antrieb der Jahreszeitenverstellung gut
erreichbar und geschützt unterzubringen. Auf die Darstellung von Steuermitteln ist
verzichtet worden, da es sich hier um handelsübliche Teile mit vielen Variationsmöglichkeiten
handelt.