DE4431909A1 - Zweiteiliger Sonnenkollektor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Sonnenkollektor mit einem aus einem U-förmigen Profil gebildeten Rahmen, in dem ein Absorber unter einer für Sonneneinstrahlung durchlässigen Abdeckung und einer Isolierung auf der Sonneneinstrahlung abgekehrten Rückseite des Absorbers angeordnet ist. In der Isolierung des Kollektors ist mindestens eine sich senkrecht zur Absorberfläche erstreckende Bohrung vorgesehen, die der Aufnahme mindestens eines Anschlußstutzens für die Verteiler- und Sammelleitung dient. Außerhalb des Kollektors sind Verteiler- und Sammelleitung angeordnet.

Derartige Sonnenkollektoren (auch Solarkollektoren genannt) nehmen jeweils einen Sonnenenergieabsorber auf. In der Regel wird z. B. auf einem Hausdach eine Sonnenkollektoranlage aus einer Mehrzahl solcher Sonnenkollektoren mit jeweils einem Gehäuse zusammengefügt. Es sind also mehrere Gehäuse oder Rahmen nebeneinander angeordnet und ein gemeinsames Leitungssystem führt die Wärmeträgerflüssigkeit zu den einzelnen Kollektoren und von ihnen weg zum Verbraucher.

Das die Mehrzahl von Sonnenkollektoren verbindende Leitungssystem weist zum einen eine gemeinsame Verteilerleitung auf, welche die Wärmeträgerflüssigkeit zu den einzelnen Kollektoren führt sowie eine Sammelleitung, welche die erhitzte Wärmeträgerflüssigkeit von den einzelnen Kollektoren aufnimmt, sammelt und zum Verbraucher (oder den Verbrauchern) führt.

Die Sonnenkollektoren weisen sogenannte Absorber auf, die jeweils in einem wetterdichten Gehäuse angeordnet sind. Absorber bestehen im wesentlichen aus einem Absorberblech, welches mit einem Kanalsystem fest verbunden ist, durch das die Wärmeträgerflüssigkeit strömt. Beispielsweise kann das Kanalsystem aus einer mäanderförmigen Rohrschlange bestehen.

Um den Wärmeenergieverlust zu vermindern, sind in dem Gehäuse unterhalb des Absorbers Isoliermaßnahmen, in der Regel Wärmeisolierstoffplatten aus Mineralwolle, angeordnet. Das Gehäuse besteht zumeist aus Aluminiumstrangpreßprofilen oder aus tiefgezogenen Aluminiumwannen, die eine Isolierstoffplatte oder dergleichen umschließen.

Die vorliegende Erfindung betrifft das Problem der Anordnung der oben genannten Verteiler- und Sammelleitungen, also der Zu- und Ableitungen zu den Kollektoren.

Weiter betrifft vorliegende Erfindung das Problem der Ausformung des Absorbers. Darüber hinaus betrifft vorliegende Erfindung das Problem der wetterdichten Verbindung mehrerer Sonnenkollektoren untereinander.

Zum Problem der Anordnung der Verteiler- und Sammelleitungen, also der Zu- und Ableitung zu Kollektorfeldern, kennt der Stand der Technik hierfür im wesentlichen zwei Lösungen:

Zum einen ist es bekannt, die Verteiler- und Sammelleitungen außerhalb der Kollektorgehäuse laufenzulassen und zum anderen ist es auch bekannt, die Leitungen innerhalb der Kollektorgehäuse anzuordnen. Beide bekannte Lösungen haben Vor- und Nachteile.

Bei sich innerhalb des Gehäuses erstreckenden Verteiler- und Sammelleitungen werden diese beim Hersteller montiert, wobei die Anschlüsse der Leitungen aus dem Gehäuse herausragen. Daher ist ein relativ weiter Abstand zwischen den einzelnen Kollektoren erforderlich. Bei dachintegrierten Kollektoren muß dieser Abstand wetterdicht überbrückt werden. Durch die seitlich herausstehenden Anschlußstutzen entsteht das Problem, daß die Wärmeausdehnungen der Leitungen kompensiert werden muß, was nicht immer wirkungsvoll geschehen kann.

