DE3224688A1 - Sonnenkollektor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Sonnenkollektor zur Erzeugung von warmem Wasser.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, gegenüber den bekannten Verfahren zur Gewinnung von Wärmeenergie aus der Sonnenstrahlung Vorteile hinsichtlich Materialaufwand, Gesamtkosten für Herstellung, Vertrieb, Montage und hinsichtlich der Funktion zu erreichen.

Die besonderen Vorteile gegenüber anderen Sonnenkollektoren sind:

1. Durch die Lüftungslöcher sehr einfache und wirksame Entlüftung, keine Luftbläschen im Kreislauf.

2. Durch die Unterteilung in einzelne Kammern sehr geringe Druckkräfte, deshalb kann sehr dünnes und billiges Material verwendet werden, z.B. Folien.

3. Bei der Verwendung von elastischen Kunststoffolien ist der Kollektor frostsicher, da die Folien elastisch nachgeben können, wenn sich das Wasser beim Übergang vom flüssigen in den festen Zustand ausdehnt.

4. Weil der Kollektor so gleichmäßig aufgebaut ist, daß keine besonderen Stellen für Zufluß und Abfluß vorgesehen sind, kann er in großen Längen in Rollen hergestellt und geliefert werden und die einzelnen Kollektoren werden je nach Bedarf von der Rolle abgeschnitten.

5. Sehr niedrige Kosten.

6. Verwendung zur Kühlung und Zum Regenwassersammeln ebenfalls möglich.

Erfindungsgemäß wird dies durch den nachfolgend beschriebenen Kollektor erreicht, bei dem die Fläche in übereinanderliegende Kammern aufgeteilt ist, wodurch sich die durch den Wasserdruck bedingten Kräfte sehr stark vermindern, und bei dem oberhalb der Kammern befindliche Lüftungslöcher für eine gute Entlüftung des Kollektors im Betrieb sorgen.

Der Kollektor ist ein flächiges Gebilde.

Er kann rechteckig sein.

Er ist zur Erdoberfläche schräg oder senkrecht angebracht, nicht horizontal.

Die Fläche wird von der Sonne beschienen.

Aus der Richtung der Sonnenstrahlen gesehen, besteht der Kollektor aus zwei in geringem Abstand hintereinander befindlichen wasserdichten miteinander verbundenen Flächen, z.B. Folien.

Dabei ist die der Sonne zugewandte Fläche lichtdurchlässig und die andere Fläche ist dunkelfarbig oder die der Sonne zugewandte Fläche ist dunkelfarbig und die andere Fläche ist von beliebiger Farbe.

Die Folien sind links und rechts an den beiden Seiten wasserdicht miteinander verbunden, z.B. verschweißt.

Weiter sind die Folien entlang von Linien wasserdicht miteinander verbunden, die parallel zur Ober- und Unterseite des Rechtecks sind, also senkrecht zu den Seitenlinien des Rechtecks. Dabei gehen diese Linien abwechselnd von der linken und rechten Seite aus und reichen bis fast zur gegenüberliegenden Seite.

Das eine Ende dieser horizontalen Linien wird durch die linke oder rechte Seitenlinie gebildet, am anderen Ende befindet sich eine weitere wasserdichte Verbindung der beiden Folien, die etwa senkrecht zu den Horizontallinien ist und damit etwa parallel zu den Seitenlinien und nach oben bis fast zur nächsthöheren Horizontallinie reicht und nach unten bis fast zur nächsttieferen Horizontallinie.

Durch diese Linien werden eine Reihe von übereinanderliegenden Kammern gebildet.

Wird in die oberste Kammer Wasser eingefüllt, so läuft zunächst diese Kammer voll, dann läuft das Wasser über in die darunterliegende Kammer usw.

Im Betriebszustand des Kollektors sind alle Kammern gefüllt und oben zusätzlich zugeführtes kaltes Wasser verdrängt schließlich aus der untersten Kammer warmes Wasser, das aus dem Kollektor in eine Sammeleinrichtung abfließt.

