DE3537223C2

DE3537223C2 -

Info

Publication number: DE3537223C2
Application number: DE3537223A
Authority: DE
Inventors: Rainer Dipl.-Ing. 1000 Berlin De Morsch
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-10-16
Filing date: 1985-10-16
Publication date: 1988-08-18
Also published as: DE3537223A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Kollektor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE-PS 25 02 594 ist ein in Flachbauweise ausgebildeter Solarkollektor für die Nutzung von Solarenergie bekannt, der einen in einem starren Gehäuse untergebrachten flachen Absorber enthält, der in Richtung der auftreffenden Sonnenstrahlung durch eine strahlungsdurchlässige Abdeckung gegen Witterungseinflüsse geschützt ist. Diese Abdeckung besteht aus einer Folie aus fluoriertem Kunststoff und ist nur auf der der Sonne zugewandten Oberfläche des Kollektors angeordnet. Das Gehäuse besteht aus wärmeisolierendem Schaumstoff und stellt daher nur einen geringen Schutz gegen mechanische Einwirkungen dar.

Weiterhin ist aus der DE-OS 30 41 236 ein Sonnenkollektor mit einer durch eine Grundplatte und eine Deckplatte gebildeten Kammer zur Aufnahme einer durch die Sonnenstrahlung zu erwärmenden Flüssigkeit bekannt. Sowohl die Grundplatte als auch die Deckplatte bestehen aus je einer flexiblen Materialbahn, zwischen denen als Abstandshalter ein dreidimensionales Kunststoffgeflecht angeordnet ist. Die Materialbahnen sind an ihren Längs- und Querkanten miteinander verschweißt. Dieser Sonnenkollektor unterscheidet sich jedoch in konstruktiver Hinsicht prinzipiell von einem Solarkollektor in Flachbauweise mit einem starren Gehäuse

Schließlich ist aus der DE-OS 30 38 796 eine Einrichtung zur Nutzung der Strahlungsenergie der Sonne für das Aufwärmen eines in einer Leitung strömenden Fluids bekannt, die jedoch nicht in Flachbauweise ausgebildet, sondern zumindest auf der der Sonne zugewandten Seite gewölbt ist. Die äußere Hülle dieser Einrichtung besteht aus einem Schlauch aus biegsamem und für Sonnenstrahlung durchlässigem Material. Es ist nicht ersichtlich, wie diese Einrichtung an den Stirnseiten abgeschlossen ist. Die Hülle wird durch einen inneren, wendelförmig gewickelten Draht gehalten. Die Erwärmung der in der Hülle befindlichen Luft führt zu einer Druckerhöhung im Innern der Hülle, die aus einem Material mit einem solchen flexiblen Dehnungsverhalten besteht, daß ein Reißen aufgrund der Druckerhöhung mit Sicherheit verhindert wird.

Ausgehend von dem Stand der Technik nach der DE-PS 25 02 594 ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Solarkollektor in Flachbauweise mit einem der Sonnenstrahlung aussetzbaren flachen starren Absorber, einem den Absorber tragenden starren Gehäuse und einer in Richtung der Sonnenstrahlung vor dem Absorber angeordneten strahlungsdurchlässigen, als Abdeckung dienenden Kunststoffolie zu schaffen, der trotz seiner einfachen Konstruktion und seines hohen Wirkungsgrades eine große Stabilität besitzt und gegenüber äußeren mechanischen Einwirkungen außerordentlich widerstandsfähig und witterungsfest ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 ange gebene Maßnahme gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen des erfindungsgemäßen Solarkollektors ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Kunststoffolie das gesamte Gehäuse des Kollektors luft dicht umschließt und dieses zusammenhält. Sie stellt auf diese Weise eine witterungsfeste Hülle mit einer ausgezeichneten luftdichten Isolierung des Absorbers gegenüber der Umgebung dar. Die Ränder der Kunststoffolie werden hierzu vorzugsweise miteinander verschweißt, so daß der Fertigungsaufwand gering ist.

Zur Unterstützung der Kunststoffolie ist zweck mäßig unter ihrer dem Absorber zugewandten Fläche ein Gitter angeordnet. Hierdurch wird die Flatterneigung insbesondere bei größeren Wind stärken herabgesetzt und es wird ein Durchhängen der Folie bis auf den Absorber verhindert.

