WO2003056255A1 - Sonnenkollektor und verfahren zur thermischen solarenergiegewinnung - Google Patents

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WO2003056255A1
WO2003056255A1 PCT/EP2002/014374 EP0214374W WO03056255A1 WO 2003056255 A1 WO2003056255 A1 WO 2003056255A1 EP 0214374 W EP0214374 W EP 0214374W WO 03056255 A1 WO03056255 A1 WO 03056255A1
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solar collector
hemispherical
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heat transfer
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Jan Prahl
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Selck, Stefanie
Prahl, Gregor
Prahl, Jan-Hendrik
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/44—Heat exchange systems

Definitions

  • the invention relates to a solar collector, in particular for warm water and warm air heating, wherein in every constellation of the sun to the solar collector there is an optimized energy generation from solar heat and sunlight, and with the solar collector, the channel carrying the heat transfer fluid, both an inlet and a Return for the heat transfer fluid is assigned, is arranged in a housing, the side and end walls and the bottom of which are preferably made of a heat-insulating material and the cover of a transparent material that allows solar radiation, the channel carrying the heat transfer fluid being the radiation energy of the sun absorber with active coating converting the heat energy into the surface, which has the most complete possible absorption of solar radiation, and also a method for thermal solar energy production.
  • the radiation energy is absorbed by an absorber, which has a coating, and supplied to a heat transfer fluid which is conducted through a channel and which conducts the radiation energy converted into heat, for example, into a memory.
  • solar collectors are used, which are essentially designed as flat collectors or tube collectors, the tube collectors having a somewhat higher average efficiency than the flat collectors.
  • the solar collectors are designed as flat collectors or as tube collectors, it is based on the fact that optimized energy generation from solar heat and sunlight only is reachable at an angle of incidence of 90 °, this adjustment optimization of 90 ° taking into account the adjustment to the cardinal direction, the position of the sun and the sun path angle of the sun's path on the horizon can only be achieved to a limited extent with the known solar collectors, since the angle of attack is always - only one - average optimization which does not take into account the height of the sun from sunrise to sunset in both summer and winter and the sun path angle in an optimized manner.
  • the invention has for its object to provide a solar collector for thermal solar energy generation according to the preamble of claim 1, by creating the prerequisites for the solar collector that, while minimizing costs, an optimal energy generation is made possible by the over the whole Radiation sum available from the year, resulting from solar energy, can be used at any time of the year regardless of the position of the sun and the angle of the sun's orbit on the horizon and thus the height of the sun from sunrise to sunset.
  • the channel carrying the heat transfer fluid is hemispherical on its side which is made of a transparent cover which allows the solar radiation to pass through, and an absorption layer on its outer surface which is facing the transparent cover has.
  • a single-ball design or an egg-shaped geometry is also possible.
  • the hemispherical component of the channel carrying the heat transfer fluid and having an absorption layer on its outer surface should have a thermal conductivity ⁇ that is equal to or greater than 220 W / (K m).
  • the hemispherical component therefore advantageously has a black chromium plating, tinox or black nickel crystal coating or others, in order to ensure that the heat radiation strikes a high heat-conductive radiation surface, so that the physical heat absorption capacity of the high conductivity of the respective collector material to be arranged is thereby achieved is further optimized.
  • the heat radiation from the sun is opposed to a 90 ° irradiation position which, based on an incident of the heat radiation in a wavelength range ⁇ of essentially 0.3 to approximately 3 ⁇ m, on a high heat-conductive radiation surface at ⁇ is equal to or greater than 220 W / K m, is optimized to below 90 °, the heat radiation optimized at 90 ° being quickly passed on to the heat transfer fluid over a large area within the solar collector due to the high thermal conductivity of the radiation surface.
  • the channel carrying the heat transfer fluid consists of at least one hemispherical, similar component with an absorption layer on its outer surface, which are combined to form a collector module. If at least two hemispherical components of the same type, which have an absorption layer on their outer surface, are combined to form a collector module, these can be arranged in series, but also in series and parallel to one another with respect to the flow through the heat transfer fluid within the collector module. If the similar components are arranged in series and parallel to each other, there is again the possibility of arranging them side by side or also offset from one another.
  • the diameter of the hemispherical components of each collector module should be the same. Of course, this does not exclude that the diameter of these components can also vary from collector module to collector module.
  • the surface ratio, circle to hemispherical surface, is 1: 2. It is important that the collector area is larger than the normal correction area due to the hemisphere shape.
  • the hemispherical components of each collector module which have an absorption layer on their outer surface, are connected to one another by the heat transfer fluid from the inlet to the return, and at the same time stiffening the hemispherical components.
  • These flow pockets not only create a connection and thus stiffening from a hemispherical component to the next one, in the case of components arranged in series with one another, but also to the respective adjacent components in the case of hemispherical components arranged parallel to one another, and form an enlarged area. Due to its space-dividing positioning, the exposure for diffuse solar radiation is significantly improved.
  • the hemispherical components In order to increase the heat transfer within the hemispherical components, which have an absorption layer on their outer surface, according to a further feature, the hemispherical components have in their bottom on the upward-facing side a swirling effect of the heat transfer fluid, preferably in the manner of a flow - wave is formed and brings the heat transfer fluid into a turbulent flow and physically optimizes the heat transfer.
  • each of the hemispherical components which have an absorption layer on their outer surface, have a centrally arranged, protruding into the hemispherical component and serving as a deep heater Dorn has, through which additional heat is added to the heat transfer fluid.
  • the cover which consists of a transparent material that transmits solar radiation, consists of two glass panes arranged at a distance from one another, of which the outer glass pane consists of safety glass. This not only creates the prerequisites for damage and contamination of the hemispherical components with their absorption layer by external influences to be avoided and good thermal insulation to be achieved and thus to influence the increase in the efficiency of the solar collector.
  • the hemispherical components which have an absorption layer on their outer surface, and the formations provided in the bottom of the hemispherical components, in the manner of a flow wave, have a flexion layer or a brightly colored color, so that the heat losses are reduced.
  • solar silicon granulate surfaces can also be applied to the outer surface of the hemispherical components, which leads, for example, to an increase in the effective surface area of the hemispherical components.
  • a support layer is applied between the solar silicon granulate surfaces and the outer surface of the hemispherical components and covered with silicon granulate.
  • the inside of the hemispherical component is insulated with a heat-conducting lacquer, so that solar heat and PV voltage are generated in the same hemisphere support element.
