WO2005003644A1 - Sonnenkollektormodul mit zweiachsiger nachführung - Google Patents

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WO2005003644A1
WO2005003644A1 PCT/AT2004/000233 AT2004000233W WO2005003644A1 WO 2005003644 A1 WO2005003644 A1 WO 2005003644A1 AT 2004000233 W AT2004000233 W AT 2004000233W WO 2005003644 A1 WO2005003644 A1 WO 2005003644A1
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collector
absorber
collector module
module according
axis
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PCT/AT2004/000233
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Inventor
Martin Hadlauer
Original Assignee
Scrubei, Mario, Martin
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Publication date
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    • F24S10/40—Solar heat collectors using working fluids in absorbing elements surrounded by transparent enclosures, e.g. evacuated solar collectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
    • F24S23/70—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors
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    • 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
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    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/47—Mountings or tracking

Definitions

  • the present invention relates to solar collectors with reflectors coupled with a biaxial tracking mechanism.
  • Vacuum tube collectors are provided with absorber surfaces, which are partly illuminated via mirror surfaces and partly directly.
  • Vacuum tube collectors can best be assigned to this principle, whereby mostly a fixed anchoring without tracking is provided.
  • the absorbers are illuminated at the front by direct sunlight and at the back by the reflection rays from the mirrors.
  • the cleaning of the mirrors is relatively cumbersome, since some of them are behind the absorbers and are inaccessible. Over time, the mirrors will also decrease in reflectivity, especially as a result of frequent cleaning and stressful external weather conditions.
  • Replacing the mirrors is very cumbersome since the absorbers have to be removed in advance, which requires sealing and new ventilation of the hydraulic system. To avoid contamination and damage as far as possible, the collectors should be covered in bad weather and at night.
  • An automatic cover mechanism is generally not provided because the effort would be too great. With tracked collector modules, these can often be positioned protected from the weather or turned away from the sun when not required. Attention should be paid to the problem of shadows casting individual collector modules towards each other in the case of tracked collectors. In the case of strictly specified parking spaces, tracking does not result in much greater sunshine due to shading.
  • the object of the present invention is to modify the construction concept of the collectors to such an extent that the mirrors are accessible for cleaning and can be replaced quickly without having to intervene in the hydraulic system. Furthermore, in the case of several collector modules, mutual shading is to be largely prevented by coupling to a specially designed two-axis tracking mechanism with appropriate positioning of the axes of rotation. In addition, the collectors should be able to be covered without any additional effort, solely by the possibility of adjusting the tracking kinematics.
  • the collectors of the system are provided with funnel-shaped mirrors which direct the reflection rays obliquely backwards into the absorber contribute.
  • the absorber is exposed to direct sunlight.
  • the mirrors are freely accessible and can be changed without having to remove the absorber.
  • the collectors are tracked via two axes of rotation, a fixed axis and a pivoting axis that is normal to it.
  • the swivel joint on the collector holding device is mounted off-center on the swivel arm. The offset of the normal collector axis to the fixed axis not only changes the orientation but also automatically the position of the collectors.
  • individual collector modules can be designed in such a way that mutual shading is avoided and that two collectors can be connected at the outer mirror ends.
  • collectors can be used. About two thirds of the absorbers are irradiated via the mirror funnel.
  • the collectors can therefore emit high temperatures, far above those of flat collectors used in building technology. Even when there is little solar radiation, the collectors deliver optimally usable flow temperatures for the operation of heating systems, water heating systems, air conditioning systems and, in future, increasingly important for the operation of sea water desalination systems.
  • Buffer tanks can be designed to be small and therefore inexpensive. Particular attention should be paid to the absorber. Since this has to dissipate a lot of heat in a relatively small area, good heat transfer to the coolant is required. It is best to aim for a large flow.
  • the absorber can either be coated with a selective surface for thermal absorption, or it can also be equipped with solar cells.
  • a hybrid operation for power and heat supply is very interesting, for example, when connected to desalination plants or self-sufficient systems.
