Solarkollektorsystem Solar collector system
Die Erfindung betrifft ein Solarkollektormodul gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, ein Wärmetransportsystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 16, ein Solarkollektorsystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 21 sowie die Verwendung von erfindungsgemäßen Solarkollektormodulen und eines erfindungsgemäßen Wärmetransportsystems oder eines erfindungsgemäßen Solarkollektorsystems. Für den Ersatz von fossilen Brennstoffen gibt es seit längerem sinnvolle und brauchbare Ansätze und Lösungen zur Nutzung von Solarenergie für die Energieversorgung von Gebäuden. So haben mittlerweile konzentrierende Kollektoren oder herkömmliche Flachkollektoren einen technischen Reifegrad erlangt, der auch unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten bereits nennenswerte Beiträge zur Einsparung von fossilen Wärmeträgern leistet. The invention relates to a solar collector module according to the preamble of claim 1, a heat transport system according to the preamble of claim 16, a solar collector system according to the preamble of claim 21 and the use of solar collector modules according to the invention and a heat transport system according to the invention or a solar collector system according to the invention. For the replacement of fossil fuels, there have long been reasonable and useful approaches and solutions for the use of solar energy for the energy supply of buildings. For example, concentrating collectors or conventional flat-plate collectors have now reached a level of technical maturity that already makes significant contributions to saving fossil heat carriers from an economic point of view.
Die am Markt gängigen Solarkollektoren werden vielfach bereits im Herstellwerk einbaufertig vorbereitet, sie besitzen jedoch in den meisten Fällen noch sehr große Abmessungen, weshalb derartige Solarkollektoren nur bei geeigneten Dachformen und Dachabmessungen mit vertretbarem Aufwand verbaut werden können und weiters auch der optische Eindruck eines mit derartigen Solarkollektoren ausgestatteten Gebäudes zumeist sehr stark verändert wird. The commonly used in the market solar collectors are already prepared ready for installation in the factory, but they still have very large dimensions in most cases, which is why such solar panels can be installed only with suitable roof shapes and roof dimensions with reasonable effort and further including the visual impression of such solar panels equipped building is usually very much changed.
Zur Lösung dieser Problematik gibt es bereits verschiedene Ansätze, die Eindeckung einer Dachhaut so zu gestalten, dass dadurch die Funktion von Solarkollektoren erzielt wird. So ist beispielsweise aus DE 26 42732 C2 ein Solardach bekannt, bei dem Dachpfannen als kleine Solarkollektoren mit Absorber und Wärmeträger ausgebildet sind und mittels Steckverbindungen an Leitungskanäle aufweisende Dachlatten dichtend verbunden sind. Derartige Dachpfannen in Form von kleinen Solarkollektoren sind baulich sehr aufwändig und es muss an jeder der vielen, verwendeten Dachpfannen eine zuverlässige, flüssigkeitsdichte Abdichtung der Schnittstelle zwischen Dachpfanne und Dachlatte gegeben sein, was in der Praxis eine Vielzahl von möglichen Fehlerquellen darstellt. To solve this problem, there are already various approaches to make the covering of a roof skin so that thereby the function of solar collectors is achieved. For example, from DE 26 42732 C2 a solar roof is known, are formed in the roof tiles as a small solar panels with absorber and heat transfer and sealingly connected by means of connectors to ducts having battens. Such roof tiles in the form of small solar panels are structurally very complex and it must be given to each of the many tiles used a reliable, liquid-tight seal the interface between the roof tile and batten, which represents a variety of possible sources of error in practice.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Solarkollektormodul bereitzustellen, das leicht zu montieren ist und mit geringem Aufwand herstellbar ist.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Solarkollektormodul mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst, wonach die Schnittstelle zumindest eine mit dem Wärmetransportsystem in flächigen berührenden und lösbaren Kontakt bringbare Kontaktfläche an einem Wärmeleitelement umfasst. Der Wärmeaustausch zwischen dem Wärmeleitele- ment des Solarkollektormoduls und dem Wärmetransportsystem basiert dabei auf Wärmeleitung und Wärmeübergang an der Schnittstelle, nicht jedoch auf einem Austausch eines Wär- meträgerfluids zwischen dem Solarkollektormodul und dem Wärmetransportsystem. Dadurch fällt eine mögliche Fehlerquelle durch Undichtigkeiten an der Schnittstelle weg, andererseits kann das Solarkollektormodul dadurch sehr einfach aufgebaut sein und mit geringen Stück- kosten hergestellt werden. Ein aufgrund des einfachen Aufbaus möglicherweise geringererThe object of the invention is to provide a solar collector module that is easy to assemble and can be produced with little effort. The object of the invention is achieved by a solar collector module having the characterizing features of claim 1, according to which the interface comprises at least one contact surface, which can be brought into contact with the heat transport system in area-contacting and detachable contact, on a heat-conducting element. The heat exchange between the heat conducting element of the solar collector module and the heat transport system is based on heat conduction and heat transfer at the interface, but not on an exchange of a heat transfer fluid between the solar collector module and the heat transport system. As a result, a possible source of error due to leaks at the interface is eliminated; on the other hand, the solar collector module can thereby be constructed very simply and be manufactured at low unit costs. A possibly lesser due to the simple structure
Wirkungsgrad eines einzelnen Solarkollektormoduls kann durch eine Erhöhung der Anzahl an Modulen und eine dadurch vergrößerte Fläche für die Energieaufnahme ausgeglichen werden. Der Austausch von einzelnen Modulen erfordert keine Kenntnisse über Leitungsinstallation, da zwischen den Solarkollektormodulen und dem Wärmetransportsystem eine rein mechani- sehe Kontaktierung ohne Stoffaustausch vorliegt. Für einen guten Wärmeaustausch besitzen die an der Schnittstelle zusammenwirkenden Kontaktflächen des Wärmeleitelements und des Wärmetransportsystems eine möglichst gute Wärmeleitfähigkeit. Efficiency of a single solar collector module can be compensated by increasing the number of modules and thereby increased area for the energy consumption. The replacement of individual modules requires no knowledge of line installation, since there is a purely mechanical contact between the solar collector modules and the heat transport system without mass transfer. For good heat exchange, the contact surfaces of the heat-conducting element and the heat-transport system, which interact at the interface, have the best possible thermal conductivity.
Eine mögliche Ausführungsform des Solarkollektormoduls besteht darin, die Kontaktfläche eines Wärmeleitelements von der Rückseitenfläche des Absorberelements in Richtung derA possible embodiment of the solar collector module is the contact surface of a heat conducting element from the rear side surface of the absorber element in the direction of
Dicke des Solarkollektormoduls um einen Abstand distanziert anzuordnen, wobei die Distanz dabei vorzugsweise ein Mehrfaches der Dicke des Absorberelements beträgt. Aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit des Wärmeleitelements, das mit dem Wärmetransportsystem an der Unterkonstruktion in Kontakt steht, entsteht bei einem Temperaturunterschied zwischen Ab- sorberelement und dem Wärmeträgerfmid des Wärmetransportsystems durch Wärmeleitung ein starker Wärmetransport zum Wärmetransportsystem, auch wenn das Wärmeleitelement einen größeren Abstand zum Absorberelement aufweist. Durch die Art der Beabstandung in Richtung der Dicke des Solarkollektormoduls ist die Richtung der Wärmeleitung nicht in Verlängerung der Absorberfläche, sondern in Richtung zur Unterkonstruktion bzw. zum Gebäude hin orientiert und besteht dadurch eine größere Flexibilität bei der Ausführung des Solarkollektormoduls als auch bei der Anordnung und Ausführung des damit zusammenwirkenden Transportsystems.
Da das Solarkollektormodul, insbesondere das Absorberelement bei reduzierter oder fehlender Wärmeabfuhr durch das Wärmetransportsystem bei voller Sonneneinstrahlung sehr hohe Leerlauftemperaturen aufweisen kann, ist es von Vorteil, wenn das Absorberelement und/oder das Wärmeleitelement aus Metall, insbesondere ausgewählt aus einer Gruppe umfassend zu- mindest Kupfer, Aluminium, Stahl, Edelstahl, Kunststoff und Kohlenstoffnanoröhren, besteht oder unter Verwendung eines solchen Materials hergestellt ist. Neben der guten Temperaturbeständigkeit von Metallen oder entsprechenden hochtemperaturbeständigen Kunststoffen weisen diese eine gute Wärmeleitfähigkeit, insbesondere größer als 15 W/mK, auf und bewirken dadurch eine hohe vom Absorberelement bzw. Wärmeleitelement an das Wärmetrans- portsystem und umgekehrt übertragbare Wärmeleistung. Neben diesen vorteilhaften thermischen Eigenschaften besitzt insbesondere ein Absorberelement aus Metall auch hohe mechanische Belastbarkeit und besitzt weiters eine hohe Witterungsbeständigkeit. Thickness of the solar collector module to be spaced apart by a distance, wherein the distance is preferably a multiple of the thickness of the absorber element. Due to the good thermal conductivity of the Wärmeleitelements, which is in contact with the heat transport system on the substructure, arises at a temperature difference between Ab sorberelement and the Wärmeträgerfmid the heat transport system by heat conduction, a strong heat transfer to the heat transport system, even if the heat conducting element has a greater distance from the absorber element. Due to the nature of the spacing in the direction of the thickness of the solar collector module, the direction of the heat conduction is not oriented in extension of the absorber surface, but in the direction of the substructure or the building and thus there is greater flexibility in the design of the solar collector module as well as in the arrangement and Execution of the cooperating transport system. Since the solar collector module, in particular the absorber element with reduced or no heat dissipation through the heat transport system can have very high idle temperatures at full solar radiation, it is advantageous if the absorber element and / or the heat conducting element made of metal, in particular selected from a group comprising at least copper , Aluminum, steel, stainless steel, plastic and carbon nanotubes, is made or produced using such a material. In addition to the good temperature resistance of metals or corresponding high-temperature-resistant plastics, these have a good thermal conductivity, in particular greater than 15 W / mK, and thereby cause a high from the absorber element or heat conduction to the heat transport system and vice versa transferable heat output. In addition to these advantageous thermal properties, in particular, an absorber element made of metal also has high mechanical strength and furthermore has high weather resistance.
Zur Verbesserung des Wärmetransports zwischen dem Absorberelement an der Außenseite und dem Wärmeleitelement an der Rückseite des Solarkollektormoduls können diese einstückig miteinander verbunden sein oder mittels eines Verbindungselements aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von zumindest 15 W/mK, insbesondere Metall, das als eigener Bauteil ausgebildet sein kann, oder durch zumindest einen Teilabschnitt des Absorberelements und/oder des Wärmeleitelements gebildet ist, verbunden sein. In allen drei genannten Varianten ist durch die gut wärmeleitende Verbindung zwischen dem Absorberelement und dem Wärmeleitelement eine hohe Wärmeabgabe vom Solarkollektormodul an das Wärmetransportsystem möglich. To improve the heat transfer between the absorber element on the outside and the heat-conducting element on the back of the solar collector module, these may be integrally connected or by means of a connecting element made of a material having a thermal conductivity of at least 15 W / mK, in particular metal, which may be formed as a separate component can, or is formed by at least a portion of the absorber element and / or the heat conducting element, be connected. In all three variants mentioned, a high heat output from the solar collector module to the heat transport system is possible by the good heat-conducting connection between the absorber element and the heat conducting element.
Wenn das Absorberelement und/oder das Wärmeleitelement aus Metallblech hergestellt sind, ist es auch möglich, das Verbindungselement etwa durch Umformen eines der beiden Elemente zu bilden, zum Beispiel durch einen Abkantvorgang an einer Biegepresse. Selbstverständlich ist auch eine Herstellung des Absorberelements, des Wärmeleitelements oder des Verbindungselements jeweils als eigene Bauteile durch Abkantvorgänge oder sonstige Umformvorgänge aus Metallblech wirtschaftlich vorteilhaft. If the absorber element and / or the heat-conducting element are made of sheet metal, it is also possible to form the connecting element by forming one of the two elements, for example by a bending process on a bending press. Of course, a production of the absorber element, the heat conducting element or the connecting element in each case as separate components by bending operations or other forming processes made of sheet metal economically advantageous.