  • the invention relates to a method for thermal solar energy production, in which, in every constellation of the sun to form a solar collector, an optimized energy production from solar heat and sunlight takes place, with which the conditions are created that, while minimizing costs, an optimal energy production is also made possible by using the total radiation available from the solar energy throughout the year at any time of the year regardless of the position of the sun and the angle of the sun's orbit on the horizon and thus the height of the sun from sunrise to sunset.
  • the heat radiation from the sun is opposed to a 90 ° irradiation position, which, based on an incident of the heat radiation in a wavelength range ⁇ of essentially 0.3 to approximately 3 ⁇ m, is the same on a high heat-conductive radiation surface at ⁇ or greater than 220 W / K m, is optimized to below 90 °, the heat radiation optimized at 90 ° being quickly passed on to the heat transfer fluid within the solar collector due to the high thermal conductivity of the irradiation surface.
  • the advantages achieved with the solar collector according to the invention are the following, the following being assumed:
  • the average insolation solar energy in Central Europe is 950 - 1200 KWh / m 2 , with a clear sky about 1000 W / m 2 , the proportion of diffuse radiation about 10%, with a hazy sky about 50%.
  • the maximum use of photovoltaics is about 140 W / m 2 .
  • the minimum thermal use of solar energy according to ITW is approx. 600 W / m 2 .
  • the thermal use of solar energy is 4.3 times higher than the use of photovoltaics.
  • the solar collector reaches 2250 KWh / m 2 a (based on 1 m 2 roof area), which corresponds to 16 times the solar energy use compared to PV / m 2 . This corresponds to a performance improvement of 320%.
  • the design of the solar collector as a hemisphere collector brings decisive advantages in the area of use:
  • the hemisphere collector is independent of the position of the sun and roof pitch in its optimized angle of incidence (90 °) and has a larger tolerance angle with respect to the south orientation ( ⁇ 15 ° ⁇ ).
  • the hemisphere collector alone has about 70% more absorber area than roof area consumption due to its constructive hemisphere structure.
  • the heat transfer area is equal to the absorber area. Compared to heat transfer in copper pipes, the construction achieves a heat transfer surface that enables approx. 160% better heat utilization.
  • the absorber surface is designed as a heat transfer surface, it enables a large heat transfer to the heat transfer medium.
  • the minimum flow cross section 0.6 cm 2 is a tube geometry with a high flow rate and therefore a lower heat transfer.
  • the paths and processes for the heat transfer medium are designed so that the heat transfers with a maximum flow cross section of 28 cm 2 are designed like a labyrinth with a minimized flow velocity.
  • This minimized flow rate is 100% turbulent and therefore physically particularly suitable for heat transfer.
  • the hemisphere collector is made of 100% plastic with a low thermal conductivity apart from the large-area absorber, there are no unwanted cooling bridges.
  • Fig. 1a, 1b, 1c essential constellations of the sun to a schematically illustrated hemispherical solar collector
  • Fig. 2 is a plan view of a solar panel consisting of collector modules and
  • FIG. 3 shows the section AB of a collector module of the solar collector according to FIG. 2nd Detailed description of the invention and best way to carry out the invention
  • a hemispherical solar collector 1 is arranged in an east-west orientation with respect to the horizon 2, so that regardless of the constellation of the sun 3 relative to the hemispherical solar collector 1 of the sun 3, an irradiation position of 90 ° is made possible in all planes , It also follows from this figure that this is ensured regardless of whether the sun 3 runs a sun orbit ⁇ according to the time of day or a sun orbit ⁇ 2 according to the season. But you can also see the position of the sun 3 at its east rise 4 and west sunset 5, as well as at its maximum height, which corresponds to the south direction 6.
  • the hemispherical solar collector 1 is also arranged in an east-west orientation with respect to the horizon 2. And takes place on the basis that both the East-West Sunrise 4 on the sub-path 5 the sun 3 a sun orientation of 1 15%, is available for the sun 3 is a ß Sonnenwegwinkel of 150 ° is available.
  • the hemispherical solar collector 1 is arranged at an angle of attack ⁇ with respect to a horizon 7 running in the north-south direction, at which the sun orientation is ⁇ 30 °.
  • the sun 3 both at its east rise 4 and at its highest point in the southern direction 6, enables the solar collector 1, which is designed in the form of a sphere, to have an irradiation position of 90 ° in each plane.
  • each collector module 9, 10, 11, 13, 14 corresponds to the width of commercially available solar collectors, so that compatibility with existing systems is possible.
  • each collector module 9, 10, 11, 13, 14 consists of a housing 113, the side and end walls 27, 15 and the bottom 16 of which consist of a heat-insulating material. All collector modules can be combined into one unit.
  • Each housing 113 is assigned both an inlet 17 and a return 18 for the heat transfer fluid 19, which is guided within the housing 113 through a channel 20 (FIG. 3).
  • the channel 20 consists of hemispherical components 22 of the same type which have an absorption layer 21 on their outer surface and which are connected to one another by flow pockets 23.
  • the channel 20 is formed by three similarly arranged components 22 arranged in series with one another, hemispherical and having an absorption layer 21, which are arranged in series with one another, in the collector modules 10, 11 and 14 the channel 20 is in each case Eight or twenty-four hemispherical components 22 of the same type having an absorption layer 21 are formed. Four or more of these similar components 22, which are connected to one another by the flow pockets 23, are arranged in series with one another.
  • one or twenty-four hemispherical components 22 of the same type having an absorption layer 21 and forming the channel 20 are arranged in the collector modules 10, 11 and 14, there are four or five to eight identical components 22 arranged in series with one another also arranged parallel to one another, wherein a connection also takes place through the flow pockets 23, which at the same time lead to stiffening of the similar components 22.
  • the collector module 14 for example, three hemispherical components 22 consisting of eight rows of components 32 with vertical flow pockets 23 are created.
  • In education of the channel 20 by three components 22 of the same type have an overall smaller effective diameter than when the channel 20 is formed by a component 22 of the same type or having an absorption layer 21.
  • the collector module 11 Compared to the collector module 10 and 14 in which the components 22 of hemispherical design are offset are arranged to one another, in the collector module 11 two hemispherical components 22, each having an absorption layer and arranged parallel to each other, are each arranged in a plane, arranged side by side, which leads to better utilization of the volume of the housing 11. This arrangement and utilization of the volume of the housing takes special account of the diffuse solar radiation and optimizes the use of space.
  • the channel 20 carrying the heat transfer fluid 19, which is formed by four hemispherical components 22 of the same type, which have an absorption layer 21 on their outer surface and which are connected to one another via the flow pockets 23, can be seen in its entire configuration.
