DE60213122T2

DE60213122T2 - Solarkollektorplatte zur erwärmung von lüftungsluft

Info

Publication number: DE60213122T2
Application number: DE60213122T
Authority: DE
Inventors: Hans Jorgen Christensen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-12-01
Filing date: 2002-11-26
Publication date: 2007-01-04
Anticipated expiration: 2022-11-27
Also published as: AU2002350429A1; DK200201242A; ES2268118T3; US7694672B2; ATE333076T1; EP1448937A1; JP3808466B2; EA200400753A1; HRP20040468B1; PL205941B1; US20050061311A1; CA2467078A1; HUP0402251A2; DK174935B1; HU226715B1; WO2003048655A1; DE60213122D1; PL370357A1; CY1106191T1; DK1448937T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Solarkollektorpanel zum Sammeln von thermischer Energie durch Erwärmung von Luft, bei welchem das herkömmliche Isolationsmaterial an dem von der Sonne abgewandten Rückpanel ersetzt ist durch den Wärmekonvektionsluftstrom durch ein durchlässiges Rückpanel und gegen den Temperaturgradienten in das Innere des Solarenergiepanels.
Weiterhin wird in dem Falle, dass der Luftstrom durch das Solarkollektorpanel gestoppt ist, die Konvektionisolation nicht länger wirksam sein, und ein Photovoltaikzellenpanel, das innerhalb des Solarkollektorpanels angeordnet ist und aus der solaren Strahlung Elektrizität erzeugt, wird nicht der schädlichen hohen Stagnationstemperatur eines herkömmlich isolierten Solarkollektorpanels unterzogen sein.
HINTERGRUND
Solarkollektorpanele zum Beheizen von Wasser für die häusliche Verwendung oder zur Raumheizung sind im Stande der Technik wohlbekannt, aber auch Solarkollektorpanele zum Erwärmen von Luft, entweder direkt zu nutzen zur Belüftung und Raumheizung oder als Medium zum Transportieren von Wärme zu einem Wärmetauscher sind bekannt.
Die französische Patentanmeldung FR 2500036 zeigt ein typisches, einfaches Solarkollektorpanel mit einem transparenten Frontpanel, einem wärmeabsorbierenden Rückpanel, welches an der Rückwand thermisch isoliert ist, und einem Durchgang zwischen dem Frontpanel und dem Rückpanel, welches eine Einlaßöffnung am Boden aufweist, um es kalter Luft zu gestatten in die Passage zu strömen, und eine Auslaßöffnung an der Oberseite für den Austritt der durch Passieren des Rückpanels erwärmten Luft. Die von dem Frontpanel abgewandte Rückwand des Rückpanels ist thermisch isoliert, um einen Wärmestrom von dem wärmeabsorbierenden Rückpanel und aus dem Solarkollektorpanel zu verhindern.
Die US Patentschrift No. US 4 054 124 beschreibt ein raffinierteres Solarkollektorpanel, bei welchem ein perforiertes Wärmeabsorberpanel zwischen das transparente Frontpanel und das thermisch isolierte Rückpanel eingefügt ist. Die Einlaßluft strömt von der Seite des Solarkollektorpanels in den Raum zwischen dem Frontpanel und dem Wärmeabsorberpanel durch die Perforationen, an denen die Luft erwärmt wird, und von dem Raum zwischen dem Wärmekollektorpanel und dem thermisch isolierten Rückpanel nach außen. Dabei wird ein viel höherer Wärmeübergangskoeffizient zwischen der Luft und dem Wärmeabsorber erhalten verglichen mit der Beschreibung der FR 2500036 .
In der US 4 262 657 werden mehrere Varianten von Solarkollektorpanelen beschrieben, die Gebrauch machen vom Merkmal eines durchlässigen Wärmeabsorberpanels, durch welches die zu erwärmende Luft strömt. Es ist ein gemeinsames Merkmal der Varianten, dass die Rückwand des Solarkollektorpanels thermisch isoliert ist, um den thermischen Wirkungsgrad des Solarpanels zu verbessern.