Die Kunststoffolie sollte möglichst eine hohe Dauertemperaturbeständigkeit, eine hohe Zug festigkeit sowie eine UV-Beständigkeit aufweisen. Als besonders geeignet hat sich eine Kunststoffolie aus einem modifizierten, teilkristallinen Misch polymerisat aus Tetrafluorethylen und Ethylen erwiesen. Bei einer derartigen Folie ist bereits eine Stärke von ca. 65 µm ausreichend, um den starken mechanischen Beanspruchungen, die bei schwerem Hagelschlag auftreten, zu widerstehen.

Das Gehäuse des Kollektors besteht vorzugsweise aus Polystyrol. Dieses Material besitzt ausge zeichnete wärmeisolierende Eigenschaften.

Die gegenüber den bekannten Gehäusematerialien geringere mechanische Festigkeit des Polystyrols ist hier nicht nachteilig, da die Kunststoffolie das Gehäuse fest umschließt und diesem somit eine hohe Stabilität und einen Schutz gegen mechanische Einwirkungen von außen verleiht.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch einen Solarkollektor entlang der Linie I-I gemäß Fig. 2 und

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Solarkollektor nach Fig. 1.

Der dargestellte Solarkollektor besitzt einen in bekannter Weise ausgebildeten Absorber 9 mit einer Kupferfolie 1 von etwa 0,2 mm Stärke, unterhalb der Kupferfolie 1 verlaufenden und mit dieser über ihre gesamte Länge ver löteten Kupferrohren 2 und die Kupferrohre 2 an ihren beiden Enden verbindenden Sammel rohren 3. Die obere Fläche der Kupferfolie 1 weist einen schwarzen Überzug zur Verstärkung der Strahlenabsorption auf. Die Kupferrohre 2 verlaufen parallel zueinander in Richtung der Zeichenebene und haben einen gegenseitigen Abstand von vorzugsweise jeweils 80 mm.

Die Kupferrohre 2 und die Sammelrohre 3 sind durch Kupferfittings miteinander verbunden.

Der Absorber 9 ist in ein Gehäuse 4 aus Polystyrol eingesetzt. Dieses weist hochgezogene Rand bereiche auf und kann einteilig ausgebildet sein oder auch aus einem flachen Bodenteil und vier mit diesem verklebten Seitenteilen zusammengesetzt sein. Das Gehäuse 4 besitzt ausgezeichnete wärmeisolierende Eigenschaften. Die den Absorber 9 aufnehmende Aussparung des Gehäuses 4 ist mit einer Aluminiumfolie 5 ausgekleidet, die als Strahlungsschutz für das Polystyrol dient. Der Absorber 9 wird über in den Ecken der Gehäuseaussparung befindliche wärmeisolierende Auflagestücke 6, die beispiels weise aus Holz bestehen, im Gehäuse 4 gehalten.

Das Gehäuse 4 ist fest von einer Kunststoffolie 7 umschlossen. Die Ränder der Kunststoffolie 7 sind miteinander verschweißt, so daß sie eine luftdichte Hülle für den Kollektor bildet, der somit gegen Witterungseinflüsse geschützt ist. Die Kunststoffolie 7 besteht vorzugs weise aus einem modifizierten, teilkristallinen Mischpolymerisat aus Tetrafluorethylen und Ethylen. Diese Kunststoffolie besitzt eine hohe Lichtdurchlässigkeit im Spektralbereich der Sonnenstrahlung, nämlich etwa 92% bei 100 µm Stärke und etwa 95% bei 65 µm Stärke. Eine Stärke von 65 µm ist ausreichend, um auftretenden mechanischen Belastungen wie zum Beispiel durch schweren Hagelschlag zu widerstehen. Diese hohe Lichtdurchlässigkeit hat zur Folge, daß der Kollektor mit einer Abdeckung aus der genannten Kunststoffolie insbesondere im Niedertemperaturbereich bis 50°C eine bis zu 40% höhere Leistung erbringt als ein Kollektor mit einer Abdeckung aus Fensterglas von 2 mm Stärke.

