DE8704287U1 - Solaranlage - Google Patents

Description

I !

PATENTANWALT DlPL-INQ-J, WENZEL 7STUnGART HAUPTMANNSREUTE 46 Solaranlaße nach P 36 ÖÖ 88&Idigr;

Die Erfindung betrifft eine Solaranlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Durch das vorangegangene nicht veröffentlichte deutsche Patent wird bereits die Aufgabe gelöst, eine Solaranlage mit Spiegeln sowie Absorberflächen und/oder Solarzellen auszurüsten, bei der nicht nur die direkt auftreffende Sonnenstrahlung genutzt wird, sondern auch die morgens früh und abends spät einfallenden Sonnenstrahlen, ohne daß irgendeine Sonnennachführung der Spiegel oder der Absorberflächen vorgesehen ist.

Dadurch wird besonders morgens und abends zusätzliche Sonnenstrahlung genutzt, ohne daß die Wirkung der Spiegel mittags oder auch zu anderen Zeiten durch irgendeine Beschattung behindert ist. Ferner ist der Bodenflächenbedarf oder sonstiger Flächenbedarf nur unwesentlich vergrößert.

Dabei waren die jeweils nach Norden und nach Süden gerichteten Spiegel nur in einer einzigen Ebene angeordnet.

Hierbei war insbesondere die nach Süden gerichtete Spiegelfläche in ihrer wirksamen Größe durch den nun folgenden Umstand begrenzt: Der Winkel zur Horizontalen soll möglichst klein sein, damit auch die niedrige Sonnenstrahlung auf die Absorber gelenkt werden kann. Dabei stößt man bezüglich der Größe der Spiegel bald an eine Grenze. Je größer der Spiegel sein soll, desto größer muß auch der Winkel gegenüber der Horizontalen sein, um den größten Teil der Strahlung nach wie vor auf die Absorber zu reflektieren.

Zur Lösung dieses Problems sind die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Dadurch wird die Gesamtstrahlung stärker als bisher auf die Absorber gelenkt, wobei auch eine gewisse Konzentration

PATENTANWALT DIPL-ING, J₁ WENZEL 7 STUTTGART HAUPTMANNSREUTE

- 2 eintritt*

Auf diese Weise besteht die überraschende Wirkung, daß die Spiegelflächen beliebig vergrößert werden können, so daß entsprechend hohe Temperaturen mit geringem Aufwand verhältnismäßig schnell erzielt werden können.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele unter Hinweis auf die Zeichnung. In dieser zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht auf eine erste Ausführungsform

und
Fig. 2 eine Ansicht wie Fig. 1 mit einer weiteren Ausführungsform.

Fig. 1 zeigt rechts ein Absorberfeld 2, das durch die Stütze IA und die Bodenstange 13 in bekannter Weise auf einem Flachdach 28 oder dem Boden in einem Neigungswinkel OC zu diesem Boden 28 angeordnet sind, der in diesem Falle 45 ° beträgt.

Dies muß nicht näher erläutert werden, weil es dem Fachmann bestens bekannt ist. Dabei können die Absorber 2 bekanntermaßen in einen Speicher integriert sein, der mit transparenten Wärmedämmstoffen versehen ist, wie dies ebenfalls bekannt ist.

Rechts ist Norden und links Süden. Naüh Süden schließt sich an die Absorber 2 die Spiegelfläche 17 a an, deren Neigung gegenüber dem Boden 28 gleich Null ist, das heißt, der Winkel ^f 1 gegenüber dem Boden ist gleich Null. Die Spiegelfläche 17 a liegt somit zusmmen mit ihrem zugehörigen Tragelement auf dem Boden oder dem Flachdach auf.

PAfM- .'JVMLT DIPL-ING. J. WENZEL 7 STUTTGART HAUPfMANNSREUTE 4&bgr;

- 3 „

An die Spiegelfläche 17 a schließt sich links nach Süden die Spiegelfläche 17 b an, deren Neigungswinkel &phgr; 2 gegenüber dem Boden 28 20 ° beträgt. Deshalb ist das zugehörige Tragelement durch die Stützen 18 am SUdende getragen.