Eine Möglichkeit ein Absorberelement mit innenliegenden Fluidkanälen herzustellen, besteht darin, dieses mittel eines so genannten Roll-Bond- Verfahrens herzustellen, bei dem zwei Bleche, vorzugsweise Aluminiumbleche, mit großem Druck flächig aufeinandergewalzt werden,
wobei zwischen den Blechen vor dem Walzen Bereiche oder Zonen hergestellt werden, in denen durch den Walzvorgang keine Verbindung zwischen den Blechen erfolgt und diese Zonen nach dem Walzen durch einen kontrollierten Aufblasvorgang zu Kanälen im Inneren zwischen den verbundenen Blechen erweitert werden. Die Bleche werden im Bereich der spä- teren Kanäle dazu vor dem Zusammenfügen mit lokalen Aussparungen versehen oder mitOne possibility to produce an absorber element with internal fluid channels is to produce this medium by means of a so-called roll-bonding method, in which two sheets, preferably aluminum sheets, are rolled flat over one another at high pressure, wherein areas or zones are produced between the sheets prior to rolling, in which no joining between the sheets takes place by the rolling operation and these zones are expanded after rolling by a controlled inflation to channels in the interior between the joined sheets. In the area of the later channels, the sheets are provided with local recesses before being joined together or with
Trennmittel vorbehandelt. Der Aufblasvorgang erfolgt insbesondere in speziellen Formen, in denen die Oberfläche der Bleche im Bereich der Kanäle eine vordefinierte Form erhält. Dieses Herstellverfahren wird für Verdampfer von Kühlschränken sehr häufig eingesetzt und kann auch vorteilhaft für die Herstellung von Absorberelementen für die Solarkollektormodu- le angewendet werden. Die Kanäle können dabei insbesondere im Absorberelement so angeordnet sein, dass ein darin enthaltenes Wärmeträgerfluid aufgrund lokaler Erwärmungszonen an der bestrahlten Oberfläche des Absorberelements und lokaler Abkühlungszonen im Bereich des Wärmeleitelements, ähnlich wie in einem Thermosiphon, aufgrund von Dichteunterschieden natürliche Umwälzbewegungen ausführt. Dabei strömt das erwärmte und dadurch leichtere Wärmeträgerfluid in den Kanälen nach oben, während das durch das Wärmeleitelement abgekühlte, schwerere Wärmeträgerfluid in den Kanälen nach unten absinkt und dadurch der Erwärmungszone zugeführt wird. Wärmeleitelement und auch ein evtl. vorgesehenes Verbindungselement können auch bei dieser Ausführung des Absorberelements einstückig mit diesem verbunden sein. Release agent pretreated. The inflation process takes place in particular in special forms in which the surface of the sheets in the region of the channels receives a predefined shape. This production method is used very frequently for evaporators of refrigerators and can also be advantageously used for the production of absorber elements for the solar collector modules. The channels may in particular be arranged in the absorber element such that a heat transfer fluid contained therein due to local heating zones on the irradiated surface of the absorber element and local cooling zones in the region of the heat conducting element, similar to a thermosiphon due to density differences performs natural Umwälzbewegungen. In this case, the heated and therefore lighter heat transfer fluid flows upwards in the channels, while the heavier heat transfer fluid cooled by the heat-conducting element sinks downwards in the channels and is thereby supplied to the heating zone. Heat-conducting element and also a possibly provided connecting element can also be connected in one piece with this embodiment of the absorber element.
Das Verbindungselement dient somit zur Wärmeleitung zwischen dem Absorberelement und dem Wärmeleitelement. Der metallische Querschnitt des Verbindungselements in Richtung der Wärmeleitung soll daher nicht so klein ausgelegt werden, dass am Absorberelement quasi ein Wärmestau auftritt, durch den dessen Temperatur unnötig hoch ansteigt, obwohl vom Wärmetransportsystem aufgrund der Temperaturunterschiede noch Wärme aufgenommen werden könnte. The connecting element thus serves for heat conduction between the absorber element and the heat-conducting element. The metallic cross-section of the connecting element in the direction of the heat conduction should therefore not be designed so small that quasi a heat accumulation occurs at the absorber element, through which its temperature rises unnecessarily high, although heat from the heat transport system due to the temperature differences could be absorbed.
Eine alternative Ausführungsform des Solarkollektormoduls kann darin bestehen, dass das Absorberelement und das Wärmeleitelement an einen sich zwischen diesen erstreckenden und im Inneren des Solarkollektormoduls ausgebildeten mit einem Wärmeträgerfluid gefüllten Hohlraum angrenzen. In diesem Fall erfolgt die Wärmeübertragung zwischen Absorberelement und Wärmeleitelement nicht mittels eines metallischen Verbindungselements sondern über das im Hohlraum enthaltene und sowohl an das Absorberelement als auch an das Wär-
meleitelement angrenzende Wärmeträgerfluid. Die Wärmeübertragung erfolgt dabei sowohl durch Wärmeleitvorgänge innerhalb des Wärmeträgerfluids als auch durch Konvektion des Wärmeträgerfluids innerhalb des Hohlraumes. Als Wärmeträgerfluid kommt beispielsweise ein Wasser-Frostschutz-Gemisch zum Einsatz, das sich durch hohe Temperaturbeständigkeit, einen hohen Siedepunkt, einen tiefen Gefrierpunkt, hohe chemische Stabilität usw. besonders eignet. Die an den Hohlraum angrenzenden Innenflächen des Absorberelements und des Wärmeleitelements sind, um eine möglichst hohe Wärmeübertragungsleistung zu erzielen, möglichst groß gewählt und können dazu durch Rippen oder ähnliches eine vergrößerte Oberfläche aufweisen. Die Konvektion des Wärmeträgerfluids innerhalb des Hohlraums ist aufgrund des durch Dichteunterschiede innerhalb des Wärmeträgerfluids bewirkten Thermosi- phoneffekts bei einem Hohlraum mit größerer vertikaler Erstreckung stärker, demnach empfiehlt sich diese Ausführungsform des Solarkollektormoduls eher für geneigte und vertikale Anbringung und weniger für horizontale Anbringung. Ein derart ausgeführtes Solarkollektormodul ähnelt einem zuvor beschriebenen, mittels eines Roll-Bond- Verfahrens hergestellten Absorberelement und es stellen beide Varianten Solarkollektormodule mit in sich abgeschlossenen Wärmeträgerfluid-Kreisläufen dar, mit denen große Wärmemengen innerhalb des Solarkollektormoduls transportiert werden können. An alternative embodiment of the solar collector module can consist in that the absorber element and the heat-conducting element adjoin a cavity which is formed between them and formed in the interior of the solar collector module and filled with a heat transfer fluid. In this case, the heat transfer between the absorber element and the heat-conducting element does not take place by means of a metallic connecting element but via the cavity contained in the cavity and both to the absorber element and to the heat transfer element. Meleitelement adjacent heat transfer fluid. The heat transfer takes place both by Wärmeleitvorgänge within the heat transfer fluid and by convection of the heat transfer fluid within the cavity. As a heat transfer fluid, for example, a water-antifreeze mixture is used, which is particularly suitable by high temperature resistance, a high boiling point, a low freezing point, high chemical stability, etc. The adjoining the cavity inner surfaces of the absorber element and the heat-conducting element are, in order to achieve the highest possible heat transfer performance, as large as possible and can by ribs or the like have an enlarged surface. The convection of the heat transfer fluid within the cavity is due to the thermosiphon effect caused by density differences within the heat transfer fluid at a cavity with greater vertical extent stronger, therefore, this embodiment of the solar collector module is recommended rather for inclined and vertical attachment and less for horizontal attachment. A solar collector module embodied in this way is similar to an absorber element described above, produced by a roll-bonding method, and both variants represent solar collector modules with self-contained heat transfer fluid circuits, with which large amounts of heat can be transported within the solar collector module.
Um Wärmeverluste bei der Übertragung von Wärme zwischen dem Absorberelement und dem Wärmeleitelement zu minimieren, ist es von Vorteil, wenn das Absorberelement an seiner nicht von Solarstrahlung bestrahlten Rückseite und das Wärmeleitelement außerhalb der das Wärmetransportsystem kontaktierenden Wärmeleitfläche sowie das Verbindungselement bzw. der Hohlraum von einem Wärmedämmmaterial mit einer Wärmeleitfähigkeit von max. 0,1 W/mK umgeben oder umhüllt sind. Dadurch wird gewissermaßen die im Absorberele- ment von der Solarstrahlung generierte Wärme gezwungen, sich durch das Verbindungselement bzw. den Hohlraum mit dem Wärmeträgerfluid bis zum Wärmeleitelement auszubreiten und mögliche Wärmeverluste an der Rückseite bzw. Unterseite des Solarkollektormoduls durch Konvektion oder Abstrahlung werden reduziert. Die Temperatur des Wärmeleitelements wird durch diese und weitere Maßnahmen auf möglichst hohem Niveau gehalten, wodurch auch bei relativ kleinen Abmessungen der das Wärmetransportsystem kontaktierenden Wärmeleitfläche eine hohe Wärmeleistung übertragbar ist.