  • the absorber can be designed as an inner cap or as an outer cap. With an inner dome, the reflection rays cross each other and go into the area facing away from the center of the absorber.
  • the absorber and mirror geometry of the collectors should be coordinated accordingly so that in the event of angular deviations of the collector normals from the irradiation direction of up to 2.5 °, the reflection rays are still completely detected. It is therefore sufficient to readjust the collector every 10 minutes.
  • the mirrors can be mass-produced from deep-drawn sheet metal or from plastics.
  • collectors In the case of larger collectors, it makes sense to assemble the mirrors from individual segments and mount them on support frames.
  • the absorbers are best made of cast iron or deep-drawn sheet metal, coupled with plastic and composite materials.
  • An inexpensive collector variant provides for the mirrors to be conical and the absorber designed as a spherical cap.
  • the reflector is ideally thermally insulated from the absorber to avoid the flow of heat from the hot absorber to the large mirror surfaces.
  • the mirrors automatically result in optimal wind protection.
  • Such collectors can be used economically in areas with very high solar radiation.
  • the option of heating seawater desalination plants is particularly interesting. Due to the high collector temperature, it is advisable to provide a relaxation chamber in the collector circuit.
  • the steam excreted there is passed on directly to the heating of the desalination plant.
  • the remaining condensate, reduced by the amount of steam and cooled, is returned to the collector circuit by a pump.
  • distilled water from the distillation system is replaced in the collector circuit. Distilled water serves as the medium in the collector circuit. It is conceivable to manufacture the absorbers from plastics and composites which are resistant to the chemical influences of distillate.
  • a buffer store is interposed in the collector circuit to ensure continuous operation of the desalination plant.
  • Another variant is to provide a glass cover over the mirror funnel of the collector. This protects the absorber and mirror.
  • a problem here is the temperature output of the reflectors. In this case, insulation on the back of the reflectors is useful.
  • a glass cover is only provided over the absorber. Ideally, this is spherical. As a result, the entry angles of the reflection radiation and the direct radiation are sufficiently steep to keep the reflection from the glass entry surface to a minimum.
  • the absorber should be designed as an inner cap so that there is a large air space between the absorber and the glass surface and thus less convection heat can escape to the outside.
  • Another variant envisages evacuating the collector space inside the glass dome or filling it with inert gas in order to reduce the heat emission to the outside.
  • ensuring the tightness is very complex.
  • These collectors are suitable for use at particularly low outside temperatures or high collector temperatures. Compared to conventional vacuum flat-plate collectors, however, the effort is considerably less, since the absorber area is much smaller than the total irradiation area and none Pressure supports are necessary because the ball geometry provides optimal pressure resistance.
  • the glass dome is made of insulating glass. Double glazing with vacuum cavities and selective coating is conceivable.
  • the invention does not relate exclusively to the above-mentioned variants but to all versions based on this collector principle and the described tracking.
  • the absorbers can be designed thermally, photovoltaically and according to a combination of both (cooled solar cells). Large plants in the industrial sector with a diameter of over 10 m are also included.
  • Liquid media water, refrigerant, mixtures of absorber / refrigerant
  • Fig. 1 is a schematic representation of a conventional tube collector with reflectors compared to the collector according to the invention with the following absorber designs: a) inner cap b) outer cap
  • Fig. 2 is a schematic representation of the collector system according to the invention with the special tracking mechanism.
  • Fig. 3 is a schematic representation of two interplaying collector systems.
  • Fig. 4 shows a possible construction of a collector with inner cap and glass dome.
  • Fig. 5 shows a possible construction of a collector with outer cap and glass dome.
  • Fig. 6 shows a possible construction of a hybrid collector.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a conventional tube collector with reflectors compared to the collector according to the invention.
  • the accessibility for cleaning the mirror 6 is optimal.
  • the absorber 5 is spherical in shape and is acted upon crosswise by the reflection rays. A small area in the middle of the absorber is not affected by the reflection rays, so that there is no focal point.