Die Kombination eines Solarkollektorpanels zum Erwärmen von Luft und eines Photovoltaikzellenpanels, das hinter dem transparenten Frontpanel und vor dem Wärmekollektorpanel angeordnet ist, ist beschrieben in GB 2 214 710 . Die Wärmekollektorplatte ist gegen das Äußere thermisch isoliert und ein transparentes Panel zwischen dem Photovoltaikzellenpanel und dem Wärmekollektorpanel trennt Luftströme parallel zu den Panelen, um das Photovoltaikzellenpanel zu kühlen bzw. um Wärme von dem Wärmekollektorpanel abzuziehen.
Die US 4 372 373 beschreibt eine Umhüllung für ein Gebäude mit einer durchlässigen, absorbierenden und wärmetauschenden Schicht, die an der Außenseite von einem transparenten Frontpanel abgedeckt ist, wobei die Umhüllung zum Kühlen des Gebäudes Luft von dem Gebäude aus dem Volumen zwischen der absorbierenden Schicht und dem Frontpanel durch eine perforierte innere Wand derselben, durch die absorbierende Schicht und nach außen zur Umgebung abzieht.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Solarkollektorpanel zur Raumheizung und Ventilation zu schaffen, mit einer Konstruktion, welche die Herstellung des Solarkollektorpanels vereinfacht und die Zuverlässigkeit des Kühlens eines innerhalb des Solarkollektorpanels angeordneten Photovoltaikzellenpanels verbessert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die solare Kollektoranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ist durch die Merkmale von Anspruch 1 definiert. Dabei strömt die Luft durch das Rückpanel gegen den Temperaturgradienten in das Solarkollektorpanel und ersetzt das thermische Isolationsmaterial solange wie ein Luftstrom vorliegt. Von dort strömt die Luft durch die Wärmeabsorbereinrichtung und durch die Auslaßöffnung nach außen, um zur Belüftung und Raumheizung für z.B. Ferienhäuser, Yachten, Kabinen, Lagercontainer, Keller, Ställe und Caravans genutzt zu werden. Andere Vorteile der vorliegenden Erfindung und die speziellen bevorzugten Ausführungsbeispiele sind in der folgenden Beschreibung angegeben.
Der Raum zwischen dem durchlässigen Rückpanel und der durchlässigen Wärmeabsorbereinrichtung dient als thermische Isolation während das Solarkollektorpanel in Betrieb ist und ersetzt somit das nach dem Stand der Technik verwendete thermische Isolationsmaterial, so wie Steinwollpanele. Der im wesentlichen gleichförmig verteilte Luftstrom von dem kälteren Rückpanel zu der wärmeren Wärmeabsorbereinrichtung hat eine dem Temperaturgradienten entgegengesetzte Richtung und verhindert einen Konvektionswärmeverlust von der Wärmeabsorbereinrichtung. Wärmeverlust aufgrund Strahlung im Infrarotspektrum von der Wärmeabsorbereinrichtung wird durch das Rückpanel wirksam reduziert, welches einen Teil der Strahlung zurückreflektiert zu der Wärmeabsorbereinrichtung und den übrigen Teil als Wärmeenergie absorbiert, welche durch die aus der Umgebung durch das durchlässige Rückpanel in das Solarkollektorpanel strömende kalte Luft zurückgeführt wird.
Der Druckabfall des Luftstroms über das Rückpanel fördert die Homogenität der Luftstromverteilung über die von dem Solarkollektorpanel aufgespannte Fläche. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass die Luftströmungsgeschwindigkeiten im größten Teil des Solarkollektorpanels mit der möglichen Ausnahme der dem Auslaß nahen Fläche im allgemeinen niedrig sind, selbst für Solarkollektorpanele, die eine große Fläche aufspannen, oder mehrere aneinander gekoppelte Solarkollektorpanele, im Gegensatz zu den herkömmlichen Solarkollektorpanelen, die einen gemeinsamen Lufteinlaß und eine im allgemeinen hohe Geschwindigkeit der Luft aufweisen. Niedrige Geschwindigkeiten bedeutet niedrige Druckverluste und eine geringe Geräuschentwicklung, und die niedrige Luftgeschwindigkeit am Lufteinlaß in das Solarkollektorpanel, d.h. an der Rückseite des Rückpanels, hat den weiteren Effekt, dass nur kleine Staubpartikel mit dem Luftstrom in das Solarkollektorpanel befördert werden, während größere und schwerere Partikel weniger dazu tendieren, durch die Luftströmungsgeschwindigkeit beschleunigt zu werden. Somit wird ebenso ein Luftreinigungseffekt an der von dem Solarkollektorpanel abgegebenen Ventilationsluft erreicht, und eine Filterung der Ventilationsluft kann vermindert oder überflüssig gemacht werden. Das Solarkollektorpanel und insbesondere die durchlässigen Teile und die möglichen Filter werden in einem reduzierten Maße Staub ausgesetzt, so dass weniger Wartung und Reinigung des Solarkollektorpanels erforderlich sind.
