EP4493867A1 - Absorbereinheit, spiegeleinheit und solarkollektor oder solaranlage - Google Patents

Absorbereinheit, spiegeleinheit und solarkollektor oder solaranlage

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EP4493867A1
EP4493867A1 EP23715763.1A EP23715763A EP4493867A1 EP 4493867 A1 EP4493867 A1 EP 4493867A1 EP 23715763 A EP23715763 A EP 23715763A EP 4493867 A1 EP4493867 A1 EP 4493867A1
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EP
European Patent Office
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unit
mirror
absorber unit
solar
support arm
Prior art date
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Pending
Application number
EP23715763.1A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Hadlauer
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Original Assignee
Individual
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    • H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/40—Thermal components
    • H02S40/44—Means to utilise heat energy, e.g. hybrid systems producing warm water and electricity at the same time
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/44—Heat exchange systems

Definitions

  • the subject of the invention is an overall unit, here called a mirror unit, comprising an absorber unit, mirror, holding arm and an automatic cleaning device together with all cable laying, insulation and special details about individual components.
  • These mirror units can now be mounted on different holders, in particular tracking frames.
  • collector systems with two, four and eight mirror units.
  • solar heaters there are several variants of solar heaters.
  • absorber units that provide instantaneous water heaters for heating liquid and gaseous heat transfer media.
  • Another variant, for example, provides for a solar heater to evaporate a condensate.
  • An essential object of the invention is to generate high-temperature heat with the lowest possible thermal losses and to forward it via appropriately insulated lines or bring it into a station.
  • All cables are laid inside the support arms and can be covered with high-temperature insulation. Additional foam filling of the interior leads to further thermal insulation and enables the cables to be positioned ready for connection.
  • the system should withstand temperatures of up to 400°C and pressures of up to 50 bar. The selection of suitable materials can be made depending on the temperature specifications. It is important to take the thermal expansion of the cables into account by providing expansion compensators.
  • the surround of a glass dome of the mirror unit should not come into contact with heated parts. Thermal bridges from the pipes to the suspensions and between the pipes must be avoided or minimized. The mirrors concentrate the sun approximately 25 times.
  • a steradian of 5 to 15° around the sun's nuclear radiation is captured. This means that the diffuse radiation in the immediate vicinity of the sun is also captured.
  • the absorber glass can be shaped accordingly so that the direct radiation hits the glass surface essentially normally in all areas.
  • a knock-out criterion for many elevated systems is often the free area exposed to wind.
  • the outer mirrors can swivel through 180° and seal against the inner mirrors. In this way, an ideal protective position can be achieved by halving the area exposed to the wind. In order to withstand extreme wind loads of 150 to 250 km/h, the mirrors can also be removed.
  • a crucial criterion is the quick and easy assembly and disassembly of the mirrors.
  • An object of the invention is achieved by an absorber unit for a solar collector or a solar system, wherein the absorber unit is at least
  • Heating element preferably all heating elements, is or are arranged, as well
  • a holder for the enclosure wherein the holder comprises an inner tube and an outer tube radially spaced from the inner tube, the enclosure being attached to the outer tube, and wherein a flow line and/or a return line for the heat transfer medium is guided in the inner tube or are. Damage to the enclosure due to heat and corresponding expansion stresses can thus be avoided, since the enclosure is not attached to the hot part of the holder, which part houses the hot flow line, but to a comparatively cold part of the holder, which cold part is formed by the outer tube is, wherein the outer tube is separated/heat-insulated from the inner tube by a (vacuum) annular gap.
  • the enclosure is usually made of glass and should be transparent to at least a spectral range of electromagnetic radiation.
  • the enclosure is formed by a glass dome. This gives the enclosure the desired optical properties in terms of the required light transmission and at the same time a certain stability and breaking strength.
  • annular gap in particular a vacuum annular gap, is formed between the inner tube and the outer tube, which annular gap opens into a receiving volume of the enclosure, and the inner tube is closed, preferably vacuum-tight, at an end facing the receiving volume.
  • a receptacle for the heater element in particular a welding receptacle, closes the inner tube at its end facing the receiving volume, preferably in a vacuum-tight manner. This allows the thermal insulation to be further improved; At the same time, the recording enables a stable arrangement of the heater elements in the receiving volume of the enclosure. It is preferably provided that the annular gap is closed, preferably vacuum-tight, at an end of the holder facing away from the receiving volume.
  • heat conduction is possible from the hot end of the inner tube, which hot end can be arranged in the receiving volume or faces it, to the cold end of the outer tube, on which cold end the enclosure engages or is arranged;
  • the distance between these two areas is kept to a maximum by the connection of the inner tube to the outer tube at the end, so that - if a correspondingly poorly thermally conductive material is selected - no noticeable heating of the end of the outer tube used to fasten the enclosure can take place.
  • the inner tube is welded to the outer tube at the end of the holder facing away from the receiving volume. This ensures a particularly stable connection between the inner and outer tubes, which at the same time enables the described advantages of secure fastening of the enclosure.
  • the inner tube projects beyond the outer tube with its end facing the receiving volume.
  • the inner tube can thus protrude into the receiving volume of the enclosure, whereby a more stable and exposed arrangement of the heater element (or all heater elements) can be realized.
  • the efficiency of the absorber unit, or a solar system or a solar collector comprising the absorber unit, can thus be improved even further.
  • the heater element is formed by or includes a heat exchanger. It is preferably provided that the heater element is formed by or includes a continuous-flow heater with coiled tubing. It is preferably provided that the heater element is formed by or includes a two-phase thermosiphon. It is preferably provided that the heater element is formed by or includes a heat pipe. In this way, particularly efficient heating of the heat transfer medium can be achieved.
  • the heat pipe has a pressure vessel, a capillary suction layer or lining, an outer pipe for discharging the heat transfer medium from the pressure vessel, the outer pipe having an outlet opening opening outside the pressure vessel, and an inner pipe for feeding the heat transfer medium into the pressure vessel comprises, wherein the inner tube has a first outlet, in particular a lower outlet, and a second outlet, in particular an upper outlet, has, with the first outlet and second outlet opening within the pressure vessel.
  • a distribution unit with several, for example five, receptacles is provided, in or on which receptacles a heat pipe is attached, the distribution unit providing a (fluidic) connection between the inner tube and the outer tube in or on the receptacles recorded heat pipes on the one hand and the flow line and the return line on the other hand.
  • a particularly stable and exposed storage of the heater elements in the receiving volume of the absorber element can be achieved, and at the same time a simple, tight and reliable fluidic connection between the supply and return lines and the individual heater elements can be achieved.
  • the distribution unit forms the receptacle for the heater element.
  • the distribution unit thus also takes on the function of closing the inner tube on the receiving volume side.
  • the absorber unit comprises at least one reflector, with the at least one heater element, preferably each heater element, being arranged between the reflector and the enclosure. In this way, heating of the heater elements in the receiving volume of the absorber unit can be ensured as uniformly as possible.
  • the reflector is attached to the receptacle for the heater element or to the distribution unit and the reflector extends in the longitudinal direction of the heater element. In this way, a stable and reliable storage of the reflector and at the same time a high efficiency of the absorber unit can be achieved.
  • the at least one heater element preferably all heater elements, is or are connected to heat-conducting vanes or formed in one piece with them in order to increase the proportion of solar radiation absorbed by the heater element.
  • the heat-conducting wings are preferably made of a highly thermally conductive material and enable even more efficient use of the energy flow entering the enclosure. It is preferably provided that the heat-conducting vanes of adjacent heater elements touch each other or are formed in one piece with one another. This allows the efficiency of the absorber unit to be further increased.
  • the heat-conducting vanes have solar cells on an outside facing the enclosure, preferably this outside is covered over the entire surface with solar cells.
  • photovoltaics can also be used in addition to thermal energy generation.
  • a counter flange for screwing the absorber unit to a holding flange of a support arm of the solar collector or the solar system and / or retaining bolts for engaging in guide slots of a support arm of the solar collector or the solar system and / or guide slots for receiving retaining bolts of a support arm of the Solar collector or the solar system is/are provided.
  • a line outlet (located away from the enclosure) of the feed line and/or the return line has threads for fastening one or more sliding sleeves in order to seal the feed line and/or the return line with an inner piping of a support arm of the solar collector or the solar system connect. Due to the fastening option for sliding sleeves, these can be used as expansion compensators, which absorb the thermal expansion of the lines from the support arm and/or the line outlet of the flow line and/or the return line. This allows the tightness of the solar system or collector to be improved and leaks or losses to be avoided.
  • a mirror unit for a solar collector or a solar system wherein the mirror unit comprises at least one stiffener with a concave stiffening element, with an upper mirror attached, in particular glued, to an inside of the stiffening element and / or a lower mirror to an outside of the stiffening element , is or are, wherein the mirror unit further comprises a closure element, which closure element is connected to the stiffening element or is formed in one piece with it and forms a closure opening, the closure element having means for releasably attaching the mirror unit to a support arm of the solar collector or the solar system.
  • the Closure element enables particularly easy assembly and disassembly of the mirror unit on the support arm or the solar system/solar collector.
  • the stiffening element Especially in the part of the mirror unit that mediates the attachment to the support arm, it is structurally reinforced by the stiffening element; Because this stiffening is only provided in a (central) section of the mirror unit or mirrors, weight can in turn be saved.
  • the closure opening also enables the passage of other components of the solar system/solar collector, such as the absorber unit, which can be attached to the support arm before the mirror unit is attached.
  • this configuration also enables separate handling, in particular assembly and disassembly, of the mirror unit and absorber unit.
  • the stiffening in particular the stiffening element, only rests in sections on the upper mirror and/or the lower mirror.
  • a structural reinforcement of the mirror unit is only provided in the area that provides the fastening, while outside of this area, corresponding reinforcements (which have a negative effect on the overall weight) can be dispensed with.
  • the stiffening or the stiffening element overlaps the upper mirror and / or the lower mirror only in a partial area, which partial area is not more than 30%, preferably not more than 20%, in particular less than 10%, of an outer surface of the upper mirror and / or the Lower mirror forms.
  • a filling in particular a foam, is arranged between the upper mirror and the lower mirror. In this way, protection of the mirror surface and increased stability of the mirror unit can be achieved.
  • the closure opening, in particular the closure element is welded to the stiffening, in particular the stiffening element, or is connected to the stiffening, in particular the stiffening element, using a die-casting process.
  • the stiffening element can be designed, for example, as a welded part or as an (aluminum) die-cast part or as a (plastic) injection-molded part. In this way, the closure element and stiffening element can be connected to one another particularly reliably and stably, but at the same time cost-effectively.
  • the closure element has a, preferably circumferential, guide recess, which guide recess for receiving one or a plurality of bolts of a holding flange of the support arm is formed and comprises a stop, in particular a jaw, for defining a stop position of a bolt, and the closure element further has a locking element, in particular a locking bolt, for locking the bolt in the stop position.
  • the mirror unit can be mounted with an upper limit of the guide recess, i.e. with the closure element, on or on the bolt of the holding flange.
  • the closure element has insertion openings to enable the bolts to be inserted into the guide recess.
  • the arrangement of the guide recesses also allows a desired rotational position to be defined, in which rotational position the mirror unit should be connected to the holding flange. This makes it easier to coordinate the mirror unit and absorber unit with one another.
  • the lower mirror only covers a rear side of the upper mirror facing the stiffener in sections or segments. This makes it possible to save costs, as the costs for the deep-drawing tool for a segment are many times lower than in the case of a full mirror. Furthermore, the degree of deformation can be kept relatively low.
  • a solar collector or a solar system comprising at least one support arm for receiving a mirror unit and / or an absorber unit, the support arm having at least one support tube, which support tube is connected to a stand or a tracking unit of the solar collector or the solar system, and at least one retaining flange for releasably attaching the mirror unit to the support arm, the retaining flange having at least one radially projecting retaining bolt on one end face.
  • a bayonet lock can be created between the support arm and the mirror unit;
  • the retaining bolt or bolts can engage in the guide recess of the closure element when the mirror unit is placed on the retaining flange and by locking at least one retaining bolt, the mirror unit can be fixed in a specific rotational position on the retaining flange. After releasing the lock and turning the mirror unit in the opposite direction, it can be lifted off the holding flange again.
  • the holding flange has through holes in order to enable a screw connection between the support arm and a counter flange of the absorber unit. In this way, secure attachment of the absorber unit is ensured.
  • the support arm has at least one guide slot in order to enable a bayonet lock between the support arm and a holder of the absorber unit. This ensures rapid assembly and disassembly of the absorber unit on or from the support arm.
  • the end face of the retaining flange is covered by a seal at least in sections, preferably over the entire surface, with the retaining bolts piercing an end face sealing element of the seal.
  • This seal can protect the closure element of a mirror unit attached to the holding flange from water ingress and contamination at the front.
  • the seal has a projection adjoining the front sealing element and extending radially outwards, which projection forms a sealing lip which engages under the retaining bolts. This prevents water from entering through the insertion openings of the closure element.
  • a mirror unit according to one of the described embodiments is attached to the support arm, the holding flange being accommodated in the closure opening of the mirror unit and the at least one, preferably all, retaining bolts being or are accommodated in the closure element of the mirror unit.
  • the retaining bolts of the retaining flange are therefore located within the guide recess and enable the mirror unit to be mounted on the support arm.
  • the locking of at least one bolt on the stop of the guide recess prevents the mirror unit from rotating relative to the holding flange, and thus - since the insertion openings are arranged outside the stop position/stop position of the bolts - also (unintentional) loosening of the connection between the mirror unit and the holding flange.
  • an absorber unit is attached to the support arm, with the counter flange being screwed to the holding flange and/or with at least one of the retaining bolts of the absorber unit engaging in a guide slot in the support arm in order to create a bayonet lock between the absorber unit and the support arm to train. This makes it possible Mount the absorber unit on the support arm or remove it from the support arm independently of the mirror unit.
  • a diameter of the closure opening of the mirror unit is selected such that the absorber unit can be passed through the closure opening. This allows the mirror unit and absorber unit to be assembled and dismantled in any order.
  • a diameter of the closure opening is selected to be larger than a diameter of the enclosure, in particular of the glass dome.
  • the absorber unit can thus be mounted without the risk of damage, for example before attaching the mirror unit to the support arm; The mirror unit can also be removed from the support arm in front of the absorber unit. Overall, the handling of the solar system/solar collector according to the invention can be simplified or improved.
  • the mirrors can have a central stiffening with an annular quick-release fastener, so that they can be mounted and dismantled purely by twisting on a holding flange of the support arm, with the diameter of the annular fastening opening being larger than the maximum diameter of the glass dome.