Bei außerhalb der einzelnen Kollektorgehäuse angeordneten Verteiler- und Sammelleitungen wurden diese bisher auf der Rückseite oder entlang der Stirnseite der einzelnen Gehäuse montiert. Die Nachteile einer derartigen Anordnung der Leitungen sind die erforderliche aufwendige Wärmeisolierung für die gesondert vom Gehäuse verlaufenden Leitungen sowie die eingeschränkte Montierbarkeit der Kollektoren bei rückseitig angeordneten Leitungen.

Die für die Kollektoren nötigen Absorber wurden überwiegend auf zwei verschiedene Methoden hergestellt. Bei der einen Methode werden vorgefertigte Absorberstreifen einzeln in Handarbeit an die Verteiler- und Sammelleitungen angelötet. Dies ist äußerst aufwendig und kostenintensiv, zudem wird bei der Verlötung bereits beschichteter Absorberstreifen die Beschichtung an der Lötstelle beschädigt. Weiterhin müssen die einzelnen Lötstellen auf Dichtheit geprüft werden.

Bei einer anderen Herstellungsart von Absorbern werden Aluminiumstrangpreßprofile so auf die geraden Rohrabschnitte einer mäanderförmig gebogenen Rohrschlange aufgeklemmt, daß sie nebeneinander liegend eine Fläche bilden. Strangpreßprofile weisen aus fertigungstechnischen Gründen eine Mindestmaterialstärke auf, die zusammen mit der hohen spezifischen Wärmekapazität von Aluminium zu einem thermisch trägen Verhalten des Absorbers führen. Nachteilig ist ferner der verminderte Wärmeübergang vom Strangpreßprofil zum eingeklemmten Rohr. Um die Rohrbögen unter der Absorberfläche führen zu können ist es erforderlich, in diesem Bereich die Rohrbefestigung an jedem einzelnen Strangpreßprofil abzutrennen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kollektormodul zur Aufnahme eines Absorbers bereitzustellen, das über ein mit den Verteiler- und Sammelleitungen versehenen Modulträger verbunden ist und der die Probleme bisheriger Absorber vermeidet.

Diese Aufgabe wird mit einem gattungsgemäßen Sonnenkollektor gelöst, der die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 aufweist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Mit der vorliegenden Erfindung wird ein System von Kollektormodulen und Modulträgern geschaffen, das einfacher und preiswerter herzustellen und zu montieren ist. Das Kollektormodul besteht im wesentlichen aus einem Rahmen, einer Isolierstoffplatte, einer Glasplatte und einem Absorber. Die Anschlußstutzen des Absorbers ragen in eine Bohrung in der Isolierstoffplatte, wobei die Bohrung sich senkrecht zur Absorberfläche in die Isolierstoffplatte erstreckt. Ein Modulträger besteht im wesentlichen aus einer Isolierstoffplatte, die mit Nuten für die Aufnahme von Verteiler- und Sammelrohren versehen ist, wobei diese Verteiler- und Sammelrohre mit Anschlußstutzen zum Anschluß mit dem Kollektormodul versehen sind. Die Anschlußstutzen des Kollektormoduls und des Modulträgers werden durch flexible Schläuche (im folgenden Flexischläuche) miteinander verbunden. Die separate Anordnung der Verteiler- und Sammelleitungen im Modulträger ermöglicht es, durch eine zusätzliche Rückführung der Sammelleitung nur eine Durchführung im Dachbereich vorzusehen.