Ein weiterer Vorteil der Konstruktion eines Solarkollektorpanels gemäß der Erfindung ist, dass es insbesondere geeignet ist, dass darin ein Photovoltaikzellenpanel angeordnet wird, weil die Konstruktion das Risiko übermäßiger Erwärmung des Photovoltaikzellenpanels in dem Falle vermindert, dass der Luftstrom durch das Solarkollektorpanel gestoppt ist. Wenn der Luftstrom von dem Rückpanel zu der wärmeabsorbierenden Einrichtung stoppt, kommt die thermisch isolierende Wirkung des Luftstroms ebenso zum Stillstand und Wärme kann nun von der Wärmeabsorbereinrichtung durch das Rückpanel durch natürliche Konvektion ebenso wie durch Wärmestrahlung nach außen abfließen, und die übermäßige Erwärmung mit Stagnationstemperaturen von mehr als 120°C, die von Solarkollektorpanelen mit herkömmlichem thermischem Isolationsmaterial bekannt ist, kann verhindert werden.
Die Durchlässigkeit der Wärmeabsorbereinrichtung und des Rückpanels ist vorzugsweise im wesentlichen homogen und von einer Größe, die einen konvektionsgetriebenen Luftstrom durch das Solarkollektorpanel aufgrund solarer Einstrahlung auf das Frontpanel gestattet. Eine im wesentlichen homogene Durchlässigkeit für Luft kann z.B. erhalten werden mit einem flächigen Material mit einer homogen verteilten Perforation oder mit einem gewebten oder nicht-gewebten Textilmaterial.
Das Frontpanel, die Wärmeabsorbereinrichtung und das Rückpanel sind bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel im wesentlichen parallel angeordnet. Der Abstand zwischen dem Frontpanel und der Wärmeabsorbereinrichtung ist vorzugsweise im Bereich von 2 bis 15 cm, am größten, wenn ein Photovoltaikzellenpanel in dem Zwischenraum angeordnet ist, mehr vorzuziehen im Bereich von 3 bis 10 cm und am meisten vorzuziehen im Bereich von 4 bis 7 cm. Der Abstand zwischen der Wärmeabsorbereinrichtung und dem Rückpanel ist vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 5 cm, und mehr vorzuziehen im Bereich von 1 bis 3 cm.
Es ist vorteilhaft, den Wärmeverlust von der Wärmeabsorbereinrichtung aufgrund Strahlung durch das Frontpanel nach außen zu reduzieren. Das Frontpanel kann auf der der Wärmeabsorbereinrichtung zugewandten Innenseite eine Beschichtungslage aufweisen, welche die Reflexion von Strahlung im Infrarotbereich erhöht, insbesondere von Wellenlängen im Bereich von 5 bis 25 μm, wo die meiste Wärmeenergie von der Wärmeabsorbereinrichtung abgestrahlt wird, wogegen die meiste Energie der Solarstrahlung bei kleineren Wellenlängen zu finden ist.
Eine andere Lösung ist es, das Frontpanel aus einem Kunststoffmaterial herzustellen, das für die langwellige Infrarotstrahlung von der Wärmeabsorbereinrichtung sehr viel weniger durchlässig ist als für die kürzerwellige Solarstrahlung.