  • the mirrors can be threaded in and out via the absorber units. If the mirrors are directed downwards, they can easily be removed or installed by two people with a weight of around 25 to 30 kg. Due to the independent installation of the mirror and absorber unit, the hydraulic circuit does not have to be opened.
  • the holding flange of the support arm and the central stiffener (mirror stiffener) form a bayonet lock, which can be opened after opening a locking bolt when the mirror is rotated through a small angle.
  • the bayonet lock is designed to be sealed, with a seal taking care of the centering. Further details are in the figure description.
  • the absorber units can be attached to the holding arm. This can be done through a sealed flange connection with through holes on the holding flange, or also through a bayonet lock.
  • the hydraulic connection can be made via two sealing elements, in particular sliding sleeves, which can be screwed to the line outlets of the absorber.
  • the sealing elements, especially sliding sleeves, are sealing when screwed together and serve as expansion compensators, which absorb the thermal expansion of the cables from the holding arm.
  • the glass dome is enclosed or attached to the outer tube of a tube-in-tube system that forms a vacuum annular gap, with the inner tube protruding slightly beyond the outer tube and connected or welded to the welding receptacle of the solar heater in a vacuum-tight manner can be.
  • the supply and return lines can be led from the welding receiver through the inner pipe to the outside. Threads are provided at the line ends for screwing the sliding sleeves.
  • the annular gap between the inner and outer tubes can be sealed in a vacuum-tight manner at the lower ends of the tubes.
  • the welding sockets of the solar heaters form thermal bridges to the outside. Since the heat flow via the double-walled pipe with poor heat conduction (e.g.
  • stainless steel has a long way to the fastening, whether bayonet lock or fastening flange, or to the glass surround, these areas are to be viewed as essentially “cold”. The heat flow is minimal. Damage to the glass surround due to heat and corresponding expansion stresses must be ruled out.
  • the mirrors should be as light as possible and yet stiff and dimensionally stable.
  • a sandwich-like construction in which, for example, foam made of plastic is provided between the upper mirror and the lower mirror, is advantageous in this regard.
  • Top and bottom mirrors could be made with the same tool. Due to its low weight, reflective properties and deformation properties, aluminum appears to be a suitable material for deep drawing.
  • the plate material can be mirrored (top mirror) or anodized (bottom mirror) before deep drawing.
  • the mirrors could be composed of segments of upper and lower mirrors that are glued together in an overlapping manner. This results in advantages in terms of production and tool costs.
  • the mirror segments can be glued to the mirror stiffener over a large area or attached in another way.
  • the mirror stiffener can be a welded part or a die-cast part made of aluminum. Rubber strips can be glued to the ends of the mirror as a protective finish. The mirrors can be stably stacked on these edges. In addition to stiffening, making the mirrors double-walled with foam filling the gap has the advantage that hail damage can only occur on the outside, while the mirror surface remains intact. Further details are in the description of the figures (Fig.7, Fig.8).
  • the absorber units can be designed modularly, so that different solar heaters can be used with the same external and connection dimensions. Spiral heaters can be provided for heating heat transfer media without changing their physical state, such as water, sea water, thermal oil, steam, compressed air, etc. These are very pressure-resistant and have a high heat transfer.
  • a partial stream of the steam generated is fed into the electrolysis station to split off hydrogen, - the remaining steam (>90%) is converted into electricity.
  • Both the electrolysis station and the steam engine can adapt optimally to changing load conditions, as is common in solar energy.
  • Another interesting application is the generation of electricity and heat in combination with fossil and biogenic fuels. Details about the heat pipes are in the figure description.
  • refrigerants as heat transfer media.
  • the refrigerant can be evaporated directly in the collectors. This saves expensive heat exchangers in the absorption systems and leads to better performance.
  • the special mirror shape makes it possible to provide PV elements on the absorber surfaces, since the intensity of the radiation on the electricity-generating surface is largely constant.
  • the solar heater for evaporation is already modular for assembly. With evaporation, the PV elements can be cooled evenly to the lowest possible temperatures. At cooling temperatures below 85°C, a refrigerant can be used, as water vapor in the lower temperature range has a specific volume that is too high to get through the pipes.
  • the hydraulic circuit is used for cooling, provided the waste heat is not used additionally. This should be viewed as an exception to high-temperature systems. Details are in the figure description. Automatic cleaning: In industrial applications, system blocks of up to 1 MW heating output are required. It makes sense to provide automatic cleaning here, as manual cleaning represents a significant cost factor.
  • the mirrors can close off each other and form a closed interior space. Similar to the principle of a dishwasher, cleaning can be carried out using nozzle heads that rotate around the central mirror axis.
  • the lines with the nozzles provided for this purpose referred to here as the nozzle unit, can be attached to a free-running rotating ring on the inside of the mirror. Free-running means that the rotating ring with the nozzle unit begins to rotate without its own drive due to the impulse force when the nozzle is ejected.
  • An inner ring (inner ring) can be firmly connected to the flange for the bayonet lock and have a channel recess on the outside. The cleaning water can be fed into the channel recess.
  • the channel closes.
  • the axial position of the rotating ring can be secured by guide bolts that are supported in the channel wall.
  • the guide bolts can have holes through which the cleaning water reaches the nozzle units.
  • Seals between the rotating ring and the inner ring do not have to be provided, but can be provided.
  • a small leakage (up to 10%) is perfectly permissible and such a leakage can be advantageous.
  • the nozzle units can be removed.
  • a plug-in system with a fabric bushing seal is therefore ideal for connecting the nozzle units to the mirror. More detailed details are in the figure description.
  • FIG. 6a, 6b a section of the support arm with a connecting flange
  • Fig. 7 two mirror variants assembled with the stiffener
  • 12a, 12b, 12c show the structure of a heat pipe and the assembly of an evaporator unit
  • 19a, 19b a cleaning device with three fixedly positioned nozzle heads
  • Fig. 20 shows a cleaning device with two rotatable nozzle heads
  • Fig. 21 shows the structure of a rotary distributor of the cleaning device.
  • Fig. 1 shows the assembly sequence of a mirror unit according to the invention.
  • the central stiffening 1 of the mirror has a quick-release fastener with an annular closure opening 9.
  • a diameter of the annular closure opening 9 is slightly larger than a maximum diameter of an absorber unit 3.
  • a support arm includes a holding flange 2 with bolt locking, a connecting flange 11, a support tube 10 and an inner piping 8.
  • the mirror or the stiffener 1 as part of the mirror can be guided or threaded in and out via the absorber unit 3.
  • the holding flange 2 of the support arm and the stiffener 1 form a bayonet lock, which can be opened by a small angle after opening a locking bolt 4 by rotating the mirror or its stiffener 1.
  • the bayonet lock or the holding flange 2 is sealed, with a seal 5 also facilitating the centering of the stiffener 1 on the holding flange 2.
  • the absorber unit 3 can be mounted on the holding flange 2 of the support arm.
  • the hydraulic connection takes place via two sliding sleeves 6 of the inner piping 8, which sliding sleeves 6 are screwed to line outlets 7 of the absorber unit 3 or connected to them in some other way.
  • the sliding sleeves 6 are sealing when screwed together and at the same time serve as expansion compensators, which absorb the thermal expansion of the inner piping 8 and/or the line outlets 7 that occurs when the device is operated as intended.
  • Fig. 2 shows a mirror unit in the assembled state.
  • the absorber unit 3 is attached to the holding flange 2 of the support arm.
  • the counter flange 12 of the absorber unit 3, via which counter flange 12 the absorber unit 3 is fastened to the holding flange 2 of the support arm, has blind holes in order to prevent corrosion caused by water penetrating at the screw connection points.
  • the absorber unit 3 can also be connected to the support arm or its holding flange 2 by means of a bayonet lock, see FIGS. 18a, 18b.
  • the sliding sleeves 6 are pushed forward, in the direction of the line outlets 7, and screwed to the line outlets 7.
  • the mirror or its stiffener 1 can be installed after the absorber units 3 have been installed.
  • the mirrors are preferably installed last.
  • the collector system can be brought into an installation-friendly position so that the mirrors are directed downwards. Pushing the mirrors with their stiffeners 1 over the absorber units 3 and locking them in the bayonet lock is a simple and quick job.
  • FIG. 3a and 3b show two variants of a central stiffener 1 for the mirrors.
  • the annular closure opening 9 is formed in one piece with the mirror stiffener 1, in particular welded; in other words: a closure element 9a forming the closure opening 9 is formed in one piece with a stiffening element 1a of the stiffener 1, in particular welded.
  • a top mirror 14 can be glued to the stiffener 1, for example in such a way that the top mirror 14 contacts the closure element 9a and/or is also connected, in particular glued, to the closure element 9a.
  • Variant 2 (Fig. 1)
  • FIG. 3b shows a stiffener 1 designed as a die-cast part 13, the annular closure opening 9, which is made of steel, for example, being inserted into the die-cast part 13 during casting and thereby connected to it.
  • Upper mirror 14 and lower mirror 15 are glued to the die-cast part 13, which forms the stiffener 1 or the stiffening element 1a.
  • the stiffening element 1a or the stiffener 1 can also be designed as a plastic part, in particular as a plastic injection-molded part.
  • a foam lining 16 is provided between the upper mirror 14 and the lower mirror 15. These mirrors are very light with high rigidity.
  • the foam 16 also serves as thermal insulation. This is an advantageous effect as it makes it possible to operate the collector systems without frost protection.
  • the heat loss via the lines and via the absorber 3 must be minimized.
  • the heat capacity of the piping systems and the working medium should be sufficient so that additional heating does not have to be provided. Should the temperature If the temperature still drops to a critical value, warm medium can be buffered, for example from an external storage, especially 2-phase storage. In any case, the heat required for this will be minimal. It definitely makes it possible to withstand extremely low temperatures over any length of time, even in areas where undiluted antifreeze would freeze off.
  • the upper mirror 14 can be attached, in particular glued, to an inside 55 of the stiffening element 1a and/or the lower mirror 15 to an outside 56 of the (concave) stiffening element 1a.
  • Fig. 4a shows the bayonet lock in an exploded view; Fig. 4b in an assembled state.
  • the closure element 9a forms an outer ring of the bayonet lock and has insertion openings 21, a jaw 17 and a locking bolt 4, wherein the locking bolt 4 can be screwed in and out. If the mirror is in the locking position, that is, the retaining bolt 18 of the retaining flange 2 is in contact with the jaw 17, the locking bolt 4 is screwed in. In its screwed-in state, the locking bolt 4 prevents the closure element 9a from rotating relative to the holding flange 2. There is a gap 19 of approximately 3.5 mm between the annular closure opening 9 and the holding flange 2 in the connected state in FIG. 4b.
  • the retaining bolts 18 are pressed into frontal bores in the retaining flange 2 or are formed in one piece with the retaining flange 2. Ideally, the retaining bolts 18 are hardened.
  • the holding flange 2 has four through holes 22 for fastening the absorber unit 3 or the counter flange 12.
  • the holding flange 2 is a welded part of the support arm, or can be formed in one piece with it.
  • the closure element 9a has a guide recess 20 for receiving the bolts 18, which guide recess 20 is accessible via insertion openings 21 for the bolts 18.
  • Fig. 5 shows a section of the support arm with the holding flange 2, on which holding flange 2 the holding bolts 18 are provided as part of the bayonet lock.
  • the holding flange 2 has a seal 23 at least on the front side, which seal 23 in the assembled state fills the annular gap 19 between the holding flange 2 and the closure element 9a of the stiffener 1.
  • the seal 23 additionally serves to center the mirror or its stiffener 1 on the holding flange 2.
  • the seal 23 points radially outwards extending projection to form a sealing lip 24.
  • the projection has a semicircular profile and engages under the closure element 9a in its fastened state and/or lies against it.
  • the outer sealing lip 24 rests on the back or underside of the closure opening 9 or the closure element 9a and prevents dirt and water from penetrating into the guide recess 20 of the bayonet lock via the insertion openings 21.
  • FIGS. 6a and 6b show part of the support arm with the connecting flange 11 in two views.
  • a suspension of the sealing flange 26 is mounted on the connecting flange 11 via insulating jaws 27.
  • the internal piping 8 hydraulic pipes can be well insulated or foamed in.
  • the insulation, which can be seen here on the pipes 8 in the indicated manner, is incomplete and only intended for the high temperature area in the immediate vicinity of the pipe.
  • connection flange is used to attach the support arm to a stand or to a tracking unit of a solar or collector system;
  • the sealing flange 26 serves to create a sealing (fluidic) connection between the piping of the support arm and a distribution unit of the solar or collector system, see Fig. 15.
  • Fig. 7a and 7b show two mirror variants in assembly with the stiffener 1.
  • Variant Fig. 7a shows the stiffener 1 with the upper mirror 14, which can be self-supporting mounted on the stiffener.
  • Variant 1 of the stiffener 1 is used here.
  • Variant 2 Fig. 7b shows an assembled mirror with upper mirror 14 and lower mirror 15, with upper mirror 14 and lower mirror 15 in turn being attached to the stiffening element 1a.
  • the stiffener 1 is designed according to variant 2, as shown in Fig.3.
  • the lower mirror 15 does not have to cover the entire surface of the upper mirror 14, but can be formed by several segments that do not cover the entire circumference of the mirror.
  • the stiffener 1 or the stiffening element 1a and the foam 16 or another intermediate insert can be seen on the edges of the lower mirror 15.
  • a continuous covering of the lower mirror 14 naturally leads to the desired thermal insulation, as already mentioned above, and is therefore preferred.
  • Fig. 8 shows a segmental structure of a mirror.
  • the segments of the upper and lower mirrors 14, 15 are glued or joined so that they overlap.
  • This Stiffening element 1a according to variant 1 or variant 2 can be used.
  • the advantage is that the costs for the deep-drawing tool for a segment are many times lower than for a full mirror. Furthermore, the degree of deformation is relatively low (single pressing is sufficient).
  • a mirror with a stiffening element 1a is provided, to which stiffening element 1a either only an upper mirror 14 or an upper mirror 14 and a lower mirror 15 is attached, preferably glued, with upper mirror 14 and/or or lower mirror 15 are each not designed as a full-surface mirror, for example as a paraboloid mirror, but only in segments. This is independent of other features described in the present application.
  • Variants 1 and 2 have instantaneous water heaters with coiled pipes.
  • Variants 3 and 4 have heat pipes.
  • Variant 4 shows the possibility of equipping with solar cells.
  • the tube coils of the exemplary embodiment of the absorber unit shown in FIG. 9b have a larger diameter in comparison to the exemplary embodiment shown in FIG. 9a in order to be able to carry a higher (steam) volume.