  • Both the inlet 17 assigned to the channel 20 and the return 18 are guided through the side walls of the housing 113, which also delimits the collector module 9.
  • the cover 24 of the housing 113 consists of two glass panes 25, 26 arranged at a distance from one another, of which the glass pane 25 consists of safety glass.
  • each hemispherical component 22 of the same type which have an absorption layer 21, have in their base 28 a swirling arrangement 29 which causes the heat transfer fluid 19 to swirl, which is designed in the manner of a flow wave, and the heat transfer fluid 19 into a turbulent flow and thus improves heat transfer.
  • each hemispherical component is of the same type 22 with a centrally arranged mandrel 30 serving as a deep warmer, which projects into the hemispherical components 22. This mandrel 30 increases the transfer of solar heat to the heat transfer fluid 19, which in turn leads to an increase in the efficiency of the solar collector 8.

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Abstract

Der Sonnenkollektor insbesondere zur Warmwasser- und Warmluftaufheizung, wobei in jeder Konstellation der Sonne zu dem Sonnenkollektor (8) eine optimierte Energiegewinnung aus Sonnenwärme und Sonnenlicht erfolgt und bei dem der das Wärmeübertragungsfluid (19) führende Kanal (20), dem sowohl ein Zulauf (17) als auch ein Rücklauf (18) für das Wärmeübertragungsfluid (19) zugeordnet ist, in einem Gehäuse (113) angeordnet ist, dessen Seiten- und Stirnwände (27, 15) sowie dessen Boden (16) vorzugsweise aus einem wärmedämmenden Material und dessen Abdeckung (24) aus einem transparenten, die Sonnenstrahlung durchlassenden Material bestehen, wobei dem das Wärmeübertragungsfluid (19) führenden Kanal (20) ein die Strahlungsenergie der Sonne in Wärmeenergie umwandelnder, die Sonnenstrahlung möglichst vollständig absorbierende Oberfläche aufweisender Absordber zurgeorgnet ist. Besteht darin, dass der das Wärmeübertragungsfluid (19) führende Kanal (20) auf seiner der aus einer transparenten, die Sonnenstrahlung durchlassenden Material bestehenden Abdeckung (24) zugerichteten Seite halbkugelförmig ausgebildet ist und an seiner äusseren, der transparenten Abdeckung (24) zugerichteten Oberfläche eine Absorptionsschicht (21) besitzt.

Description

Sonnenkollektor und Verfahren zur thermischen Solarenergiegewinnung
Anwendungsgebiet
Die Erfindung betrifft einen Sonnenkollektor, insbesondere zur Warmwasser- und Warmluftaufheizung, wobei in jeder Konstellation der Sonne zu dem Sonnenkollektor eine optimierte Energiegewinnung aus Sonnenwärme und Sonnenlicht erfolgt, und wobei bei dem Sonnenkollektor, der das Warmeubertragungsfluid führende Kanal, dem sowohl ein Zulauf als auch ein Rücklauf für das Warmeubertragungsfluid zugeordnet ist, in einem Gehäuse angeordnet ist, dessen Seiten- und Stirnwände sowie dessen Boden vorzugsweise aus einem wärmedämmenden Material und dessen Abdeckung aus einem transparenten, die Sonnenstrahlung durchlassenden Material bestehen, wobei dem das Warmeubertragungsfluid führenden Kanal ein die Strahlungsenergie der Sonne in Wärmeenergie umwandelnder, die Sonnenstrahlung möglichst vollständig absorbierende Oberfläche aufweisender Absorber mit aktiver Beschichtung zugeordnet ist, sowie ferner ein Verfahren zur thermischen Solarenergiegewinnung.
Stand der Technik
Zur Einsparung von Energieressourcen gewinnt die Sonnenenergie stetig zunehmend an Bedeutung, wobei für die Nutzung der Sonnenenergie durch Sonnenkollektoren die über das gesamte Jahr zur Verfügung stehende Strahlungssumme ein bestimmender Gesichtspunkt ist, obwohl, wie beispielsweise aus der Veröffentlichung „ Grundlagen thermischer Solarenergienutzung", Universität Stuttgart, Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik, Prof. Dr.-Ing. E. Hahne, hervorgeht, 75 % der eingestrahlten Energiemenge auf die Monate April bis September und somit nur 25 % auf die Monate Oktober bis März entfallen. Dabei hängt die Strahlungssumme auf die Fläche eines Sonnenkollektors von der Ausrichtung der Fläche, also dem Anstellwinkel gegen die Horizontale und die Himmelsrichtung, ab. Wird ein Anstellwinkel von 30° gewählt, so ergibt sich bei einer nach Süden orientierten Fläche des Sonnenkollektors eine maximale Strahlungssumme. Beträgt der Anstellwinkel der Fläche des Sonnenkollektors mit Süd-Ost- oder Süd-West-Orientierung 40°, erfolgt also eine Abweichung des Anstellwinkels um 10°, so wird in dieser Veröffentlichung davon ausgegangen, dass die Minderung der Globalstrahlung im Jahresmittel bereits bei 5 % liegt.
Zur Nutzung der Sonnenenergie und somit zur Umwandlung von Strahlungsenergie der Sonne in Wärmeenergie wird die Strahlungsenergie durch einen Absorber, der eine Beschichtung aufweist, absorbiert und einem durch einen Kanal geleitetes Warmeubertragungsfluid zugeführt, das die in Wärme umgeformte Strahlungsenergie beispielsweise in einen Speicher leitet. Zur Umwandlung von Strahlungsenergie in Wärmeenergie kommen Sonnenkollektoren zur Anwendung, die im Wesentlichen als Flachkollektoren oder Röhrenkollektoren ausgebildet sind, wobei die Röhrenkollektoren einen etwas größeren durchschnittlichen Wirkungsgrad als die Flachkollektoren aufweisen. Dabei ist es allgemein bekannt, Flachkollektoren im Wesentlichen so auszubilden, dass mit dem das Warmeubertragungsfluid führenden Kanal ein die Strahlungsenergie der Sonne in Wärmeenergie umwandelnder, die Sonnenstrahlung möglichst vollständig absorbierende Oberfläche aufweisender Absorber in Wirkverbindung steht, der gemeinsam mit dem Kanal in einem Gehäuse, das aus einem wärmedämmenden Material bestehen kann, angeordnet ist, das sowohl einen Zulauf als auch einen Rücklauf für das Warmeubertragungsfluid besitzt und mit einer aus einem transparenten, die Sonnenstrahlung durchlassenden Material bestehenden Abdeckung versehen ist.