Alternativ oder zusätzlich kann eine Wärmestrahlungsfalle angewendet werden, um den Wärmeverlust von der Wärmeabsorbereinrichtung durch Infrarotstrahlung durch das Frontpanel zu reduzieren. Solche Fallen und andere Einrichtungen zum Begrenzen des Wärmeverlustes aufgrund von Rückstrahlung von Wärme durch das Frontpanel sind diskutiert und beschrieben in z.B. der US 4 262 657 .
Die Wärmeabsorbereinrichtung kann z.B. eine poröse, dunkle oder schwarze fasrige Matte, so wie ein Filz, oder ein gewebter oder gestanzter Schirm, oder ein perforiertes Plattenmaterial sein. Die Wärmeabsorbereinrichtung kann insbesondere hergestellt sein aus einem Plattenmaterial mit darin ausgebildeten Öffnungen mit einem allgemeinen Durchmesser oder hydraulischen Durchmesser für den Luftstrom durch die Platte, im Bereich von 0,7 bis 3 mm, die mit einem gegenseitigen Abstand im Bereich von 8 bis 20 mm angeordnet sind. Das Material der Wärmeabsorbereinrichtung kann vorzugsweise ein perforiertes Plattenmaterial sein, vorzugsweise aus Aluminium hergestellt, aber auch z.B. Stahlplatten können verwendet werden, von einer Dicke im Bereich von 0,4 bis 4 mm, vorzugsweise von 0,7 bis 3 mm. Die dem Frontpanel zugewandte Seite der Wärmeabsorbereinrichtung ist vorzugsweise dunkel oder schwarz und matt, so dass der Absorptionskoeffizient a des solaren Strahlungsspektrums, d.h. die solare Absorptivität a_S hoch ist, vorzugsweise im Bereich von 0,65 bis 1, und am meisten vorzuziehen im Bereich von 0,8 bis 1. Es ist auch vorzuziehen, dass die dem Rückpanel zugewandte Seite der Wärmeabsorbereinrichtung ähnliche Eigenschaften hat, um soviel wie möglich von der Wärmestrahlungsemission, hauptsächlich Reflexion, von dem Rückpanel zu absorbieren.
Ähnlich kann das Rückpanel hergestellt sein aus einem Plattenmaterial mit darin ausgebildeten Öffnungen mit einem allgemeinen Durchmesser im Bereich von 0,7 bis 3 mm, die mit einem gegenseitigen Abstand im Bereich von 8 bis 20 mm angeordnet sind. Die Durchlässigkeit des Rückpanels sollte über seine Ausdehnung im wesentlichen homogen sein, um eine homogene Verteilung des Luftstroms zu fördern. Das Rückpanel kann vorzugsweise eine perforierte Metallplatte sein, vorzugsweise hergestellt aus Aluminium, z.B. mit einer Dicke im Bereich von 0,4 bis 4 mm, vorzugsweise von 0,7 bis 3 mm, aber andere Materialien können alternativ ebenso verwendet werden, so wie Stahl, verschiedene Kunststoffmaterialien und Sperrholz. Die der Wärmeabsorbereinrichtung zugewandte Seite der Rückplatte ist vorzugsweise weiß oder von einer hellen Farbe und mit einer reflektierenden Oberfläche, so dass sie einen Reflexionskoeffizienten r für Infrarotstrahlung im Bereich von 0,65 bis 1 hat, vorzugsweise im Bereich von 0,8 bis 1. Die Infrarotstrahlung von der Wärmeabsorbereinrichtung ist insbesondere von Wellenlängen im Bereich von 5 bis 25 μm, wo die meiste Wärmeenergie von der Wärmeabsorbereinrichtung abgestrahlt wird, und der oben genannte Reflexionskoeffizient ist in erster Linie für diesen Wellenlängenbereich angegeben.
Die Herstellung des Solarkollektropanels gemäß der vorliegenden Erfindung wird vereinfacht, wenn gleiche Platten für die Wärmeabsorbereinrichtung und das Rückpanel verwendet werden, z.B. perforierte Aluminiumplatten mit identischer Perforation, wie oben diskutiert. Jedoch ist es vorzuziehen, dass die Oberflächeneigenschaften der beiden Platten verschieden sind entsprechend den vorher angegebenen Einzelheiten.
