DE3629816C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Solarkollektor für flüssige Wärmeträger mit vorderer äußerer transparenter Abdeckung und rückseitiger Wärmedämmung.

Solarkollektoren ermöglichen, aus Sonnenlicht Wärme in­ direkt über Speicher und/ oder zwischengeschaltete Prozesse zur Anhebung des Temperaturniveaus sowie direkt zu Heiz­ zwecken oder für Prozeßabläufe zu gewinnen.

Bekannt und im Einsatz sind Solarkollektoren, mit denen in einem Absorber vor einem flüssigen Wärmeträger die Ener­ gie des Sonnenlichts in Wärme umgewandelt und hauptsächlich durch Leitung auf den Wärmeträger übertragen wird, z. B. DE 28 53 539 A1.

Bekannt sind auch Solarkollektoren, in denen ein flüssiger Wärmeträger transparent für das Sonnenlicht abgedeckt ist und der Absorber

• - durch einen aufbereiteten Wärmeträger, z. B. US 31 07 052,
• - durch eine Absorbermatte, die vom Wärmeträger durchströmt wird, oder
• - durch eine Materialschicht hinter dem Wärmeträger gebildet wird, z. B. nach DE 26 11 108 A1.

Gemein ist den bekannten Solarkollektoren, daß der flüssi­ ge Wärmeträger an seiner dem Sonnenlicht abgewandten Fläche durch eine Schicht aus für den Wärmeträger undurchlässigem nicht als Wärmedämmung eingesetztem Material, wie z. B. Metall, Glas, Kunststoff, von der rückseitigen Wärmedämmung getrennt ist. Diese Trennschicht zwischen dem flüssigen Wärmeträger und der rückseitigen Wärmedämmung ist unabhängig davon Stand der Technik, wie der flüssige Wärmeträger im Solarkollektor geführt wird (als Film, in Rohren, etc.), ob die Trennschicht mit der Wärmedämmung in lösbarem Kontakt ist oder eine feste Verbindung bildet, oder welche Material­ ien zur Wärmedämmung verwendet werden, z. B. DE 27 40 448 A1.

Gemäß dem Beispiel eines Solarkollektors nach DE 28 53 539 A1 fließt ein Wärmeträger als dünner Film unter dem Einfluß der Schwerkraft entlang einer Stützwand hinab. Zur rückseitigen Wärmedämmung dient zunächst hinter der Rückwand eine Dämmschicht aus Stein- oder Glaswolle, dann - den rückwärtigen Abschluß des Gehäuses bildend - eine zweite Dämmschicht vorzugsweise aus Polyurethan. Dieser Aufbau ist Stand der Technik und wird den thermischen Verhältnissen ge­ recht, denen ein Solarkollektor ausgesetzt sein kann. Die Trennwand gewährleistet, daß die Dämmeigenschaft der rücksei­ tigen Wärmedämmung vom Wärmeträger nicht beeinträchtigt wird.

Grundsätzlich sehen auch schon die Ausführungsbeispiele von Solarkollektoren nach US 39 43 911 und US 31 46 774 eine Trennschicht zwischen flüssigem Wärmeträger und rück­ seitiger Wärmedämmung vor. Diese ist beispielsweise im ersten Fall noch allein aus geschäumtem Kunststoff vorgesehen, im zweiten Fall erst, sobald ohne rückwärtige Wärmedämmung der Wärmeverlust verhindert, höhere Temperaturen des Wärmeträgers zu erreichen. In jedem Fall ist die Wärmedämmung durch eine Trennschicht vor dem direkten Kontakt mit dem Wärmeträger geschützt.

Die Güte eines Solarkollektors wird nicht nur an seinen optischen und wärmedämmenden Eigenschaften gemessen. Ist an den Einsatz von Solarkollektoren in Gegenden gedacht, in denen es eine ausgedehnte Heizperiode mit nur mäßiger Sonnenein­ strahlung gibt, spielt für die Ausnutzung auch kurzer Strah­ lungsphasen die Wärmekapazität des Solarkollektors eine we­ sentliche Rolle. Sie hängt von Material und Masse der Schich­ ten, zwischen denen der Wärmeträger fließt, und des Wärme­ trägers ab, solange dieser sich auch während der Stillstand­ zeit im Solarkollektor befindet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Solarkollektoren dahingehend zu verbessern, sie durch einfachen Aufbau sowie geringe Materialvielfalt und -masse mit kleiner Wärmekapazi­ tät auszustatten, damit ihre jährliche Nutzungsdauer für die Erwärmung von Brauchwasser, zu Heizzwecken in Niedertempera­ turanlagen und für die Ladung von Speichern mittlerer und niedriger Temperaturen verlängert wird.