Als Wärmedämmmaterial kommen dabei sämtliche gängigen Wärmedämmmaterialien in Frage, die in dem zu erwartenden Temperaturbereich eine ausreichende Beständigkeit aufweisen und wirtschaftlich herstellbar sowie am Solarkollektormodul anbringbar sind. Wenn das Wärmedämmmaterial diese Bauteile umgibt, kann zwischen den Bauteilen und dem Wärme- dämmmaterial ein kleiner Abstand vorhanden sein, der etwa durch Luft gefüllt ist, aber gering genug ist, um konvektiven Wärmeübergang in das Wärmedämmmaterial zu vermeiden. Bei einem die Bauteile Absorberelement, Wärmeleitelement und, falls vorhanden, Verbindungselement umhüllenden Wärmedämmmaterial, grenzt dieses unmittelbar an deren nicht für die Wärmeübertragung vorgesehene Oberfläche an und kann entweder durch diese selbst gestützt werden oder umgekehrt für diese eine Stützfunktion ausüben. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn Absorberelement, Verbindungselement bzw. Umgrenzungsflächen des Hohlraums und das Wärmeleitelement aus dünnem, wenig biegesteifem Material hergestellt sind und das Wärmedämmmaterial eine gewisse Eigensteifigkeit besitzt. Damit bei fehlender Wärmeabfuhr vom Solarkollektormodul und dadurch bewirkten hohen Leerlauftemperaturen keine nachteiligen Veränderungen am Wärmedämmmaterial auftreten, ist es von Vorteil, wenn dieses mineralische Fasern und/oder mineralischen Schaum umfasst bzw. vollständig aus solchen Materialien hergestellt ist. So können als Wärmedämmmaterial etwa Glaswolle oder Steinwolle dienen, welche als Beispiele für weiche Wärmedämmmate- rialien genannt sind, die vom Absorberelement, dem Verbindungselement und dem Wärmeleitelement gestützt werden. Als Beispiel für ein mechanisch stabileres Wärmedämmmaterial, das für Absorberelement, Verbindungselement und Wärmeleitelement eine Stützfunktion bewirkt sei hier ein Mineraldämmstoff aus geschäumtem Kalziumsilikathydrat (Handelsname: Multipor ®) genannt. Die genannten Wärmedämmmaterialien sind beständig gegenüber Temperaturen jenseits von 300°C und daher für diesen Zweck gut geeignet. Solarkollektormodule, bei denen die Absorberelemente keine so hohen Leerlauftemperaturen erreichen, können auch mit Wärmedämmmaterial auf Polymerbasis oder Naturstoffbasis versehen sein, etwa mit hochtemperaturbeständigen Kunststoffschäumen oder Holzfasermaterialien oder Kunststoff -Holz -Verbundmaterialien. In order to minimize heat losses during the transfer of heat between the absorber element and the heat-conducting element, it is advantageous if the absorber element on its not irradiated by solar radiation rear side and the heat-conducting outside of the heat transport system contacting heat conduction surface and the connecting element or the cavity of a thermal insulation material with a thermal conductivity of max. 0.1 W / mK are surrounded or enveloped. As a result, the heat generated by the solar radiation in the absorber element is effectively forced to propagate through the connecting element or the cavity with the heat transfer fluid to the heat-conducting element and possible heat losses on the back or underside of the solar collector module by convection or radiation are reduced. The temperature of the heat-conducting element is kept at the highest possible level by these and other measures, whereby a high heat output can be transmitted even with relatively small dimensions of the heat transport surface contacting the heat transport system. In this case, all conventional heat-insulating materials which have sufficient resistance in the expected temperature range and can be produced economically and attached to the solar collector module can be considered as thermal insulation material. When the thermal insulation material surrounds these components, there may be a small distance between the components and the thermal insulation material, which is filled approximately by air, but small enough to avoid convective heat transfer into the thermal insulation material. In one of the components absorber element, heat conducting element and, if present, connecting element enveloping thermal insulation material, this borders directly on their not intended for heat transfer surface and can either be supported by this themselves or vice versa for this exercise a support function. This is particularly advantageous if absorber element, connecting element or boundary surfaces of the cavity and the heat conducting element are made of thin, less rigid material and the thermal insulation material has a certain inherent rigidity. In order for no disadvantageous changes to the thermal insulation material to occur in the absence of heat dissipation from the solar collector module and thereby caused high idle temperatures, it is advantageous if this mineral fibers and / or mineral foam comprises or is made entirely from such materials. For example, glass wool or rock wool can be used as thermal insulation material, which are mentioned as examples of soft thermal insulation materials which are supported by the absorber element, the connecting element and the heat-conducting element. As an example of a mechanically stable thermal insulation material, which causes a support function for absorber element, connecting element and heat-conducting element here is a mineral insulation of foamed calcium silicate hydrate (trade name: Multipor ®) called. The thermal insulation materials mentioned are resistant to temperatures beyond 300 ° C and therefore well suited for this purpose. Solar collector modules in which the absorber elements do not reach such high idle temperatures may also be provided with polymer-based or natural-based thermal insulation material such as high temperature plastic foams or wood fiber materials or plastic wood composites.
Um das Absorberelement und das Wärmeleitelement relativ dünn und damit auch leicht ausführen zu können, ist es vorteilhaft, möglichst das Absorberelement und das Wärmeleitelement an einem stützenden Grundkörper anzuordnen, der eine Wärmeleitfähigkeit von max. 1
W/mK aufweist. Dieser erhöht die mechanische Belastbarkeit des Solarkollektormoduls, verhindert oder reduziert aber aufgrund seiner relativ niedrigen Wärmeleitfähigkeit den unerwünschten Abfluss von Wärme an die Umgebung. Um sicherzustellen, dass der Großteil der vom Absorberelement aufgenommenen Solarenergie dem Wärmetransportsystem zugeführt wird, ist das Solarkollektormodul vorteilhaft so ausgeführt, dass die Wärmeleitfähigkeit des Absorberelements und des Wärmeleitelements zumindest 10-fach höher ist als die Wärmeleitfähigkeit des Grundkörpers, insbesondere größer ist 40 W/m . Die Wärmeleitfähigkeit des den Grundkörper aufbauenden Materials ist insbesondere kleiner ist als 1,0 W/mK. Zusammen mit den für die Wärmeleitung relevanten Querschnitten von Wärmeleitelement, Absorberelement, gegebenenfalls auch des diese beiden verbindenden Verbindungselements, und des Grundkörpers ergeben sich Wärmeleitwiderstände der einzelnen Komponenten, wobei auch die Querschnitte so gewählt sind, dass der Wärmeleitwiderstand für die Wärmeleitung vom Absorberelement durch den Grundkörper an die Umgebung deutlich größer ist, als der Wärmeleitwiderstand für die Wärmeleitung vom Absorberelement zum Wärmeleitelement. Als Material für den Grundkörper kommen dabei mineralische Werkstoffe wie etwa Leichtbeton, Tonmaterialien, usw. als auch Naturwerkstoffe wie etwa Holz, Holzwerkstoffe oder Kunststoffe wie etwa Duroplaste, hochtemperaturbeständige Thermoplaste, ABS, PVC, Kunststoffschäume, mineralische Schäume, polymerge- bundene Holzfasermaterialien sowie Verbundmaterialien aus den vorgenannten in Frage, die zumeist eine Wärmeleitfähigkeit kleiner als 1,0 W/mK aufweisen und die am Solarkollektormodul auftretenden Witterungseinflüsse als auch Temperatureinflüsse ohne nachteilige Veränderungen ertragen können. Eine rationelle und wirtschaftliche Herstellung des Solarkollektormoduls ist auch möglich, wenn der Grundkörper mit einem Urformverfahren, insbesondere einem Spritzgießverfahren oder einem Extrusionsverfahren hergestellt ist, wobei das bevorzugt einsetzbare Verfahren wesentlich von der Geometrie des Grundkörpers abhängt. So kann beispielsweise ein Grundkörper aus Kunststoffmaterial in einem Spritzgießverfahren hergestellt werden, wobei eine hohe Gestaltungsfreiheit bezüglich der Form besteht und der Grundkörper in einem einzigen Verfahrensschritt im wesentlichen seine fertige Form erhält, während ein Extrusionsverfahren zur wirtschaftlichen Herstellung einer großen Menge an Halbfertigteilen geeignet ist, aus de-
nen durch Zuschnitt und gegebenenfalls weiterer Vervollständigung Grundkörper für Solarkollektormodule hergestellt werden. In order to perform the absorber element and the heat-conducting relatively thin and thus easy, it is advantageous to arrange as possible, the absorber element and the heat-conducting on a supporting body, which has a thermal conductivity of max. 1 W / mK. This increases the mechanical load capacity of the solar collector module, but prevents or reduces due to its relatively low thermal conductivity, the undesirable outflow of heat to the environment. To ensure that the majority of the solar energy absorbed by the absorber element is supplied to the heat transport system, the solar collector module is advantageously designed so that the thermal conductivity of the absorber element and the heat conducting element is at least 10 times higher than the thermal conductivity of the body, in particular greater 40 W / m , The thermal conductivity of the material constituting the main body is in particular less than 1.0 W / mK. Together with the relevant for the heat conduction cross sections of the heat conducting, absorber element, possibly also the connecting these two connecting element, and the body are Wärmeleitwiderstände of the individual components, whereby the cross sections are chosen so that the Wärmeleitwiderstand for the heat conduction from the absorber element through the body to the environment is significantly greater than the thermal resistance for the heat conduction from the absorber element to the heat conducting element. Mineral material such as lightweight concrete, clay materials, etc., as well as natural materials such as wood, wood-based materials or plastics such as thermosets, high-temperature thermoplastics, ABS, PVC, plastic foams, mineral foams, polymer-bound wood fiber materials and composite materials the above-mentioned in question, which usually have a thermal conductivity less than 1.0 W / mK and can endure the weather influences occurring at the solar collector module as well as temperature effects without adverse changes. A rational and economical production of the solar collector module is also possible if the base body is produced by a primary molding method, in particular an injection molding method or an extrusion method, wherein the preferably usable method essentially depends on the geometry of the basic body. Thus, for example, a base body made of plastic material can be produced in an injection molding process, wherein a high freedom of design with respect to the mold and the body in a single process step essentially receives its finished shape, while an extrusion process is suitable for the economic production of a large amount of semi-finished parts from de- NEN be prepared by cutting and possibly further completion basic body for solar collector modules.
Für die wirtschaftliche Herstellung des flächigen Absorberelements und/oder des Wärmelei- telements aus Metall kommen vorzugsweise Umformverfahren zum Einsatz, mit denen aus Metallblechzuschnitten speziell geformte Bauteile für das Solarkollektormodul hergestellt werden. Als Umformverfahren können dabei Zug-Druck-Umformverfahren oder Biege- Umformverfahren eingesetzt werden, die auch für die Herstellung von Verbindungselementen zwischen Absorberelement und Wärmeleitelement dienen können. For the economical production of the flat absorber element and / or the metal heat conduction element, preferably forming processes are used with which specially shaped components for the solar collector module are produced from sheet metal blanks. In this case, tensile forming or bending forming processes can be used as the forming process, which can also be used for the production of connecting elements between the absorber element and the heat conducting element.
Wenn das Absorberelement an der Außenseite des Solarkollektormoduls mit einem für Solarstrahlung zumindest teilweise transparenten Abdeckelement abgedeckt ist, kann eine unerwünschte konvektive Wärmeabgabe an die Außenumgebung reduziert werden, wodurch das Absorberelement eine höhere Leistung an das Wärmetransportsystem abgeben kann, indem sich bei gleicher Solarstrahlungsleistung auf eine höhere Ausgangstemperatur erwärmt wird und dementsprechend mehr Wärmeenergie an das Wärmetransportsystem übertragen wird. Als Abdeckelement kann beispielsweise ein transparentes Glas oder ein transparenter Kunststoff entsprechender Dicke und mechanischer Beständigkeit zum Einsatz. Ein derartiges Abdeckelement lässt den Großteil der Solarstrahlung zum Absorberelement gelangen, hemmt jedoch die Abgabe von Wärme an die Außenumgebung auf dem Wege der Konvektion bzw. Wärmestrahlung. Das Abdeckelement ist zumindest teilweise transparent, was in diesem Zusammenhang so aufzufassen ist, dass es so ausgebildet sein kann, dass es im Normalbetrieb ein Maximum der Solarstrahlungsenergie bis zum Absorberelement durchlässt, jedoch auch, dass in bestimmten Betriebszuständen die Durchlässigkeit für Solarstrahlung zeitlich und in- tensitätsmäßig eingeschränkt sein kann. Dies ist etwa durch eine Ausführung des Abdeckelements mit veränderbarer oder regelbarer Lichtdurchlässigkeit möglich. If the absorber element is covered on the outside of the solar collector module with a cover element that is at least partially transparent to solar radiation, an undesired convective heat emission to the outside environment can be reduced, whereby the absorber element can deliver a higher power to the heat transport system by increasing the same solar radiation output to a higher one Starting temperature is heated and, accordingly, more heat energy is transferred to the heat transport system. As a cover, for example, a transparent glass or a transparent plastic of appropriate thickness and mechanical resistance can be used. Such a cover allows most of the solar radiation to reach the absorber element, but inhibits the release of heat to the outside environment by convection or heat radiation. The cover element is at least partially transparent, which in this context is to be understood as meaning that it allows a maximum of the solar radiation energy to pass through to the absorber element during normal operation, but also that in certain operating states the permeability for solar radiation is temporally and may be limited in intensity. This is possible, for example, by an embodiment of the cover element with variable or controllable light transmission.