Unabhängig davon, ob nun die Sonnenkollektoren als Flachkollektoren oder als Röhrenkollektoren ausgebildet sind, ist ausgehend davon, dass eine optimierte Energiegewinnung aus Sonnenwärme und Sonnenlicht nur unter einem Einstrahlungswinkel von 90° erreichbar ist, diese Anpassungsoptimierung von 90° unter Berücksichtigung der Anpassung an die Himmelsrichtung, an den Sonnenstand und an den Sonnenwegwinkel der Sonnenbahn am Horizont mit den bekannten Sonnenkollektoren nur bedingt erreichbar, da der AnstellwinkeL stets - nur eine- Durchschnittsoptimierung ist, die die Sonnenstandshöhe vom Sonnenaufgang bis zum Sonnenuntergang sowohl im Sommer als auch im Winter und den Sonnenwegwinkel nicht optimiert berücksichtigt.
Aufgabe. Lösung. Vorteil
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sonnenkollektor zur thermischen Solarenergiegewinnung entsprechend dem Oberbegriff von Anspruch 1 zu schaffen, indem durch den Sonnenkollektor die Voraussetzungen dafür zu schaffen ist, dass bei gleichzeitiger Minimierung der Kosten auch eine optimale Energiegewinnung ermöglicht wird, indem die über das ganze Jahr zur Verfügung stehende, aus der Sonnenenergie resultierende Strahlungssumme zu jeder Jahreszeit unabhängig vom Sonnenstand und vom Sonnenwinkel der Sonnenbahn am Horizont und damit der Sonnenstandshöhe vom Sonnenaufgang bis zum Sonnenuntergang genutzt werden kann.
Erfindungsgemäß wird dies durch einen Sonnenkollektor gemäß der eingangs beschriebenen Art realisiert, bei dem der das Warmeubertragungsfluid führende Kanal auf seiner der aus einer transparenten, die Sonnenstrahlung durchlassenden Material bestehenden Abdeckung zugerichteten Seite halbkugelförmig ausgebildet ist und an seiner äußeren, der transparenten Abdeckung zugerichteten Oberfläche eine Absorptionsschicht besitzt. Auch eine einkugelige Ausführung oder eine eiförmige Gometrie ist möglich. Dabei sollte die halbkugelförmig ausgebildete, an ihrer äußeren Oberfläche eine Absorptionsschicht besitzende Komponente des das Wärme- trägerfluid führenden Kanals einen Wärmeleitwert λ besitzen, der gleich oder größer 220 W/(K m) ist. Vorteilhaft besitzt daher die halbkugelförmig ausgebildete Komponente, um ein Auftreffen der Wärmestrahlung auf eine hohe wärmeleitfähige Einstrahlungsfläche zu gewährleisten, eine Schwarzverchromung, Tinox- oder Schwarz-Nickelkristall-Beschichtung oder andere, so dass hierdurch die physikalische Wärmeaufnahmefähigkeit der hohen Leitfähigkeit des jeweils zur Anordnung kommenden Kollektormaterials weiter optimiert wird.
Besonders vorteilhaft ist dabei, dass der Wärmestrahlung der Sonne eine 90°-Einstrahlungsposition gegenübersteht, die ausgehend von einem Auf- treffen der Wärmestrahlung in einem Wellenlängenbereich λ von im Wesentlichen 0,3 bis etwa 3 μm auf eine hohe wärmeleitfähige Einstrahlungsfläche bei λ gleich oder größer als 220 W/K m, auf unter 90° optimiert wird, wobei die unter 90° optimierte Wärmestrahlung durch die hohe Wärmeleitfähigkeit der Einstrahlungsfläche schnell auf das Warmeubertragungsfluid großflächig innerhalb des Sonnenkollektors weitergeleitet wird.
In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Sonnenkollektors besteht der das Warmeubertragungsfluid führende Kanal aus mindestens einer halbkugelförmig ausgebildeten, an ihrer äußeren Oberfläche eine Absorptionsschicht besitzenden, gleichartigen Komponenten, die zu einem Kollektormodul zusammengefasst sind. Sind mindestens zwei halbkugelförmig ausgebildete, an ihrer äußeren Oberfläche eine Absorptionsschicht besitzende, gleichartige Komponenten zu einem Kollektormodul zusammengefasst, so können diese in Reihe, aber auch in Reihe und parallel zueinander hinsichtlich der Durchströmung durch das Warmeubertragungsfluid innerhalb des Kollektormoduls angeordnet sein. Sind die gleichartigen Komponenten in Reihe und parallel zueinander angeordnet, so besteht wieder die Möglichkeit, diese nebeneinander oder aber auch versetzt zueinander anzuordnen.
Der Durchmesser der halbkugelförmig ausgebildeten, an ihrer äußeren Oberfläche eine Absorptionsschicht besitzenden Komponenten eines jeden Kollektormoduls sollte gleich sein. Das schließt selbstverständlich nicht aus, dass der Durchmesser dieser Komponenten von Kollektormodul zu Kollektormodul auch unterschiedlich sein kann. Das Oberflächenverhältnis, Kreis zur Halbkugelfläche, beträgt 1 :2. Es ist wichtig, dass die Kollektorfläche durch die Halbkugelform größer wird als die normal übliche Korrekturfläche.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die halbkugelförmig ausgebildeten, an ihrer äußeren Oberfläche eine Absorptionsschicht besitzenden Komponenten eines jeden Kollektormoduls durch das Warmeubertragungsfluid vom Zulauf zum Rücklauf führende, gleichzeitig eine Versteifung der halbkugelförmigen Komponenten vornehmende Strömungstaschen untereinander verbunden. Diese Strömungstaschen stellen nicht nur eine Verbindung und damit Versteifung von einer halbkugelförmigen Komponente zur nachfolgenden, bei in Reihe zueinander angeordneten Komponenten her, sondern auch zu den jeweils nebenliegenden Komponenten bei parallel zueinander angeordneten halbkugelförmigen Komponenten und bilden eine Flächenvergrößerung. Durch ihre raumteilende Positionierung wird die Aufnahme für eine diffuse Sonneneinstrahlung deutlich verbessert.
Um die Wärmeübertragung innerhalb der halbkugelförmig ausgebildeten, an ihrer äußeren Oberfläche eine Absorptionsschicht besitzenden Komponenten zu erhöhen, besitzen gemäß einem weiteren Merkmal die halbkugelförmig ausgebildeten Komponenten in ihrem Boden auf der nach oben zugerichteten Seite eine Verwirbelung des Wärmeübertragungsfluids herbeiführende Ausformung, die vorzugsweise nach Art einer Strömungs- welle ausgebildet ist und das Warmeubertragungsfluid in eine turbulente Strömung bringt und den Wärmeübergang physikalisch optimiert.