Die Lösung der Aufgabe wird dadurch erreicht, daß bei dem erfindungsgemäßen Solarkollektor mit vorderer äußerer trans­ parenter Abdeckung zur Gewährleistung eines Treibhauseffekts und zum Schutz vor äußeren Einflüssen nicht nur auf eine wei­ tere dahinterliegende Abdeckung des Wärmeträgers verzichtet werden kann, sondern daß eine Trennschicht oder -wand zwischen dem flüssigen Wärmeträger und der rückseitigen Wär­ medämmung des Solarkollektors ersatzlos entfällt. Das Dämm­ material ist dabei auf den Wärmeträger - oder umgekehrt - in der Weise abgestimmt, daß das Dämmaterial im Kontakt mit dem Wärmeträger seine thermischen und mechanischen Eigenschaften nicht verändert.

Vorzugsweise ist die Fläche der Wärmedämmung, auf der der Wärmeträger fließt, eben, nicht profiliert. Über die gesamte Länge der oberen Seite der dem Sonnenlicht ausgesetzten Fläche wird der Wärmeträger gleichmäßig verteilt. Der Wärme­ träger - ggf. auch mit der Funktion eines Absorbers - fließt allein unter dem Einfluß der Schwerkraft im geneigten Solar­ kollektor bis zur unteren Seite der vom Sonnenlicht bestrahl­ ten Fläche.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsge­ mäßen Solarkollektors im Längsschnitt dargestellt, in dem als Kombination von Wärmeträger und rückseitigem Dämmaterial Wasser und Schaumglas gewählt sei. Der Rahmen 1 dient einmal dazu, die vordere äußere transparente Abdeckung 2 mit der seitlichen Wärmedämmung 3 und der rückseitigen Wärmedämmung 4, die beide homogen miteinander verbunden sein können, aufzu­ nehmen und gegeneinander zu fixieren, zum anderen soll er Ele­ mente enthalten, mit denen der Solarkollektor geneigt aufge­ hängt und befestigt wird.

Der flüssige Wärmeträger wird durch einen Anschlußstutzen 5 in eine horizontale Querrinne 6 geleitet. Ein Leitblech 7 deckt die Querrinne 6 auf ihrer gesamten Länge bis gerade an ihre Unterkante ab, so daß der Wärmeträger gleichmäßig über die gesamte Länge der unteren Kante verteilt aus der Querrin­ ne 6 austritt. Dies wird durch die rauhe, fein zerklüftete, aus beschädigten Zellen bestehenden Oberfläche des sonst ge­ schlossenzelligen und damit wasserdichten Schaumglases als rückseitiger Wärmedämmung 4 ermöglicht. Diese Struktur der Oberfläche des beispielsweise schwarzen Schaumglases auf der Basis von Aluminium-Silikat gewährleistet einerseits, daß der Wärmeträger 8 als gleichmäßiger Film über die vom Sonnen­ licht bestrahlte Fläche 9 fließt, und andererseits, daß die Fläche 9 als Absorber wirkt. Er reagiert während der Still­ standzeit, also noch bevor der Wärmeträger in den Solar­ kollektor gelangt ist, auf Sonnenlicht nahezu trägheitslos mit seiner Erwärmung.

An der unteren Seite der Fläche 9 sammelt sich der erwärm­ te Wärmeträger in einer Querrinne 10. Sie reicht über die gesamte Breite der Fläche 9 und neigt sich geringfügig von beiden Enden zur Mitte, von wo der Wärmeträger durch einen Auslaßstutzen 11 zur Wärmeabgabe an Verbraucher oder Speicher geleitet wird. Der Raum 12 für die Ausbildung des Treibhaus­ effekts besitzt oberhalb der Querrinne 6 eine Verbindung ge­ ringen Querschnitts zur Außenluft für den Druckausgleich.