Neben der Umwandlung von Solarenergie in Wärmeenergie, die einem Wärmetransportsystem zugeführt wird, kann das Solarkollektormodul zusätzlich eine photovoltaisch aktive So- larzellenanordnung umfassen, mit der eine Umwandlung von Solarenergie in elektrischeIn addition to the conversion of solar energy into heat energy, which is supplied to a heat transport system, the solar collector module may additionally comprise a photovoltaically active solar cell arrangement with which a conversion of solar energy into electrical
Energie möglich ist. Dies kann von Vorteil sein, wenn der Bedarf an Wärmeenergie des Gebäudes gedeckt ist, jedoch Solarenergie für die Erzeugung von elektrischer Energie ausreichend zur Verfügung steht. Die Anordnung der Solarzellenanordnung kann dabei neben dem
Absorberelement sein, sodass die Solarstrahlung jeweils gleichzeitig das Absorberelement als auch die Solarzellenanordnung bestrahlen kann, alternativ jedoch auch so, dass die Solarzellenanordnung außerhalb des Absorberelements angeordnet ist und auf das Absorberelement nur der der Anteil an Solarstrahlung trifft, der nicht von der Solarzellenanordnung aufge- nommen wird. Insbesondere kann die Solarzellenanordnung auch Bestandteil des transparenten Abdeckelements sein oder als ein solches fungieren. Energy is possible. This may be advantageous if the need for thermal energy of the building is met, but solar energy is sufficiently available for the generation of electrical energy. The arrangement of the solar cell array can be next to the Be absorber element, so that the solar radiation can irradiate both the absorber element and the solar cell array at the same time, but alternatively also so that the solar cell array is disposed outside of the absorber element and the absorber element only meets the proportion of solar radiation, which is not taken up by the solar cell array becomes. In particular, the solar cell arrangement can also be part of the transparent cover element or act as such.
Durch eine transparente Ausbildung des zuvor beschriebenen Abdeckelements bzw der Solarzellenanordnung mit variabler Lichtdurchlässigkeit kann dadurch auch die Menge an der auf das Absorberelement auftreffenden Solarstrahlung aktiv beeinflusst werden, beispielsweise um die Leerlauftemperatur des Absorberelements abzusenken, indem im Gegenzug die Leerlauftemperatur des darüberliegenden Abdeckelements bzw. der Solarzellenanordnung angehoben wird. In einer weiteren Ausführungsform kann im Hohlraum zur Wärmeübertragung an das Wärmeleitelement ein Wärmerohr, das auch als Heat-Pipe bezeichnet wird, angeordnet sein, bei dem eine Flüssigkeit im Bereich des wärmeren Absorberelements verdampft wird und durch Kondensation im Bereich des kühleren Wärmeleitelement beträchtliche Wärmemengen an dieses übertragen werden können. Die kondensierte Flüssigkeit wird danach wieder zur Verdamp- fungszone beim Absorberelement zurückgeführt, wozu insbesondere Schwerkraftwirkung oder Kapillarwirkung eingesetzt werden können. Als Flüssigkeit kann dabei beispielsweise Wasser, Alkohol oder jede sonstige Flüssigkeit verwendet werden, die eine Verwendung bei der gegebenen Temperaturspreizung zwischen Absorberelement und Wärmeleitelement ermöglicht. Dazu sind insbesondere Flüssigkeiten mit einem Siedepunkt vorzugsweise zwi- sehen etwa 20°C und 100°C einsetzbar. The amount of solar radiation impinging on the absorber element can thereby also be actively influenced by a transparent design of the cover element or the solar cell arrangement with variable light transmittance, for example to lower the idle temperature of the absorber element, in return the idle temperature of the overlying cover element or the solar cell arrangement is raised. In a further embodiment, a heat pipe, which is also referred to as a heat pipe, may be arranged in the cavity for heat transfer to the heat-conducting element, in which a liquid is vaporized in the region of the warmer absorber element and by condensation in the region of the cooler heat-conducting element considerable amounts of heat to this can be transmitted. The condensed liquid is then recycled back to the evaporation zone at the absorber element, which in particular gravity effect or capillary action can be used. As a liquid, for example, water, alcohol or any other liquid can be used, which allows use at the given temperature spread between absorber element and heat conducting element. For this purpose, in particular liquids with a boiling point preferably between about see about 20 ° C and 100 ° C can be used.
Die Erfindung betrifft weiters ein Wärmetransportsystem nach Oberbegriff des Patentanspruches 16 für die Übertragung von Wärme von oder zu Solarkollektormodulen, insbesondere erfindungsgemäßen Solarkollektormodulen. Erfindungsgemäß ist die Schnittstelle zum Wär- metransport durch zumindest eine in flächigen berührenden und lösbaren Kontakt mit zumindest einem Solarkollektormodul (2) bringbare und an einem geraden Rohrleitungsabschnitt (26) angeordnete Wärmesammeifläche (15) aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von zumindest 15 W/mK, insbesondere aus Metall, gebildet. Der Wärmeaustausch zwischen
- lo dern Solarkollektormodul und dem Wärmetransportsystem basiert dabei wiederum auf Wärmeleitung und Wärmeübergang an der Schnittstelle, nicht jedoch auf einem Austausch eines Wärmeträgerfluids zwischen dem Solarkollektormodul und dem Wärmetransportsystem. Dadurch fällt eine mögliche Fehlerquelle durch Undichtigkeiten an der Schnittstelle weg, und das Wärmetransportsystem kann dadurch sehr einfach und kostengünstig aufgebaut sein The invention further relates to a heat transport system according to the preamble of claim 16 for the transfer of heat from or to solar collector modules, in particular solar collector modules according to the invention. According to the invention, the interface for transporting heat is provided by at least one heat collecting surface (15), which can be brought into surface contact and releasable contact with at least one solar collector module (2) and is arranged on a straight pipe section (26) made of a material with a thermal conductivity of at least 15 W / mK , in particular of metal. The heat exchange between In this case, the solar collector module and the heat transport system are in turn based on heat conduction and heat transfer at the interface, but not on an exchange of a heat transfer fluid between the solar collector module and the heat transport system. This eliminates a possible source of error due to leaks at the interface, and the heat transport system can be very simple and inexpensive
Zur Verringerung von Energieverlusten kann die Rohrleitung des Wärmetransportsystems an ihrem Außenumfang eine Wärmedämmschicht aufweisen, die im Bereich der Wärmesammeifläche unterbrochen ist. Dadurch wird weitgehend verhindert, dass vom Solarkollektormodul übertragene Wärmeenergie von der Rohrleitung als Verlustwärme an die Umgebung abgegeben werden kann. Die Wärmedämmung der Rohrleitung ist insbesondere auch von Vorteil, wenn das Wärmetransportsystem als Teil eines Wärmepumpensystems fungiert, mit dem über die Solarkollektormodule bzw. deren Absorberelemente Umweltwärme gesammelt werden sollte, die über das Absorberelement und das Wärmeleitelement an ein Wärmeträgerfluid mit tieferer Temperatur übertragen wird. To reduce energy losses, the pipe of the heat transport system may have on its outer circumference a heat-insulating layer which is interrupted in the region of the heat collecting surface. As a result, it is largely prevented that heat energy transferred from the solar collector module can be released from the pipeline as heat loss to the environment. The thermal insulation of the pipeline is also particularly advantageous if the heat transport system acts as part of a heat pump system, with the solar collector modules or their absorber elements environmental heat should be collected, which is transmitted via the absorber element and the heat-conducting to a heat transfer fluid at a lower temperature.
Um pro Längeneinheit des Wärmetransportsystems möglichst viel Wärmeenergie übertragen zu können, ist es von Vorteil, wenn sich jeweils die Wärmesammeifläche über einen Großteil der Länge eines geraden Rohrleitungsabschnitts erstreckt. Dadurch ist es auch möglich, So- larkollektormodule an beliebigen Positionen entlang des geraden Rohrleitungsabschnittes anzubringen und erhält man dadurch eine höhere Flexibilität bei der Verlegung der Kollektormodule. So ist es möglich, die geraden Rohrleitungsabschnitte des Wärmetransportsystems, wie Dachlatten einer Dachkonstruktion oder an einer Fassadenkonstruktion, vorzumontieren und beispielsweise durch Schlauchverbindungen zu einem mäanderförmigen Wär- metransportsystem zu ergänzen, und im Anschluss daran die Solarkollektormodule an beliebigen Positionen entlang der geraden Rohrleitungsabschnitte zu montieren. Eine vorteilhafte Ausführungsform des Wärmetransportsystems besteht darin, dass ein mit einer Wärmesammeifläche versehener, gerader Rohrleitungsabschnitt durch ein Metallrohr gebildet ist, an dem die Wärmedämmschicht durch ein Extrusionsverfahren angebracht ist. Die Herstellung von solchen Rohrleitungsabschnitten in Form von Meterware kann sehr wirtschaftlich erfolgen und können aus den Halbfabrikaten je nach den Erfordernissen des Anbringungsorts gerade Rohrleitungsabschnitte mit der benötigten Länge zugeschnitten werden. Das Metallrohr besitzt dabei eine hohe Wärmeleitfähigkeit, wodurch ein guter Wärmedurchsatz an das darin
befindliche Wärmeträgerfluid gegeben ist, während die außen angebrachte Wärmedämmschicht den Wärmeaustausch im Wesentlichen auf die vom Wärmeleitelement kontaktierten Wärmesammelflächen begrenzt. Als Wärmedämmschicht kommen dabei hauptsächlich Polymerschäume oder extrudierbare Holzfaser-Polymerschäume in Frage. To be able to transfer as much heat energy per unit length of the heat transport system, it is advantageous if each of the heat collecting surface extends over a large part of the length of a straight pipe section. As a result, it is also possible to install solar collector modules at arbitrary positions along the straight pipe section, thereby providing greater flexibility in laying the collector modules. It is thus possible to pre-assemble the straight pipe sections of the heat transport system, such as roof battens of a roof construction or on a facade construction, and to add, for example by hose connections, to a meandering heat transport system, and subsequently to mount the solar collector modules at arbitrary positions along the straight pipe sections. An advantageous embodiment of the heat transport system is that a straight pipe section provided with a heat collecting surface is formed by a metal pipe to which the thermal barrier coating is applied by an extrusion process. The production of such sections of pipe in the form of piece goods can be very economical and can be cut from the semi-finished products depending on the requirements of the mounting location straight pipe sections with the required length. The metal tube has a high thermal conductivity, whereby a good heat transfer to the therein given heat transfer fluid is given, while the externally mounted heat-insulating layer limits the heat exchange substantially to the heat collecting contacted by the heat collecting surfaces. As a thermal barrier coating mainly come polymer foams or extrudable wood fiber polymer foams in question.
Eine alternative Ausführung des Wärmetransportsystems besteht darin, dass ein gerader Rohrleitungsabschnitt jeweils durch ein extrudiertes Kunststoff rohr mit Wärmesammelflächen auf eigenen Einsatzelementen aus gut wärmeleitendem Material gebildet ist. Durch die Verwendung eines Kunststoffrohres für den geraden Rohrleitungsabschnitt wird wiederum die Wär- meabgabe vom Wärmetransportsystem an die Umgebung reduziert und kann durch diese Ausführung gegebenenfalls auf eine äußere Wärmedämmschicht verzichtet werden. Um trotzdem einen guten Wärmeaustausch mit den Solarkollektormodulen zu ermöglichen, weist das Kunststoffrohr eine oder mehrere Einsatzelemente aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von zumindest 15 W/mK, insbesondere aus Metall, auf, die als in Kontakt mit den Wärmeleitelementen bringbare Wärmesammelflächen dienen und eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen. An alternative embodiment of the heat transport system is that a straight pipe section is formed in each case by an extruded plastic tube with heat collecting surfaces on their own insert elements of good heat conducting material. By using a plastic pipe for the straight pipe section, in turn, the heat output from the heat transport system is reduced to the environment and can be optionally dispensed with an external thermal barrier coating by this design. In order nevertheless to enable a good heat exchange with the solar collector modules, the plastic pipe has one or more insert elements made of a material with a thermal conductivity of at least 15 W / mK, in particular of metal, which serve as heatable in contact with the heat-conducting elements and a good Have thermal conductivity.