Eine weitere Erhöhung der Übertragung der Sonnenwärme auf das Warmeubertragungsfluid und damit eine Erhöhung des Wirkungsgrades des Sonnenkollektors wird dadurch erreicht, indem weiterhin jede der halbkugelförmig ausgebildeten, an ihrer äußeren Oberfläche eine Absorptionsschicht besitzenden Komponenten einen zentrisch angeordneten, in die halbkugelförmige Komponente hineinragenden, als Tiefenwärmer dienenden Dorn besitzt, durch den konzentriert zusätzlich dem Warmeubertragungsfluid Wärme zugeführt wird.
Zweckmäßigerweise besteht bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Sonnenkollektor die aus einem transparenten, die Sonnenstrahlung durchlassenden Material bestehende Abdeckung aus zwei mit Abstand zueinander angeordnete Glasscheiben, von denen die äußere Glasscheibe aus Sicherheitsglas besteht. Dadurch sind nicht nur die Voraussetzungen dafür geschaffen, dass eine Beschädigung und Verschmutzung der halbkugelförmigen Komponenten mit ihrer Absorptionsschicht durch äußere Einwirkung vermieden wird und eine gute thermische Isolation erreicht wird und somit Einfluss auf die Erhöhung des Wirkungsgrades des Sonnenkollektors genommen wird.
Zwecks weiterer Verbesserung des Wirkungsgrades des erfindungsgemäß ausgebildeten Sonnenkollektors besitzen die halbkugelförmig ausgebildeten, an ihrer äußeren Oberfläche eine Absorptionsschicht besitzenden Komponenten an ihrer inneren Oberfläche sowie die im Boden der halbkugelförmig ausgebildeten Komponenten vorgesehenen Ausformungen nach Art einer Strömungswelle eine Flexionsschicht oder eine flexierend helle Farbe, so dass die Wärmeverluste reduziert werden. Schließlich können in der Solarzellentechnik auf die äußere Oberfläche der halbkugelförmig ausgebildeten Komponenten auch Solar- Siliciumgranulat-Flächen aufgebracht werden, was beispielsweise zu einer Vergrößerung der wirksamen Oberfläche der halbkugelförmig ausgebildeten Komponenten führt. Dabei ist zwischen den Solar-Siliciumgranulat- Flächen und der äußeren Oberfläche der halbkugelförmig ausgebildeten Komponenten eine Trägerschicht aufgebracht und mit Siliciumgranulat abgedeckt. Die Innenseite der halbkugelförmig ausgebildeten Komponente ist mit einem wärmeleitenden Lack isoliert, so dass im gleichen Halbkugel-Trägerelement Solarwärme und PV-Spannung entstehen.
Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur thermischen Solarenergiegewinnung, bei dem in jeder Konstellation der Sonne zu einem Sonnenkollektor eine optimierte Energiegewinnung aus Sonnenwärme und Sonnenlicht erfolgt, mit dem die Voraussetzungen dafür geschaffen werden, dass bei gleichzeitiger Minimierung der Kosten auch eine optimale Energiegewinnung ermöglicht wird, indem die über das ganze Jahr zur Verfügung stehende, aus der Sonnenenergie resultierende Strahlungssumme zu jeder Jahreszeit unabhängig vom Sonnenstand und vom Sonnenwinkel der Sonnenbahn am Horizont und damit der Sonnenstandshöhe vom Sonnenaufgang bis zum Sonnenuntergang genutzt werden kann. Dies wird durch das erfindungsgemäße Verfahren erreicht, bei dem der Wärmestrahlung der Sonne eine 90°-Einstrahlungsposition gegenübersteht, die ausgehend von einem Auftreffen der Wärmestrahlung in einem Wellenlängenbereich λ von im wesentlichen 0,3 bis etwa 3 μm auf eine hohe wärmeleitfähige Einstrahlungsfläche bei λ gleich oder größer als 220 W/K m, auf unter 90° optimiert wird, wobei die unter 90° optimierte Wärmestrahlung durch die hohe Wärmeleitfähigkeit der Einstrahlungsfläche schnell auf das Warmeubertragungsfluid innerhalb des Sonnenkollektors weitergeleitet wird. Die mit dem erfinduπgsgemäßen Sonnenkollektor erzielten Vorteile sind Folgende, wobei von Folgendem ausgegangen wird:
- Die durchschnittliche Einstrahlungs-Sonnenenergie beträgt in Mitteleuropa 950 - 1200 KWh/m2, bei klarem Himmel etwa 1000 W/m2, der Anteil an diffuser Strahlung ca. 10 %, bei dunstigem Himmel ca. 50 %.
- Die maximale Nutzung der Photovoltaik beträgt etwa 140 W/m2. Die mindest-thermische Solarenergienutzung nach ITW beträgt ca. 600 W/m2.
Die thermische Sonnenenergienutzung liegt somit 4,3 mal höher als die Nutzung der Photovoltaik.
Diesen Vorteil gilt es umzusetzen, wenn ein Projekt der 100.000 Dächer einen volkswirtschaftlichen Nutzen haben soll. Geht die thermische Nutzung heute von mindestens 525 KWh/m2a (auf 1 m2 Dachfläche bezogen) aus, so gilt es, diesen Vorsprung kostengünstig weiter auszubauen. Leistung ist Watt/Zeit (w/t), Kollektorleistung ist die Wärmemenge der Einstrahlungsnutzung pro Zeit, in einer unbegrenzten Sonneneinstrahlungs-Quantität.
- Der Sonnenkollektor erreicht nach ersten Hochrechnungen und Grundlagenversuchen 2250 KWh/m2a (auf 1 m2 Dachfläche bezogen), das entspricht der 16fachen Sonnenenergienutzung gegenüber der PV/m2. Dies entspricht einer Leistungsverbesserung von 320 %.
Die Ausgestaltung des Sonnenkollektors als Halbkugelkollektor bringt im Nutzungsbereich entscheidene Vorteile: Der Halbkugelkollektor ist in seinem optimierten Einstrahlungswinkel (90°) unabhängig von Sonnenstand und Dachneigung und hat einen größeren Toleranzwinkel gegenüber der Südausrichtung (~ 15° ±).