Zwischen dem oberen Wasserspiegel jeder Kammer und der darüberliegenden Horizontallinie, entlang der die Folien miteinander verbunden sind, bleibt ein schmaler Streifen ohne Wasser. An dieser Stelle ist ein Loch in der Folie vorhanden, damit Luftbläschen einfach abziehen können.

Außerdem kann dieser Streifen zur Befestigung des Kollektors an einer Unterlage benutzt werden. Die Befestigungspunkte brauchen dann nur das Gewicht einer einzigen Kammer zu tragen.

Zusätzlich zu den oben beschriebenen Verbindungslinien sind die beiden Folien noch an vielen Stellen punktartig miteinander verbunden, damit sie sich durch den Wasserdruck nicht zu weit voneinander entfernen.

Anwendungsgebiete

1. Zur Gewinnung von Wärme bis etwa 60-80 Grad Celsius.

2. Zur Gewinnung von kühlem Wasser durch nächtliche Abkühlung und Abstrahlung.

3. Zum Einsammeln von Regenwasser, Verhinderung von Wasserverdunstung aus dem Boden, Verhinderung der Erosion.

Sowohl die Fläche zum Aufsammeln des Wassers als auch die Rohreinrichtungen zum Ableiten des Wassers sind ohnehin vorhanden.

Anwendungsbeispiele

1. Gewinnung von warmem Wasser für Heizung, Brauchwasser, Schwimmbadheizung.

2. Einsatz als Vorheizung. Das Wasser wird im Kollektor auf 40-60 Grad Celsius erwärmt und dann in einem zweiten Prozeß auf die erwünschte Temperatur erhitzt.

3. Einsatz als Wärmequelle für eine nachgeschaltete Wärmepumpe.

4. Einsatz als Sonnenkraftwerk in heißen Trockengebieten mit gleichzeitiger Regenwassersammlung.

Eine relativ große Fläche wird von den Kollektoren bedeckt.

Tagsüber gewinnen diese warmes Wasser, welches in einen kleinen Speichersee geleitet wird, nachts wird in denselben Kollektoren Wasser abgekühlt, das in einen zweiten, unmittelbar benachbarten Speichersee geleitet wird.

In unmittelbarer Nähe der beiden Seen befindet sich eine Wärmekraftmaschine, welche aus dem Temperaturunterschied der beiden Seen mechanische Energie gewinnt.

Der warme Speichersee kann mit schwarzer Folie abgedeckt sein, der kalte Speichersee kann mit weißer Folie abgedeckt sein.

Das Regenwasser wird in einen dritten Speichersee geleitet.

Die Vorteile gegenüber anderen Sonnenkraftwerken sind:

keine besonderen Kühleinrichtungen sind nötig, weil die Kollektoren selbst verwendet werden können, deshalb werden Kosten gespart,

größere Temperaturdifferenz, weil durch die nächtliche Abstrahlung eine sehr niedrige Temperatur erreicht wird, die mit anderen Kühlverfahren nicht erreicht werden kann, dadurch Verbesserung des Wirkungsgrades und Kostensenkung, kein Verbrauch an Kühlwasser, da das Kühlwasser im Kreislauf immer wieder verwendet wird,

sehr einfache und sehr billige Kollektoren,

druckloses System, deshalb geringe Materialstärken und geringe Hilfsenergie zum Pumpen des Wassers notwendig,

Einsammeln und Speichern von Regenwasser möglich,

Energiespeicherung für die Nacht oder für mehrere Tage ist im Verfahren bereits enthalten.

5. Aufbau auf ein Gebäudedach. In der Nähe des Dachfirstes befindet sich ein dazu parallel laufendes Wasserrohr mit Öffnungen, welche die einzelnen nebeneinanderliegenden Kollektoren mit Wasser versorgen. Am unteren Ende nimmt eine quer liegende Sammelrinne das aus den einzelnen Kollektoren herausfließende Wasser auf. Als Sammelrinne kann die ohnehin vorhandene Regenrinne verwendet werden. Es ist auch möglich, mittels Abstandshaltern in die Regenrinne eine zweite, kleinere, wärmeisolierte Rinne hineinzuhängen.