Anstelle eine Metallplatte für die Wärmeabsorbereinrichtung zu verwenden, ist es vorzuziehen, eine fasrige Matte, insbesondere einen Schirm aus Filz zu verwenden, der eine dunkle Farbe haben oder schwarz sein sollte, um soviel wie möglich von der Solarstrahlung zu absorbieren. Andere Arten von fasrigen Matten können auch verwendet werden, so wie gewebtes oder nicht-gewebtes Textil oder gestanztes Textil. Es kann eine kleinere Masse der Wärmeabsorbereinrichtung erreicht werden durch Verwendung von fasrigen Matten verglichen mit anderen Materialien, und der isolierende Effekt ist auch vorteilhaft, um zu verhindern, dass Wärme aus dem Zwischenraum zwischen der Wärmeabsorbereinrichtung und dem Frontpanel durch das Rückpanel entweicht.
Das Solarkollektorpanel umfaßt ein oder mehr Photovoltaikzellenpanele, die zwischen dem Frontpanel und der Wärmeabsorbereinrichtung angeordnet sind. Das eine oder die mehreren Photovoltaikzellenpanele können gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Antriebseinrichtung eines Ventilators versorgen, der vorgesehen ist, um Luft durch die Luftauslaßöffnung zwangsweise nach außen zu führen.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Solarkollektoranordnung mit einer Anzahl von Solarkollektorpanelen gemäß der obigen Beschreibung, wobei die Luftauslaßöffnungen der besagten Solarkollektorpanele miteinander an einen gemeinsamen Ventilationskanal angeschlossen sind, wobei ein Ventilator vorgesehen ist, um den Luftstrom von den Solarkollektorpanelen durch den gemeinsamen Ventilationskanal zwangsweise nach außen zu führen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in der beigefügten Zeichnung gezeigt zur Illustration wie die Erfindung ausgeführt werden kann, enthaltend die folgenden Figuren:
1 zeigt einen Längsschnitt eines Solarkollektorpanels gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei ein Photovoltaikzellenpanel und ein Ventilator in dem Solarkollektorpanel enthalten vorgesehen sind,
2 zeigt eine Panelbaugruppe mit einer Anzahl von Solarkollektorpanelen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, die zusammengekoppelt sind und einen gemeinsamen Auslaß haben,
3 zeigt ein Ventilationssystem mit einer Anzahl von Panelbaugruppen von 2, wobei die Auslässe an einen gemeinsamen Ventilationskanal mit einem darin angeordneten Ventilator angeschlossen sind, und
4 zeigt die Kopplung von zwei Solarkollektorpanelen gemäß 2 in detaillierterer Form.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
In 1 ist in einem Längsschnitt ein Solarkollektorpanel 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, bei welchem ein Aluminiumrahmen 2 ein transparentes Frontpanel 3, das aus einer 10 mm Platte aus Polycarbonat mit darin ausgebildeten langgestreckten Hohlräumen, um deren Gewicht zu senken und die thermische Isolation zu verbessern, hergestellt ist, eine aus einem Schirm von schwarzem Filz hergestellte Wärmeabsorbereinrichtung 4 und ein aus einem ähnlichen perforierten Aluminiumblech, das mit einer der Wärmeabsorbereinrichtung 4 zugewandten blanken Seite belassen ist, hergestelltes Rückpanel 5 hält. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel ist die Wärmeabsorbereinrichtung 4 hergestellt aus einem perforierten Aluminiumblech mit 0,7 mm Dicke, welches an beiden Seiten schwarz eingefärbt oder anodisiert ist. Das Solarkollektorpanel 1 ist vorzugsweise vertikal angeordnet, wie gezeigt, und die Richtung der Solarstrahlung ist mit einem Pfeil A angezeigt. Ein Auslaßkanal 6 ist an dem oberen Bereich des Panels 1 vorgesehen, um einen Durchgang für die erwärmte Luft zu bilden, um von dem Panel 1 nach außen und zu dem Platz zu strömen, wo sie verwendet wird, z.B. zur Raumventilation und Heizung.