- Eine Einstrahlungsverbesserung konnte bisher rechnerisch in der Relation zum diffusen Strahlungsanteil gerechnet werden. Gegenüber dem Flachkollektor ergaben sich im Durchschnitt ca 150 % Verbesserung.
- Es besteht die Möglichkeit, durch die diffuse Einstrahlungsverbesserung eine wirtschaftliche Kollektorleistung weiter nach Norden zu verschieben.
- Der Halbkugelkollektor hat allein durch seinen konstruktiven Halbkugelaufbau etwa 70 % mehr Absorberfläche als Dachflächenverbrauch.
- 100.000 m2 Dachfläche sind 170.000 m2 Absorberfläche. Legt man hier die Mindest-Thermokollektorleistung zugrunde, so erreicht man statt 52.500.000 KWh/m2a eine Nutzung von 89.250.000 KWh/m2a bei gleicher Dachfläche. Dies ist eine Mehrleistung und Mehrnutzung von 36.750.000 KWh/m2a, das entspricht + 70 %.
- Die Wärmeübergangsfläche ist gleich der Absorberfläche. Im Vergleich zu einem Wärmeübergang in Kupferrohren erreicht die Konstruktion so eine Wärmeübergangsfläche, die ca. 160 % verbesserte Wärmenutzung ermöglicht.
- Da die Absorberfläche als Wärmeübergangsfläche gestaltet ist, ermöglicht sie eine große Wärmeübertragung auf das Wärmeträgermedium.
- Von der in Rohren bekannten laminaren Strömung zur turbulenten Flächenströmung wird ein weiterer, etwa bei 30 % liegender deutlich ver- besserter Wärmeübergang erreicht. Der Strömungsquerschnitt im Halbkugelkollektor wechselt in einem breiten Bereich und begünstigt so die turbulente Strömung.
- Der minimale Strömungsquerschnitt 0,6 cm2 ist eine Rohrgeometrie mit hoher Strömungsgeschwindigkeit und dadurch einem geringeren Wärmeübergang. Die Wege und Abläufe für das Wärmeträgermedium sind so gestaltet, dass die Wärmeübergänge mit 28 cm2 maximalem Strömungsquerschnitt labyrinthartig ausgestaltet sind mit einer minimierten Strömungsgeschwindigkeit.
Diese minimierte Strömungsgeschwindigkeit ist 100 % turbulent und so für die Wärmeübertragung physikalisch besonders geeignet.
- Der Halbkugelkollektor ist bis auf den Großflächenabsorber 100 % aus Kunststoffen mit einem geringen Wärmeleitwert gefügt, es gibt keine ungewollten Abkühlungsbrücken.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1a, 1b, 1c wesentliche Konstellationen der Sonne zu einem schematisch dargestellten halbkugelförmig ausgebildeten Sonnenkollektor;
Fig. 2 eine Draufsicht auf einen aus Kollektormodulen bestehenden Sonnenkollektor und
Fig. 3 den Schnitt A-B eines Kollektormoduls des Sonnenkollektors nach Fig. 2. Detaillierte Beschreibung der Erfindung und bester Weg zur Ausführung der Erfindung
Gemäß Fig. 1a ist ein halbkugelförmig ausgebildeter Sonnenkollektor 1 in Ost-West-Ausrichtung bezogen auf den Horizont 2 angeordnet, so dass unabhängig von der Konstellation der Sonne 3 zum halbkugelförmig ausgebildeten Sonnenkollektor 1 der Sonne 3 in allen Ebenen eine Einstrahlungsposition von 90° ermöglicht wird. Dabei geht aus dieser Fig. weiterhin hervor, dass das unabhängig davon gewährleistet wird, ob die Sonne 3 eine Sonnenbahn ωι nach Tageszeit oder eine Sonnenbahn ω2 nach Jahreszeit durchläuft. Ersichtlich ist aber auch der Stand der Sonne 3 bei ihrem Ost-Aufgang 4 und West-Untergang 5 sowie bei ihrem Höchststand, der der Himmelsrichtung Süd 6 entspricht.
In der Fig. 1 b ist der halbkugelförmig ausgebildete Sonnenkollektor 1 ebenfalls in Ost-West-Ausrichtung bezogen auf den Horizont 2 angeordnet. Ausgehend davon, dass sowohl auf den Ost-Aufgang 4 als auch auf den West-Untergang 5 der Sonne 3 eine Sonnenausrichtung von 1 15 % erfolgt, steht für die Sonne 3 ein Sonnenwegwinkel ß von 150° zur Verfügung.
Nach Fig. 1c ist der halbkugelförmig ausgebildete Sonnenkollektor 1 bezogen auf einen in Nord-Süd-Richtung verlaufenden Horizont 7 unter einem Anstellwinkel α angeordnet, bei dem die Sonnenausrichtung ± 30° beträgt. Auch hier ist ersichtlich, dass die Sonne 3 sowohl bei ihrem Ost- Aufgang 4 als auch bei ihrem Höchststand in der Himmelsrichtung Süd 6 der halbkugelförmig ausgebildete Sonnenkollektor 1 in jeder Ebene eine Einstrahlungsposition von 90° ermöglicht.
Die Fig. 2 zeigt einen Sonnenkollektor 8, der aus mehreren Kollektormodulen 9, 10, 11 , 13, 14 zusammengesetzt ist. Dabei entspricht die Breite 12 eines jeden Kollektormoduls 9, 10, 11 , 13, 14 der Breite von handelsüblichen Sonnenkollektoren, so dass eine Kompatibilität mit bestehenden Systemen möglich ist.