Infolge der unterschiedlichen Neigungswinkel der beiden Spiegelflächen 17a und 17 b ergibt sich in diesem Falle eine strichpunktiert eingezeichnete Baulinie 26 von 10 °.

Dies bedeutet, daß jede von genau Süden kommende Sonnenstrahlung, die höher als 10 ° ist,ducÄft die Spiegelflächen· zusätzlich auf die Absorber geworfen wird.

Es sind nun einige auf die Spiegel einwirkende verschiedene Sträblungshöhen eingezeichnet. Die direkt auf die Absorber 2 eintreffende Sonnenstrahlung ist der Klarheit wegen nicht eingezeichnet.

Zunächst sieht man links den 25°-Strahl, der in dem mittleren Punkt 25a der Spiegelfläche 17 b eintrifft und von da auf den Punkt 27 der Spiegelfläche 17 a reflektiert wird. Von da wird er auf die Absorber 2 reflektiert.

Infolge der unterschiedlichen Neigungen ff 2 und -$"1 werden die niedrigen Sonnenstrahlen also nicht direkt von dem Spiegel 17 b, sondern von diesem erst auf 17 a reflektiert und gelangen erst von da auf die Absorber

Anders ist es mit den höheren Sonnenstrahlen. Der 25 "-Strahl trifft ebenfalls im Punkte 25a ein und wird von da direkt auf die Absorber 2 reflektiert. Genauso ist es mit den noch höheren Sonnenstrahlen. Auch der 60 "-Strahl wird noch zum größten Teil auf die Absorber 2 reflektiert.

Darüber hinaus gelangen diese höheren Sonnenstrahlen aber auch direkt auf die Spiegelfläche 17a und werdevi von dort^: auf die Absorber 2 gelenkt.

<< tau. it (&Igr;&idigr;&iacgr; il til« I j < J I I I I f 11**1* Ii 'ii Ii !

PATENTANWALT ijfpL-fWQ. J, WENZEL 7 STUTTGART MUPTMANNSREUTg 4&bgr;

_a 4 -

Wie mail der Fig* 1 entnehmen kann, kreuzen sich diese Strahlen an verschiedenen Stellen* so daß dadurch eine Verstärkung erfolgt, die bei nur einer einzigen durchgehenden Spiegelfläche ohne die Unterteilung mit den unterschiedlichen Neigungen nicht eintreten würde.

Darüber hinaus tritt der Vorteil ein, daß die Spiegelfläche bidder Spiegel 17 a und i7 b zusammengenommen größer sein kann als bei eiwem einheitlichen Spiegel, weil durch diesen die hohe Sonneneinstrahlung zu einem wesentlich größeren Teil zu stark nach oben abgelenkt werden würde.

Im hier vorliegenden Falle ist dies nur bezüglich des einen Spiegels 17a der Fall. Durch den anderen Spiegel 17b witfd auch die hohe Sonneneinstrahlung bis zu 60 ° zum größten Teil auf die Absorber 2 gelenkt.

Die übrige Bauweise der Solaranlage und auch der Spiegelanordnung ist durch das vorangegangene Hauptpatent bekannt und muß daher nicht erläutert werden.

Auch hier besteht die Möglichkeit, zusätzliche Spiegel an der oberen Nordkante anzubringen und auch die Unterteilung der Spiegelfläche mit unterschiedlichen Winkeln wie in Fig. 1 vorzusehen. Selbstverständlich ist der Aufwand hierfür aber wesentlich größer als der an der Südseite, weil die Aufständerung an der Nordseits aufwendiger ist.

Indessen ist dies eine Frage der vorhandenen Fläche. Auf vielen Flachdächern ist ebenso wie bei den Freianlagen genügend Platz nach Süden vorhanden, so daß die Anlage nach der Fig. 1 sicherlich bevorzugt werden wird.