Hierdurch ergeben sich sehr geringe Kosten für Wasserzuleitungs- und Ableitungssysteme.

Erläuterung der Zeichnung

Ansicht des Kollektors aus der Richtung der Sonnenstrahlen

1 seitliche Schweißnaht des Kollektors

2 horizontale Schweißnaht, gleichzeitig Boden der mit Wasser gefüllten Kammer.

3 vertikale Schweißnaht, zugleich Seitenwand der wassergefüllten Kammer und zugleich Überlauf bei weiterer Wasserzufuhr.

4 Lüftungsloch.

Die Wasserfüllung ist nicht eingezeichnet.

Die Pfeile geben die Fließrichtung des Wassers an.

Claims (4)

1. Sonnenkollektor, dadurch gekennzeichnet, daß er aus zwei in geringem Abstand hintereinander befindlichen wasserdichten, miteinander verbundenen flächenhaften Materialien besteht, insbesondere Folien, wobei die der Sonne zugewandte Fläche lichtdurchlässig ist und die andere Fläche dunkelfarbig oder die der Sonne zugewandte Fläche ist dunkelfarbig und die andere Fläche ist von beliebiger Farbe,

und die Flächen sind so miteinander verbunden, daß übereinanderliegende sehr schmale Kammern gebildet werden und zwar sind die beiden Flächen des schräg oder senkrecht angeordneten Kollektors entlang folgender Linien wasserdicht miteinander verbunden:

Seitenlinien links und rechts,

mehrere horizontale Linien, ausgehend abwechselnd von den Seitenlinien links und rechts und jeweils bis fast zur gegenüberliegenden Seite reichend,

an den Enden dieser Horizontallinien dazu senkrechte Linien, die nach oben bis fast zur nächsthöheren Horizontallinie reichen und nach unten bis fast zur nächsttieferen Horizontallinie reichen,

sowie an sehr vielen weiteren Stellen punktartig, und dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb jeder Kammer ein Entlüftungsloch in der Fläche vorhanden ist.

2. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor zusätzlich gegen Wärmeverluste isoliert ist, insbesondere mit durchsichtiger Luftbläschenfolie.

Wird der Kollektor auch zur Kühlung durch nächtliche Wärmeabstrahlung verwendet, so soll diese Isolierung durchlässig sein für Wärmestrahlen.

3. Sonnenkollektoren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß sie so zusammengeschaltet sind, daß sie seitlich nebeneinanderliegen und daß oberhalb der Kollektoren ein Wasserrohr mit Öffnungen geführt ist, welche die einzelnen Kollektoren mit Wasser versorgen und daß unterhalb der Kollektoren eine Rinne liegt, welche das aus den Kollektoren ablaufende Wasser auffängt und ableitet, insbesondere daß es sich bei einer Montage der Kollektoren auf dem Dach bei der Rinne um die ohnehin vorhandene Regenrinne handelt oder um eine zweite kleinere Rinne, die mittels Abstandshaltern auf die vorhandene Regenrinne aufgesetzt wird.

4. Sonnenkollektoren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie sowohl zur Warmwassergewinnung wie auch zur Wasserkühlung wie auch zum Regenwassersammeln eingesetzt werden.

Die drei verschiedenen Wassermengen werden drei verschiedenen Speicherbehältern zugeleitet, wobei der Speicher für kaltes Wasser mit weißer Folie abgedeckt sein kann, der Speicher für warmes Wasser mit schwarzer Folie abgedeckt sein kann.

Der Temperaturunterschied zwischen kaltem und warmem Wasserbehälter kann zum Betrieb einer Wärmekraftmaschine benutzt werden.