  • Fig. 2 shows a perspective schematic representation of the collector according to the invention with absorber cap 5, mirror cone 6 and the decisive tracking parameters.
  • Axis 1 is parallel to the polar axis of the earth and is fixed. This axis must be precisely adjusted when setting up.
  • the swivel arm 3 is rotated about this axis for tracking during the day.
  • the collector is attached off-center via a further axis of rotation 2, which is mounted on the swivel arm 3.
  • the second rotation of the collector around axis 2 is used to adjust the collector to the seasonal position of the ecliptic in relation to the center plane of the equator.
  • This angle (+ - 22 °) must be set with respect to the normal axis 7 to the swivel plane and the collector normal axis 8.
  • FIG. 3 shows a perspective view of a schematic representation 3_1, 3_2, 3_3 of two collectors in three day positions and in the combination 3_4.
  • the angle of the collector normal axis 8 must be normal to the swivel plane 7 and the swivel arms must be set to + -90 °. This position not only leads to a protective function, but also to thermal insulation. It may not be necessary to add anti-freeze to the coolant, especially if the mirrors on the back are thermally insulated.
  • Fig. 4 shows a possible construction of a collector in section through the central plane with mirror surface 6, absorber 5 as an inner cap and a glass dome 11.
  • FIG. 6 shows a possible construction of a hybrid collector.
  • the outer part of the absorber is occupied by solar cells 24.
  • the entire absorber can be covered with solar cells.
  • Fig. 7 shows a possible construction of a thermal absorber in plan view and in the center section.
  • the supply line 18 of the cool return is from the outside.
  • the coolant is conducted via concentric ring channels 19 with branches 20 to the closest inner ring channels up to the collecting tube 21 in the center.
  • the absorber is composed in a composite construction with a selectively coated cover plate 22, a deep-drawn lower plate 23 with the water channels and an injection molding lining 24.
  • the two channel-forming plates 22, 23 are tightly welded on the outside over the entire circumference and spot-welded on the inside between the channels at a sufficient distance.
  • the choice of metal depends on the aggressiveness of the cooling medium. Good thermal conductivity is required.
  • the plastic lining gives the absorber high strength with a low part weight and is also used for insulation.
  • Fig. 8 shows a circuit diagram of a connection of the collectors to a seawater desalination plant, which works according to the MSF principle (Multi Stage Flash), a multi-stage distillation process.
  • the heat supply from the collector circuit 14 takes place via a device for flash evaporation 17 by emitting steam 16.
  • the amount of steam 16 which is separated out is replaced by distilled water 15 from the desalination plant.
  • the flow temperature should be as high as possible and the return temperature as low as possible. Since desalination plants need process steam with at least 100 ° C for economic operation, the return temperature after flash evaporation is unfortunately just as high.
  • the temperature it is advisable to reduce the temperature to 50 ° C during flash evaporation, and the separated steam should be brought to the steam pressure temperature of 100 ° C ( ⁇ 1 bar) using a compressor unit.
  • the buffer storage With a collector flow temperature of 150 ° C, for example, the buffer storage can be dimensioned half as large. This concept is particularly interesting for the use of hybrid collectors with absorber designs according to Fig. 6.
  • the low return temperature means that the solar cells can be cooled well, which increases their efficiency, and on the other hand, the compressor can partially or entirely during good sunshine operated by solar power.

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Abstract

Ein Sonnenkollektormodul mit einem zweiachsigen Nachführmechanismus zeichnet sich dadurch aus, dass eine fix mit dem Absorber (5) verbundene Reflektoreinheit (6) die Strahlen schräg nach hinten in den Absorber (5) leitet.

Description

SonnenkoUektormodul mit zweiachsiger Nachführunq
Die vorliegende Erfindung betrifft Sonnenkollektoren mit Reflektoren gekoppelt mit einem zweiachsigen Nachführmechanismus.