  • FIG. 10 shows the mirror geometry of a mirror according to the invention with the resulting irradiation angles and beam paths to the mirror-centered absorber unit 3.
  • the subdivision of the irradiation shown is chosen so that normal irradiation surfaces of the same size are covered.
  • the result as can be seen from the example with the solar cells, is that the radiation intensity on the solar cells is constant.
  • the angle of incidence onto the glass cover is approximately normal in all areas.
  • Fig. 11 shows a detail of an absorber unit 3 according to the invention. What is essential is the double-walled holder of the glass enclosure with a vacuum annular gap between the inner tube 32 and the outer tube 31.
  • the glass 30, the glass enclosure of the absorber unit 3 has no thermal load, since it is connected to the outer tube 31 of the tube. in-pipe system is connected.
  • Inner tube 32 and outer tube 31 are welded at the ends, preferably at the ends facing away from the glass cap 30.
  • the glass dome 30 can be attached to the outer tube 31 of the tube-in-tube System that forms a vacuum annular gap, whereby the inner tube 32 protrudes slightly beyond the outer tube 31 and can be connected or welded in a vacuum-tight manner to a welding receptacle 25 of the solar heater. From the welding receptacle 25, the supply and return lines can be led through the inner pipe 32 into the outside space. At the line ends of the supply and return lines, i.e. at line outlet 7, 6 threads are provided for screwing the sliding sleeves.
  • the annular gap between the inner tube 32 and the outer tube 31 can be sealed in a vacuum-tight manner at the lower tube ends facing away from the glass cap 30.
  • the welding sockets of the solar heaters form thermal bridges to the outside. Since the heat flow via the double-walled pipe (tube-in-pipe system) with poor heat conduction, for example stainless steel, has a long way to the fastening or to the glass surround, whether bayonet lock or fastening flange, these areas are to be viewed as essentially “cold”. The heat flow is minimal. Damage to the glass surround due to heat and corresponding expansion stresses must be ruled out.
  • Fig. 12a shows the structure of a heat pipe according to the invention
  • Figs. 12b and 12c show the assembly in the heater system or in the absorber unit 3 solar heater.
  • the heat pipes have a pressure vessel 33, a capillary suction lining 37, a steam-removing outer tube 35 with an outlet opening 36 and an inner tube 38 for the condensate supply with a lower outlet 34 and an upper outlet 39.
  • the inner tube 38 and the outer tube 35 are welded.
  • the capillary suction lining 37 has bottoms with sealing pipe penetrations.
  • the heat pipes are inserted and soldered into a distribution unit 40 with, for example, five receptacles 40a.
  • a reflector 41 can be provided, which reflector 41 extends from the distribution unit 40 parallel to a longitudinal axis of the heat pipes and is arranged, for example, in a sleeve shape, in an interior area surrounded by the heat pipes can be.
  • the reflector 41 does not have to have a cylindrical cross section; Any other cross-sections are also conceivable, for example the cross-section of an approximate pentagon as shown in Fig. 12c.
  • the specific shape of the collector 41 can be selected depending on the heater elements 28 used and their geometry so that radiation that passes the heater elements 28 is redirected to the back of the heater elements 28.
  • Fig. 13a shows the expansion of the heat pipes with heat-conducting blades 42.
  • heat-conducting blades 42 can be provided. These can also be equipped with solar cells.
  • the heat conducting wings 42 can be pushed or pressed onto the pressure containers 33;
  • the heat-conducting vanes 42 can each have a receiving opening, which receiving opening is matched to the diameter of the pressure containers 33 of the heat pipes.
  • the receiving openings of the heat-conducting vanes 42 can also be dimensioned such that there is a press fit on the pressure vessel 33, whereby the pressure resistance of the heater elements 28, in particular heat pipes, can be further improved.
  • the heat conducting vanes 42 of adjacent heat pipes can be dimensioned such that the heat conducting vanes 42 of adjacent heat pipes are in contact with one another when the heat pipes are connected to the distribution unit 40 as intended; alternatively, the heat-conducting vanes 42 attached to the individual heat pipes can also be formed in one piece with one another, as shown in FIG. 13b.
  • Fig. 14 shows a sectional view of a connection between the inner piping 8 of the support arm and the line outlet 7 of the absorber unit 3 by means of the sliding sleeve 6 for expansion compensation.
  • This is basically a fabric bushing system.
  • a temperature-resistant material with good sliding properties is preferably used.
  • Teflon can be used at temperatures below 250°C, and ceramic materials at higher temperatures.
  • Fig. 15 shows a collector system with two mirrors, with only the left support arm being provided with a mirror in the assembly state shown and no mirror being mounted on the right support arm.
  • the support arms are positioned so that the mirrors are directed downwards as shown.
  • Fig. 16 shows the packaging of an absorber unit 3 for transport.
  • the two-part design of the packaging the housing of which is preferably made of plastic, in particular polystyrene, expanded polystyrene and/or extruded polystyrene, and the detachable connection of the two housing parts of this packaging, for example using adhesive tape, makes it possible to reuse the packaging .
  • Fig. 17 shows a collector system with removed mirrors and packaged absorber units 3.
  • the packaging serves to protect the glass caps 30 and the heat pipes.
  • the system is designed to accommodate four mirror units and has four support arms for this purpose. As you can see, areas exposed to wind are greatly reduced, especially when the mirrors are removed.
  • 18a and 18b show a bayonet lock via which the support arm is connected to an absorber unit 3. This simplifies the assembly and disassembly of the absorber unit 3.
  • Retaining bolts 44 Bolts of the absorber unit 3 are inserted into guide slots 45 of the support arm and locked by rotation.
  • a seal 46 which seal 46 can already be attached to the absorber unit 3 before it is connected to the support arm, is pushed over the retaining bolts 44 or the guide slots 45.
  • An anti-twist device is not provided because the hydraulic connection does not allow any rotation, i.e. the absorber unit 3 can no longer be rotated after the fluidic connection between the line outlet 7 and the inner piping 8 has been established, at least not to such an extent that the retaining bolts 44 can be removed the guide slots 45 would be possible.
  • the variant with the bayonet lock is more cost-effective and practical than the variant in which the absorber unit 3 is screwed to the holding flange 2 (see FIGS. 1 and 2).
  • the absorber unit 3 can be dismantled by one person in just a few steps after opening both sliding sleeves 6.
  • a part of the support tube 10 located in the area of the sliding sleeves 6 can be formed by a removable cover, which cover can preferably be provided with a seal.
  • 19a and 19b shows the installation of a cleaning device with a nozzle unit 47 with three fixedly positioned nozzle heads.
  • the nozzle unit 47 must be dismantled before dismantling the mirror.
  • Fig. 20 shows the installation of another cleaning device with a nozzle unit 47 with two rotatable nozzle heads.
  • the rotation is made possible via a rotary distributor 49.
  • the nozzle units 47 can be quickly assembled and disassembled by loosening a seal, in particular a material bushing seal 48.
  • Fig. 21 shows a detail of the rotary distributor 49.
  • the rotary distributor 49 has an inner ring with a channel 51 and an outer ring 52.
  • the supply 50 of a cleaning liquid takes place into the inner ring 51.
  • the discharge takes place via a connector 53 with a bore.
  • the connectors 53 are guided in the channel and thus position the outer ring 52 on the inner ring 51.
  • a seal is not required because a precise fit is sufficient.
  • a small gap may even be desirable because the rotation should be smooth and the leakage of the cleaning fluid can serve as lubrication.
  • a mirror unit is preferred in which the mirrors have a central stiffening 1 with an annular quick-release fastener 9a, so that they can be mounted and dismantled purely by twisting on the holding flange 2 of the support arm.
  • a mirror unit is preferred in which the holding flange 2 has a seal 5 for the bayonet lock.
  • a mirror unit is preferred in which the mirror consists of or includes an upper mirror 14 and a lower mirror 15.
  • a mirror unit is preferred in which a foam or intermediate insert 16 is provided between the upper mirror 14 and the lower mirror 15.
  • a mirror unit is preferred in which the upper mirror 14 and/or lower mirror 15 are arranged to overlap in segments.
  • a mirror unit is preferred in which the absorber unit 3 has a bayonet lock for connecting the absorber unit to the support arm.
  • a mirror unit is preferred in which the absorber unit 3 has a double-walled holder 29 with an outer tube 31 and an inner tube 32.
  • a mirror unit is preferred in which sliding sleeves 6 are provided for the hydraulic connection of the absorber unit 3 to the inner piping 8 of the support arm.
  • a mirror unit is preferred in which the absorber units 3 have heat pipes, the heat pipes comprising a pressure vessel 33, a capillary-suction lining 37, a steam-discharging pipe 35 with an outlet opening 36 and an inner pipe 38 with a lower outlet 34 and/or an upper outlet 39.
  • a mirror unit is preferred in which the heat pipes are accommodated, in particular inserted and soldered, in receptacles of a distribution unit 40.
  • a mirror unit in which a reflector 41 is provided is preferred.
  • a mirror unit is preferred in which heat-conducting vanes 42 are pushed onto the heat pipes or are attached to them.
  • a cleaning device with a rotary distributor 49 is provided, comprising an inner ring with a channel 51, an outer ring 52, a supply line 50 and connectors (or bolts) 53 with bores, the connectors 53 (or bolts 53) merge into line connectors on which the nozzle units 47 of the cleaning device are mounted.
  • Distribution unit a Recording of the distribution unit

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Abstract

Absorbereinheit (3), die zumindest ein Erhitzerelement (28), eine lichtdurchlässige Einfassung sowie eine Halterung (29) für die Einfassung umfasst, wobei die Halterung (29) ein Innenrohr (32) und ein Außenrohr (31) umfasst. Spiegeleinheit, die zumindest eine Versteifung (1) mit einem konkaven Versteifungselement (1a) umfasst, wobei ein Oberspiegel (14) and einer Innenseite (55) des Versteifungselementes (1a) und/oder eine Unterspiegel (15) and einer Aussenseite (56) des Versteifungselementes (1a) befestigt ist bzw. sind. Solarkollektor oder Solaranlage, umfassend mindestens einen Tragarm zur Aufnahme einer Spiegeleinheit und/oder einer Absorbereinheit.

Description

Spiegeleinheit für solare Energieerzeugung
Gegenstand der Erfindung ist eine Gesamteinheit, hier Spiegeleinheit genannt, umfassend eine Absorbereinheit, Spiegel, Haltearm sowie einer automatischen Reinigungseinrichtung mitsamt aller Leitungslegung, Isolation und speziellen Details zu einzelnen Komponenten. Diese Spiegeleinheiten können nun auf unterschiedliche Halterungen, insbesondere Nachführgestelle, aufmontiert werden. Beispielsweise soll es Kollektoranlagen mit zwei, vier und acht Spiegeleinheiten geben. Hierbei gibt es mehrere Varianten von Solarerhitzern. Beispielsweise soll es Absorbereinheiten geben, die Durchlauferhitzer für die Beheizung von flüssigen und gasförmigen Wärmeträgermedien vorsehen. Eine andere Variante sieht beispielsweise einen Solarerhitzer zur Verdampfung eines Kondensates vor.
Eine wesentliche Aufgabe der Erfindung ist, Hochtemperaturwärme mit möglichst geringen thermischen Verlusten zu erzeugen und diese über entsprechend isolierte Leitungen weiterzuleiten bzw. in eine Station zu bringen. Sämtliche Leitungen werden im Inneren der Tragarme verlegt und können mit einer Hochtemperaturisolierung ummantelt sein. Eine zusätzliche Ausschäumung des Innenraums führt zu einer weiteren Wärmedämmung und ermöglicht die anschlussfertige Positionierung der Leitungen. Das System soll Temperaturen bis zu 400°C und Drücken bis zu 50 bar standhalten. Die Auswahl geeigneter Materialien kann abhängig von den Temperaturvorgaben getroffen werden. Wichtig ist, die Wärmedehnungen der Leitungen zu berücksichtigen, indem man Dehnungskompensatoren vorsieht. Die Einfassung einer Glaskalotte der Spiegeleinheit sollte nicht mit aufgeheizten Teilen in Berührung kommen. Wärmebrücken von den Leitungen zu den Aufhängungen und zwischen den Leitungen sind zu vermeiden oder zu minimieren. Die Spiegel konzentrieren die Sonne in etwa auf das 25-fache. Je nach Einstrahlposition am Spiegel (oberer Rand oder mittig) wird ein Steradiant von 5 bis 15° um die Kernstrahlung der Sonne eingefangen. Somit wird auch die diffuse Einstrahlung im nahen Umfeld der Sonne eingefangen. Das Absorberglas kann dementsprechend geformt sein, sodass die direkte Einstrahlung in allen Bereichen im Wesentlichen normal auf die Glasoberfläche auftrifft.