Die Erfindung betrifft weiters ein Solarkollektorsystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 21, umfassend ein Wärmetransportsystem mit einem Wärmeträgerfluid, mehreren Solarkollektormodulen mit einem Absorberelement und einer Schnittstelle zur Übertragung von Wärmeenergie zwischen dem Wärmetransportsystem und den Solarkollektormodulen. Erfindungsgemäß sind dabei die Solarkollektormodule entsprechend der vorigen Ausführungen ausgebildet und das Wärmetransportsystem ebenfalls nach den vorigen Ausführungen ausgebildet und stehen die Wärmeleitelemente der Solarkollektormodule flächig berührend und lösbar in Kontakt mit den Wärmesammelflächen des Wärmetransportsystems. Ein derartiges Solarkollektorsystems zeichnet sich dadurch aus, dass nach Anbringung des Wärmetransportsystems nur mehr die einfache Montage der Solarkollektormodule ohne Installationsarbeiten durchzuführen ist und aufgrund des einfachen Aufbaus auch große Dachflächen oder Fassadenflächen zur Sammlung von Solarenergie oder Umweltenergie oder aber auch als Wärmetauschersystem für eine Klimaanlage eingesetzt werden kann. The invention further relates to a solar collector system according to the preamble of claim 21, comprising a heat transport system with a heat transfer fluid, a plurality of solar collector modules with an absorber element and an interface for the transmission of heat energy between the heat transport system and the solar collector modules. According to the invention, the solar collector modules are formed according to the previous embodiments and the heat transport system is also formed according to the previous embodiments and are the heat-conducting elements of the solar collector modules surface contacting and releasably in contact with the heat collecting surfaces of the heat transport system. Such a solar collector system is characterized by the fact that after installation of the heat transport system only simple installation of the solar collector modules is carried out without installation work and due to the simple structure and large roofs or facade surfaces for the collection of solar energy or environmental energy or as a heat exchanger system for air conditioning can.
Für den Einsatz des Solarkollektorsystems an Dächern oder Fassaden kann das Wärmetransportsystem eine Anordnung von parallelen und in, vorzugsweise regelmäßigem Abstand zuei-
nander verlaufenden, horizontalen Rohrleitungsabschnitten umfassen, wobei jedes Solarkollektormodul an zumindest einem dieser Rohrleitungsabschnitte mit einem Wärmeleitelement flächig berührend und lösbar die Wärmesammeifläche kontaktiert. Das Wärmetransportsystem ist damit gewissermaßen als Rohrregister ausgebildet, wobei der Abstand zwischen den einzelnen Rohrleitungsabschnitten an die Abmessungen der Solarkollektormodule angepasst ist. For the use of the solar collector system on roofs or facades, the heat transport system can be an arrangement of parallel and in, preferably regular distance zuei- comprise mutually extending, horizontal pipe sections, wherein each solar collector module at least one of these pipe sections with a heat conducting surface contacting and releasably contacted the heat collecting surface. The heat transport system is thus designed as a kind of pipe register, wherein the distance between the individual pipe sections is adapted to the dimensions of the solar collector modules.
Wenn die Rohrleitungsabschnitte statisch tragfähig ausgeführt sind, und die Solarkollektormodule an ihrer Rückseite Einhängevorsprünge zur Aufhängung an den Rohrleitungsabschnit- ten aufweisen, kann auf zusätzliche Unterkonstruktionen in Form von Latten oder ähnlichem an der Dachfläche bzw. Fassadenfläche verzichtet werden. Insbesondere können die Wärmeleitelemente an den Einhängevorsprüngen der Solarkollektormodule angeordnet sein, wodurch die Kontaktierung mit den Wärmesammeiflächen an den Rohrleitungsabschnitten durch das Eigengewicht der Solarkollektormodule unterstützt wird. If the pipeline sections are designed to be structurally stable, and the solar collector modules have attachment projections for suspension at the pipeline sections on their rear side, additional substructures in the form of battens or the like on the roof surface or facade surface can be dispensed with. In particular, the heat conducting elements can be arranged on the suspension projections of the solar collector modules, whereby the contact with the heat collecting surfaces at the pipe sections is supported by the weight of the solar collector modules.
Eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Solarkollektorsystems besteht darin, dass das Wärmetransportsystem als eine Anordnung von in Falllinie an einer Dachkonstruktion oder Fassadenkonstruktion geneigten oder Senkrechten parallelen und vorzugsweise in regelmäßigem Abstand zueinander verlaufenden Rohrleitungsabschnitten ausgeführt ist und die Solarkollektormodule einen horizontalen Abstand zwischen zwei benachbarten Rohrleitungsabschnitten überbrücken und mit zwei in horizontaler Richtung distanzierten Wärmeleitelementen an zwei benachbarten Rohrleitungsabschnitten in flächigem, berührendem und lösbarem Kontakt mit deren Wärmesammeiflächen stehen. In dieser Ausführungsform des Solarkollektorsystems können die geraden Rohrleitungsabschnitte, insbesondere die Funktion von vertikalen Ständern an einer Fassadenkonstruktion oder von geneigten Sparren einerAn alternative embodiment of the solar collector system according to the invention is that the heat transport system is designed as an arrangement of sloping or falling perpendicular to a roof construction or facade construction or vertical parallel and preferably regularly spaced pipe sections and bridge the solar collector modules a horizontal distance between two adjacent pipe sections and with two spaced apart in the horizontal direction of heat conduction elements on two adjacent pipe sections in planar, touching and releasable contact with the heat collecting surfaces are. In this embodiment of the solar collector system, the straight pipe sections, in particular the function of vertical uprights on a facade construction or inclined rafters of a
Dachkonstruktion übernehmen, an denen die Solarkollektormodule, wie Fassadenplatten bzw. Dachziegelelemente, angeordnet sind. Accept roof construction on which the solar collector modules, such as facade panels or tile elements, are arranged.
Falls das Wärmetransportsystem bzw. dessen gerade Rohrleitungsabschnitte nicht für stati- sehe Belastungen ausgelegt sind, können die Solarkollektormodule an herkömmlichen Unterkonstruktionen, wie Dachlatten oder sonstigen Lattenunterkonstruktionen, angeordnet sein.
Wenn entlang einem geraden Rohrleitungsabschnitt mehrere Solarkollektormodule aneinan- dergrenzend oder überlappend angeordnet sind und dabei die Wärmeleitelemente der Solarkollektormodule zumindest annähernd die gesamte Wärmesammeifläche an diesem Rohrleitungsabschnitt bedecken, steht in Summe eine große Kontaktfläche für den Wärmeaustausch zwischen den Solarkollektormodulen und dem Wärmetransportsystem zur Verfügung, wodurch alleine durch Wärmeleitungsvorgänge eine große Wärmeleistung übertragen werden kann. Die streifenförmige Wärmesammeifläche an den Rohrleitungsabschnitten wird in diesem Fall möglichst vollflächig von den einzelnen, streifenförmigen Wärmeleitelementen der Solarkollektormodule kontaktiert. If the heat transport system or its straight pipe sections are not designed for static loads, the solar collector modules can be arranged on conventional substructures, such as roof battens or other slatted substructures. If a plurality of solar collector modules are arranged adjoining or overlapping along a straight pipeline section, and the heat-conducting elements of the solar collector modules cover at least approximately the entire heat collecting surface on this pipeline section, a large contact area is available for the heat exchange between the solar collector modules and the heat transport system, which alone By heat conduction processes a large heat output can be transmitted. In this case, the strip-shaped heat collecting surface on the pipe sections is contacted by the individual, strip-shaped heat-conducting elements of the solar collector modules as completely as possible.
Die Wärmeleitfläche des Wärmeleitelements und die Wärmesammeifläche des Wärmetransportsystems können als ebene Kontaktflächen ausgeführt sein, wodurch auch bei geringfügigen Relativverschiebungen zwischen Solarkollektormodulen und Wärmetransportsystem ein guter Kontakt und dadurch ein guter Wärmeübergang sichergestellt sind. Gleichzeitig sind ebene Kontaktflächen leicht herzustellen und können die zusammenwirkenden Kontaktflächen zusätzlich mit Wärmeleitpaste versehen werden, wodurch auch Luftspalte zwischen den zusammenwirkenden Kontaktflächen, die den Wärmeübergang hemmen, verhindert werden. The heat-conducting surface of the heat-conducting element and the heat collecting surface of the heat transport system can be designed as flat contact surfaces, whereby a good contact and thus a good heat transfer are ensured even with slight relative displacements between solar collector modules and heat transport system. At the same time flat contact surfaces are easy to prepare and the cooperating contact surfaces can be additionally provided with thermal grease, whereby air gaps between the cooperating contact surfaces, which inhibit the heat transfer, are prevented.
Bei einem Wärmetransportsystem mit hoher Leitungsabschnitten aus Metallrohren, kann das Wärmeleitelement vorteilhaft auch eine zylinderabschnittförmige Kontaktfläche aufweisen, die vollflächig am Außenmantel eines metallischen Rohrleitungsabschnittes anliegt, wodurch das Anbringen oder Herstellen von eigenen Wärmesammelflächen an den Rohrleitungsabschnitten entfallen kann, da diese durch den Außenmantel der Rohrleitungsabschnitte gebildet sind. In a heat transport system with high pipe sections made of metal pipes, the heat-conducting element may advantageously also have a cylinder-shaped contact surface which rests over the entire surface of the outer shell of a metallic pipe section, whereby the attachment or production of their own heat collecting surfaces can be omitted on the pipe sections, as this formed by the outer shell of the pipe sections are.
Zur Vermeidung von unerwünschtem Wärmeaustausch mit der Umgebung ist es von Vorteil, wenn die miteinander in Kontakt stehenden Wärmeleitelemente der Solarkollektormodule und die Wärmesammelflächen des Wärmetransportsystems aufgenommen bei den Verbindungen zu den Solarkollektorelement bzw. zum Rohrleitungsabschnitt durch eine Wärmedämm- schicht umhüllt sind. Diese wärmedämmende Umhüllung der Schnittstelle kann insbesondere so gestaltet sein, dass eine in der Wärmedämmschicht des Wärmetransportsystems vorhandene Ausnehmung im Bereich der Wärmesamnielfläche bei montiertem Solarkollektormodul durch ein Wärmedämmelement am Solarkollektormodul weitgehend verschlossen wird. In
dieser Ausführungsform wird dieses Wärmedämmelement lediglich von dem Verbindungselement durchragt, an dessen Ende das Wärmeleitelement angeordnet ist. To avoid undesirable heat exchange with the environment, it is advantageous if the heat-conducting elements of the solar collector modules which are in contact with one another and the heat-collecting surfaces of the heat transport system are enveloped in the connections to the solar collector element or to the pipe section by a heat-insulating layer. This heat-insulating cladding of the interface can in particular be designed such that a recess present in the heat-insulating layer of the heat transport system in the region of the thermal samarium surface is largely closed by a heat-insulating element on the solar collector module when the solar collector module is mounted. In In this embodiment, this heat-insulating element is penetrated only by the connecting element, at the end of which the heat-conducting element is arranged.
Für eine gute Wärmedämmung an der Schnittstelle zwischen Solarkollektormodul und Wär- metransportsystem ist es weiters von Vorteil, wenn bei montiertem Solarkollektormodul ein das Wärmeleitelement umgebendes Wärmedämmmaterial oder Wärmedämmelement gegen die Wärmedämmschicht des Wärmetransportsystems gepresst ist. Die Nachgiebigkeit von aneinanderstoßenden Wärmedämmmaterialien ist dabei so gewählt, dass der berührende Kontakt zwischen Wärmeleitelement und Wärmesammeifläche dadurch nicht nennenswert redu- ziert wird. For good thermal insulation at the interface between the solar collector module and the heat transport system, it is furthermore advantageous if, when the solar collector module is mounted, a thermal insulation material or thermal insulation element surrounding the heat-conducting element is pressed against the thermal insulation layer of the heat transport system. The compliance of contiguous thermal insulation materials is chosen such that the contact between the heat-conducting element and the heat-collecting surface is not appreciably reduced.