Die Solarstrahlung, Pfeil A, wird durch das Frontpanel 3 transmittiert und erreicht die Wärmeabsorbereinrichtung 4, an welcher mehr als 80% der Solarstrahlungsenergie absorbiert wird und der verbleibende Teil durch das Frontpanel 3 nach außen reflektiert wird. Die absorbierte Energie bewirkt, dass die Temperatur der Wärmeabsorbereinrichtung 4 auf z.B 40° bis 90°C ansteigt. Dies wird bewirken, dass die Wärmeabsorbereinrichtung 4 Wärme als Infrarotstrahlung abstrahlt, hauptsächlich im Bereich von 5 bis 25 μm. Die blanke Fläche des Rückpanels 5 reflektiert ungefähr 70 bis 75% der Strahlung zurück zu der Wärmeabsorbereinrichtung 4, wogegen der verbleibende Teil von dem Rückpanel 5 absorbiert wird. Nur ein kleiner Wärmeverlust wird durch Rückstrahlung von Wärme durch das Frontpanel 3 bewirkt, weil die zu einem großen Teil verwendete Art von Kunststoff für die langwellige Strahlung von der Wärmeabsorbereinrichtung 4 opak ist.
Luft aus der Umgebung wird, wie durch Pfeile B angezeigt, durch das perforierte Rückpanel 5 gezogen, welches gekühlt wird, so dass die absorbierte Wärmestrahlung von der Wärmeabsorbereinrichtung 4 dadurch zurück in das Solarkollektorpanel 1 transportiert wird. Der Luftstrom passiert den Zwischenraum 7 von ungefähr 2 cm Breite zwischen dem Rückpanel 5 und der Wärmekollektoreinrichtung 4 in der Richtung gegen den Temperaturgradienten und vefhindert dadurch wirksam eine Konvektion von Wärme durch das Rückpanel nach außen. Der Luftstrom passiert dann, wie mit Pfeilen C bezeichnet, die Wärmeabsorbereinrichtung 4, wo die Luft erwärmt wird und sich im wesentlichen aufwärts bewegt, wie durch Pfeile D angezeigt, in den Zwischenraum 8 von ungefähr 5 cm zwischen der Wärmeabsorbereinrichtung 4 und dem Frontpanel 3, hin zu dem Auslaßkanal 6, der im oberen Bereich, vorzugsweise nahe oder am oberen Ende des Solarkollektorpanels 1 angeordnet ist, und nach außen, wie durch Pfeile E angezeigt. Die erwärmte Luft wird sich in Folge ihres Auftriebs in dem Zwischenraum 8 aufwärts bewegen, und der Luftstrom durch das Solarkollektorpanel 1 von 1 wird teilweise durch natürliche Konvektion angetrieben.
Ein Photovoltaikzellenpanel 9 ist in dem Zwischenraum 8 zwischen dem Frontpanel 3 und der Wärmeabsorbereinrichtung 4 vorgesehen mit einem Abstand 10 zu der letzteren, um einen Luftstrom an der Rückseite des Photovoltaikzellenpanels 9 vorbei zu gestatten. Die Ausgangsleistung des Photovoltaikzellenpanels 9 wird dem Motor eines Ventilators 11 zugeführt, mit einem Flügel, der in dem Auslaßkanal 6 angeordnet ist, so dass eine Kombination von Auftriebskräften und dem Ventilator 11 den Luftstrom bei diesem Ausführungsbeispiel antreibt. Jedoch ist die Auftriebskraft nur von geringer Größe verglichen mit dem Effekt des Ventilators 11 und ist nicht erforderlich zum Betrieb des Solarkollektorpanels 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Der Ventilator 11 genügt, um einen Luftstrom anzutreiben, und der Auslaßkanal 6 kann in jedwedem Bereich des Solarkollektorpanels angeordnet sein, nicht nur im oberen Bereich des Solarkollektorpanels 1, wie für das erste Ausführungsbeispiel erforderlich. Der durch die Pfeile D angezeigte Luftstrom kühlt das Photovoltaikzellenpanel 9 und verhindert eine übermäßige Erhitzung desselben, und die Größe des Luftstroms wird verstärkt ebenso wie der thermische Wirkungsgrad des Solarkollektorpanels 1 verglichen mit dem Ausführungsbeispiel von 1. In dem Fall, dass der Luftstrom gestoppt oder reduziert ist, z.B. aufgrund einer Fehlfunktion des Ventilators 11, einer Verschmutzung der Perforationen des Rückpanels 5 oder eines Verschlusses des sich stromabwärts des Auslaßkanals 6 erstreckenden (nicht gezeigten) Ventilationskanals, wird eine übermäßige und möglicherweise schädliche oder lebensdauervermindernde Erwärmung des Photovoltaikzellenpanels 9 verhindert, da der isolierende Effekt des Zwischenraums zwischen dem Rückpanel 5 und der Wärmeabsorbereinrichtung 4 reduziert oder aufgehoben werden wird und der Wärmeverlust durch das Rückpanel 5 dementsprechend ansteigen wird.