Ein Knock-out Kriterium für viele aufgeständerte Anlagen ist oftmals die freie Windangriffsfläche. Bei Anlagen mit acht Spiegeleinheiten können die äußeren Spiegel um 180° schwenken und abdichtend an den inneren Spiegeln abschließen. So lässt sich eine ideale Schutzposition mit Halbierung der Windangriffsfläche erreichen. Um extremen Windlasten von 150 bis 250 km/h standzuhalten, können die Spiegel auch abgenommen werden. Ein entscheidendes Kriterium ist die schnelle und einfache Montage und Demontage der Spiegel. Eine Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine Absorbereinheit für einen Solarkollektor oder eine Solaranlage, wobei die Absorbereinheit zumindest
• ein Erhitzerelement, welches Erhitzerelement zum Führen eines
Wärmeträgermediums ausgebildet ist,
• eine lichtdurchlässige Einfassung, in welcher Einfassung das zumindest eine
Erhitzerelement, vorzugsweise sämtliche Erhitzerelemente, angeordnet ist bzw. sind, sowie
• eine Halterung für die Einfassung umfasst, wobei die Halterung ein Innenrohr und ein von dem Innenrohr radial beabstandetes Außenrohr umfasst, wobei die Einfassung an dem Außenrohr befestigt ist, und wobei eine Vorlaufleitung und/oder ein Rücklaufleitung für das Wärmeträgermedium im Innenrohr geführt ist bzw. sind. Eine Beschädigung der Einfassung durch Hitzeeinwirkung und entsprechende Dehnungsspannungen kann somit vermieden werden, da die Einfassung nicht an dem heißen Teil der Halterung, welcher Teil die heiße Vorlaufleitung beherbergt, sondern an einem vergleichsweise kalten Teil der Halterung angebracht ist, welcher kalte Teil durch das Außenrohr gebildet ist, wobei das Außenrohr durch einen (Vakuum-)Ringspalt von dem Innenrohr getrennt/wärmeisoliert ist. Die Einfassung ist meist aus Glas gefertigt und soll zumindest für einen Spektralbereich der elektromagnetischen Strahlung transparent sein.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Einfassung durch eine Glaskalotte ausgebildet ist. Hierdurch erhält die Einfassung die gewünschten optischen Eigenschaften hinsichtlich der geforderten Lichtdurchlässigkeit und gleichzeitig auch eine gewisse Stabilität und Bruchfestigkeit.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr ein Ringspalt, insbesondere Vakuumringspalt, ausgebildet ist, welcher Ringspalt in ein Aufnahmevolumen der Einfassung mündet, und wobei das Innenrohr an einem dem Aufnahmevolumen zugewandten Ende, vorzugsweise vakuumdicht, verschlossen ist. Hierdurch lässt sich aufgrund der Wärmeisolierung und durch die Vermeidung von Wärmebrücken der Wirkungsgrad der Absorbereinheit erhöhen.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass eine Aufnahme für das Erhitzerelement, insbesondere eine Schweißaufnahme, das Innenrohr an seinem dem Aufnahmevolumen zugewandten Ende, vorzugsweise vakuumdicht, verschließt. Hierdurch lässt sich die Wärmeisolierung noch weiter verbessern; gleichzeitig ermöglich die Aufnahme eine stabile Anordnung der Erhitzerelemente in dem Aufnahmevolumen der Einfassung. Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Ringspalt an einem dem Aufnahmevolumen abgewandten Ende der Halterung, vorzugsweise vakuumdicht, verschlossen ist. Somit ist zwar eine Wärmeleitung von dem heißen Ende des Innenrohrs, welches heiße Ende im Aufnahmevolumen angeordnet sein kann bzw. diesem zugewandt ist, zu dem kalten Ende des Außenrohrs, an welchem kalten Ende die Einfassung angreift bzw. angeordnet ist, möglich; allerdings ist die Distanz zwischen diesen beiden Bereichen durch die erst endseitig angeordnete Verbindung des Innenrohrs mit dem Außenrohr maximal gehalten, sodass - bei Wahl eines entsprechend schlecht wärmeleitfähigen Materials - keine merkliche Erwärmung des der Befestigung der Einfassung dienenden Endes des Außenrohrs stattfinden kann.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Innenrohr an dem dem Aufnahmevolumen abgewandten Ende der Halterung mit dem Außenrohr verschweißt ist. Dadurch ist eine besonders stabile Verbindung von Innen- und Außenrohr gewährleistet, die gleichzeitig die beschriebenen Vorteile einer sicheren Befestigung der Einfassung ermöglicht.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Innenrohr das Außenrohr mit seinem dem Aufnahmevolumen zugewandten Ende überragt. Somit kann das Innenrohr in das Aufnahmevolumen der Einfassung hineinragen, wodurch sich eine stabilere und exponiertere Anordnung des Erhitzerelementes (oder sämtlicher Erhitzerelemente) realisieren lässt. Somit lässt sich der Wirkungsgrad der Absorbereinheit, bzw. einer die Absorbereinheit umfassenden Solaranlage oder eines Solarkollektors, noch weiter verbessern.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Erhitzerelement durch einen Wärmeüberträger ausgebildet ist oder diesen umfasst. Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Erhitzerelement durch einen Durchlauferhitzer mit Rohrwendeln ausgebildet ist oder diesen umfasst. Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Erhitzerelement durch einen Zwei-Phasen- Thermosiphon ausgebildet ist oder diesen umfasst. Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Erhitzerelement durch eine Heatpipe ausgebildet ist oder diese umfasst. Auf diese Weise lässt sich eine besonders effiziente Erhitzung des Wärmeträgermediums erreichen.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Heatpipe einen Druckbehälter, eine kapillaransaugende Schicht oder Auskleidung, ein äußeres Rohr zum Abführen des Wärmeträgermediums aus dem Druckbehälter, wobei das äußere Rohr eine außerhalb des Druckbehälters mündende Auslassöffnung aufweist, sowie ein inneres Rohr zum Zuführen des Wärmeträgermediums in den Druckbehälter umfasst, wobei das innere Rohr einen ersten Auslass, insbesondere einen unteren Auslass, und einen zweiten Auslass, insbesondere einen oberen Auslass, aufweist, wobei erster Auslass und zweiter Auslass innerhalb des Druckbehälters mündenden. Diese vorteilhafte Ausgestaltung der Heatpipe ermöglicht eine besonders effiziente Energie- bzw. Wärmegewinnung durch die Absorbereinheit.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass eine Verteilereinheit mit mehreren, beispielsweise fünf, Aufnahmen vorgesehen ist, in oder an welchen Aufnahmen jeweils eine Heatpipe befestigt ist, wobei die Verteilereinheit eine (fluidische) Verbindung zwischen dem inneren Rohr und dem äußeren Rohr der in oder an den Aufnahmen aufgenommenen Heatpipes einerseits und der Vorlaufleitung und der Rücklaufleitung andererseits herstellt. Auf diese Weise lässt sich einerseits eine besonders stabile und exponierte Lagerung der Erhitzerelemente in dem Aufnahmevolumen des Absorberelementes, und gleichzeitig aber auch eine einfache, dichte und zuverlässige fluidische Verbindung zwischen den Vor- und Rücklaufleitungen und den einzelnen Erhitzerelementen realisieren.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Verteilereinheit die Aufnahme für das Erhitzerelement ausbildet. Somit übernimmt die Verteilereinheit gleichzeitig auch die Funktion des Aufnahmevolumen-seitigen Verschlusses des Innenrohrs.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Absorbereinheit zumindest einen Reflektor umfasst, wobei das zumindest eine Erhitzerelement, vorzugsweise jedes Erhitzerelement, zwischen dem Reflektor und der Einfassung angeordnet ist. Auf diese Weise kann eine möglichst gleichmäßige Erhitzung der Erhitzerelemente im Aufnahmevolumen der Absorbereinheit sichergestellt werden.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Reflektor an der Aufnahme für das Erhitzerelement oder an der Verteilereinheit befestigt ist und sich der Reflektor in Längsrichtung des Erhitzerelementes erstreckt. Hierdurch kann eine stabile und zuverlässige Lagerung des Reflektors und gleichzeitig eine hohe Effizienz der Absorbereinheit erreicht werden.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass das zumindest eine Erhitzerelement, vorzugsweise sämtliche Erhitzerelemente, mit Wärmeleitflügeln verbunden oder einstückig mit diesen ausgebildet ist bzw. sind, um den Anteil der von dem Erhitzerelement aufgenommenen Sonnenstrahlung zu erhöhen. Die Wärmeleitflügel sind vorzugsweise aus einem hochwärmeleitfähigen Material gefertigt und ermöglichen eine noch effizientere Nutzung des in die Einfassung eintretenden Energieflusses. Bevorzugt ist vorgesehen, dass sich die Wärmeleitflügel benachbarter Erhitzerelemente berühren oder miteinander einstückig ausgebildet sind. So lässt sich die Effizienz der Absorbereinheit weiter erhöhen.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Wärmeleitflügel an einer der Einfassung zuweisenden Außenseite Solarzellen aufweisen, vorzugsweise diese Außenseite vollflächig mit Solarzellen bedeckt ist. Auf diese Weise kann, zusätzlich zu der thermischen Energiegewinnung, auch Photovoltaik genutzt werden.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass an der Halterung ein Gegenflansch zum Verschrauben der Absorbereinheit mit einem Halteflansch eines Tragarms des Solarkollektors oder der Solaranlage und/oder Haltebolzen zum Eingreifen in Führungsschlitze eines Tragarms des Solarkollektors oder der Solaranlage und/oder Führungsschlitze zur Aufnahme von Haltebolzen eines Tragarms des Solarkollektors oder der Solaranlage vorgesehen ist/sind. Hierdurch kann eine besonders einfache und zuverlässige Befestigung der Absorbereinheit an dem Tragarm erzielt werden.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass ein (von der Einfassung entfernt gelegener) Leitungsausgang der Vorlaufleitung und/oder der Rücklaufleitung Gewinde zur Befestigung einer oder mehrerer Schiebemuffen aufweist, um die Vorlaufleitung und/oder die Rücklaufleitung abdichtend mit einer Innenverrohrung eines Tragarms des Solarkollektors oder der Solaranlage zu verbinden. Durch die Befestigungsmöglichkeit für Schiebemuffen können diese als Dehnungskompensatoren eingesetzt werden, welche die Wärmedehnungen der Leitungen aus dem Tragarm und/oder des Leitungsausgangs der Vorlaufleitung und/oder der Rücklaufleitung aufnehmen. Hierdurch lässt sich die Dichtheit der Solaranlage oder des Kollektors verbessern, und lassen sich Leckagen bzw. Verluste vermeiden.
Eine Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine Spiegeleinheit für einen Solarkollektor oder eine Solaranlage, wobei die Spiegeleinheit zumindest eine Versteifung mit einem konkaven Versteifungselement umfasst, wobei ein Oberspiegel an einer Innenseite des Versteifungselementes und/oder ein Unterspiegel an einer Außenseite des Versteifungselementes befestigt, insbesondere verklebt, ist bzw. sind, wobei die Spiegeleinheit weiters ein Verschlusselement umfasst, welches Verschlusselement mit dem Versteifungselement verbunden oder einstückig mit diesem ausgebildet ist und eine Verschlussöffnung ausbildet, wobei das Verschlusselement Mittel zur lösbaren Befestigung der Spiegeleinheit an einem Tragarm des Solarkollektors oder der Solaranlage aufweist. Das Verschlusselement ermöglicht dabei eine besonders einfache Montage und Demontage der Spiegeleinheit an dem Tragarm bzw. der Solaranlage/dem Solarkollektor. Gerade in dem die Befestigung an dem Tragarm vermittelnden Teil der Spiegeleinheit ist diese durch das Versteifungselement strukturell verstärkt; dadurch, dass diese Versteifung nur in einem (zentralen) Teilabschnitt der Spiegeleinheit bzw. der Spiegel vorgesehen ist, kann aber wiederum Gewicht eingespart werden. Die Verschlussöffnung ermöglicht darüber hinaus auch die Durchführung anderer Bauteile der Solaranlage/des Solarkollektors, etwa der Absorbereinheit, die bereits vor Anbringung der Spiegeleinheit an dem Tragarm befestigt werden kann. Insbesondere ermöglicht diese Ausgestaltung auch die getrennte Handhabung, insbesondere Montage und Demontage, von Spiegeleinheit und Absorbereinheit.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Versteifung, insbesondere das Versteifungselement, nur abschnittsweise an dem Oberspiegel und/oder dem Unterspiegel anliegt. Somit wird eine strukturelle Verstärkung der Spiegeleinheit nur in dem die Befestigung vermittelnden Bereich vorgesehen, während abseits dieses Bereiches auf entsprechende (sich negativ auf das Gesamtgewicht auswirkende) Verstärkungen verzichtet werden kann. So lässt sich das Gesamtgewicht der Spiegeleinheit stark reduzieren. Vorzugsweise überlappt die Versteifung bzw. das Versteifungselement den Oberspiegel und/oder den Unterspiegel jeweils nur in einem Teilbereich, welcher Teilbereich nicht mehr als 30%, vorzugsweise nicht mehr als 20%, insbesondere weniger als 10%, einer Außenfläche des Oberspiegels und/oder des Unterspiegels ausbildet.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass zwischen Oberspiegel und Unterspiegel eine Füllung, insbesondere eine Ausschäumung, angeordnet ist. Hierdurch kann ein Schutz der Spiegelfläche und eine erhöhte Stabilität der Spiegeleinheit erreicht werden.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Verschlussöffnung, insbesondere das Verschlusselement, mit der Versteifung, insbesondere dem Versteifungselement, verschweißt oder im Druckgussverfahren mit der Versteifung, insbesondere dem Versteifungselement, verbunden ist. Das Versteifungselement kann beispielsweise als Schweißteil oder als (Alu-) Druckgussteil oder als (Kunststoff-) Spritzgussteil ausgebildet sein. So lassen sich Verschlusselement und Versteifungselement besonders zuverlässig und stabil, aber gleichzeitig kostengünstig miteinander verbinden.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Verschlusselement eine, vorzugsweise umlaufende, Führungsausnehmung aufweist, welche Führungsausnehmung zur Aufnahme eines oder mehrerer Bolzen eines Halteflansches des Tragarms ausgebildet ist und einen Anschlag, insbesondere eine Backe, zur Definition einer Anschlagstellung eines Bolzens umfasst, und das Verschlusselement weiters ein Sperrelement, insbesondere einen Verriegelungsbolzen, zum Arretieren des Bolzens in der Anschlagstellung aufweist. Die Spiegeleinheit kann dabei mit einer oberen Begrenzung der Führungsausnehmung, also mit dem Verschlusselement, an bzw. auf den Bolzen des Halteflanschs gelagert sein. Durch diese Ausführungsform lässt sich eine besonders einfache Befestigung, die zeitsparend hergestellt und auch wieder gelöst werden kann, verwirklichen, nämlich mittels Bajonettverschluss.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Verschlusselement Einschuböffnungen aufweist, um ein Einführen der Bolzen in die Führungsausnehmung zu ermöglichen. Durch die Anordnung der Führungsausnehmungen lässt sich auch eine gewünschte Drehstellung definieren, in welcher Drehstellung die Spiegeleinheit mit dem Halteflansch verbunden werden soll. Dies erleichtert die Abstimmung von Spiegeleinheit und Absorbereinheit aufeinander.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Unterspiegel eine der Versteifung zugewandte Rückseite des Oberspiegels nur abschnitts- oder segmentweise bedeckt. Hierdurch lassen sich Kosten einsparen, da die Kosten für das Tiefziehwerkzeug eines Segments um ein Vielfaches geringer sind als im Falle eines Vollspiegels. Des Weiteren kann der Verformungsgrad relativ gering gehalten werden.