Der mechanische Kontakt zwischen Wärmeleitelementen und den Wärmesammeiflächen kann zuverlässig auch dadurch sichergestellt werden, dass an den Wärmeleitelementen oder an den Wärmesammelflächen Haken, Zungen, Zapfen oder ähnliche Befestigungsfortsätze ausgebildet sind, die im montierten Zustand formschlüssig in Öffnungen an den Wärmesammelflächen bzw. den Wärmeleitelementen eingreifen. Derart eingehakte Solarkollektormodule bleiben zuverlässig in wärmeleitendem Kontakt am Wärmetransportsystem fixiert, können jedoch durch eine geeignete Relativverschiebung eventuell auch werkzeuglos montiert bzw. demontiert werden. The mechanical contact between the heat-conducting and the heat collecting surfaces can be reliably ensured by hooks, tongues, pins or similar fastening projections are formed on the heat conducting elements or on the heat collecting surfaces, which engage positively in the assembled state in openings on the heat collecting surfaces and the heat conducting elements. Such hooked solar collector modules remain reliably fixed in heat-conducting contact on the heat transport system, but may also be assembled or disassembled without tools by a suitable relative displacement.
Die montierten Solarkollektormodule bilden vorzugsweise auch eine dachziegelartige Einde- ckung eines Daches oder eine flächige Fassadenaußenhaut, wodurch die Kosten für eine herkömmliche Dachhaut bzw. Fassade entfallen können. Das erfindungsgemäße Solarkollektormodul und das erfindungsgemäße Wärmetransportsystem bzw. das erfindungsgemäße Solarkollektorsystem können wie bereits erläutert, vorteilhaft für die Aufnahme von Solarenergie und Umgebungswärme und Zuführung in einen Wärmekreislauf dienen oder für die Abgabe von Wärme aus einem Kühlkreislauf an die Umgebung eingesetzt werden. Die Erfindung ist demnach zu Heiz- und Erwärmungszwecken aber auch zu Kühlzwecken einsetzbar. The mounted solar collector modules preferably also form a roof-tile-like roof or a flat facade outer skin, whereby the cost of a conventional roof or facade can be omitted. The solar collector module according to the invention and the heat transport system according to the invention or the solar collector system according to the invention can, as already explained, advantageously serve for the absorption of solar energy and ambient heat and supply to a heat cycle or be used for the release of heat from a cooling circuit to the environment. Accordingly, the invention can also be used for heating and heating purposes but also for cooling purposes.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.
Es zeigen jeweils in stark schematisch vereinfachter Darstellung: For a better understanding of the invention, this will be explained in more detail with reference to the following figures. Each shows in a highly schematically simplified representation:
Fig. 1 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Solarkollektorsystem mit einem ein Fig. 1 shows a section through an inventive solar collector system with a
Wärmetransportsystem kontaktierenden Solarkollektormodul; Heat transport system contacting solar collector module;
Fig. 2 einen Querschnitt durch ein modulares Solarkollektorsystem in einer weiteren 2 shows a cross section through a modular solar collector system in another
Ausführungsform als das Dacheindeckung; Embodiment as the roofing;
Fig. 3 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Solarkollektorsystems mit einem Wärmeträgerfluid im Solarkollektormodul; 3 shows a cross section through a further embodiment of a solar collector system with a heat transfer fluid in the solar collector module.
Fig. 4 eine Teilansicht einer weiteren Ausführungsform eines Solarkollektorsystems, verwendet als Fassade an einem Gebäude; 4 is a partial view of another embodiment of a solar collector system used as a facade on a building;
Fig. 5 einen Schnitt gemäß Linie V - V durch das Solarkollektorsystem gemäß Fig. 4; 5 shows a section along line V - V through the solar collector system of FIG. 4;
Fig. 6 ein Schnitt gemäß Linie VI - VI durch das Solarkollektorsystem gemäß Fig. 4; FIG. 6 shows a section according to line VI-VI through the solar collector system according to FIG. 4; FIG.
Fig. 7 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Solarkollektorsystems im 7 shows a section through a further embodiment of a solar collector system in FIG
Bereich der Schnittstelle zur Wärmeübertragung zwischen Solarkollektormodul und Wärmetransportsystem; Area of interface for heat transfer between solar collector module and heat transport system;
Fig. 8 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform des Solarkollektorsystems im 8 shows a section through a further embodiment of the solar collector system in FIG
Bereich der Schnittstelle zur Wärmeübertragung zwischen Solarkollektormodul und Wärmetransportsystem und Area of interface for heat transfer between solar collector module and heat transport system and
Fig. 9 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Solarkollektorsystems mit Verwendung eines Wärmerohrs im Solarkollektormodul und einem Abdeckelement oberhalb des Absorberelements. 9 shows a cross section through a further embodiment of a solar collector system with the use of a heat pipe in the solar collector module and a cover element above the absorber element.
Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf glei-
che Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen. Weiters können auch Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemäße Lösungen darstellen. By way of introduction, it should be noted that in the differently described embodiments, the same parts are given the same reference numerals or the same component designations, the disclosures contained throughout the description being applied mutatis mutandis to the same. che parts with the same reference numerals or the same component names can be transferred. Also, the position information selected in the description, such as top, bottom, side, etc. related to the immediately described and illustrated figure and are to be transferred to a new position analogous to the new situation. Furthermore, individual features or combinations of features from the different exemplary embodiments shown and described can also represent independent, inventive or inventive solutions.
Sämtliche Angaben zu Wertebereichen in gegenständlicher Beschreibung sind so zu verste- hen, dass diese beliebige und alle Teilbereiche daraus mit umfassen, z.B. ist die Angabe 1 bis 10 so zu verstehen, dass sämtliche Teilbereiche, ausgehend von der unteren Grenze 1 und der oberen Grenze 10 mitumfasst sind, d.h. sämtliche Teilbereich beginnen mit einer unteren Grenze von 1 oder größer und enden bei einer oberen Grenze von 10 oder weniger, z.B. 1 bis 1,7, oder 3,2 bis 8,1 oder 5,5 bis 10. All statements on ranges of values in the description of the subject should be understood to include any and all sub-ranges thereof, e.g. the indication 1 to 10 should be understood to include all sub-ranges, starting from the lower limit 1 and the upper limit 10, i. all subregions begin with a lower limit of 1 or greater and end at an upper limit of 10 or less, e.g. 1 to 1.7, or 3.2 to 8.1 or 5.5 to 10.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Ausführungsform eines Solarkollektorsystems 1, umfassend ein Solarkollektormodul 2 und ein Wärmetransportsystem 3, das an einer nicht näher dargestellten Unterkonstruktion 4, etwa einem Gebäude oder einem eigenen Gestell angeordnet ist. Das Solarkollektormodul 2 dient dazu, durch strichlierte Pfeile angedeutete Solarstrahlung 5 zu absorbieren und in Form von Wärme dem Wärmetransportsystem 3 zuführen. Das Wärmetransportsystem 3 ist dabei Bestandteil eines Wärmekreislaufes und umfasst eine von einem Wärmeträgerfluid 6 durchströmte Rohrleitung 7. Das Solarkollektormodul 2 umfasst zumindest ein Absorberelement 8, das an der der Solarstrahlung 5 ausgesetzten Außenseite 9 des Solarkollektormoduls 2 angeordnet ist und durch Aufnahme von Solarstrah- lung 5 eine Wärmezufuhr erfährt. Das Absorberelement 8 ist vorzugsweise aus Metall mit einer Dicke von wenigen Millimetern gebildet und kann zur Reduktion von Wärmeabstrah- lung, die mit Temperaturerhöhung des Absorberelements 8 stark zunimmt, eine selektive Be- schichtung 10 aufweisen, die an dieser Stelle nicht näher erläutert wird. Die vom Solarkollektormodul 2 aufgenommene Wärmeenergie wird über eine Schnittstelle 11 im Bereich der der Unterkonstruktion 4 zugewandten Rückseite 12 des Solarkollektorelements 2 an das Wärmetransportsystem 3 übertragen.
Die Schnittstelle 11 wird durch ein an der Rückseite 12 des Solarkollektormoduls 2 angeordnetes Wärmeleitelement 13 das mit einer Kontaktfläche 14 in flächigem, berührendem und lösbarem Kontakt mit einer Wärmesammeifläche 15 an der Rohrleitung 7 steht, gebildet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Kontaktfläche 14 einen Abstand 16 von einer Rückseitenfläche 17 in Richtung der Dicke 18 des Solarkollektormoduls 2 auf. Der Abstand 16 entspricht dabei vorzugsweise einem mehrfachen der Dicke des Absorberelements 8. Fig. 1 shows a cross section through an embodiment of a solar collector system 1, comprising a solar collector module 2 and a heat transport system 3, which is arranged on a substructure 4, not shown, such as a building or a separate frame. The solar collector module 2 serves to absorb solar radiation 5 indicated by dashed arrows and to supply the heat transport system 3 in the form of heat. The heat transport system 3 is part of a heat cycle and comprises a flowed through by a heat transfer fluid 6 pipe 7. The solar collector module 2 comprises at least one absorber element 8, which is arranged on the solar radiation 5 exposed outside 9 of the solar collector module 2 and by receiving solar radiation 5 th experiences a heat supply. The absorber element 8 is preferably formed of metal with a thickness of a few millimeters and, in order to reduce heat radiation, which increases sharply with an increase in temperature of the absorber element 8, may have a selective coating 10, which will not be explained in detail here. The heat energy absorbed by the solar collector module 2 is transmitted to the heat transport system 3 via an interface 11 in the region of the rear side 12 of the solar collector element 2 facing the substructure 4. The interface 11 is formed by a arranged on the back 12 of the solar collector module 2 heat-conducting element 13 which is in contact with a contact surface 14 in planar, touching and releasable contact with a heat collecting surface 15 on the pipe 7. In the exemplary embodiment shown, the contact surface 14 has a spacing 16 from a rear side surface 17 in the direction of the thickness 18 of the solar collector module 2. The distance 16 preferably corresponds to a multiple of the thickness of the absorber element eighth
Das Absorberelement 8 und/oder das Wärmeleitelement 13 sind aus Gründen der guten Wär- meleitf ähigkeit und der guten Temperaturbeständigkeit vorzugsweise aus Metall hergestellt, beispielsweise aus Kupfer, Aluminium, Stahl oder Edelstahl. Weiters kann das Absorberelement auch unter Verwendung von Kohlenstoffnanoröhren mit extrem hoher Absorbtionsfä- higkeit und Wärmeleitfähigkeit hergestellt sein. Auch hochtemperaturbeständige Kunststoffe können dabei zum Einsatz kommen. The absorber element 8 and / or the heat-conducting element 13 are preferably made of metal, for example of copper, aluminum, steel or stainless steel, for reasons of good heat conductivity and good temperature resistance. Furthermore, the absorber element can also be produced using carbon nanotubes with extremely high absorptivity and thermal conductivity. High-temperature-resistant plastics can also be used.