Die Kollektormodule sind jeweils mit einem Absorber bestückt, der aus einem tiefgezogenen, mit Sicken versehenen Kupferblech, das mit einer mäanderförmigen Rohrschlange (im folgenden Mäanderschlange) verlötet ist. Alternativ dazu kann die Verbindung mittels mehrerer mit dem Absorberblech verfalzter Profilschalen erfolgen. Die selektive Beschichtung des Absorbers, z. B. mit einer Schwarzverchromung, erfolgt bevorzugt nach dem Verbinden der Mäanderschlange mit dem Absorberblech. Durch diese Ausgestaltung des Absorbers wird eine bessere Leitfähigkeit, eine geringere thermische Trägheit und eine verminderte Kontaktkorrosionsgefährdung ermöglicht.

Darüber hinaus wird die thermische Ausdehnung bzw. Kontraktion zwischen den einzelnen Kollektormodulen vermindert, dadurch, daß die im Modulträger befindlichen Verteiler- und Sammelleitungen lediglich über Flexischläuche mit dem Kollektormodul verbunden sind.

Durch die einfache Verbindung der Anschlußstutzen durch Flexikschläuche einerseits, und die einfache Verbindung mittels Schraubmitteln zwischen dem Kollektormodul und dem Modulträger andererseits, wird die Montage und Demontage der Sonnenkollektoren vereinfacht und damit preisgünstiger.

Alternativ können die Verteiler- und Sammelrohre aber auch ohne Modulträger verlegt werden, es genügt hierbei die Rohre zwischen Standardisolierstoffplatten anzuordnen und mittels Rohrclips am Dachstuhl zu befestigen. Durch diese Möglichkeit wird die Selbstmontage vereinfacht und auch preiswerter, da nur die Kollektormodule und die Rohrleitung beschafft werden müssen.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 schematisch einen Schnitt durch einen Kantenbereich eines über einem Modulträger angeordneten Kollektormoduls;

Fig. 2 eine teilschnittbildliche perspektivische Aufsicht auf ein Kollektormodul;

Fig. 3 eine perspektivische Aufsicht auf einen Modulträger;

Fig. 4 eine perspektivische alternative Anordnung der Verteiler- und Sammelrohre;

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines Kantenbereichs zweier miteinander verbundener Kollektormodule und Modulträger;

Fig. 6 eine Detaildarstellung der Kollektorverbindung;

Fig. 7 einen Detailschnitt durch eine Falzverbindung von Absorberblech und Mäanderschlange;

Fig. 8 eine schematische Darstellung einer Untersicht des Absorbers mit Falzverbindung.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen Kantenbereich eines Kollektormoduls (1), das auf einem Modulträger (17) aufliegt. Das Kollektormodul besteht im wesentlichen aus einer Isolierstoffplatte (4), deren Kanten durch einen Rahmen (2) abgedeckt sind, einem Absorber (5), der auf der Isolierstoffplatte (4) aufliegt und einer Glasplatte (3), die auf dem Rahmen (2) aufliegt und mittels einer Silikonverklebung (11) mit diesem verklebt ist.