Die Solarkollektorpanele 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel können bei einer Variante zum Betrieb in Umgebungen, die besonders mit Partikeln verschmutzt sind, ein flächiges Filter umfassen, das an der Außenfläche des Rückpanels 5 lösbar angebracht ist, so dass zumindest einige der Partikel in dem Einlaßluftstrom, Pfeile B, abgefangen werden können, bevor sie in das Innere des Solarkollektorpanels 1 eintreten. Das lösbare flächige Filter kann regelmäßig ersetzt werden, oder das flächige Filter kann zum Reinigen entfernt und wieder an dem Solarkollektorpanel angebracht werden.
Die Solarkollektorpanele 1 gemäß den beiden Ausführungsbeispielen können sich über größere Flächen erstrecken, wie in 2 beispielhaft dargestellt, welche eine Panelanordnung 12 zeigt, die eine Anzahl von Solarkollektorpanelen 1, 1', 1'' gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zusammengekoppelt und mit einem gemeinsamen Auslaßkanal 6 zeigt. Die allgemeine Luftgeschwindigkeit wird niedrig sein verglichen mit den bekannten Arten von Solarkollektorpanelen zur Lufterwärmung mit Einlaß am Boden, da der Luftstrom über eine große Fläche verteilt ist, und höhere Luftgeschwindigkeiten, welche Verluste und Geräusch verursachen, werden nur nahe dem Auslaßkanal 6 auftreten.
Ein Ventilationssystem mit einer Anzahl von Panelanordnungen 12 gemäß 1 ist in 4 gezeigt, wo die Auslässe 6 der schematisch gezeigten Anordnungen 12 an einen gemeinsamen Ventilationskanal 13 mit einem darin vorgesehenen Ventilator 14 angeschlossen sind, um einen gemeinsamen Ventilationsluftstrom zu erzeugen, der durch einen Pfeil F angezeigt ist. Ein oder mehr Photovoltaikzellenpanele 9, die in einem oder mehreren der Solarkollektorpanele 1 angeordnet sind, können den Ventilator 15 antreiben.
Details der Kopplung von zwei Solarkollektorpanelen 1 gemäß 2 sind in 4 gezeigt, wo ein offenes Aluminiumprofil 16 die Frontpanele 3, 3', die Wärmeabsorbereinrichtungen 4, 4' und die Rückpanele 5, 5' der zwei Solarkollektorpanele 1 hält, um so einen Strom von erwärmter Luft von einem Panel 1' zu dem nächsten 1 zu gestatten, wie durch den Pfeil G angezeigt. Ein Abstandselement 17 ist vorgesehen, um die korrekte Größe des Abstands 7 zwischen dem Rückpanel 5 und der Wärmeabsorbereinrichtung 4 aufrecht zu erhalten.