Die Wärmeübertragung vom Absorberelement 8 zum Wärmetransportsystem 3 erfolgt durch diesen Abstand 16, also im Wesentlichen durch Wärmeleitung in Richtung der Dicke 18 des Solarkollektormoduls 2. Um eine gute Wärmeleitung zwischen dem Absorberelement 8 und dem Wärmeleitelement 13 zu erzielen, ist im dargestellten Ausführungsbeispiel zwischen diesen beiden zumindest ein Verbindungselement 19 vorgesehen, das im Wesentlichen aus Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von zumindest 15 W/mK besteht, wodurch bei einem Temperaturunterschied zwischen Absorberelement 8 und Wärmeleitelement 13 die übertragene Wärme zu einem wesent- liehen Anteil über das Verbindungselement 19 übertragen wird. Das Verbindungselement 19 kann dabei wie in Fig. 1 dargestellt, als eigener Bauteil ausgebildet sein, der mit beiden Enden flächig am Absorberelement 18 bzw. dem Wärmeleitelement 13 befestigt ist oder durch zumindest einen Teilabschnitt des Absorberelements 8 und/oder des Wärmeleitelements 13 gebildet sein, wenn diese derartige Fortsätze, die als Verbindungselement 19 dienen können, aufweisen. The heat transfer from the absorber element 8 to the heat transport system 3 is effected by this distance 16, ie substantially by heat conduction in the direction of the thickness 18 of the solar collector module 2. In order to achieve a good heat conduction between the absorber element 8 and the heat-conducting element 13, in the illustrated embodiment between these two at least one connecting element 19 is provided, which consists essentially of material having a thermal conductivity of at least 15 W / mK, whereby at a temperature difference between the absorber element 8 and heat conducting element 13, the heat transferred is transferred to a substantial lent share via the connecting element 19. As shown in FIG. 1, the connecting element 19 may be formed as a separate component, which is fastened with both ends to the absorber element 18 or the heat-conducting element 13 or formed by at least one section of the absorber element 8 and / or the heat-conducting element 13. if they have such extensions, which can serve as a connecting element 19 have.
Das Solarkollektormodul 2 gemäß Fig. 1 umfasst neben den die Wärmeleitung bewirkenden Bauteilen Absorberelement 8, Verbindungselement 19 und Wärmeleitelement 13, einen
Grundkörper 20, der zusätzlich zu den anderen Bauteilen für die erforderliche Festigkeit des Solarkollektormoduls 2 sorgt, und vorzugsweise eine relativ niedrige Wärmeleitfähigkeit besitzt, wodurch der Grundkörper 20 an Wärmeübertragungsvorgängen des Solarkollektormoduls 2 nur in relativ geringem Ausmaß beteiligt ist und vom Absorberelement 8 aufgenom- mene Wärmeenergie hauptsächlich zum Wärmeleitelement 13 übertragen wird, solange zwischen diesen beiden ein Temperaturunterschied besteht. The solar collector module 2 according to FIG. 1 comprises, in addition to the components which effect the heat conduction, the absorber element 8, the connection element 19 and the heat-conducting element 13 Base body 20, which provides in addition to the other components for the required strength of the solar collector module 2, and preferably has a relatively low thermal conductivity, whereby the main body 20 is involved in heat transfer processes of the solar collector module 2 only to a relatively small extent and absorbed by the absorber element 8 thermal energy is transmitted mainly to the heat-conducting element 13, as long as there is a temperature difference between these two.
Der Grundkörper 20 kann insbesondere aus einem Wärmedämmmaterial 21 mit einer Wärmeleitfähigkeit von maximal 0,1 W/mK bestehen, wodurch das Absorberelement 8 aus der So- larstrahlung 5 aufgenommene Wärmeenergie im Wesentlichen nur durch Wärmeabstrahlung und Konvektion an der Außenseite 9 sowie durch Wärmeleitung zum Wärmeleitelement 13 abgeben kann. Falls die Temperatur des Wärmeträgerfluids 6 des Wärmetransportsystems 3 bereits nahe an der Temperatur des Absorberelements 8 liegt, wird über die Schnittstelle 11 nur mehr sehr wenig Wärmeleistung übertragen, und steigt dementsprechend wieder die Temperatur des Absorberelements 8 weiter an, bis sich wieder eine ausgeglichene Wärmebilanz einstellt. Da das Absorberelement 8 des Solarkollektormoduls 2 bei starker Solarstrahlung 5 und reduzierter Wärmeabfuhr an das Wärmetransportsystem 3 sehr hohe Temperaturen annimmt, kann das Wärmedämmmaterial 21 vorzugsweise mineralische Fasern und/oder mineralische Schäume umfassen. Als Beispiele werden hier etwa Glaswolle, Steinwolle, Poren- beton, porosierter Ziegel usw. genannt. The main body 20 may in particular consist of a thermal insulation material 21 with a thermal conductivity of at most 0.1 W / mK, whereby the absorber element 8 thermal energy absorbed from the solar radiation 5 substantially only by heat radiation and convection on the outside 9 and by heat conduction to the heat-conducting 13 can deliver. If the temperature of the heat transfer fluid 6 of the heat transport system 3 is already close to the temperature of the absorber element 8, only very little heat output is transmitted via the interface 11, and accordingly the temperature of the absorber element 8 increases again until a balanced heat balance is established again , Since the absorber element 8 of the solar collector module 2 assumes very high temperatures with strong solar radiation 5 and reduced heat dissipation to the heat transport system 3, the thermal insulation material 21 may preferably comprise mineral fibers and / or mineral foams. Glass wool, rockwool, porous concrete, porous brick, etc. are examples here.
Um Wärmeverluste durch das Wärmetransportsystem 3 zu reduzieren, ist die Rohrleitung 7 an ihrem Außenumfang selbst wärmedämmend ausgeführt oder mit einer Wärmedämmung versehen, wobei die Wärmesammeifläche 15 von außen für die Kontaktfläche 14 des Solarkol- lektormoduls 2 zugänglich ist. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist die Rohrleitung 7 im Bereich des Solarkollektormoduls 2 durch ein Metallrohr 22 gebildet, das an seinem Außenumfang von einer Wärmedämmschicht 23 umschlossen ist. Diese Wärmedämmschicht 23 besteht, ähnlich wie der Grundkörper 20 vorzugsweise aus Wärmedämmmaterial mit einer möglichst geringen Wärmeleitfähigkeit, vorzugsweise kleiner als 0,1 W/mK. Die Wärme- dämmschicht 23 besitzt lediglich im Bereich der Wärmesammeifläche 15 eine Ausnehmung, durch die diese in Kontakt mit dem Solarkollektormodul 2 treten kann.
Wie in Fig. 1 ersichtlich ist, kann die Wärmedämmschicht 23 bis zum Grundkörper 20 bzw. zum Wärmedämmmaterial 21 des Solarkollektormoduls 2 reichen, wodurch die Schnittstelle 11 zumindest annähernd vollständig von schlecht wärmeleitendem Material umgeben ist und dadurch unerwünschte Wärmeverluste weitgehend vermieden sind. In order to reduce heat losses through the heat transport system 3, the pipe 7 is carried out on its outer circumference even heat-insulating or provided with a thermal insulation, the heat collecting surface 15 from the outside for the contact surface 14 of the solar collector module 2 is accessible. In the exemplary embodiment according to FIG. 1, the pipeline 7 is formed in the region of the solar collector module 2 by a metal tube 22 which is surrounded on its outer periphery by a thermal insulation layer 23. This thermal barrier coating 23, similar to the base body 20, preferably consists of thermal insulation material with as low as possible a thermal conductivity, preferably less than 0.1 W / mK. The thermal insulation layer 23 has only in the area of the heat collecting surface 15 a recess through which it can come into contact with the solar collector module 2. As can be seen in FIG. 1, the thermal barrier coating 23 can extend to the main body 20 or to the thermal insulation material 21 of the solar collector module 2, whereby the interface 11 is at least approximately completely surrounded by poorly heat-conducting material and unwanted heat losses are largely avoided.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform eines Solarkollektorsystems 1 in Form einer Dacheindeckung 24, bei der die Solarkollektormodule 2 die Funktion von Dachziegeln oder Dachpfannen übernehmen und das Wärmetransportsystem 3 die Funktion von Dachlatten. Das Wärmetransportsystem 3 umfasst dabei eine Anordnung von parallelen und in regelmäßigem Ab- stand 25 zueinander verlaufenden, horizontalen Rohrleitungsabschnitten 26, an denen die einzelnen Solarkollektormodule 2 befestigt sind. Die Solarkollektormodule 2 weisen an ihrer Außenseite 9 wieder jeweils ein Absorberelement 8 auf, das vorzugsweise durch ein Metallblech gebildet ist und bei einem Temperaturunterschied zwischen dem Absorberelement 8 und dem Wärmeträgerfluid 6 in den Rohrleitungsabschnitten 26 durch Wärmeleitung über die Schnittstelle 11 Wärmeenergie an das Wärmetransportsystem 3 überträgt. 2 shows an embodiment of a solar collector system 1 in the form of a roof covering 24, in which the solar collector modules 2 assume the function of roof tiles or roof tiles, and the heat transport system 3 performs the function of roof battens. In this case, the heat transport system 3 comprises an arrangement of parallel and regularly spaced horizontal pipe sections 26, to which the individual solar collector modules 2 are fastened. The solar collector modules 2 have on their outer side 9 again an absorber element 8, which is preferably formed by a metal sheet and at a temperature difference between the absorber element 8 and the heat transfer fluid 6 in the pipe sections 26 by thermal conduction via the interface 11 thermal energy to the heat transfer system 3 transfers ,
Die Schnittstelle 11 umfasst dabei auf Seite des Solarkollektormoduls 2 ein Wärmeleitelement 13 aus Metall, das über ein Verbindungselement 19 wärmeleitend mit dem Absorberelement 8 verbunden ist. Dieses Wärmeleitelement 13 berührt mit einer Kontaktfläche 14 eine Wärmesammelfläche 15 am Rohrleitungsabschnitt 26 und ist dadurch die Schnittstelle 11 zur Wärmeübertragung 11 gebildet. Der Rohrleitungsabschnitt 26 umfasst ein Metallrohr 22, an dem die Wärmesammelfläche 15 aus Metall angeordnet ist und das an seinem Außenumfang von seiner Wärmedämmschicht 23 umgeben ist, ausgenommen im Bereich der Wärmesammelfläche 15. Metallrohr 22 und die dieses umgebende Wärmedämmschicht 23 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel in einem U-förmigem Trägerprofil 27 aufgenommen, das die erforderliche Annäherung der Kontaktfläche 14 des Solarkollektormoduls 2 an die Wärmesammelfläche 15 des Rohrleitungsabschnittes 26 zulässt. Das Trägerprofil 27 kann, wie in Fig. 2 angedeutet, auch die statisch tragende Funktion einer Dachlatte übernehmen, die das Solarkollektormodul 2 unterstützt. Das Solarkollektormodul 2 weist vorzugsweise wieder einen Grundkörper 20 mit einem Wärmedämmmaterial 21 an der Rückseitenfläche 17 desThe interface 11 comprises on the side of the solar collector module 2, a heat-conducting element 13 made of metal, which is thermally conductively connected via a connecting element 19 with the absorber element 8. This heat-conducting element 13 contacts a heat-collecting surface 15 on the pipe section 26 with a contact surface 14, thereby forming the interface 11 for heat transfer 11. The pipe section 26 comprises a metal pipe 22, on which the heat collecting surface 15 is arranged made of metal and which is surrounded at its outer periphery by its thermal barrier coating 23, except in the region of the heat collecting surface 15. Metal tube 22 and the surrounding thermal barrier coating 23 are in the illustrated embodiment in one U-shaped carrier profile 27 was added, which allows the required approximation of the contact surface 14 of the solar collector module 2 to the heat collecting surface 15 of the pipe section 26. As indicated in FIG. 2, the carrier profile 27 can also assume the statically supporting function of a roof batten which supports the solar collector module 2. The solar collector module 2 preferably again has a base body 20 with a thermal insulation material 21 on the rear side surface 17 of the
Absorberelements auf, wodurch eine mögliche Wärmeabstrahlung in Richtung zur Unterkon- strukton 4 weitgehend unterbunden wird und sich dadurch die Temperatur des Absorberele-
ments 8 auf höherem Niveau einstellt, wodurch die Wärmeübertragung an das Wärmetransportsystem 3 verstärkt wird. Absorber element, whereby a possible heat radiation in the direction of substructure 4 is largely suppressed and thereby the temperature of Absorberele- ment 8 at a higher level, whereby the heat transfer to the heat transport system 3 is enhanced.