Der Rahmen (2), der im wesentlichen rechteckig ausgeformt ist, weist zwei Rahmenseitenteile (7) und zwei Rahmenstirnseitenteile (8) auf, die auf Gehrung geschnitten und mittels Nieten, Schweißpunkten oder dergleichen miteinander verbunden sind. Die Rahmenteile weisen im wesentlichen ein U-förmiges Profil auf, wobei die Unterkante der Rahmenteile länger ist als die Oberkante. Zur Versteifung des Rahmens (2) sind die Unterkanten der beiden Rahmenseitenteile (7) durch Rahmentraversen (9) miteinander verbunden, wobei die Rahmentraversen (9) im wesentlichen parallel zu den Rahmenstirnseitenteilen (8) angeordnet sind. Die Rahmentraversen (9) liegen auf den Unterkanten der Rahmenseitenteile (7) auf und sind mit diesen durch Schraubmittel, Nieten, Schweißpunkten oder dergleichen verbunden. Ein Absorberblech (5a) besteht aus einer tiefgezogenen, mit Sicken (34) versehenen, aus Kupfer bestehenden Blechtafel, deren Seitenkanten (40, 41) nach unten abgekantet sind. Die Sicken (34) sind so angeordnet, daß sie im wesentlichen parallel zu den Rahmenstirnseitenteilen (8) verlaufen. Das Absorberblech (5a) wird mit einer Mäanderschlange (6) dergestalt verbunden, daß auf die Unterseite des Absorberblechs (5a) eine Lötfolie (35) gelegt wird, und darüber die Mäanderschlange (6), wonach durch Erhitzen die Mäanderschlange (6) mit dem Absorberblech (5a) verbunden wird. Die freien Enden der Mäanderschlange (6) sind nahezu rechtwinklig nach unten abgebogen und bilden Kollektoranschlüsse (14). An den Kollektoranschluß (14) ist ein Anschlußstutzen (15) angebracht.

Als Alternative (Fig. 7 und 8) kann die Mäanderschlange (6) mit einem Absorberblech (5b) mit Hilfe von Profilschalen (42) durch Einfalzen verbunden werden. Das Absorberblech (5b) besteht dabei aus einer Blechtafel, in die parallel zu den Rahmenstirnseiten Sicken (43) eingepreßt sind. Die Mäanderschlange (6) wird auf das Absorberblech (5b) gepreßt, so daß sich der Rohrquerschnitt verformt und eine ebene Anlagefläche entsteht. Zur Fixierung der Mäanderschlange in dieser Position werden im Bereich der geraden Rohrabschnitte Profilschalen (42) so über das Rohr gesteckt, daß die Mäanderschlange (6) zwischen dem Absorberblech (5b) und der Profilschale (42) eingeschlossen ist. Dabei greift die Profilschale (42) in die Sicken (43) und wird mit diesen verfalzt. Im Bereich der Rohrbögen behält die Mäanderschlange (6) ihren runden Rohrquerschnitt und liegt von unten am Absorberblech (5b) an.

An den Kanten des Rahmens (2) sind Kollektorbefestigungen (10) in Form eines abgewinkelten Blechstückes mittels Schraubmittel, Nieten, Schweißpunkten oder dergleichen angebracht.

Der Absorber (5) wird dergestalt auf der Isolierstoffplatte (4) angeordnet, daß der Kollektoranschluß (14) mit dem Anschlußstutzen (15) in eine Bohrung (29), die sich senkrecht zur Absorberfläche in der Isolierung erstreckt, befindet. Dabei befindet sich die Unterkante des Anschlußstutzens (15) in einem genügenden Abstand zur Unterkante der Isolierstoffplatte (4), was die spätere Aufnahme eines Anschlußstutzens (21) und eines Flexischlauches (16) eines Verteilerrohres (20) ermöglicht.

Unterhalb des Kollektormoduls (1) ist der Modulträger (17) angeordnet. In Nuten (22), die in eine Isolierstoffplatte (18) des Modulträgers (17) gefräst sind, sind Verteiler- (20) und Sammelleitungen (26, 27) angeordnet.

Auf die Verteiler- (20) und Sammelleitungen (26, 27) ist eine Abdeckisolierung (23) aufgelegt, deren obere Fläche mit der Oberfläche der Isolierstoffplatte (4) fluchtet. Die Abdeckisolierung (23) besteht bevorzugterweise aus Mineralwolle.

Wie aus Fig. 3 hervorgeht, weisen die Verteiler- bzw. Sammelleitungen an ihren Enden Anschlußverschraubungen (24) auf, durch die sie mit anderen Verteiler- bzw. Sammelrohren verbunden werden können. Um bei der üblichen Verschaltung mehrerer Kollektoren nach "Tichelmann" die Zu- und Ableitungen der Wärmeträgerflüssigkeit von der gleichen Seite des Kollektorfeldes zu ermöglichen, ist eine Rückführleitung (26) vorgesehen, welche mittels eines halbkreisförmigen Bogens (25) am Ende des Kollektorfeldes mit der Sammelleitung (27) verbunden ist.