Claims

Solare Kollektoranordnung mit einem zu belüftenden und zu beheizenden Raum und einem Solarkollektorpanel (1) mit mindestens einem transparenten oder transluzenten Frontpaneel (3), einem Rückpanel (5), welches für Luft durchlässig und zur Umgebung des Solarkollektorpanels (1) über einen größeren Teil des von dem Frontpanel (3) abgedeckten Bereichs offen ist, einer Wärmeabsorbereinrichtung (4), die sich zwischen dem Frontpanel (3) und dem Rückpanel (5) erstreckt und von diesen beabstandet ist, wobei die Wärmeabsorbereinrichtung (4) luftdurchlässig ist, einer Lufteinlaßöffnung zur Umgebung, und einer Luftauslaßöffnung (6), die sich zu der Außenseite des Solarkollektorpanels (1) und in den zu belüftenden und zu beheizenden Raum erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Photovoltaikzellenpanele (9) zwischen dem Frontpanel (3) und der Wärmeabsorbereinrichtung (4) angeordnet sind, die Lufteinlaßöffnung durch das Rückpanel (5) gebildet ist, und die Luftauslaßöffnung (6) von dem Volumen (8) ausgeht, das durch das Frontpanel (3) und die Wärmeabsorbereinrichtung (4) umschlossen ist.
Solare Kollektoranordnung nach Anspruch 1, wobei ein Ventilator (11) vorgesehen ist, um Luft zwangsweise durch die Luftauslaßöffnung (6) nach außen zu führen, und der Ventilator (11) durch eine Antriebseinrichtung angetrieben ist, die durch das eine oder die mehreren Photovoltaikzellenpanele (9) versorgt wird.
Solare Kollektoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei das Rückpanel (5) aus einem Plattenmaterial hergestellt ist, mit darin ausgebildeten Öffnungen von einem allgemeinen Durchmesser im Bereich von 0,7 bis 3 Millimeter, die mit einem gegenseitigen Abstand im Bereich von 8 bis 20 Millimeter angeordnet sind.
Solare Kollektoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Rückpanel (5) eine perforierte Metallplatte ist, vorzugsweise aus Aluminium hergestellt, mit einer Dicke im Bereich von 0,4 bis 4 Millimeter.
Solare Kollektoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Rückpanel (5) an der der Wärmeabsorbereinrichtung (4) zugewandten Seite einen Reflexionskoeffizienten r für Infrarotstrahlung im Bereich von 0,65 bis 1, vorzugsweise im Bereich von 0,8 bis 1 hat.
Solare Kollektoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Wärmeabsorbereinrichtung (4) aus einem Plattenmaterial hergestellt ist, mit darin ausgebildeten Öffnungen von einem allgemeinen Durchmesser im Bereich von 0,7 bis 3 Millimeter, die mit einem gegenseitigen Abstand im Bereich von 8 bis 20 Millimeter angeordnet sind.
Solare Kollektoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Wärmeabsorbereinrichtung (4) eine perforierte Metallplatte ist, vorzugsweise aus Aluminium hergestellt, mit einer Dicke im Bereich von 0,4 bis 4 Millimeter.
Solare Kollektoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Wärmeabsorbereinrichtung (4) eine fasrige Matte, so wie ein Filzschirm ist.
Solare Kollektoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Wärmeabsorbereinrichtung (4) auf der dem Frontpanel (3) zugewandten Seite einen Absorptionskoeffizienten a für das solare Strahlungsspektrum im Bereich von 0,65 bis 1, vorzugsweise im Bereich von 0,8 bis 1 hat.
Solare Kollektoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit einer Anzahl der Solarkollektorpanele (1), wobei die Luftauslaßöffnungen (6) der Solarkollektorpaneele (1) miteinander an einen gemeinsamen Ventilationskanal (13) angeschlossen sind, wobei ein Ventilator (14) vorgesehen ist, um den Luftstrom von den Solarkollektorpanelen (1) durch den gemeinsamen Ventilationskanal (13) zwangsweise nach außen zu führen.
Verfahren zur Erzeugung und Beheizung eines Luftstroms zur Belüftung und Raumbeheizung durch eine solare Kollektoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei Luft aus der Umgebung durch das Rückpanel (5) in das Panel (1) gezogen wird, innerhalb des Panels (1) erwärmt wird und von der Luftauslaßöffnung (6) und in den zu belüftenden und zu beheizenden Raum geführt wird.