In diesem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel kann es zu Niederschlägen des Dampfes des Wärmeträgers in Form von Tropfen an der Innenfläche der äußeren Abdeckung 2 kommen. Dieser Effekt führt wegen geringerer Reflexion zu einer größeren Durchlässigkeit für Sonnenlicht, das unter großen Einfallswinkeln auf die Abdeckung 2 trifft. Wegen der also insgesamt größeren Durchlässigkeit für Sonnenlicht bis zur Fläche 9 beziehungsweise zum Wärmeträger gegenüber Solarkol­ lektoren mit zusätzlicher Abdeckung des Wärmeträgers gegen den Raum 12 arbeitet das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel mit äußerst einfachem Aufbau (betriebsfertiges Gewicht ca. 165 N pro Quadratmeter, wenn die äußere Abdeckung 2 aus Glas besteht) sogar mit besserem Wirkungsgrad bei mittleren bis geringen Temperaturunterschieden zwischen dem Wärmeträger im Solarkollektor und der Umgebung. Deshalb ist er bevorzugt geeignet, als Versorger mit Niedertemperatur-Wärme eingesetzt zu werden; er liefert damit insbesondere während der Heiz­ periode mehr Energie als Solarkollektoren, die für ein obe­ res bis hohes Temperaturniveau ausgelegt sind. Außerhalb der Heizperiode liefert das beschriebene Ausführungsbeispiel je­ doch ausreichend Wärme mit Brauchwasser-Temperatur.

Das nach Fig. 1 beschriebene Ausführungsbeispiel mit Ver­ wendung von Wasser (wegen seiner großen Wärmekapazität) als Wärmeträger ist auch ohne jeden Zusatz von Frostschutz­ mitteln für den Winterbetrieb geeignet: Da bei zu geringer Sonneneinstrahlung üblicherweise die Zu­ fuhr des Wärmeträgers Wasser unterbrochen wird, und das Wasser aus dem Solarkollektor läuft, ist zusätzlich nur darauf zu achten, daß auch frostgefährdete Zu- und Ab­ leitungen leerlaufen.

In Fig. 2 ist ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel im Längsschnitt dargestellt, das sich durch eine zusätzliche Ab­ deckung 13, die den Wärmeträger dicht gegen den Raum 12 ab­ schließt, und darin von dem nach Fig. 1 beschriebenen Aus­ führungsbeispiel unterscheidet, daß das Leitblech 7 entfal­ len kann, dessen Funktion von der Abdeckung 13 übernommen wird.

Vorzugsweise ist die Abdeckung 13 transparent für sonnen­ licht und opak für Wärmestrahlung. Dadurch wird die Wirkung eines doppelt abgedeckten Solarkollektors erreicht, dessen verbreiteter Nachteil einer deutlichen Minderung der totalen Transmission jedoch sehr klein gehalten. Denn die Energie des in der Abdeckung 13 unvermeidbar absorbierten Sonnen­ lichts geht zu einem wesentlichen Teil durch Wärmeleitung auf den Wärmeträger 8 über, der als gleichmäßiger Film ganz­ flächig mit der Abdeckung 13 Kontakt hat, während der ge­ ringere Teil durch Strahlung und Leitung den Raum 12 erwärmt. Die Abdeckung 13 ist an den Längsrändern und dem unteren Rand undurchlässig für den Wärmeträger mit der Wärmedämmung 4 so verbunden, daß die dichtende Verbindung außerhalb der vom Sonnenlicht bestrahlten Fläche, also abgedeckt durch die um­ laufende seitliche Wärmedämmung 3, liegt. Der obere Rand der Abdeckung 13 ist nicht dicht mit der Wärmedämmung 4 verbun­ den, damit der Raum zwischen ihr und der Abdeckung 13, in den der Wärmeträger ein- und aus dem er wieder ausfließt, zum Druckausgleich mit der Atmosphäre verbunden ist.

Das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wird vorzugsweise als Versorger mit Wärme im mittleren und oberen Temperaturbereich eingesetzt.

Claims (1)

1. Solarkollektor mit von einem flüssigen Wärmeträger (8) durch­ strömten Gehäuse, das eine vordere äußere transparente Abdek­ kung (2) und eine rückseitige Wärmedämmung (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeträger (8) ohne irgendeine Zwischenschicht unmit­ telbar in Kontakt steht mit der der Sonneneinstrahlung zugewand­ ten Fläche (9) der Wärmedämmung (4) .