Eine Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch einen Solarkollektor oder eine Solaranlage, umfassend zumindest einen Tragarm zur Aufnahme einer Spiegeleinheit und/oder einer Absorbereinheit, wobei der Tragarm zumindest ein Tragrohr, welches Tragrohr mit einem Steher oder einer Nachführeinheit des Solarkollektors oder der Solaranlage verbunden ist, sowie zumindest einen Halteflansch zur lösbaren Befestigung der Spiegeleinheit an dem Tragarm aufweist, wobei der Halteflansch an einer Stirnseite zumindest einen radial abstehenden Haltebolzen aufweist. Auf diese Weise kann ein Bajonettverschluss zwischen Tragarm und Spiegeleinheit hergestellt werden; der oder die Haltebolzen können beim Aufsetzen der Spiegeleinheit auf den Halteflansch in die Führungsausnehmung des Verschlusselementes eingreifen und durch Arretieren zumindest eines Haltebolzens kann die Spiegeleinheit in einer bestimmten Drehstellung am Halteflansch fixiert werden. Nach dem Lösen der Arretierung und nach gegenläufigem Drehen der Spiegeleinheit kann diese wieder von dem Halteflansch abgehoben werden. Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Halteflansch Durchgangslöcher aufweist, um eine Schraubverbindung zwischen Tragarm und einem Gegenflansch der Absorbereinheit zu ermöglichen. Auf diese Weise ist eine sichere Befestigung der Absorbereinheit gewährleistet.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Tragarm zumindest einen Führungsschlitz aufweist, um einen Bajonettverschluss zwischen Tragarm und einer Halterung der Absorbereinheit zu ermöglichen. Dadurch kann eine rasche Montage und Demontage der Absorbereinheit an dem bzw. von dem Tragarm gewährleistet werden.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Stirnseite des Halteflanschs zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollflächig, von einer Dichtung bedeckt ist, wobei die Haltebolzen ein stirnseitiges Dichtelement der Dichtung durchstoßen. Durch diese Dichtung kann das Verschlusselement einer am Halteflansch befestigten Spiegeleinheit vor stirnseitig Wassereintritt und Verschmutzung geschützt werden.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Dichtung einen am stirnseitigen Dichtelement anschließenden und sich radial nach außen erstreckenden Vorsprung aufweist, welcher Vorsprung eine die Haltebolzen untergreifende Dichtlippe ausbildet. So lässt sich ein Wassereintritt über die Einschuböffnungen des Verschlusselementes verhindern.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass eine Spiegeleinheit gemäß einer der beschriebenen Ausführungsformen an dem Tragarm befestigt ist, wobei der Halteflansch in der Verschlussöffnung der Spiegeleinheit aufgenommen ist und der zumindest eine, vorzugsweise sämtliche, Haltebolzen im Verschlusselement der Spiegeleinheit aufgenommen ist bzw. sind. Damit befinden sich die Haltebolzen des Halteflanschs innerhalb der Führungsausnehmung und ermöglichen eine Lagerung der Spiegeleinheit am Tragarm. Darüber hinaus verhindert die Arretierung zumindest eines Bolzens an dem Anschlag der Führungsausnehmung ein Verdrehen der Spiegeleinheit relativ zum Halteflansch, und somit - da die Einschuböffnungen außerhalb der Anschlagposition/Anschlagstellung der Bolzen angeordnet sind - auch ein (unbeabsichtigtes) Lösen der Verbindung zwischen Spiegeleinheit und Halteflansch.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass eine Absorbereinheit gemäß einer der beschriebenen Ausführungsformen an dem Tragarm befestigt ist, wobei der Gegenflansch mit dem Halteflansch verschraubt ist und/oder wobei zumindest einer der Haltebolzen der Absorbereinheit in einen Führungsschlitz des Tragarms eingreift, um einen Bajonettverschluss zwischen Absorbereinheit und Tragarm auszubilden. Somit lässt sich die Absorbereinheit unabhängig von der Spiegeleinheit an dem Tragarm montieren bzw. wieder von diesem abmontieren.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass ein Durchmesser der Verschlussöffnung der Spiegeleinheit so gewählt ist, dass die Absorbereinheit durch die Verschlussöffnung hindurchführbar ist. Dies ermöglicht die Montage und Demontage von Spiegeleinheit und Absorbereinheit in beliebiger Reihenfolge.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass ein Durchmesser der Verschlussöffnung größer als ein Durchmesser der Einfassung, insbesondere der Glaskalotte, gewählt ist. Somit kann die Absorbereinheit ohne das Risiko einer Beschädigung beispielsweise vor dem Befestigen der Spiegeleinheit an dem Tragarm montiert werden; ebenso kann die Spiegeleinheit vor der Absorbereinheit von dem Tragarm abmontiert werden. Insgesamt kann dadurch die Handhabung der erfindungsgemäßen Solaranlage/Solarkollektors vereinfacht bzw. verbessert werden.
Die Spiegel können eine zentrale Versteifung mit einem ringförmigen Schnellverschluss aufweisen, sodass diese rein über eine Verdrehung an einem Halteflansch des Tragarmes montiert und demontiert werden können, wobei der Durchmesser der ringförmigen Verschlussöffnung größer ist als der maximale Durchmesser der Glaskalotte.
Somit können die Spiegel über die Absorbereinheiten ein- und ausgefädelt werden. Sind die Spiegel nach unten gerichtet, so können diese bei einem Eigengewicht von in etwa 25 bis 30 kg leicht von zwei Personen abgenommen oder aufmontiert werden. Aufgrund der Montageunabhängigkeit von Spiegel und Absorbereinheit muss hierbei der Hydraulikkreis nicht geöffnet werden. Der Halteflansch des Tragarms und die zentrale Versteifung (Spiegelversteifung) bilden einen Bajonettverschluss, der nach öffnen eines Verriegelungsbolzens bei einer Verdrehung des Spiegels um einen geringen Winkel geöffnet werden kann. Der Bajonettverschluss ist abgedichtet ausgeführt, wobei eine Dichtung die Zentrierung übernimmt. Weitere Details sind in der Figurenbeschreibung.
Die Absorbereinheiten können am Haltearm befestigt werden. Dies kann durch eine abgedichtete Flanschverbindung mit Durchgangslöchern am Halteflansch geschehen, oder ebenfalls durch einen Bajonettverschluss. Die hydraulische Anbindung kann über zwei Dichtelemente, insbesondere Schiebemuffen, erfolgen, die an den Leitungsausgängen des Absorbers verschraubt werden können. Die Dichtelemente, insbesondere Schiebemuffen, sind im verschraubten Zustand abdichtend und dienen als Dehnungskompensatoren, welche die Wärmedehnungen der Leitungen aus dem Haltearm aufnehmen.
Unabhängig von der eingesetzten Erhitzervariante, ist die Glaskalotte am Außenrohr eines Rohr-in-Rohr Systems, das einen Vakuumringspalt bildet, eingefasst bzw. befestigt, wobei das innere Rohr etwas über das äußere Rohr hinausragen und vakuumdicht mit der Schweißaufnahme des Solarerhitzers verbunden bzw. verschweißt sein kann. Von der Schweißaufnahme können die Vor- und Rücklaufleitungen durch das Innenrohr in den Außenraum geführt sein. An den Leitungsenden sind für die Verschraubung der Schiebemuffen Gewinde vorgesehen. Der Ringspalt zwischen Innen- und Außenrohr kann an den unteren Rohrenden vakuumdicht verschlossen sein. Die Schweißaufnahmen der Solarerhitzer bilden Wärmebrücken nach außen. Nachdem der Wärmefluss über das doppelwandige Rohr mit schlechter Wärmeleitung (beispielsweise Edelstahl) einen weiten Weg bis zur Befestigung, ob nun Bajonettverschluss oder Befestigungsflansch, oder bis zur Glaseinfassung hat, sind diese Bereiche als quasi „kalt“ zu betrachten. Der Wärmefluss ist nur minimal. Eine Schädigung an der Glaseinfassung durch Hitzeeinwirkung und entsprechende Dehnungsspannungen ist auszuschließen.
Die Spiegel sollen möglichst leicht und dennoch steif bzw. formstabil sein. Eine sandwichmäßige Bauweise, bei der zwischen Oberspiegel und Unterspiegel beispielsweise eine Ausschäumung aus Kunststoff vorgesehen ist, ist diesbezüglich vorteilhaft. Ober- und Unterspiegel könnten mit demselben Werkzeug gefertigt werden. Aufgrund des geringen Gewichts, der Bespiegelbarkeit und der Verformungseigenschaft erscheint Aluminium ein geeignetes Material für das Tiefziehen zu sein. Das Plattenmaterial kann schon vor dem Tiefziehen bespiegelt (Oberspiegel) oder eloxiert (Unterspiegel) sein. Die Spiegel könnten aus Segmenten aus Ober- und Unterspiegel zusammengesetzt sein, die überlappend verklebt werden. Hier ergeben sich Vorteile in der Herstellung und hinsichtlich der Werkzeugkosten. Die Spiegelsegmente können an der Spiegelversteifung großflächig verklebt oder auf andere Weise befestigt werden. Die Spiegelversteifung kann ein Schweißteil sein, oder ein Druckgussteil aus Aluminium. An den Spiegelenden können Gummileisten als schützender Abschluss verklebt werden. An diesen Einrandungen können die Spiegel stabil überstapelt werden. Die Spiegel doppelwandig mit Ausschäumung des Zwischenraums zu gestalten hat neben der Versteifung den Vorteil, dass Hagelschäden nur an der Außenseite auftreten können, während die Spiegelfläche unversehrt bleibt. Weitere Details sind in der Figurenbeschreibung (Fig.7, Fig.8). Die Absorbereinheiten können modular gestaltet sein, sodass bei gleichbleibenden Außen- und Anschlussmaßen unterschiedliche Solarerhitzer zum Einsatz kommen können. Für die Erhitzung von Wärmeträgermedien ohne Aggregatzustandsänderung wie z.B. Wasser, Meerwasser, Thermoöl, Dampf, komprimierte Luft etc. können Spiralerhitzer vorgesehen sein. Diese sind sehr druckfest und haben einen hohen Wärmeübergang. Die Fertigung solcher Spiralerhitzer ist sehr einfach. Ablagerungen in den Rohren können durch Spülung mit chemisch reaktiven Flüssigkeiten (Säuren, Basen) einfach entfernt werden. Die Materialauswahl kann dabei auf die Prozessmedien ausgerichtet sein. Dies ermöglicht offene Prozesse, wie dies oftmals in der Lebensmittelindustrie oder auch in Anlagen zur Wasseraufbereitung von Vorteil ist, zu betreiben. Für die Erzeugung von Prozessdampf können Wärmerohre, insbesondere Heatpipes, die das Kondensat über die Kapillarwirkung selbständig ansaugen, zum Einsatz kommen. Mit der Direktverdampfung können Prozesse sehr genau auf die gewünschte Temperatur eingeregelt werden. Die Hauptanwendung wird in der Industrie zu finden sein. Wichtige Anwendungsgebiete werden die solare Stromgewinnung, die Meerwasserentsalzung und die Wasserstoffgewinnung sein. Bei der Wasserstoffgewinnung wird Sattdampf bei 30 bar erzeugt. Ein Teilstrom des erzeugten Dampfes wird in die Elektrolysestation zur Abspaltung von Wasserstoff geleitet, - der restliche Dampf (>90%) wird verstromt. Sowohl die Elektrolysestation als auch die Dampfmaschine können sich optimal an wechselhafte Lastverhältnisse, wie dies in der Solarenergie üblich ist, anpassen. Eine weitere interessante Anwendung ist die Strom- und Wärmegewinnung in Kombination mit fossilen und biogenen Treibstoffen. Details zu den Heatpipes sind in der Figurenbeschreibung.
Es ist auch möglich, Kältemittel als Wärmeträgermedien einzusetzen. Für den Betrieb von Absorptionskälteanlagen kann zum Beispiel die Verdampfung des Kältemittels direkt in den Kollektoren erfolgen. Dies erspart teure Wärmetauscher in den Absorptionsanlagen und führt zu einer besseren Leistung.
Die spezielle Spiegelform schafft die Möglichkeit an den Absorberoberflächen PV-Elemente vorzusehen, da die Einstrahlintensität auf die stromerzeugende Fläche weitgehend konstant ist. Der Solarerhitzer für die Verdampfung ist bereits modular für die Bestückung geeignet. Mit der Verdampfung können die PV-Elemente gleichmäßig auf möglichst niedrige Temperaturen gekühlt werden. Bei Kühltemperaturen unter 85°C kann ein Kältemittel zum Einsatz kommen, da Wasserdampf im unteren Temperaturbereich ein zu hohes spezifisches Volumen hat, um noch durch die Leitungen zu kommen. Der Hydraulikkreis dient hierbei der Kühlung, sofern die Abwärme nicht zusätzlich genutzt wird. Dies ist als Ausnahme zu den Hochtemperatursystemen zu betrachten. Details sind in der Figurenbeschreibung. Automatische Reinigung: In der industriellen Anwendung sind Anlagenblöcke bis zu 1 MW Heizleistung erforderlich. Hier ist es sinnvoll eine automatische Reinigung vorzusehen, da die manuelle Reinigung einen beträchtlichen Kostenfaktor darstellt. Bei Kollektoranlagen mit acht Spiegeleinheiten können sich die Spiegel gegenseitig verschließen und einen geschlossenen Innenraum bilden. Die Reinigung kann, ähnlich dem Prinzip eines Geschirrspülers, über Düsenköpfe erfolgen, die sich um die zentrale Spiegelachse drehen. Die dafür vorgesehenen Leitungen mit den Düsen, hier als Düseneinheit bezeichnet, können spiegelinnenseitig an einem freilaufenden Drehring befestigt sein. Freilaufend bedeutet, dass sich der Drehring mit der Düseneinheit durch die Impulskraft beim Düsenausschub ohne eigenen Antrieb zu drehen beginnt. Ein innerer Ring (Innenring) kann fix mit dem Flansch zum Bajonettverschluss verbunden sein und außenseitig eine Kanalausnehmung aufweisen. Die Zuleitung des Reinigungswassers kann dabei in die Kanalausnehmung erfolgen. Beim Überschieben des (äußeren) Drehrings schließt sich der Kanal. Die axiale Position des Drehringes kann durch Führungsbolzen, die sich in der Kanalwandung abstützen, gesichert werden. Die Führungsbolzen können Bohrungen aufweisen, über welche Bohrungen das Reinigungswasser zu den Düseneinheiten gelangt. Dichtungen zwischen Drehring und Innenring müssen nicht, aber können vorgesehen sein. Eine geringe Leckage (bis zu 10%) ist durchaus zulässig bzw. kann eine solche Leckage vorteilhaft sein. Somit ist ein Spalt zwischen Innenring und Drehring nämlich wassergeschmiert, was einen verringerten Drehwiderstand bewirkt. Um den Spiegel über den Absorber ausfädeln zu können, können die Düseneinheiten abgenommen werden. Daher bietet sich zur Verbindung der Düseneinheiten mit dem Spiegel ein Stecksystem mit einer Stoffbuchsenabdichtung an. Genauere Details sind in der Figurenbeschreibung.