&bull; f>l 1 t·

PATENTANWALT DIPL-ING. J. WENZEL 7 STUTTGART HAUPTMANNSREUTE

Fig. 2 zeigt einen Neigungswinkel Oi der Absorber 2 von 60 °, wie dies im Winter und in den Übergangszeiten günstig ist. An die Absorber 2 schließen sich unten drei Spiegelflächen 17a, 17b, 17c mit unterschiedlichen Neigungen-J- 1, T^ 2 und ^"3 gegenüber der Horizontalen 28 an, wobei es sich wieder um ein Flachdach oder eine horizontale Freilandaufstellung handeln kann.

&ggr;-1 ist hier gleich 5 °, &ggr; 2 gleich 10 ° und &ggr; 3 gleich 15 ° gewählt. Dadurch hält sich die Baulinie 26 wieder im Bereich von nur 10 ° aus dem oben erwähnten Grunde.

In einem Abstand d ist eine vierte Spiegelfläche 17 d mit einer Neigung von ^p 4 gleich 25 ° angeordnet. Infolge des Abstandes d, der durch einen Abstandshalter 27 gewähr leitet ist, hält sich aber auch dieser Spiegel 17 d innerhalb der erwähnten Baulinien 26 von nur 10°. Die im einzelnen hier nicht dargestellten Tragelemente für die erwähnten Spiegelflächen werden noch durch die Stützen 18a, 18b, 18c, 18d und 18 e abgestützt.

Ähnlich wie zuvor sind hier wieder einige Sonnenstrahlungen mit verschiedener Höhe eingezeichnet. Sie treffen auf den Mittelpunkt 25, 25a, 25b und 25c der Spiegelflächen 17a, 17b, 17c und 17 d auf, und werden von dort, wie eingezeichnet, auf die Absorberfläche 2 reflektiert.

Dabei erreicht selbst die 55 "-Strahlung, die auf f'ie Spiegelfläche 17 d auftrifft, noch den oberen Teil der Absorberfläche 2. Auch die im gleichen Punkte 25 c eintreffende 30 ° - Strahlung erreicht zum größten Teil den Absorber 2. Allerdings erfolgt hie» eine geringfügige Abschattung dutch die Spiegelfläche 17 c. "Diese könnte! man dä^ durch weiter stärk reduzieren, daß tnati den Abstand d vergrößert und gleichzeitig den Winkel ff 4 ebenfalls etwas vergrößert. Mittels einer Computer-Rechnung besteht die Möglichkeit, d Und tf k in Äbhärigigkelt von den örtlichen Einstrählungsverhaltnisseft so zu optimieren,

111 Il

Il I «III

&bull; · · t &igr;

PATENTANWALT DIPL-ING. J.WENZEL 7 STUTTGART HAUPTMANNSREUTE 46

daß nahezu keine gegenseitige Abschattung durch die anderen Spiegelflächen erfolgt. Hierzu gehört natürlich auch die Größe der Spiegelfläche 17 d. Je kleiner diese gewählt wird, desto geringer ist natürlich die Gefahr der Beschattung durch die Spiegelfläche 17 c. Indessen kann eine gewisse Beschattung in Kauf genommen werden, wenn dadurch die hohe Sonneneinstrahlung zusätzlich in erheblichem Umfang genutzt werden kann, wie das gemäß Fig. 2 der Fall ist.

Dadurch besteht praktisch die Möglichkeit, beliebig viele zusätzliche Spiegelflächen 17 in der erfindungsgemäßen Weise nutzbringend anzuordnen, wodurch eine sehr hohe Konzentration mit entsprechend hohen Temperaturen erreicht werden kann, wenn genügend Bodenfläche zur Verfugung steht. Unter diesen Umständen kann man dann auch auf die Anordnung der nördlichen Spiegelflächen aus dem genannten Grunde ganz verzichten.