Gattungsgemäße Kollektoren sind mit Absorberflächen versehen, welche teils über Spiegelflächen und teils direkt angestrahlt werden. Am ehesten lassen sich Vakuumröhrenkollektoren diesem Prinzip zuordnen, wobei zumeist eine fixe Verankerung ohne Nachführung vorgesehen wird. Bei diesen werden die Absorber vorne von direkter Sonneneinstrahlung und an der Rückseite von den Reflektionsstrahlen der Spiegel angestrahlt. Die Reinigung der Spiegel gestaltet sich relativ umständlich, da diese teils hinter den Absorbern liegen und unzugänglich sind. Mit der Zeit werden die Spiegel auch an Reflexionsvermögen abnehmen, insbesonders durch häufiges Reinigen und durch belastende äußere Witterungseinflüsse. Das Auswechseln der Spiegel ist sehr umständlich, da die Absorber im Vorfeld abmontiert werden müssen, was eine Abdichtung und neuerliche Entlüftung des hydraulischen Systems erfordert. Um Verschmutzung und Beschädigung möglichst zu vermeiden sollten die Kollektoren bei Schlechtwetter und während der Nachtzeit abgedeckt werden. Ein automatischer Abdeckmechanismus wird im allgemeinen nicht vorgesehen, da der Aufwand zu groß wäre. Bei nachgeführten Kollektormodulen können diese oftmals witterungsseitig geschützt positionieren werden oder bei Nichtbedarf von der Sonne abgewandt werden. Zu Beachten ist bei nachgeführten Kollektoren das Problem des Schattenwurfs einzelner Kollektormodule zueinander. Bei strikt vorgegebenen Stellflächen ergibt sich durch die Nachführung aufgrund der Beschattung kein wesentlich größerer Sonneneinfang.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, das Baukonzept der Kollektoren soweit abzuändern, dass die Spiegel zugänglich für die Reinigung sind und schnell ausgewechselt werden können, ohne in das hydraulische System eingreifen zu müssen. Des weiteren soll bei mehreren Kollektormodulen durch Koppelung an einen speziell ausgelegten zweiachsigen Nachführmechanismus mit entsprechender Lagepositionierung der Drehachsen die gegenseitige Beschattung weitgehend verhindert werden. Zudem soll eine Abdeckmöglichkeit der Kollektoren ohne einen Zusatzaufwand, allein durch die Stellmöglichkeit der Nachführkinematik, gegeben sein.
Dies wird erfindungsgemäß erreicht, indem die Kollektoren der Anlage mit trichterförmigen Spiegeln versehen sind, welche die Reflexionsstrahlen schräg nach hinten in den Absorber einbringen. Der Absorber wird zusätzlich zur Reflexionsstrahlung von der direkten Sonneneinstrahlung beaufschlagt. Die Spiegel sind frei zugänglich und können ohne den Absorber abnehmen zu müssen gewechselt werden. Die Nachführung der Kollektoren erfolgt über zwei Drehachsen, eine Fixachse und eine dazu normalstehende, schwenkbar gelagerte Achse. Das Drehgelenk an der Kollektorhaltevorrichtung ist außermittig auf dem Schwenkarm angebracht. Durch den Versatz der Kollektornormalachse zur Fixachse wird nicht nur die Ausrichtung sondern automatisch auch die Lage der Kollektoren verändert. Somit können einzelne Kollektormodule dahingehend ausgelegt werden, dass eine gegenseitige Beschattung vermieden wird, und, dass sich zwei Kollektoren an den äußeren Spiegelenden zusammenschließen lassen.