Kurze Beschreibung der Figuren
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand von schematischen Zeichnungen näher beschrieben; die nachfolgende Beschreibung soll den Erfindungsgedanken aber nicht abschließend wiedergeben oder einengen. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine Spiegeleinheit in Explosionsdarstellung,
Fig. 2 die Spiegeleinheit im zusammengebauten Zustand,
Fig. 3a, 3b zwei Varianten einer zentralen Versteifung für die Spiegelbefestigung,
Fig. 4a, 4b einen Bajonettverschluss,
Fig. 5 einen Ausschnitt eines Tragarms mit dem Halteflansch für den Bajonettverschluss,
Fig. 6a, 6b einen Ausschnitt des Tragarms mit einem Anbindungsflansch, Fig. 7 zwei Spiegelvarianten im Zusammenbau mit der Versteifung,
Fig. 8 den segmentweisen Aufbau eines Spiegels,
Fig. 9a, 9b, 9c, 9d vier Absorbereinheiten,
Fig. 10 die Spiegelgeometrie mit den resultierenden Einstrahwinkeln,
Fig. 11 eine Teilansicht einer Absorbereinheit,
Fig. 12a, 12b, 12c den Aufbau einer Heatpipe und den Zusammenbau einer Verdampfereinheit,
Fig. 13a, 13b den Ausbau der Heatpipes mit Wärmeleitflügeln,
Fig. 14 den Aufbau einer Schiebemuffe für die Dehnungskompensation im Schnitt,
Fig. 15 den Verbau der Spiegeleinheiten in einer Kollektoranlage mit zwei Spiegeln,
Fig. 16 die Verpackung einer Absorbereinheit für den Transport,
Fig. 17 eine Kollektoranlage mit abgenommenen Spiegeln,
Fig. 18a, 18b Details des Bajonettverschlusses einer Absorbereinheit,
Fig. 19a, 19b eine Reinigungseinrichtung mit drei fix positionierten Düsenköpfen,
Fig. 20 eine Reinigungseinrichtung mit zwei drehbaren Düsenköpfen, Fig. 21 den Aufbau eines Drehverteilers der Reinigungseinrichtung.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Fig. 1 zeigt die Zusammenbaufolge einer erfindungsgemäßen Spiegeleinheit. Die zentrale Versteifung 1 des Spiegels weist einen Schnellverschluss mit einer ringförmigen Verschlussöffnung 9 auf. Ein Durchmesser der ringförmigen Verschlussöffnung 9 ist etwas größer als ein maximaler Durchmesser einer Absorbereinheit 3. Ein Tragarm umfasst einen Halteflansch 2 mit Bolzenverrieglung, einen Anbindungsflansch 11 , ein Tragrohr 10 und eine Innenverrohrung 8. Der Spiegel bzw. die Versteifung 1 als Teil des Spiegels kann über die Absorbereinheit 3 geführt bzw. ein- und ausgefädelt werden. Der Halteflansch 2 des Tragarms und die Versteifung 1 bilden einen Bajonettverschluss, der nach öffnen eines Verriegelungsbolzens 4 durch Verdrehung des Spiegels bzw. dessen Versteifung 1 um einen geringen Winkel geöffnet werden kann. Der Bajonettverschluss bzw. der Halteflansch 2 ist abgedichtet, wobei eine Dichtung 5 auch die Zentrierung der Versteifung 1 an dem Halteflansch 2 erleichtert. Die Absorbereinheit 3 kann am Halteflansch 2 des Tragarms montiert werden. Die hydraulische Anbindung erfolgt über zwei Schiebemuffen 6 der Innenverrohrung 8, welche Schiebemuffen 6 an Leitungsausgängen 7 der Absorbereinheit 3 verschraubt oder auf andere Weise mit diesen verbunden werden. Die Schiebemuffen 6 sind im verschraubten Zustand abdichtend und dienen gleichzeitig als Dehnungskompensatoren, welche die bei bestimmungsgemäßem Betrieb der Vorrichtung auftretenden Wärmedehnungen der Innenverrohrung 8 und/oder der Leitungsausgänge 7 aufnehmen. Fig. 2 zeigt eine Spiegeleinheit im zusammengebauten Zustand. Die Absorbereinheit 3 ist am Halteflansch 2 des Tragarms befestigt. Der Gegenflansch 12 der Absorbereinheit 3, über welchen Gegenflansch 12 die Absorbereinheit 3 an dem Halteflansch 2 des Tragarms befestigt ist, weist Sacklöcher auf, um Korrosion durch eindringendes Wasser an den Schraub- Verbindungsstellen zu verhindern. Alternativ kann die Absorbereinheit 3 auch mittels eines Bajonettverschlusses mit dem Tragarm bzw. dessen Halteflansch 2 verbunden sein vgl. Fig 18a, 18b. Die Schiebemuffen 6 sind nach vorne, in Richtung der Leitungsausgänge 7, geschoben und mit den Leitungsausgängen 7 verschraubt. Der Spiegel bzw. dessen Versteifung 1 kann nach der Montage der Absorbereinheiten 3 montiert werden. Vorzugsweise werden die Spiegel zum Schluss montiert. Hierbei kann die Kollektoranlage in eine montagefreundliche Position gebracht werden, sodass die Spiegel nach unten gerichtet sind. Die Spiegel mit deren Versteifung 1 über die Absorbereinheiten 3 zu schieben und im Bajonettverschluss zu verriegeln ist eine einfache und schnell getane Arbeit.
Fig. 3a und 3b zeigen zwei Varianten einer zentralen Versteifung 1 für die Spiegel. Bei Variante 1 (Fig. 3a) ist die ringförmige Verschlussöffnung 9 mit der Spiegelversteifung 1 einstückig ausgebildet, insbesondere verschweißt; in anderen Worten: ein die Verschlussöffnung 9 ausbildendes Verschlusselement 9a ist mit einem Versteifungselement 1a der Versteifung 1 einstückig ausgebildet, insbesondere verschweißt. Ein Oberspiegel 14 kann mit der Versteifung 1 verklebt sein, beispielsweise so, dass der Oberspiegel 14 dabei das Verschlusselement 9a kontaktiert und/oder auch mit dem Verschlusselement 9a verbunden, insbesondere verklebt, ist. Variante 2 (Fig. 3b) zeigt eine als Druckgussteil 13 ausgebildete Versteifung 1 , wobei die ringförmige Verschlussöffnung 9, die beispielsweise aus Stahl gefertigt ist, beim Gießen in das Druckgussteil 13 eingelegt und dadurch mit diesem verbunden wird. Am Druckgussteil 13, welches hierbei die Versteifung 1 bzw. das Versteifungselement 1a ausbildet, werden Oberspiegel 14 und Unterspiegel 15 verklebt. Das Versteifungselement 1a bzw. die Versteifung 1 kann auch als Kunststoffteil, insbesondere als Kunststoff-Spritzgussteil, ausgebildet sein. Zwischen Oberspiegel 14 und Unterspiegel 15 ist eine Ausschäumung 16 vorgesehen. Diese Spiegel sind bei hoher Steifigkeit sehr leicht. Die Ausschäumung 16 dient nebenbei als Wärmedämmung. Dies ist ein vorteilhafter Effekt, da es möglich wird, die Kollektoranlagen ohne Frostschutz zu betreiben. Hierzu muss der Wärmeverlust über die Leitungen und über den Absorber 3 minimiert werden. Mit der Lichtbündelung, Vakuumtechnologie und zudem noch isolierten Spiegeln, die sich in der Ruhestellung zusammenschließen, ist es einfach ein Abfrieren zu verhindern. Die Wärmekapazität der Leitungssysteme und des Arbeitsmediums sollte in den meisten Fällen ausreichen, um keine zusätzliche Beheizung vorsehen zu müssen. Sollte die Temperatur dennoch auf einen kritischen Wert absinken, so kann warmes Medium nachgepuffert werden, etwa aus einem externen Speicher, insbesondere 2-Phasen-Speicher. Der Wärmeaufwand hierfür wird jedenfalls minimal sein. Definitiv ist die Möglichkeit geschaffen extremen Niedrigtemperaturen über beliebig lange Zeiträume standzuhalten, selbst in Gebieten, wo unverdünnter Frostschutz abfrieren würde.
Im Allgemeinen kann der Oberspiegel 14 an einer Innenseite 55 des Versteifungselementes 1a und/oder der Unterspiegel 15 an einer Außenseite 56 des (konkaven) Versteifungselementes 1a befestigt, insbesondere verklebt, sein.
Fig. 4a zeigt den Bajonettverschluss in einer Explosionszeichnung; Fig. 4b in einem zusammengesetzten Zustand. Das Verschlusselement 9a bildet einen äußeren Ring des Bajonettverschlusses aus und weist Einschuböffnungen 21 , einen Backen 17 und einen Verriegelungsbolzen 4 auf, wobei der Verriegelungsbolzen 4 aus- und einschraubbar ist. Ist der Spiegel in Arretierstellung, das heißt, der Haltebolzen 18 des Halteflansches 2 ist auf Anschlag zum Backen 17, so wird der Verriegelungsbolzen 4 eingeschraubt. In seinem eingeschraubten Zustand verhindert der Verriegelungsbolzen 4 ein Verdrehen des Verschlusselementes 9a relativ zum Halteflansch 2. Zwischen der ringförmigen Verschlussöffnung 9 und dem Halteflansch 2 ist im Verbundenen Zustand Fig. 4b ein Spalt 19 von in etwa 3,5 mm. Dies ist das doppelte Maß eines Laserschnittes. Somit können beide Bauteile materialsparend bei geringem Verschnitt aus einer Platte ausgeschnitten werden und es bleibt noch ausreichend Material für die mechanische Bearbeitung. Die Haltebolzen 18 werden in stirnseitige Bohrungen im Halteflansch 2 eingepresst oder sind einstückig mit dem Halteflansch 2 ausgebildet. Idealerweise sind die Haltebolzen 18 gehärtet. In der gezeigten Variante hat der Halteflansch 2 vier Durchgangslöcher 22 für die Befestigung der Absorbereinheit 3 bzw. des Gegenflansches 12. Der Halteflansch 2 ist ein Schweißteil des Tragarmes, oder kann einstückig mit diesem ausgebildet sein. Das Verschlusselement 9a hat eine Führungsausnehmung 20 zur Aufnahme der Bolzen 18, welche Führungsausnehmung 20 über Einschuböffnungen 21 für die Bolzen 18 zugänglich ist.
Fig. 5 zeigt einen Ausschnitt des Tragarms mit dem Halteflansch 2, an welchem Halteflansch 2 die Haltebolzen 18 als Teil des Bajonettverschlusses vorgesehen sind. Der Halteflansch 2 weist zumindest stirnseitig eine Dichtung 23 auf, welche Dichtung 23 im zusammengebauten Zustand den Ringspalt 19 zwischen Halteflansch 2 und Verschlusselement 9a der Versteifung 1 ausfüllt. Die Dichtung 23 dient zusätzlich zur Zentrierung des Spiegels bzw. dessen Versteifung 1 an dem Halteflansch 2. Um die Einschuböffnungen 21 des Verschlusselementes 9a abzudecken, weist die Dichtung 23 einen sich radial nach außen erstreckenden Vorsprung auf, um eine Dichtlippe 24 auszubilden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Vorsprung ein halbkreisförmiges Profil auf und untergreift das Verschlusselement 9a in dessen befestigtem Zustand und/oder liegt an diesem an. Die äußere Dichtlippe 24 liegt rückseitig bzw. unterseitig an der Verschlussöffnung 9 bzw. dem Verschlusselement 9a an und verhindert, dass Schmutz und Wasser über die Einschuböffnungen 21 in die Führungsausnehmung 20 des Bajonettverschlusses eindringt.
Fig. 6a und 6b zeigen einen Teil des Tragarms mit dem Anbindungsflansch 11 in zwei Ansichten. Zu sehen ist die Innenverrohrung 8 8 hydraulische Verrohrung, die mit einem Dichtflansch 26 des Tragarmes verbunden, vorzugsweise verschweißt, ist. Um eine Wärmebrücke zu vermeiden, wird eine Aufhängung des Dichtflansches 26 über Isolierbacken 27 an dem Anbindungsflansch 11 montiert. Wenngleich hier nicht eingezeichnet, versteht sich, dass die Innenverrohrung 8 hydraulischen Rohre bestens isoliert oder eingeschäumt sein können. Die Isolierung, die hier an den Rohren 8 in angedeuteter Wiese zu sehen ist, ist unvollständig und nur für den Hochtemperaturbereich in unmittelbarer Rohrnähe vorgesehen. Der Anbindungsflansch dient der Befestigung des Tragarms an einem Steher bzw. an einer Nachführeinheit einer Solar- oder Kollektoranlage; der Dichtflansch 26 dient der Herstellung einer abdichtenden (fluidischen) Verbindung der Verrohrung des Tragarms mit einer Verteilereinheit der Solar- oder Kollektoranlage vgl. Fig. 15.
Fig. 7a und 7b zeigen zwei Spiegelvarianten im Zusammenbau mit der Versteifung 1. Variantel Fig. 7a zeigt die Versteifung 1 mit dem Oberspiegel 14, der selbsttragend an der Versteifung montiert sein kann. Hier kommt die Variante 1 der Versteifung 1 , wie in Fig.3 gezeigt, zum Einsatz. Variante 2 Fig. 7bzeigt einen zusammengebauten Spiegel mit Oberspiegel 14 und Unterspiegel 15, wobei Oberspiegel 14 und Unterspiegel 15 wiederum an dem Versteifungselement 1a befestigt sind. Die Versteifung 1 ist dabei gemäß Variante 2, wie in Fig.3 dargestellt, ausgebildet. Der Unterspiegel 15 muss den Oberspiegel 14 nicht vollflächig bedecken, sondern kann durch mehrere Segmente ausgebildet sein, die nicht den gesamten Spiegelumfang abdecken. Die Versteifung 1 bzw. das Versteifungselement 1a und die Ausschäumung 16 bzw. eine andere Zwischeneinlage kann an den Rändern des Unterspiegels 15 zu sehen sein. Eine durchgehende Abdeckung des Unterspiegels 14 führt natürlich zu der gewünschten Wärmedämmung, wie bereits weiter oben angeführt, und ist daher bevorzugt.