Die bekannten Wärme- Kollektoren 2 waren bisher nur zur Erzeugung niedriger oder allenfalls mittlerer Temperaturen bis zu 200 ° geeignet. Wirtschaftlich waren sie überhaupt nur im Niedrig-Temperaturberiech unter 100 ° C. Zum Beispiel konnte man mit Vakuum-Kollektoren 6O⁰C mit einem mittleren Wirkungsgrad von 50 überzeugen.

Durch die Erfindung besteht nun die Möglichkeit, mit den gleichen Kollektoren wirtschaftlich sehr viel höhere Temperaturen in sehr viel kürzerer Zeit zu erzeugen. Dadurch kann rran die Absorberfläche 2 wesentlich kleiner halten alsibisher.

Das gilt auch für die Anwendung bei Solarzellenmodulen. Infolge der höheren Temperaturen sinkt zwar der Wirkungsgrad derselben bekanntermaßen etwas ab. Neuerdings gibt es indessen von Wasser berieselte Solarzellenmoduie mit ständiger Kühlung, bei denen dieser Nachteil nicht "eintreten dürfte, so daß sich der erwähnte Vorteil durch 'die Erfindung auch'.hier voll auswirkt«

11 I)«· H *

PATENTANWALT DIPL-ING. J. WENZEL 7 STUTTGART HAUPTMANNSREUTE 4&bgr;

Dabei ist entscheidend der schon im Hauptpatent erwähnte sehr große Kostenunterschied zwischen den Absorberflächen bzw. Solarzellenmodulen einerseits und den Spiegelflächen andererseits, der mit mindestens 10 : 1 angegeben werden kann.

Die Fu.findung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Der Fachmann ist vielmehr in der Lage, erhebliche Abweichungen hiervon im Rahmen der Ansprüche zu gestalten.

Zum Beispiel kann das Kollektorfeld 2 auf dem Schrfcgdach eines Gebäudes oder in dieses Dach in bekannter Weise so integriert sein, daß das Kollektorfeld selbst die Dachhaut bildet. In diesem Falle kann das Gebäude so ausgestaltet sein, daß die Spiegelflächen 17 auf einem daran angrenzenden Flachdach 28 angeordnet sind. Dies bedeutet, daß das Dach und der Dachstuhl eines Gebäudes in dieser Weise ausgestaltet werden. Auch in diesem Falle können die Spiegelflächen 17 die Dachhaut selbst bilden. Hierzu gibt es bekanntermaßen Spiegel- Kacheln, die regendicht auf dem Dach verlegt werden können.Es gibt aber auch ausKunststoff bestehende Spiegelplatten oder eins spiegelnde Dachhaut.

Hierzu wurde in der Fig. 1 bereits dargestellt, daß die Spiegelfläche 17a auf den horizontalen Flachdach angeordnet ist. In Abweichung hierzu kann das Dach aber auch von Süden nach Norden etwas geneigt sein, zum Beispiel im Winkel von nur 10 °, was auch günstig ist, damit das Regenwasser in dieser Richtung ablaufen kann. Dabei wird dann natürlich zwischen dem Kollektorfeld 2 und dem Spiegelfeld 17 eine Regenrinne angeordnet sein. Dies ist für den Fachmann auf dem Bausektor ohne weiteres verständlich, auch wenn dies nicht in der Zeichnung dargestellt ist.Weiter besteht die Möglichkeit, daß das Kollektorfeld 2 in einen bekannten Speicherbehälter integriert ist, der mit transparentem Warmedämm-Material versehen ist. In diesem Falle besteht die Möglichkeit, zusätzlich nördlibh des Kollektorfeldes im Abstand zu 'diesem zusatzliche Spiegelfläbhen 17 mit einem größeren Winkel zum Boden anzuordnen. Dabei muß in Kauf genommen warden,

I ·
I ·

t · &igr;

&bull; ·

&bull; a

&bull; · 1 4

PATENTANWALT DIPL-ING. J. WENZEL 7 STUTTGART HAUPTMANNSREUTE

daß bei niedrigem Sonnenstand eine Beschattung dieser nördlichen Spiegelflächen durch das Kollektorfeld eintritt. Bei höherem Sonnenstand sind diese nördlichen Spiegel jedoch wirksam. Die hierdurch abgelenkte Sonnenstrahlung durchdringt nämlich das transparente Wärmedämra-Material und erwärmt den Speicherbehälter, der auf diese Weise als eine Art Kollektor wirksam ist. Dies ist dem Fachmann ebenfalls verständlich, ohne daß es zeichnerisch dargestellt: ist.