Die vorliegende Kunststoffolie besitzt eine Dauertemperaturbeständigkeit im Bereich von -190°C bis +150°C und sie weist eine hohe mechanische Festigkeit auf. Die Zugfestigkeit, gemes sen nach DIN 53 455 bei 23°C, beträgt 45 N/mm² in Längsrichtung und 33 N/mm² in Querrichtung, der Zug-E-Modul nach DIN 53 457 bei 23°C längs 800 N/mm² und quer 430 N/mm². Diese hohe mechanische Festigkeit gewährleistet einen festen Halt für das aus extrudiertem Polystyrol bestehende Gehäuse 4, das ohne die Kunststoffolie 7 wegen seiner eigenen geringen Festigkeit mechanischen Einwirkungen von außen relativ schutzlos ausgesetzt wäre.

Auch die Beständigkeit gegen UV-Strahlung ist bei der Kunststoffolie 7 aus dem genannten Material ausgezeichnet. Es besteht somit nicht die Gefahr, daß die Lichtdurchlässigkeit der Folie nach längerer Sonneneinstrahlung ab nimmt. Die Kunststoffolie ist weiterhin im Wärmeimpuls- und Heißluftschweißverfahren verschweißbar. Ihr Schmelzpunkt liegt bei 275°C±10 K. Eine weitere vorteilhafte Eigen schaft der Folie ist ihre schwere Entflammbarkeit.

Um die Gefahr des Flatterns der Kunststoffolie 7 über dem Absorber bei starkem Wind herabzu setzen und um gegebenenfalls eine Berührung zwischen der Kunststoffolie 7 und der Kupfer folie 1 des Absorbers 9 zu vermeiden, ist im Bereich der Aussparung des Gehäuses 4 unterhalb der Kunststoffolie 7 ein aus einer Längsstrebe und zwei Querstreben bestehendes Gitter 8 vor gesehen. Das Gitter 8 ist in die hochgezogenen Ränder des Gehäuses 4 eingesteckt und wird durch die darübergespannte Kunststoffolie 7 gehalten. Die Streben des Gitters 8 bestehen vorzugsweise aus Messingrohr mit den Abmessungen 4×0,5 mm. Der Abstand zwischen den mit der Längsstrebe verbundenen Querstreben beträgt vorzugsweise 330 mm.

Die einzelnen Kollektoreinheiten sollten wegen der begrenzten Tragfähigkeit der Kunststoffolie 7 und ihrer Flatterneigung bei starkem Wind nicht zu groß gewählt werden. Als günstig hat sich eine Innenweite in Längsrichtung der Querstreben von 500 mm erwiesen. Die Abmessung in Richtung der Längsstrebe kann beliebig gewählt werden.

Claims

1. Solarkollektor in Flachbauweise mit einem der Sonnenstrahlung aussetzbaren flachen starren Absorber, einem den Absorber tragenden starren Gehäuse und einer in Richtung der Sonnenstrahlung vor dem Absorber angeordneten strahlungsdurch lässigen, als Abdeckung dienenden Kunststoffolie, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffolie (7) das gesamte Gehäuse (4) des Solarkollektors luftdicht umschließt und dieses zusammenhält.

2. Solarkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Ränder der Kunststoffolie (7) miteinander verschweißt sind.

3. Solarkollektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterstützung der Kunststoffolie (7) unter ihrer dem Absorber (9) zugewandten Fläche ein Gitter (8) angeordnet ist.

4. Solarkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffolie (7) eine hohe Dauertemperaturbeständigkeit aufweist.

5. Solarkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffolie (7) eine hohe Zugfestigkeit aufweist.

6. Solarkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffolie (7) gegen UV-Strahlung beständig ist.

7. Solarkollektor nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffolie (7) aus einem modifizierten, teilkristallinen Mischpolymerisat aus Tetrafluorethylen und Ethylen besteht.

8. Solarkollektor nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß die Kunststoffolie (7) eine Stärke von ca. 65 µm aufweist.

9. Solarkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorber breite ca. 500 mm beträgt.

10. Solarkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (4) aus Polystyrol besteht.