Wie in Verbindung mit Fig. 3 ersichtlich ist, besteht jedes Kollektormodul 9, 10, 11 , 13, 14 aus einem Gehäuse 113, dessen Seiten- und Stirnwände 27, 15 sowie dessen Boden 16 aus einem wärmedämmenden Material bestehen. Alle Kollektormodule können zu einer Baueinheit zusammen- gefasst sein. Jedem Gehäuse 113 ist sowohl ein Zulauf 17 als auch ein Rücklauf 18 für das Warmeubertragungsfluid 19 zugeordnet, das innerhalb des Gehäuses 113 durch einen Kanal 20 geführt ist (Fig. 3). Dabei besteht der Kanal 20 aus halbkugelförmig ausgebildeten, an ihrer äußeren Oberfläche eine Absorptionsschicht 21 besitzenden, gleichartigen Komponenten 22, die durch Strömungstaschen 23 untereinander verbunden sind. Während in dem Kollektormodul 9 der Kanal 20 durch drei in Reihe zueinander angeordnete, halbkugelförmig ausgebildete, eine Absorptionsschicht 21 besitzende, gleichartige Komponenten 22 gebildet ist, die in Reihe zueinander angeordnet sind, ist in den Kollektormodulen 10, 11 und 14 der Kanal 20 durch jeweils acht beziehungsweise vierundzwanzig halbkugelförmig ausgebildete, eine Absorptionsschicht 21 besitzende, gleichartige Komponenten 22 gebildet. Dabei sind jeweils vier oder mehr dieser gleichartigen durch die Strömungstaschen 23 miteinander verbundenen Komponenten 22 in Reihe zueinander angeordnet. Ausgehend davon, dass jeweils eine bzw. vierundzwanzig halbkugelförmig ausgebildete, eine Absorptionsschicht 21 besitzende, gleichartige Komponenten 22 den Kanal 20 bildend in den Kollektormodulen 10, 11 und 14 angeordnet sind, sind jeweils vier beziehungsweise fünf bis acht in Reihe zueinander angeordnete, gleichartige Komponenten 22 auch parallel zueinander angeordnet, wobei ebenfalls eine Verbindung durch die Strömungstaschen 23 erfolgt, die gleichzeitig zu einer Versteifung der gleichartigen Komponenten 22 führen. In dem Kollektormodul 14 sind beispielsweise drei halbkugelförmige Komponenten 22 aus acht Halbkugeln bestehende Komponentenreihen 32 mit vertikalen Strömungstaschen 23 angelegt. Bei der Bildung des Kanals 20 durch drei gleichartige Komponenten 22 besitzen diese insgesamt einen kleineren wirksamen Durchmesser als bei der Bildung des Kanals 20 durch ein bzw. eine gleichartige, eine Absorptionsschicht 21 besitzende Komponente 22. Gegenüber dem Kollektormodul 10 und 14 in dem die halbkugelförmig ausgebildeten Komponenten 22 versetzt zueinander angeordnet sind, sind in dem Kollektormodul 11 jeweils zwei halbkugelförmig ausgebildete, eine Absorptionsschicht besitzende Komponenten 22 bei ihrer parallel zueinander vorgesehenen Anordnung jeweils in einer Ebene liegend, nebeneinander angeordnet, was zu einer besseren Ausnutzung des Volumens des Gehäuses 1 13 führt. Durch diese Anordnung und Ausnutzung des Volumens des Gehäuses wird die diffuse Sonneneinstrahlung besonders berücksichtigt und die Flächennutzung optimiert.
Aus Fig. 3 ist der das Warmeubertragungsfluid 19 führende Kanal 20, der durch vier halbkugelförmig ausgebildete, an ihrer äußeren Oberfläche eine Absorptionsschicht 21 besitzende, gleichartige Komponenten 22, die über die Strömungstaschen 23 miteinander verbunden sind, gebildet ist, in seiner gesamten Ausbildung ersichtlich. Dabei ist sowohl der den Kanal 20 zugeordnete Zulauf 17 als auch der Rücklauf 18 durch die Seitenwände des Gehäuses 113, das auch das Kollektormodul 9 begrenzt, hindurchgeführt. Die Abdeckung 24 des Gehäuses 113 besteht aus zwei mit Abstand zueinander angeordneten Glasscheiben 25, 26, von denen die Glasscheibe 25 aus Sicherheitsglas besteht.
Wie aus der Fig. 3 weiterhin ersichtlich ist, besitzen die halbkugelförmig ausgebildeten, eine Absorptionsschicht 21 besitzenden, gleichartigen Komponenten 22 in ihrem Boden 28 eine eine Verwirbelung des Wärme- übertragungsfluids 19 herbeiführende Ausformung 29, die nach Art einer Strömungswelle ausgebildet ist und das Warmeubertragungsfluid 19 in eine turbulente Strömung bringt und so die Wärmeübergänge verbessert. Weiterhin ist jede halbkugelförmig ausgebildete, gleichartige Komponente 22 mit einem zentrisch angeordneten, als Tiefenwärmer dienenden Dorn 30 versehen, der in die halbkugelförmig ausgebildeten Komponenten 22 hineinragt. Durch diesen Dorn 30 wird die Übertragung der Sonnenwärme auf das Warmeubertragungsfluid 19 erhöht, was wiederum zu einer Erhöhung des Wirkungsgrades des Sonnenkollektors 8 führt. Indem sowohl die halbkugelförmig ausgebildeten, an ihrer äußeren Oberfläche eine Absorptionsschicht 21 besitzenden Komponenten 22 an ihrer inneren Oberfläche sowie die im Boden 28 der halbkugelförmig ausgebildeten, gleichartigen Komponenten 22 vorgesehenen Ausformungen 29 nach Art einer Strömungswelle eine Flexionsschicht 31 besitzen, wird eine unerwünschte Wärmeaufnahme verhindert, so dass hierdurch die Wärmeverluste reduziert werden.

Claims

A n s p r ü c h e
1. Sonnenkollektor, insbesondere zur Warmwasser- und Warmluft- aufheizung, wobei in jeder Konstellation der Sonne zu dem Sonnenkollektor (8) eine optimierte Energiegewinnung aus Sonnenwärme und Sonnenlicht erfolgt und bei dem der das Warmeubertragungsfluid (19) führende Kanal (20), dem sowohl ein Zulauf (17) als auch ein Rücklauf (18) für das Warmeubertragungsfluid (19) zugeordnet ist, in einem Gehäuse (113) angeordnet ist, dessen Seiten- und Stirnwände (27, 15) sowie dessen Boden (16) vorzugsweise aus einem wärmedämmenden Material und dessen Abdeckung (24) aus einem transparenten, die Sonnenstrahlung durchlassenden Material bestehen, wobei dem das Warmeubertragungsfluid (19) führenden Kanal (20) ein die Strahlungsenergie der Sonne in Wärmeenergie umwandelnder, die Sonnenstrahlung möglichst vollständig absorbierende Oberfläche aufweisender Absorber zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der das Warmeubertragungsfluid (19) führende Kanal (20) auf seiner der aus einer transparenten, die Sonnenstrahlung durchlassenden Material bestehenden Abdeckung (24) zugerichteten Seite halbkugelförmig ausgebildet ist und an seiner äußeren, der transparenten Abdeckung (24) zugerichteten Oberfläche eine Absorptionsschicht (21) besitzt.