Je nach Betriebsanforderungen können unterschiedliche Kollektorausführungen zum Einsatz kommen. Die Absorber werden zu etwa zwei drittel über den Spiegeltrichter bestrahlt. Die Kollektoren können somit hohe Temperaturen, weit über jenen von haustechnisch eingesetzten Flachkollektoren, abgeben. Auch bei geringer Sonneneinstrahlung liefern die Kollektoren optimal nutzbare Vorlauftemperaturen für den Betrieb von Heizungsanlagen, Warmwasserbereitungsanlagen, Klimatisierungsanlagen und, in Zukunft von zunehmender Bedeutung, auch für den Betrieb von Meerwasserentsalzungsanlagen. Pufferspeicher können klein und somit kostengünstig ausgelegt werden. Ein besonderes Augenmerk ist auf den Absorber zu legen. Da dieser viel Wärme bei relativ geringer Fläche abführen muss ist eine gute Wärmeübertragung an das Kühlmittel gefordert. Am Besten sollte man eine großflächige Durchströmung anstreben. Der Absorber kann entweder mit selektiver Oberfläche für thermische Absorption beschichtet sein, oder auch mit Solarzellen bestückt sein. Ein Hybridbetrieb zur Strom- und Wärmeversorgung ist beispielweise sehr interessant bei Anbindung an Meerwasserentsalzungsanlagen oder energieautarken Systemen. Der Absorber kann als Innenkalotte oder auch als Außenkalotte ausgeführt sein. Bei einer Innenkalotte überkreuzen sich die Reflexionsstrahlen und gehen jeweils in die von der Mitte des Absorbers abgewandte Fläche. Absorber- und Spiegelgeometrie der Kollektoren sollten entsprechend abgestimmt sein, dass bei Winkelabweichungen der Kollektornormalen zur Einstrahlrichtung von bis zu 2,5° noch eine vollständige Erfassung der Reflexionsstrahlen erfolgt. Somit genügt es alle 10 Minuten den Kollektor nachzustellen. In Massenfertigung können die Spiegel aus tiefgezogenen Blechen oder auch aus Kunststoffen gefertigt sein. Bei größeren Kollektoren ist es sinnvoll die Spiegel aus einzelnen Segmenten zusammenzusetzen und auf Traggestelle zu montieren. Die Absorber werden am besten aus Guss oder tiefgezogenen Blechen, gekoppelt mit Kunststoff und Verbundwerkstoffen, hergestellt. Eine günstige Kollektorvariante sieht vor, die Spiegel kegelförmig zu gestalten und den Absorber als Kugelkalotte auszuführen. Der Reflektor ist idealerweise thermisch zum Absorber isoliert um den Wärmefluss vom heißen Absorber zu den großen Spiegelflächen zu vermeiden. Aufgrund der Spiegel ergibt sich automatisch ein optimaler Windschutz. Bei Gebieten mit sehr hoher Sonneneinstrahlung können solche Kollektoren wirtschaftlich eingesetzt werden. Besonders interessant ist dabei die Möglichkeit Meerwasserentsalzungsanlagen zu beheizen. Durch die hohe Kollektortemperatur bietet sich an, im Kollektorkreis eine Entspannungskammer vorzusehen. Der dort ausgeschiedene Dampf wird direkt zur Beheizung der Meerwasserentsalzungsanlage weitergegeben. Das restliche, um die Dampfmenge verminderte und abgekühlte Kondensat wird über eine Pumpe in den Kollektorkreis rückgeführt. Entsprechend der abgegebenen Dampfmenge wird destilliertes Wasser aus der Destillationsanlage in den Kollektorkreislauf nachersetzt. Als Medium im Kollektorkreis dient destilliertes Wasser. Denkbar ist, die Absorber aus Kunststoffen und Verbundstoffen herzustellen, welche resistent gegen chemische Einflüsse von Destillat sind. Idealerweise ist im Kollektorkreis ein Pufferspeicher zwischengeschaltet um einen durchgehenden Betrieb der Entsalzungsanlage zu gewährleisten.
Eine weitere Variante sieht vor über den Spiegeltrichter des Kollektors eine Glasabdeckung zu geben. Somit sind Absorber und Spiegel geschützt. Ein Problem stellt dabei die Temperaturabgabe der Reflektoren dar. Eine Isolierung an der Rückseite der Reflektoren ist in diesem Fall sinnvoll.