Fig. 8 zeigt einen segmentweisen Aufbau eines Spiegels. Die Segmente von Ober- und Unterspiegel 14, 15 werden überlappend verklebt bzw. gefügt. Dazu kann ein Versteifungselement 1a gemäß Variante 1 oder Variante 2 verwendet werden. Der Vorteil ist, dass die Kosten für das Tiefziehwerkzeug eines Segments um ein Vielfaches geringer sind als für einen Vollspiegel. Des Weiteren ist der Verformungsgrad relativ gering (einmalige Pressung genügt).
Im Allgemeinen ist also eine Ausführungsform bevorzugt, bei der ein Spiegel mit einem Versteifungselement 1a vorgesehen ist, an welchem Versteifungselement 1a entweder nur ein Oberspiegel 14 oder ein Oberspiegel 14 und ein Unterspiegel 15 befestigt, vorzugsweise angeklebt, ist/sind, wobei Oberspiegel 14 und/oder Unterspiegel 15 jeweils nicht als vollflächiger Spiegel, etwa als Paraboloidspiegel, sondern jeweils nur segmentweise ausgebildet sind. Dies unabhängig von anderen Merkmalen, die in der vorliegenden Anmeldung beschrieben sind.
Fig. 9a, 9b, 9c und 9d zeigen vier Absorbereinheiten 3. Diese unterscheiden sich durch die jeweils verwendeten Erhitzersysteme. Die Varianten 1 und 2 haben Durchlauferhitzer mit Rohrwendeln. Die Varianten 3 und 4 haben Heatpipes. Variante 4 zeigt die Möglichkeit der Bestückung mit Solarzellen. Die Rohrwendeln des in Fig. 9b dargestellten Ausführungsbeispiels der Absorbereinheit haben, in Vergleich mit dem in Fig. 9a dargestellten Ausführungsbeispiel, einen größeren Durchmesser, um ein höheres (Dampf-) Volumen führen zu können.
Fig. 10 zeigt die Spiegelgeometrie eines erfindungsgemäßen Spiegels mit den resultierenden Einstrahlwinkeln und Strahlengängen zur spiegelzentriert angeordneten Absorbereinheit 3. Die Unterteilung der gezeigten Einstrahlung ist so gewählt, dass gleich große Normaleinstrahlflächen abgedeckt werden. Daraus resultiert, wie am Beispiel mit den Solarzellen zu ersehen ist, dass die Strahlungsintensität auf die Solarzellen konstant ist. Der Einstrahlwinkel auf die Glasabdeckung ist in allen Bereichen annähernd normal.
Fig. 11 zeigt ein Detail einer erfindungsgemäßen Absorbereinheit 3. Wesentlich ist die doppelwandige Halterung der Glaseinfassung mit einem Vakuumringspalt zwischen Innenrohr 32 und Außenrohr 31. Das Glas 30 die Glaseinfassung der Absorbereinheit 3 hat keine thermische Belastung, da dieses mit dem Außenrohr 31 des Rohr-in-Rohr-Systems verbunden ist. Innenrohr 32 und Außenrohr 31 sind an den Enden, vorzugsweise den von der Glaskalotte 30 abgewandten Enden, verschweißt.
Unabhängig von der eingesetzten Erhitzervariante (siehe Fig. 9a, 9b, 9c, 9d und diesbezügliche Beschreibung) kann die Glaskalotte 30 am Außenrohr 31 des Rohr-in-Rohr- Systems, das einen Vakuumringspalt bildet, eingefasst sein, wobei das innere Rohr 32 etwas über das äußere Rohr 31 hinausragen und vakuumdicht mit einer Schweißaufnahme 25 des Solarerhitzers verbunden bzw. verschweißt sein kann. Von der Schweißaufnahme 25 können die Vor- und Rücklaufleitungen durch das Innenrohr 32 in den Außenraum geführt sein. An den Leitungsenden der Vor- und Rücklaufleitungen, also am Leitungsausgang 7, sind für die Verschraubung der Schiebemuffen 6 Gewinde vorgesehen. Der Ringspalt zwischen Innenrohr 32 und Außenrohr 31 kann an den unteren, von der Glaskalotte 30 abgewandten Rohrenden vakuumdicht verschlossen sein. Die Schweißaufnahmen der Solarerhitzer bilden Wärmebrücken nach außen. Nachdem der Wärmefluss über das doppelwandige Rohr Rohr-in-Rohr-System mit schlechter Wärmeleitung beispielsweise Edelstahl einen weiten Weg bis zur Befestigung oder bis zur Glaseinfassung hat, ob nun Bajonettverschluss oder Befestigungsflansch, sind diese Bereiche als quasi „kalt“ zu betrachten. Der Wärmefluss ist nur minimal. Eine Schädigung an der Glaseinfassung durch Hitzeeinwirkung und entsprechende Dehnungsspannungen ist auszuschließen.
Fig. 12a zeigt den Aufbau einer erfindungsgemäßen Heatpipe, und Fig. 12b und 12c zeigen den Zusammenbau im Erhitzersystem bzw. in der Absorbereinheit 3 Solarerhitzer. Die Heatpipes haben einen Druckbehälter 33, eine kapillarsaugende Auskleidung 37, ein dampfabführendes äußeres Rohr 35 mit einer Auslassöffnung 36 sowie ein inneres Rohr 38 für die Kondensatzufuhr mit einem unteren Auslass 34 und einem oberen Auslass 39. Das innere Rohr 38 und das äußere Rohr 35 sind verschweißt. Die kapillarsaugende Auskleidung 37 hat Böden mit abdichtenden Rohrdurchführungen. Die Heatpipes werden in eine Verteilereinheit 40 mit, beispielsweise fünf, Aufnahmen 40a eingeschoben und verlötet. Um die einfallende Strahlung vollständig aufnehmen bzw. auf eine Rückseite der Heatpipes lenken zu können, kann ein Reflektor 41 vorgesehen sein, welcher Reflektor 41 sich parallel zu einer Längsachse der Heatpipes von der Verteilereinheit 40 erstrecken und in einem von den Heatpipes umgebenen Innenbereich beispielsweise hülsenförmig angeordnet sein kann. Der Reflektor 41 muss dabei aber keinen zylinderförmigen Querschnitt aufweisen; denkbar sind auch beliebige andere Querschnitte, beispielsweise der Querschnitt eines näherungsweisen Pentagons wie in Fig. 12c dargestellt. Die konkrete Form des Kollektors 41 kann in Abhängigkeit der eingesetzten Erhitzerelemente 28 und deren Geometrie so gewählt werden, dass Strahlung, die an den Erhitzerelementen 28 vorbei gehen, auf die Rückseite der Erhitzerelemente 28 umgelenkt werden.
Fig. 13a zeigt den Ausbau der Heatpipes mit Wärmeleitflügeln 42. Um die einfallende Sonneneinstrahlung vollständig aufnehmen zu können, können Wärmeleitflügel 42 vorgesehen sein. Diese können auch mit Solarzellen bestückt werden. Die Wärmeleitflügel 42 können auf die Druckbehälter 33 aufgeschoben oder aufgepresst sein; hierzu können die Wärmeleitflügel 42 jeweils eine Aufnahmeöffnung aufweisen, welche Aufnahmeöffnung auf den Durchmesser der Druckbehälter 33 der Heatpipes abgestimmt ist. Die Aufnahmeöffnungen der Wärmeleitflügel 42 können auch so dimensioniert sein, dass sich ein Presssitz an dem Druckbehälter 33 ergibt, wodurch sich die Druckfestigkeit der Erhitzerelemente 28, insbesondere Heatpipes, weiter verbessern lässt. Die Wärmeleitflügel
42 können so dimensioniert sein, dass die Wärmeleitflügel 42 benachbarter Heatpipes miteinander in Kontakt stehen, wenn die Heatpipes bestimmungsgemäß mit der Verteilereinheit 40 verbunden sind; alternativ können die auf den einzelnen Heatpipes angebrachten Wärmeleitflügel 42 auch einstückig miteinander ausgebildet sein, wie in Fig. 13b dargestellt.
Fig. 14 zeigt eine Schnittdarstellung einer Verbindung zwischen Innenverrohrung 8 des Tragarms und Leitungsausgang 7 der Absorbereinheit 3 mittels der Schiebemuffe 6 für die Dehnungskompensation. Dies ist grundsätzlich ein Stoffbuchsensystem. Für eine Dichthülse
43 der Schiebemuffe 6 wird vorzugsweise ein temperaturfestes Material mit guter Gleiteigenschaft verwendet. Bei Temperaturen unter 250°C kann zum Beispiel Teflon zur Anwendung kommen, - bei höheren Temperarturen keramische Materialien.
Fig. 15 zeigt eine Kollektoranlage mit zwei Spiegeln, wobei im dargestellten Montagezustand nur der linke Tragarm mit einem Spiegel versehen ist und am rechten Tragarm kein Spiegel montiert ist. Für die Montage und Demontage werden die Tragarme so positioniert, dass die Spiegel wie dargestellt nach unten gerichtet sind.
Fig. 16 zeigt die Verpackung einer Absorbereinheit 3 für den Transport. Durch die zweiteilige Ausführung der Verpackung, deren Gehäuse vorzugsweise aus Kunststoff, insbesondere aus Polystyrol, expandiertem Polystyrol und/oder extrudiertem Polystyrol, gefertigt sind, und durch die lösbare Verbindung der beiden Gehäuseteile dieser Verpackung, beispielsweise mittels Klebeband, wird es möglich, die Verpackung wiederzuverwenden.
Fig. 17 zeigt eine Kollektoranlage mit abgenommenen Spiegeln und verpackten Absorbereinheiten 3. Die Verpackung dient als Schutz der Glaskalotten 30 und der Heatpipes. Die Anlage ist zur Aufnahme von vier Spiegeleinheiten ausgebildet und weist zu diesem Zwecke vier Tragarme auf. Wie man sieht, sind Windangriffsflächen, insbesondere bei abgenommenen Spiegeln, stark reduziert. Fig. 18a und 18b zeigen einen Bajonettverschluss, über den der Tragarm mit einer Absorbereinheit 3 verbunden ist. Dies vereinfacht die Montage und Demontage der Absorbereinheit 3. Haltebolzen 44 Bolzen der Absorbereinheit 3 werden dabei in Führungsschlitze 45 des Tragarms eingeführt und durch Verdrehung arretiert. Anschließend wird eine Abdichtung 46, welche Abdichtung 46 bereits an der Absorbereinheit 3 angebracht sein kann, bevor diese mit dem Tragarm verbunden wird, über die Haltebolzen 44 bzw. die Führungsschlitze 45 geschoben. Eine Verdrehsicherung ist nicht vorgesehen, da die hydraulische Anbindung keine Verdrehung zulässt, also die Absorbereinheit 3 nach Herstellen der fluidischen Verbindung zwischen Leitungsausgang 7 und Innenverrohrung 8 ohnehin nicht mehr verdreht werden kann, zumindest nicht in einem solchen Ausmaß, dass ein Herausführen der Haltebolzen 44 aus den Führungsschlitzen 45 möglich wäre. Die Variante mit dem Bajonettverschluss ist kostengünstiger und praktischer als jene Variante, bei der die Absorbereinheit 3 mit dem Halteflansch 2 verschraubt wird (vgl. Fig. 1 und 2). So kann bei der Sorge, dass das Glas 30 der Absorbereinheit 3 zu Bruch kommt, da starke Stürme vorausgesagt sind, die Absorbereinheit 3 nach Öffnen beider Schiebemuffen 6 mit wenigen Handgriffen von einer Person demontiert werden. Hierzu kann ein im Bereich der Schiebemuffen 6 befindlicher Teil des Tragrohrs 10 durch einen abnehmbaren Deckel ausgebildet sein, welcher Deckel vorzugsweise mit einer Dichtung versehen sein kann.
Fig. 19a und 19b zeigt den Verbau einer Reinigungseinrichtung mit einer Düseneinheit 47 mit drei fix positionierten Düsenköpfen. Die Düseneinheit 47 muss vor dem Abmontieren des Spiegels demontiert werden.
Fig. 20 zeigt den Einbau einer anderen Reinigungseinrichtung mit einer Düseneinheit 47 mit zwei drehbaren Düsenköpfen. Die Drehung wird über einen Drehverteiler 49 ermöglicht. Die Düseneinheiten 47 können durch Lockern einer Dichtung, insbesondere einer Stoffbuchsendichtung 48, rasch auf- und abmontiert werden.
Fig. 21 zeigt ein Detail des Drehverteilers 49. Der Drehverteiler 49 hat einen inneren Ring mit einem Kanal 51 und einen äußeren Ring 52. Die Zuleitung 50 einer Reinigungsflüssigkeit erfolgt in den inneren Ring 51. Die Ableitung erfolgt über Stutzen 53 mit einer Bohrung. Die Stutzen 53 sind im Kanal geführt und positionieren somit den äußeren Ring 52 am inneren Ring 51. Eine Dichtung ist nicht erforderlich, da ein passgenauer Sitz genügt. Ein geringes Spaltmaß kann sogar gewünscht sein, da die Drehung leichtgängig sein soll und die Leckage der Reinigungsflüssigkeit als Schmierung dienen kann. Bevorzugt ist eine Spiegeleinheit, bei der die Spiegel eine zentrale Versteifung 1 mit einem ringförmigen Schnellverschluss 9a aufweisen, sodass diese rein über die Verdrehung am Halteflansch 2 des Tragarmes montiert und demontiert werden können.
Bevorzugt ist eine Spiegeleinheit, bei der der Halteflansch 2 eine Dichtung 5 für den Bajonettverschluss aufweist.
Bevorzugt ist eine Spiegeleinheit, bei der der Spiegel aus einem Oberspiegel 14 und einem Unterspiegel 15 besteht oder diese umfasst.
Bevorzugt ist eine Spiegeleinheit, bei der zwischen Oberspiegel 14 und Unterspiegel 15 eine Ausschäumung oder Zwischeneinlage 16 vorgesehen ist.
Bevorzugt ist eine Spiegeleinheit, bei der Oberspiegel 14 und/oder Unterspiegel 15 segmentweise überlappend angeordnet sind.
Bevorzugt ist eine Spiegeleinheit, bei der die Absorbereinheit 3 einen Bajonettverschluss zur Verbindung der Absorbereinheit an dem Tragarm aufweist.
Bevorzugt ist eine Spiegeleinheit, bei der die Absorbereinheit 3 eine doppelwandige Halterung 29 mit einem Außenrohr 31 und einem Innenrohr 32 aufweist.
Bevorzugt ist eine Spiegeleinheit, bei der für die hydraulische Anbindung der Absorbereinheit 3 an die Innenverrohrung 8 des Tragarms Schiebemuffen 6 vorgesehen sind.