Die Isolierstoffplatte (18) weist an ihren Stirnseiten Befestigungsprofile (19) auf, wobei das Befestigungsprofil (19) auf einer rechtwinklig nach außen abgekanteten Kante Bohrungen (32) aufweist, die der Aufnahmen von Befestigungsmitteln für die Montage auf dem Dachstuhl dienen. Eine obere nach hinten rechtwinklig abgekantete Kante des Befestigungsprofils (19) weist an der Außenseite Bohrungen (31) auf, die der Aufnahme von Befestigungsmitteln zum Verbinden der Kollektorbefestigung (10) mit dem Befestigungsprofil (19) dienen.

Zur Verbindung eines Modulträgers mit einem Kollektormodul gelangt man wie folgt:

Der Modulträger wird auf dem Dachstuhl befestigt. Anschließend wird das Kollektormodul (1) einseitig auf den Modulträger (17) aufgelegt, die Anschlußstutzen (15 und 21) werden mit einem Flexischlauch (16) verbunden, das Kollektormodul wird ganz aufgelegt und Befestigungsmittel (33) werden durch die in Flucht gebrachten Bohrungen (30 und 31) geführt.

Die separate Verlegung der Verteiler- und Sammelrohre ermöglicht eine einfache Montage und Demontage der Kollektormodule, sowie bei einer integrierten Rückführleitung (26) nur einen einzigen Durchbruch für den Anschluß an unterhalb eines Daches befindliche Leitungen zu den Verbrauchern. Die Wärmeausdehnung bzw. Kontraktion der Anschlußstutzen (15 und 21) sowie der Verteiler- und Sammelleitungen (20 und 27) wird durch den Flexischlauch (16) vollständig kompensiert. Dadurch, daß der Anschlußstutzen (15) senkrecht nach unten gerichtet ist, eine seitliche thermische Ausdehnung also nicht kompensiert werden muß, können die Kollektormodule in einem geringen Abstand zueinander angeordnet werden. Eine seitliche Wärmeisolierung ist hierdurch nicht für jedes einzelnes Kollektormodul erforderlich, sondern beschränkt sich auf den Rand des gesamten Kollektorfeldes. Vorteilhafterweise ist die Glasplatte (3) dergestalt auf dem Rahmen angeordnet, daß die Außenkanten der Glasplatte (3) über den Rahmen hinausstehen. Wie aus den Fig. 5 und 6 hervorgeht, ist also nicht mehr nötig, breite, zumeist aus Metall bestehende Abdeckungen zwischen den Kollektoren vorzusehen. Es genügt daher völlig, Glasplatten (3) mehrerer Kollektormodule (1) durch eine Gummidichtung (12) miteinander zu verbinden. Sind mehrere Kollektormodule (1) so angeordnet, daß die Glasplatten (3) in Abflußrichtung des Regenwassers überlappen, genügt es, die Glasplatte durch ein elastisches Dichtungsband (28) gegeneinander abzudichten.

Alternativ ist es auch möglich, auf Modulträger (17) zu verzichten. Es genügt dann die Verteiler- (20) und Sammelrohre (26, 27) zwischen zwei Mineralwoll- Wärmeschutzmatten, z. B. in Standardbreite 600 mm und 30 mm Stärke, anzuordnen und die Rohre (20, 26, 27) mit Rohrleitungsclips (39) auf dem Dach zu befestigen. Alternativ dazu kann auch eine bereits vorhandene Dachisolierung für die Kollektorisolierung genutzt werden. Dies ermöglicht eine einfache Selbstmontage von Leitungen und Kollektormodulen (1).