2. Sonnenkollektor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmestrahlung der Sonne (4) innerhalb des Sonnenkollektors (8) in allen Ebenen eine 90°-Einstrahlungsposition gegenübersteht, die ausgehend von einem Auftreffen der Wärmestrahlung in einem Wellenlängenbereich (λ) von im Wesentlichen 0,3 bis etwa 3 μm auf eine hohe wärmeleitfähige Einstrahlungsfläche, bei λ gleich oder größer als 220 W/(K m), auf unter 90° optimiert ist, wobei die unter 90° optimierte Wärmeeinstrahlung durch die hohe Wärmeleitfähigkeit der Einstrahlungsfläche schnell auf das Warmeubertragungsfluid (19) innerhalb des Sonnenkollektors (8) weitergeleitet wird.
3. Sonnenkollektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die halbkugelförmig ausgebildete, an ihrer äußeren Oberfläche eine Absorptionsschicht (21) besitzende Komponente (22) des das Warmeubertragungsfluid (19) führenden Kanals (20) einen Wärmeleitwert (λ) besitzt, der gleich oder größer 220 W/(K m) ist.
4. Sonnenkollektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die halbkugelförmig ausgebildete, an ihrer äußeren Oberfläche eine Absorptionsschicht (21) besitzende Komponente (22) eine Schwarzverchromung, eine Tinox-Beschichtung, ein Schwarz- Nickelkristall-Beschichtung oder andere besitzt.
5. Sonnenkollektor nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass der das Warmeubertragungsfluid (19) führende Kanal (20) aus mindestens zwei halbkugelförmig ausgebildeten, an ihrer äußeren Oberfläche eine Absorptionsschicht (21) besitzenden, gleichartigen Komponenten (22) besteht, die zu einem Kollektormodul (9, 10, 11 , 14) zusammengefasst sind.
6. Sonnenkollektor nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Warmeubertragungsfluid (19) führende Kanal (20) einkugelig ausgeführt ist und auf der äußeren Oberfläche eine Absorbti- onsschicht (21) trägt.
7. Sonnenkollektor nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass der das Wärmeübertragungsfluoid (19) führende Kanal (20) eine eiförmige Geometrie aufweist und auf der äußeren Oberfläche eine Absorptionsschicht (21 ) trägt.
8. Sonnenkollektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei mindestens zwei halbkugelförmig ausgebildeten, an ihrer äußeren Oberfläche eine Absorptionsschicht (21) besitzenden, zu einem Kollektormodul (9, 10, 14) zusammengefassten gleichartigen Komponenten (22) diese in Reihe und/ oder parallel zueinander angeordnet sind.
9. Sonnenkollektor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die halbkugelförmig ausgebildeten, an ihrer äußeren Oberfläche eine Absorptionsschicht (21) besitzenden Komponenten (22) eines jeden Kollektormoduls (22) den gleichen Durchmesser besitzen.
10. Sonnenkollektor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der halbkugelförmig ausgebildeten, an ihrer äußeren Oberfläche eine Absorptionsschicht (21) besitzenden Komponenten (22) von Kollektormodul (9) zu Kollektormodul (10) unterschiedlich ist.
11. Sonnenkollektor nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die halbkugelförmig ausgebildeten, an ihrer äußeren Oberfläche eine Absorptionsschicht (21 ) besitzenden Komponenten (22) eines jeden Kollektormoduls (9, 10, 14) durch das Warmeubertragungsfluid (19) vom Zulauf (17) zum Rücklauf (18) führende, gleichzeitig eine Versteifung der halbkugelförmigen Komponenten (22) vornehmende Strömungstaschen (23) untereinander verbunden sind.
12. Sonnenkollektor nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die halbkugelförmig ausgebildeten, an ihrer äußeren Oberfläche eine Absorptionsschicht (21) besitzenden Komponenten (22) in ihrem Boden (28) auf der nach oben zugerichteten Seite eine eine Verwirbelung des Wärmeübertragungsfluids (19) herbeiführende Ausformung (29), vorzugsweise nach Art einer Strömungswelle, besitzen.
13. Sonnenkollektor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass jede der halbkugelförmig ausgebildeten, an ihrer äußeren Oberfläche eine Absorptionsschicht (21) besitzenden Komponenten (22) einen zentrisch angeordneten, in die halbkugelförmigen Komponenten (22) hineinragenden, als Tiefenwärmer dienenden Dorn (30) besitzt.
14. Sonnenkollektor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die aus einem transparenten, die Sonnenstrahlung durchlassenden Material bestehende Abdeckung (24) aus zwei mit Abstand zueinander angeordneten Glasscheiben (25, 26) besteht, von denen die äußere Glasscheibe (25) aus Sicherheitsglas besteht.
15. Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die halbkugelförmig ausgebildeten, an ihrer äußeren Oberfläche eine Absorptionsschicht (21 ) besitzenden Komponenten (22) an ihrer inneren Oberfläche sowie die im Boden (28) der halbkugelförmig ausgebildeten Komponenten (22) vorgesehenen Ausformungen (29) nach Art einer Strömungswelle eine Flexionsschicht oder eine helle Farbe (31) besitzen.
16. Sonnenkollektor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass auf die äußere Oberfläche der halbkugelförmig ausgebildeten
Komponenten (22) Solar-Siliciumgranulat aufgebracht ist.
17. Sonnenkollektor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass auf die äußere Oberfläche der halbkugelförmig ausgebildeten Komponenten (22) ein Solar-Siliciumgranulat in eine Verbindungsschicht aufgesprüht ist.
18. Sonnenkollektor nach Anspruch 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonnenseite der Komponente (22) auf ihrer Innenseite mit einer wärmedurchlässigen Schicht isoliert ist.
19. Sonnenkollektor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (12) der Kollektormodule (9, 10, 14) der Breite von handelsüblichen Sonnenkollektoren entspricht, so dass eine Kompatibilität mit bestehenden Systemen möglich ist.
20. Verfahren zur thermischen Solarenergiegewinnung unter Verwendung eines Sonnenkollektors gemäß der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmestrahlung der Sonne (4) innerhalb des Sonnenkollektors (8) in allen Ebenen eine 90°-Einstrahlungsposition gegenübersteht, die ausgehend von einem Auftreffen der Wärmestrahlung in einem Wellenlängenbereich (λ) von im wesentlichen 0,3 bis etwa 3 μm auf eine hohe wärmeleitfähige Einstrahlungsfläche, bei λ gleich oder größer als 220 W/(K m), auf unter 90° optimiert wird, wobei die unter 90° optimierte Wärmeeinstrahlung durch die hohe Wärmeleitfähigkeit der Einstrahlungsfläche schnell auf das Warmeubertragungsfluid (19) innerhalb des Sonnenkollektors (8) weitergeleitet wird.
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