Bevorzugt ist eine Spiegeleinheit, bei der die Absorbereinheiten 3 Heatpipes aufweisen, die Heatpipes umfassend einen Druckbehälter 33, eine kapillarsaugende Auskleidung 37, ein dampfabführendes Rohr 35 mit einer Auslassöffnung 36 sowie ein Innenrohr 38 mit einem unteren Auslass 34 und/oder einem oberen Auslass 39.
Bevorzugt ist eine Spiegeleinheit, bei der die Heatpipes in Aufnahmen einer Verteilereinheit 40 aufgenommen, insbesondere eingeschoben und verlötet, sind.
Bevorzugt ist eine Spiegeleinheit, bei der ein Reflektor 41 vorgesehen ist.
Bevorzugt ist eine Spiegeleinheit, bei der Wärmeleitflügel 42 auf die Heatpipes aufgeschoben sind bzw. an diesen befestigt sind. Bevorzugt ist eine Spiegeleinheit, bei der eine Reinigungseinrichtung mit einem Drehverteiler 49 vorgesehen ist, umfassend einen inneren Ring mit einem Kanal 51 , einen äußeren Ring 52, eine Zuleitung 50 sowie Stutzen (oder Bolzen) 53 mit Bohrungen, wobei die Stutzen 53 (oder Bolzen 53) in Leitungsstutzen übergehen, an denen die Düseneinheiten 47 der Reinigungseinrichtung montiert sind.
Bezuqszeichenliste
1 Versteifung
1a Versteifungselement
2 Halteflansch
3 Absorbereinheit
4 Verriegelungsbolzen
5 Dichtung
6 Schiebemuffe
7 Leitungsausgang
8 Innenverrohrung
9 Verschlussöffnung
9a Verschlusselement
10 Tragrohr
11 Anbindungsflansch
12 Gegenflansch
13 Druckgussteil
14 Oberspiegel
15 Unterspiegel
16 Ausschäumung
17 Backe
18 Haltebolzen
19 Ringspalt
20 Führungsausnehmung
21 Einschuböffnungen
22 Durchgangslöcher
23 Dichtung
24 Dichtlippe
25 Schweißaufnahme
26 Dichtflansch Isolierbacken
Erhitzerelement
Halterung
Glas(kalotte)
Außenrohr
Innenrohr
Druckbehälter unterer Auslass äußeres Rohr der Heatpipe
Auslassöffnung
Auskleidung inneres Rohr der Heatpipe oberer Auslass
Verteilereinheit a Aufnahme der Verteilereinheit
Reflektor
Wärmeleitflügel
Dichthülse
Haltebolzen
Führungsschlitze
Abdichtung
Düseneinheit
Stoffbuchsendichtung
Drehverteiler
Zuleitung
Kanal des inneren Rings äußerer Ring
Stutzen
Aufnahmevolumen
Innenseite
Außenseite

Claims

Ansprüche Absorbereinheit (3) für einen Solarkollektor oder eine Solaranlage, wobei die Absorbereinheit (3) zumindest ein Erhitzerelement (28), welches Erhitzerelement (28) zum Führen eines Wärmeträgermediums ausgebildet ist, eine lichtdurchlässige Einfassung, in welcher Einfassung das zumindest eine Erhitzerelement (28), vorzugsweise sämtliche Erhitzerelemente (28), angeordnet ist bzw. sind, sowie eine Halterung (29) für die Einfassung umfasst, wobei die Halterung (29) ein Innenrohr (32) und ein Außenrohr (31 ) umfasst, wobei die Einfassung an dem Außenrohr (31 ) befestigt ist, und wobei eine Vorlaufleitung und/oder ein Rücklaufleitung für das Wärmeträgermedium im Innenrohr (32) geführt ist bzw. sind. Absorbereinheit (3) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Einfassung durch eine Glaskalotte (30) ausgebildet ist. Absorbereinheit (3) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Innenrohr (32) und dem Außenrohr (31) ein Ringspalt, insbesondere Vakuumringspalt, ausgebildet ist, welcher Ringspalt in ein Aufnahmevolumen (54) der Einfassung mündet, und wobei das Innenrohr (32) an einem dem Aufnahmevolumen (54) zugewandten Ende, vorzugsweise vakuumdicht, verschlossen ist. Absorbereinheit (3) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aufnahme, insbesondere eine Schweißaufnahme (25), für das Erhitzerelement (28) das Innenrohr (32) an seinem dem Aufnahmevolumen (54) zugewandten Ende, vorzugsweise vakuumdicht, verschließt. Absobereinheit (3) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringspalt an einem dem Aufnahmevolumen (54) abgewandten Ende der Halterung (29), vorzugsweise vakuumdicht, verschlossen ist. Absorbereinheit (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohr (32) an dem dem Aufnahmevolumen (54) abgewandten Ende der Halterung (29) mit dem Außenrohr (31 ) verschweißt ist. Absorbereinheit (3) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohr (32) das Außenrohr (31) mit seinem dem Aufnahmevolumen (54) zugewandten Ende überragt. Absorbereinheit (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Erhitzerelement (28) durch einen Wärmeübertrager ausgebildet ist oder diese umfasst. Absorbereinheit (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Erhitzerelement (28) durch einen Durchlauferhitzer mit Rohrwendeln ausgebildet ist oder diesen umfasst. Absorbereinheit (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Erhitzerelement (28) durch einen Zwei-Phasen-Thermosiphon ausgebildet ist oder diesen umfasst. Absorbereinheit (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Erhitzerelement (28) durch eine Heatpipe ausgebildet ist oder diese umfasst. Absorbereinheit (3) nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Heatpipe einen Druckbehälter (33), eine kapillaransaugende Schicht oder Auskleidung (37), ein äußeres Rohr (35) zum Abführen des Wärmeträgermediums aus dem Druckbehälter (33), wobei das äußere Rohr (35) eine außerhalb des Druckbehälters (33) mündende Auslassöffnung (36) aufweist, sowie ein inneres Rohr (38) zum Zuführen des Wärmeträgermediums in den Druckbehälter (33) umfasst, wobei das innere Rohr (38) einen ersten Auslass, insbesondere einen unteren Auslass (34), und einen zweiten Auslass, insbesondere einen oberen Auslass (39), aufweist, wobei erster Auslass und zweiter Auslass innerhalb des Druckbehälters (33) mündenden. Absorbereinheit (3) nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verteilereinheit (40) mit mehreren, beispielsweise fünf, Aufnahmen (40a) vorgesehen ist, in oder an welchen Aufnahmen (40a) jeweils eine Heatpipe befestigt ist, wobei die Verteilereinheit (4) eine Verbindung zwischen dem inneren Rohr (38) und dem äußeren Rohr (35) der in oder an den Aufnahmen (40a) aufgenommenen Heatpipes einerseits und der Vorlaufleitung und der Rücklaufleitung andererseits herstellt. Absorbereinheit (3) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilereinheit (40) die Aufnahme für das Erhitzerelement (28) ausbildet. Absorbereinheit (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorbereinheit (3) zumindest einen Reflektor (41 ) umfasst, wobei das zumindest eine Erhitzerelement (28), vorzugsweise jedes Erhitzerelement (28), zwischen dem Reflektor und der Einfassung angeordnet ist. Absorbereinheit (3) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (41) an der Aufnahme für das Erhitzerelement (28) oder an der Verteilereinheit (40) befestigt ist und sich der Reflektor in Längsrichtung des Erhitzerelementes (28) erstreckt. Absorbereinheit (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Erhitzerelement (28), vorzugsweise sämtliche Erhitzerelemente (28), mit Wärmeleitflügeln (42) verbunden oder einstückig mit diesen ausgebildet ist bzw. sind, um den Anteil der von dem Erhitzerelement (28) aufgenommenen Sonnenstrahlung zu erhöhen. Absorbereinheit (3) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Wärmeleitflügel (42) benachbarter Erhitzerelemente (28) berühren oder miteinander einstückig ausgebildet sind. Absorbereinheit (3) nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitflügel (42) an einer der Einfassung zuweisenden Außenseite Solarzellen aufweisen, vorzugsweise diese Außenseite vollflächig mit Solarzellen bedeckt ist. Absorbereinheit (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass an der Halterung (29) ein Gegenflansch (12) zum Verschrauben der Absorbereinheit (3) mit einem Halteflansch (2) eines Tragarms des Solarkollektors oder der Solaranlage und/oder Haltebolzen (44) zum Eingreifen in Führungsschlitze (45) eines Tragarms des Solarkollektors oder der Solaranlage und/oder Führungsschlitze zur Aufnahme von Haltebolzen eines Tragarms des Solarkollektors oder der Solaranlage vorgesehen sind. Absorbereinheit (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein Leitungsausgang (7) der Vorlaufleitung und/oder der Rücklaufleitung Gewinde zur Befestigung einer oder mehrerer Schiebemuffen (6) aufweist, um die Vorlaufleitung und/oder die Rücklaufleitung abdichtend mit einer Innenverrohrung (8) eines Tragarms des Solarkollektors oder der Solaranlage zu verbinden. Spiegeleinheit für einen Solarkollektor oder eine Solaranlage, wobei die Spiegeleinheit zumindest eine Versteifung (1 ) mit einem konkaven Versteifungselement (1a) umfasst, wobei ein Oberspiegel (14) an einer Innenseite (55) des Versteifungselementes (1a) und/oder ein Unterspiegel (15) an einer Außenseite (56) des Versteifungselementes (1a) befestigt, insbesondere verklebt, ist bzw. sind, wobei die Spiegeleinheit weiters ein Verschlusselement (9a) umfasst, welches Verschlusselement (9a) mit dem TI
Versteifungselement (1a) verbunden oder einstückig mit diesem ausgebildet ist und eine Verschlussöffnung (9) ausbildet, wobei das Verschlusselement (9a) Mittel zur lösbaren Befestigung der Spiegeleinheit an einem Tragarm des Solarkollektors oder der Solaranlage aufweist. Spiegeleinheit nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifung (1 ), insbesondere das Versteifungselement (1a), nur abschnittsweise an dem Oberspiegel (14) und/oder dem Unterspiegel (15) anliegt. Spiegeleinheit nach einem der Ansprüche 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Oberspiegel (14) und Unterspiegel (15) eine Füllung, insbesondere eine Ausschäumung (16), angeordnet ist. Spiegeleinheit nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussöffnung (9), insbesondere das Verschlusselement (9a), mit der Versteifung (1 ), insbesondere dem Versteifungselement (1a), verschweißt oder im Druckgussverfahren mit der Versteifung (1 ), insbesondere dem Versteifungselement (1a), verbunden ist. Spiegeleinheit nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement (9a) eine, vorzugsweise umlaufende, Führungsausnehmung (20) aufweist, welche Führungsausnehmung (20) zur Aufnahme eines oder mehrerer Bolzen (18) eines Halteflansches (2) des Tragarms ausgebildet ist und einen Anschlag, insbesondere eine Backe (17), zur Definition einer Anschlagstellung eines Bolzens (18) umfasst, und das Verschlusselement (9a) weiters ein Sperrelement, insbesondere einen Verriegelungsbolzen (4), zum Arretieren des Bolzens (18) in der Anschlagstellung aufweist. Spiegeleinheit nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das
Verschlusselement (9a) Einschuböffnungen (21) aufweist, um ein Einführen der Bolzen (18) in die Führungsausnehmung (20) zu ermöglichen. Spiegeleinheit nach einem der Ansprüche 22 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterspiegel (15) eine der Versteifung (1 ) zugewandte Rückseite des Oberspiegels (14) nur abschnitts- oder segmentsweise bedeckt. Solarkollektor oder Solaranlage, umfassend zumindest einen Tragarm zur Aufnahme einer Spiegeleinheit und/oder einer Absorbereinheit (3), wobei der Tragarm zumindest ein Tragrohr (10), welches Tragrohr (10) mit einem Steher oder einer Nachführeinheit des Solarkollektors oder der Solaranlage verbunden ist, sowie zumindest einen Halteflansch (2) zur lösbaren Befestigung der Spiegeleinheit an dem Tragarm aufweist, wobei der Halteflansch (2) an einer Stirnseite zumindest einen radial abstehenden Haltebolzen (18) aufweist. Solarkollektor oder Solaranlage nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Halteflansch (2) Durchgangslöcher (22) aufweist, um eine Schraubverbindung zwischen Tragarm und einem Gegenflansch (12) der Absorbereinheit (3) zu ermöglichen. Solarkollektor oder Solaranlage nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragarm zumindest einen Führungsschlitz (45) aufweist, um einen Bajonettverschluss zwischen Tragarm und einer Halterung (29) der Absorbereinheit (3) zu ermöglichen. Solarkollektor oder Solaranlage nach einem der Ansprüche 29 bis 31 , dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseite des Halteflanschs (2) zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollflächig, von einer Dichtung (5) bedeckt ist, wobei die Haltebolzen (18) ein stirnseitiges Dichtelement (23) der Dichtung (5) durchstoßen. Solarkollektor oder Solaranlage nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (5) einen am stirnseitigen Dichtelement (23) anschließenden und sich radial nach außen erstreckenden Vorsprung aufweist, welcher Vorsprung eine die Haltebolzen (18) untergreifende Dichtlippe (24) ausbildet. Solarkollektor oder Solaranlage nach einem der Ansprüche 29 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spiegeleinheit nach einem der Ansprüche 22 bis 28 an dem Tragarm befestigt ist, wobei der Halteflansch (2) in der Verschlussöffnung (9) der Spiegeleinheit aufgenommen ist und der zumindest eine, vorzugsweise sämtliche, Haltebolzen (18) im Verschlusselement (9a) der Spiegeleinheit aufgenommen ist bzw. sind. Solarkollektor oder Solaranlage nach einem der Ansprüche 29 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass eine Absorbereinheit (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 21 an dem Tragarm befestigt ist, wobei der Gegenflansch (12) mit dem Halteflansch (2) verschraubt ist und/oder wobei zumindest einer der Haltebolzen (44) der Absorbereinheit (3) in einen Führungsschlitz (45) des Tragarms eingreift, um einen Bajonettverschluss zwischen Absorbereinheit (3) und Tragarm auszubilden. Solarkollektor oder Solaranlage nach einem der Ansprüche 29 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchmesser der Verschlussöffnung (9) der Spiegeleinheit so gewählt ist, dass die Absorbereinheit (3) durch die Verschlussöffnung (9) hindurchführbar ist. Solarkollektor oder Solaranlage nach einem der Ansprüche 29 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchmesser der Verschlussöffnung (9) größer als ein Durchmesser der Einfassung, insbesondere der Glaskalotte (30) gewählt ist.
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