In einer bevorzugten Ausführung besteht der Rahmen (2) aus korrosionsbeständigen Blechprofilteilen. Dies führt zu geringeren Wärmeverlusten als dies mit Aluminiumstrangpreßprofilen möglich ist, da Stahlblech ein deutlich schlechterer Wärmeleiter als Aluminium ist. Darüber hinaus ermöglicht die Wahl von Blechprofilen ein preiswertere Herstellung.

Claims (12)

1. Sonnenkollektor mit einem aus einem U-förmigen Profil gebildeten Rahmen, in dem ein Absorber unter einer für Sonneneinstrahlung durchlässigen Abdeckung und eine Isolierung auf der der Sonneneinstrahlung abgekehrten Rückseite des Absorbers angeordnet ist, wobei in der Isolierung mindestens eine sich senkrecht zur Absorberfläche erstreckende Bohrung vorgesehen ist, in der die Anschlußstutzen für mindestens eine Verteilerleitung aufgenommen ist, sowie mit außerhalb des Kollektormoduls angeordneten Verteiler- und Sammelleitungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteiler- (20) und Sammelleitungen (26, 27) in einem separaten Modulträger (17) und dort in Nuten (22) gelagert sind, wobei Anschlußstutzen (21) der Verteiler- (20) und Sammelleitungen (26, 27) mit Anschlußstutzen (15) des Absorbers (5) mittels Flexischläuchen (16) verbunden sind und daß der Modulträger (17) im wesentlichen aus einer Isolierstoffplatte (18) und Befestigungsprofilen (19) besteht und daß der Modulträger (17) mittels einer Kollektorbefestigung (10) mit dem Kollektormodul (1) verbunden ist.

2 Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorber (5) einstückig aus einem tiefgezogenen, mit Sicken (34) versehenen und aus Kupfer bestehenden Absorberblech (5a) und einer mäanderförmigen Rohrschlange (6) besteht, wobei die mäanderförmige Rohrschlange (6) mittels einer Lötung (35) mit dem Absorberblech (5a) verbunden ist.

3. Sonnenkollektor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicken (34) vor dem Ende des Absorberbleches (5a) auslaufen.

4. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorber (5) aus einem tiefgezogenen, mit Sicken (43) versehenen Absorberblech (5b) und einer mäanderförmigen Rohrschlange (6) besteht, die durch aufgesteckte und mit dem Absorberblech (5b) verfalzte Profilschalen (42) mit dem Absorberblech (5b) verbunden ist.

5. Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilschalen (42) ausschließlich im geraden Bereich zwischen den Bögen der mäanderförmigen Rohrschlange (6) um diese angeordnet sind, wobei die Bögen an dem Absorberblech (5b) anliegen.

6. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (2) aus korrosionsbeständigen U-förmigen Blechprofilen besteht.

7. Sonnenkollektor nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (2) mit Rahmentraversen (9) verstärkt ist.

8. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Glasplatte (3) auf dem Rahmen (2) aufliegt und das die Ränder der Glasplatte (3) über den Rahmen hinausragen.

9. Sonnenkollektor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasplatte (3) mittels einer Silikonverklebung (11) mit dem Rahmen (2) verklebt ist.

10. Sonnenkollektor nach den Ansprüchen 1, 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß angrenzende Kanten von Glasplatten (3) mehrerer Kollektormodule (1) mittels einer Gummidichtung (12) gegeneinander abgedichtet sind.

11. Sonnenkollektor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in Abflußrichtung des Regenwassers sich überlappende Kanten von Glasplatten (3) mehrerer Kollektormodule (1) mittels eines elastischen Dichtungsbandes (28) abgedichtet sind.

12. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteiler- (20) und Sammelleitungen (26, 27) alternativ in zwei Mineralwoll-Wärmeschutzmatten (37, 38) gelagert und mit Rohrleitungsclips (39) befestigt sind.