Eine weitere Variante sieht vor, nur über den Absorber eine Glasabdeckung zu geben. Idealerweise ist diese kugelförmig gestaltet. Dadurch sind die Eintrittswinkel der Reflektions- Strahlung und der Direktstrahlung ausreichend steil um die Rückstrahlung von der Glaseintrittsfläche minimal zu halten. Idealer weise sollte der Absorber als Innenkalotte ausgeführt sein, damit ein großer Luftraum zwischen Absorber und Glasoberfläche ist und somit weniger Konvektionswärme nach außen dringen kann.
Eine weitere Variante sieht vor, den Kollektorraum innerhalb der Glaskuppel zu evakuieren oder mit Edelgas zu befüllen, um die Wärmeabgabe nach außen zu verringern. Die Dichtheit zu gewährleisten ist jedoch sehr aufwendig. Diese Kollektoren sind für den Einsatz bei besonders niedrigen Außentemperaturen oder hohen Kollektortemperaturen geeignet. Gegenüber üblichen Vakuumflachkollektoren ist der Aufwand aber wesentlich geringer, da die Absorberfläche im Vergleich zur Gesamteinstrahlfläche viel geringer ist und keine Druckabstützungen notwendig sind, da die Kugelgeometrie eine optimale Druckfestigkeit vorgibt.
Eine weitere Variante sieht vor, die Glaskuppel aus Isolierglas vorzusehen. Vorstellbar ist eine Doppelverglasung mit Vakuumhohlräumen und Selektivbeschichtung.
Die Erfindung bezieht sich nicht ausschließlich auf die oben angeführten Varianten sondern auf alle Ausführungen die auf diesem Kollektorprinzip und der beschriebenen Nachführung basieren. Die Absorber können thermisch, fotovoltaisch sowie nach einer Kombination aus beidem (gekühlte Solarzellen) ausgelegt sein. Auch Großanlagen im Industriebereich mit über 10 m Durchmesser sind mit eingeschlossen. Die Absorber müssen nicht ausschließlich von flüssigen Medien (Wasser, Kältemittel, Gemische aus Absorber/Kältemittel) durchströmt werden, sondern können auch als Gaserhitzer und Verdampfer ausgelegt sein.
Weitere Merkmale und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines üblichen Röhrenkollektors mit Reflektoren im Vergleich zum erfindungsgemäßen Kollektor mit folgenden Absorberausführungen: a) Innenkalotte b) Außenkalotte Fig. 2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Kollektoranlage mit dem speziellen Nachführmechanismus. Fig. 3 eine schematische Darstellung von zwei zusammenspielenden Kollektoranlagen. Fig. 4 eine mögliche Bauweise eines Kollektors mit Innenkalotte und Glaskuppel. Fig. 5 eine mögliche Bauweise eines Kollektors mit Außenkalotte und Glaskuppel. Fig. 6 eine mögliche Bauweise eines Hybridkollektors. Fig. 7 eine mögliche Bauweise eines thermischen Absorbers. Fig. 8 eine Anbindung von Kollektoren an eine Meerwasserentsalzungsanlage.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines üblichen Röhrenkollektors mit Reflektoren im Vergleich zum erfindungsgemäßen Kollektor. Die Zugänglichkeit zum Reinigen der Spiegel 6 ist bestens gegeben. Der Absorber 5 ist kugelförmig gestaltet und wird überkreuz von den Reflexionsstrahlen beaufschlagt. Ein kleiner Bereich in der Absorbermitte wird nicht von den Reflexionsstrahlen beaufschlagt, damit kein Brennpunkt entsteht. Fig. 2 zeigt eine perspektivische schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Kollektors mit Absorberkalotte 5, Spiegelkegel 6 und den entscheidenden Nachführungsparametern. Achse 1 ist parallel zur Polachse der Erde gerichtet und wird fix befestigt. Diese Achse muss beim Aufstellen genau justiert werden. Um diese Achse erfolgt die Drehung des Schwenkarms 3 für die Nachführung über den Tag. Erfindungsgemäß wird der Kollektor außermittig über eine weitere Drehachse 2, welche auf dem Schwenkarm 3 gelagert ist, befestigt. Dadurch ändert sich mit der Mitführbewegung über den Tag automatisch die Lage des Kollektors. Die zweite Drehung des Kollektors um die Achse 2 dient zur Justierung des Kollektors an die jahreszeitliche Stellung der Ekliptik zur Äquatormittenebene. Dieser Winkel (+ — 22°) muss bezüglich der Normalachse 7 zur Schwenkebene und der Kollektornormalachse 8 eingestellt sein. Bei der Einstellung ist zu beachten, dass der Einfallswinkel der Sonnenstrahlen einer Brechung in der Atmosphäre unterliegt, was sich besonders bei niedrigem Sonnenstand auswirkt. Aus diesem Grunde sollte mehrmals pro Tag nachjustiert werden.