Schließlich besteht auch noch die Möglichkeit, die erfindungsgemäße Spiegelanordnung zwischen den von Süden nach Norden im Abstand angeordneten Kollektorreihen anzuordnen. Obwohl bei dieser Anordnung eine gegenseitige Beschattung der einzelnen Kollektorreihen bei niedrigem Sonnenstand unvermeidbar ist, sind bereits eine sehr große Anzahl derartiger Solaranlagen überall in der Welt fest installiert, zum Beispiel auch im Freien. Hier hat man indessen den Abstand verhältnismäßig groß gewählt, um diese Beschattung zu reduzieren. Deshalb ergibt sich die Möglichkeit, die Spiegelflächen 17 in diesem Zwischenraum mit erheblichem wirtschaftlichem Nutzen anzuordnen. Die oben erwähnte Anordnung der Spiegelflächen nördlich der Absorber ist natürlich auch bei Röhrenkollektoren bevorzugt,wenn diese mit einem größeren Neigungswinkel aufgestellt sind.

Il Il Ii Il I Il Il IK

Il I I I I ItII

Il I I I I · 111 I

I il &igr; II*«« Il ti

Claims (5)

PATENTANWALT DIPL-ING. J. WENZEL 7 STUTTGART HAUPTMANNSREUTE Schutzansprüche

1. Solaranlage mit ebenflächigen Absorbern und/oder Solarzellen ·· in einem Kollektorfeld, an deren Rändern zumindest teilweise ein oder mehrere ebene Spiegelflächen in einem Winkel zu den Absorbern und/oder Solarzellen angeordnet sind, wobei die auf die Spiegelflächen auftreffende Sonnenstrahlung zumindest teilweise auf die Absorber und/oder Solarzellen fällt und die Spiegelflächen und die Absorberflächen und/oder Solarzellen nicht nachführbar auf dem Dach eines Gebäudes oder auf Tragelementen angeordnet sind, während di". Spiegelfläche in einer nach oben und/oder nach unten sich erstreckenden, zur Absorberebene geneigt verlaufenden Ebene befestigt sind, und die Spiegelflächen sich hinsichtlich der Absorber beschattungsfrei seitlich über die Absorberfläche hinaus ausdehnen, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelflächen mit ihrer zugehörigen Tragelementen in einer der nach oben oder nach unten sich erstreckenden Ebenen in mindestens zwei ebene Spiegelflächen (17a, 17b, 17c, 17d) unterteilt sinr^ deren Neigungen (-y-1, #- 2, y- 3, -^4) mit größerem Abstand von den Absorbern (2) zunehmen.

2. Solaranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwischen zweijder Spiegelflächen (17c, 17d) ein Abstand (d) angeordnet ist.

3. Solaranlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abstandselement (27) zwischen den beiden Spiegelflächen (17c, 17d) angeordnet ist.

4. Solaranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kollektorfeld (2) in einen Speicherbehälter mit transparentem Wärmedamm-Material· angeordnet ist, und daß im Abstand zu diesem Kollektorfeld die Spiegelflächen (I7)in einem größeren Winkel (y) zum Boden (26) angeordnet sind.

PATENTANWALT DIPL-ING. J. WENZEL 7 STUTTGART HAUPTMANNSREUTE

5. Solaranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelflächen (17) zwischen den im Abstand zueinander angeordneten Reihen eines Kollektorfeldes oder Solarzellenmodul-Feldes (2) angeordnet sind.

I* ItIf

&bull; i * &igr;

tit I

i i &igr; i · a f

t *