Fig. 3 zeigt in perspektivischer Sicht eine schematische Darstellung 3_1 , 3_2, 3_3 zweier Kollektoren in drei Tagesstellungen und beim Zusammenschluss 3_4. Beim Zusammenschließen muss der Winkel der Kollektornormalachse 8 normal zur Schwenkebene 7 gestellt sein und die Schwenkarme auf +-90° gestellt werden. Diese Stellung führt nicht nur zu einer Schutzfunktion, sondern auch zu einer Wärmeisolierung. Unter Umständen muss kein Frostschutz in das Kühlmittel beigegeben werden, insbesonders wenn die Spiegel an der Rückseite wärmeisoliert sind.
Fig. 4 zeigt eine mögliche Bauweise eines Kollektors im Schnitt durch die Mittelebene mit Spiegelfläche 6, Absorber 5 als Innenkalotte und einer Glaskuppel 1 1.
Fig.5 zeigt eine mögliche Bauweise eines Kollektors im Schnitt durch die Mittelebene mit Spiegelfläche 6, Absorber 5 als Außenkalotte und einer Glaskuppel 11.
Fig. 6 zeigt eine mögliche Bauweise eines Hybridkollektors. Im Gegensatz zu Fig. 5 ist der äußere Teil des Absorbers mit Solarzellen 24 besetzt. Grundsätzlich kann der gesamte Absorber mit Solarzellen bedeckt sein. Bei Teilbedeckung, wie hier gezeigt, wird aus baulichen Vorteil und aufgrund der niedrigeren Temperatur (Rücklaufseitig) idealer weise nur der Außenbereich des Absorbers mit Solarzellen bestückt. Der restliche Flächenanteil ist mit einer thermisch selektiven Oberflächenbeschichtung versehen. Fig. 7 zeigt eine mögliche Bauweise eines thermischen Absorbers in Draufsicht und im Mittenschnitt. Die Zuleitung 18 des kühlen Rücklaufs erfolgt von außen. Das Kühlmittel wird über konzentrische Ringkanäle 19 mit Abzweigungen 20 zu den nächstliegenden inneren Ringkanälen bis zum Sammelrohr 21 im Zentrum geleitet. Der Absorber ist in Verbund- bauweise mit einer selektiv beschichteten Abdeckplatte 22, einer tiefgezogenen Unterplatte 23 mit den Wasserkanälen und einer Spritzgussauskleidung 24 zusammengesetzt. Die beiden kanalbildenden Platten 22, 23 sind außen über den gesamten Umfang dicht verschweißt und innen zwischen den Kanälen in ausreichendem Abstand punktgeschweißt. Die Metallauswahl richtet sich nach der Aggressivität des Kühlmediums. Gute Wärmeleitfähigkeit wird vorausgesetzt. Die Kunststoffauskleidung gibt dem Absorber eine hohe Festigkeit bei geringem Teilegewicht und dient zusätzlich zur Isolierung.
Fig. 8 zeigt ein Schaltschema einer Anbindung der Kollektoren an eine Meerwasserentsalzungsanlage, welche nach dem MSF- Prinzip (Multi Stage Flash), einem mehrstufigen Destillationsverfahren, funktioniert. Die Wärmezufuhr aus dem Kollektorkreis 14 erfolgt über eine Einrichtung zur Entspannungsverdampfung 17 durch Abgabe von Dampf 16. Die Menge an ausgeschiedenem Dampf 16 wird durch destilliertes Wasser 15 aus der Entsalzungsanlage nachersetzt. Um den Pufferspeicher klein dimensionieren zu können sollte die Vorlauftemperatur möglichst hoch und die Rücklauftemperatur möglichst niedrig sein. Da Entsalzungsanlagen für einen wirtschaftlichen Betrieb Prozessdampf mit mindestens 100°C benötigen, liegt die Rücklauftemperatur nach der Entspannungsverdampfung leider genau so hoch. Sinnvollerweise sollte bei der Entspannungsverdampfung die Temperatur bis auf 50° C abgesenkt werden, und der ausgeschiedene Dampf über eine Kompressoreinheit auf die Dampfdrucktemperatur von 100°C (~1 bar) gebracht werden. Bei einer Kollektorvorlauftem- peraturen von beispielsweise 150° C kann der Pufferspeicher somit halb so groß dimensioniert werden. Besonders interessant ist dieses Konzept für den Einsatz von Hybridkollektoren mit Absorberausführungen entsprechend Fig. 6. Zum einen kann durch die niedrige Rücklauftemperatur eine gute Kühlung der Solarzellen erfolgen, was deren Wirkungsgrad erhöht, zum anderen kann der Kompressor während guter Sonnenein- Strahlung teilweise oder zu Gänze über Solarstrom betrieben werden.
Bei den in allen Figuren schematisch dargestellten erfindungsgemäßen Merkmalen ist darauf hinzuweisen, dass die einzelnen Bauteile sowie Zuleitungen in allen verschiedenen Ausführungsvarianten und Materialien gefertigt sein können.

Claims

Patentansprüche:
1. SonnenkoUektormodul mit einem zweiachsigen Nachführmechanismus, dadurch gekennzeichnet, dass eine fix mit dem Absorber verbundene Reflektoreinheit (6) die 5 Strahlen schräg nach hinten in den Absorber (5) leitet.
2. Kollektormodul nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass der Absorber (5) eine Kalotte bildet, welche entweder als Innen- oder als Außenkalotte ausgeführt ist. 0
3. Kollektormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, das die Reflektoreinheit (6) einen kegelförmigen Trichter bildet.
4. Kollektormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektoreinheit (6) aus einzelnen Segmenten zusammengesetzt ist welche
15 näherungsweise einen kegelförmigen Trichter bilden.
5. Kollektormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorberfläche (5) teils thermisch selektiv beschichtet ist und teils mit Solarzellen bestückt ist.
>0
6. Kollektormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachführung über zwei Drehgelenke erfolgt, wobei die Tageshauptdrehung über eine parallel oder annähernd parallel zur Polachse der Erde gerichtete Achse (1) erfolgt und die Nachstellung zur jahreszeitlichen Stellung der Ekliptik über eine dazu normal
!5 oder annähernd normal gerichtete Achse (2) erfolgt.
7. Kollektormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die lagemäßige Positionierung der Drehachsen (1 , 2) bezüglich des Schwenkarmes (3) und die Positionierung der Drehgelenke entlang der Achsen (1 , 2) dahingehend
(0 abgestimmt werden können, dass eine Beschattung des einzelnen Kollektors weitgehend oder vollständig vermieden werden kann, und, dass zur Abschirmung nach außen am Spiegelnde ein Zusammenschluss an eine fix positioniere Abdeckvorrichtung oder an das Spiegelnde eines "Partnerkollektors" möglich ist.
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