In Fig. 2 ist das Verbindungselement 19 an einem Endabschnitt 28 des Absorberelements 8 einstückig angeformt, beispielsweise durch einen Abkantvorgang und ist von beiden Seiten mit Wärmedämmmaterial 21 umhüllt, wodurch Wärmeverluste bei der Wärmeübertragung zur Kontaktfläche 14 weitgehend unterbunden sind. Zusätzlich wäre es möglich, dass durch einen weiteren Abkantvorgang am Verbindungselement 19 auch das Wärmeleitelement 13 hergestellt wird und somit das Absorberelement 8, das Verbindungselement 19 und das Wär- meleitelement 13 mit der Kontaktfläche 14 aus einem Metallblechzuschnitt hergestellt sind. In Fig. 2, the connecting element 19 is integrally formed on an end portion 28 of the absorber element 8, for example by a bending process and is coated on both sides with thermal insulation material 21, whereby heat losses during heat transfer to the contact surface 14 are largely prevented. In addition, it would be possible for the heat-conducting element 13 to be produced by a further bending operation on the connecting element 19 and thus the absorber element 8, the connecting element 19 and the heat-conducting element 13 with the contact surface 14 are produced from a sheet metal blank.
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform des Solarkollektorsystems 1, das als Fassadensystem oder, wie dargestellt, als Dacheindeckung 24 eingesetzt werden kann. Das Solarkollektormodul 2 mit dem außen liegenden Absorberelement 8 und der von diesem um den Ab- stand 16 distanzierten Kontaktfläche 14 besitzt in diesem Ausführungsbeispiel einen Grundkörper 20, indem ein Hohlraum 29 ausgebildet ist, der sowohl an die Rückseitenfläche 17 des Absorberelements 8 als auch an das Wärmeleitelement 13 angrenzt und mit einem Wärmeträgerfluid 30 gefüllt ist. Die Wärmeleitung vom Absorberelement 8 zum Wärmeleitelement 13 erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel somit durch das Wärmeträgerfluid 30 und zwar durch Wärmeleitungsvorgänge und Konvektionsvorgänge innerhalb des Wärmeträgerfluids 30 im Hohlraum 29. Je nach der Ausführung des Hohlraums 29 und des enthaltenen Wärmeträgerfluids 30 kann dabei der Anteil der Konvektion oder der Wärmeleitung überwiegen. FIG. 3 shows a further embodiment of the solar collector system 1, which can be used as a facade system or, as shown, as a roof covering 24. In this exemplary embodiment, the solar collector module 2 with the outer absorber element 8 and the contact surface 14 distanced therefrom by the distance 16 has a base body 20 in which a cavity 29 is formed, which is connected both to the rear side surface 17 of the absorber element 8 and to the Wärmeleitelement 13 is adjacent and filled with a heat transfer fluid 30. The heat conduction from the absorber element 8 to the heat-conducting element 13 thus takes place in this embodiment by the heat transfer fluid 30 by heat conduction and Konvektionsvorgänge within the heat transfer fluid 30 in the cavity 29. Depending on the design of the cavity 29 and the heat transfer fluid 30 contained can be the proportion of convection or outweigh the heat conduction.
Wie in Figur 3 in strichlierten Linien angedeutet, kann zusätzlich zur Wärmeleitung über das Wärmeträgerfluid 30 ein zusätzliches Verbindungselement 19 vorgesehen sein, das zusätzlich an der Wärmeübertragung zwischen Absorberelement 8 und Kontaktfläche 14 beteiligt sein kann. As indicated in dashed lines in FIG. 3, in addition to the heat conduction via the heat carrier fluid 30, an additional connecting element 19 may be provided, which may additionally be involved in the heat transfer between absorber element 8 and contact surface 14.
Die Solarkollektorelemente 2 sind auch in diesem Ausführungsbeispiel an geraden Rohrlei- tungsabschnitten 26 des Wärmetransportsystems 3 angeordnet. Die Rohrleitung 7 ist hierbei wiederum durch ein Metallrohr 22 gebildet, das an seinem Außenumfang mit einer Wärmedämmschicht 23 versehen ist. Die mechanische Abstützung des Solarkollektormoduls 2 erfolgt im dargestellten Ausführungsbeispiel wieder durch ein Trägerprofil 27, das hierbei bei-
spielhaft durch einen Winkelstahl 31 gebildet ist und mit geeigneten Befestigungsmitteln an der Dachunterkonstruktion befestigt ist. Zur mechanischen Verbindung zwischen Solarkollektormodul 2 und dem Trägerprofil 27 weist - wie auch in Figur 2 - das Solarkollektormodul 2 einen Einhängevorsprung 32 auf, mit dem das Solarkollektormodul 2 an dem Rohrleitungs- abschnitt 26 wie an einer Dachlatte eingehängt werden kann. The solar collector elements 2 are also arranged in this exemplary embodiment on straight pipe line sections 26 of the heat transport system 3. The pipe 7 is again formed by a metal tube 22, which is provided on its outer periphery with a thermal barrier coating 23. The mechanical support of the solar collector module 2 takes place again in the illustrated embodiment by a carrier profile 27, the hereby bei- is playfully formed by an angle steel 31 and secured with suitable fasteners on the roof substructure. For the mechanical connection between the solar collector module 2 and the carrier profile 27, as in FIG. 2, the solar collector module 2 has a suspension projection 32 with which the solar collector module 2 can be suspended from the pipe section 26 like a roof batten.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 ist das Wärmeleitelement 13 an der Rückseite 12 des Solarkollektormoduls 2 angeordnet, während es beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 am Einhängevorsprung 32 angeordnet ist. Die Rohrleitung 7 mit der Wärmesammelfläche 15 kann durch die Wärmedämmschicht 23 in geringfügigem Maße elastisch nachgiebig gelagert sein, wodurch im montierten Zustand des Solarkollektormoduls 2 vorteilhaft ein Anpressdruck zwischen dem Wärmeleitelement 13 und der Wärmesammelfläche 15 herrschen kann, der die Wärmeübertragung zwischen diesen beiden Elementen sicherstellt. In den Figuren 4, 5 und 6 ist eine weitere Ausführungsform eines Solarkollektorsystems 1 angeordnet an einer Unterkonstruktion 4, etwa einer Fassade eines Gebäudes dargestellt. Das am Gebäude angeordnete Wärmetransportsystem 3 umfasst dabei eine Anordnung von senkrechten parallelen und vorzugsweise in einem regelmäßigen Abstand 33 zueinander verlaufenden, geraden Rohrleitungsabschnitten 26. Die Rohrleitungsabschnitte 26 umfassen dabei wieder eine Rohrleitung 7, die an ihrem Außenumfang eine Wärmedämmschicht 23 aufweist. Diese Wärmedämmschicht 23 ist im Bereich von Wärmesammeiflächen 15 unterbrochen, wodurch diese für die Kontaktflächen 14 der Solarkollektorelemente 2 zugänglich sind. In Figur 4 ist eine derartige Ausnehmung 34, die schlitzähnlich der Rohrleitung 7 entlang verläuft, dargestellt. An den Abschnitten der Wärmesammelfläche 15, die nicht mit einem Solar- kollektorelement 2 in Kontakt stehen, ist vorgesehen, dass durch entsprechende Dämmelemente innerhalb der Ausnehmung 34 die Wärmedämmschicht 23 ergänzt wird, um Wärmeverluste an diesen Stellen zu vermeiden. In the exemplary embodiment according to FIG. 3, the heat-conducting element 13 is arranged on the rear side 12 of the solar collector module 2, while it is arranged on the insertion projection 32 in the exemplary embodiment according to FIG. The pipe 7 with the heat collecting surface 15 may be supported elastically yielding by the heat-insulating layer 23, whereby in the assembled state of the solar collector module 2 advantageously a contact pressure between the heat-conducting element 13 and the heat-collecting surface 15 prevails, which ensures the heat transfer between these two elements. FIGS. 4, 5 and 6 show a further embodiment of a solar collector system 1 arranged on a substructure 4, for example a facade of a building. The arranged on the building heat transport system 3 comprises an array of vertical parallel and preferably at a regular distance 33 extending to each other, straight pipe sections 26. The pipe sections 26 include here again a pipe 7, which has a heat-insulating layer 23 on its outer periphery. This thermal barrier coating 23 is interrupted in the region of Wärmesammeiflächen 15, whereby they are accessible to the contact surfaces 14 of the solar collector elements 2. In FIG. 4, such a recess 34, which extends slit-like along the pipe 7, is shown. At the portions of the heat collecting surface 15, which are not in contact with a solar collector element 2, it is provided that the heat insulation layer 23 is supplemented by corresponding insulating elements within the recess 34 in order to avoid heat losses at these points.
In Figur 4 ist der Einfachheit halber lediglich ein Solarkollektormodul 2 in montiertem Zu- stand dargestellt, wobei erkennbar ist, dass ein Solarkollektormodul 2 jeweils den Abstand 33 zwischen zwei benachbarten Rohrleitungsabschnitten 26 überbrückt und streifenförmig ausgebildet ist und an beiden Enden des Streifens jeweils eine Wärmeleitfläche 14 aufweist, die die Wärmesammelfläche 15 eines Rohrleitungsabschnitts 26 flächig und lösbar kontaktiert.
Dabei besitzt die Ausnehmung 34 eines Rohrleitungsabschnittes 26 eine Breite, die ermöglicht nebeneinander zwei Kontaktflächen 14 von zwei an ihren Stirnenden zueinander in Längsrichtung benachbarten Solarkollektormodulen 2 aufzunehmen. Dies ist insbesondere in Figur 5, die einen Querschnitt entlang der Linie V - V in Figur 4 zeigt, erkennbar. Der abge- winkelte und in Richtung zum Wärmetransportsystem 3 weisende Teil eines Solarkollektormoduls erfüllt dabei etwa die Hälfte der Ausnehmung 34 in der Wärmedämmschicht 23 des geraden Rohrleitungsabschnittes 26 und wird die zweite Hälfte von einem benachbarten, nicht dargestellten Solarkollektormodul 2 ausgefüllt. In Figur 4 sind die streifenförmigen Kontaktflächen 14, die die Wärmesammeifläche 15 fast vollständig bedecken, in strichlierten Linien angedeutet. Bei der Ausführung gemäß Figur 4 erfolgt bei einem Temperaturunterschied zwischen dem Absorberelement 8 und den Wärme- sammelflächen 15 die Ableitung von Wärme nach beiden Seiten, angedeutet durch die Pfeile 35. Die geraden Rohrleitungsabschnitte 26 können beispielsweise herstellt werden, indem an einem Metallrohr 22 durch ein Extrusionsverfahren eine äußere Wärmedämmschicht 23, beispielsweise aus einem Kunststoffhartschaum oder einem mineralischen Schaum angebracht ist. Die geraden Rohrleitungsabschnitte 26 werden aus derartigem Halbmaterial in der benötigten Länge zugeschnitten; die Verbindung an Stoßstellen 36 zwischen zwei zu verbindenden Stirnenden von geraden Rohrleitungsabschnitten 26 erfolgt vorzugsweise mittels eines Steck- Verbindungselements 37, das beispielsweise ein kurzes Rohrstück umfasst, das in die beiden zu verbindenden Stirnenden von Rohrleitungen 7 eingesteckt wird. Vorzugsweise ist auch ein derartiges Steckverbindungselement 37 mit einer Wärmedämmschicht 38 versehen. In FIG. 4, for the sake of simplicity, only one solar collector module 2 is shown in the assembled state, it being understood that a solar collector module 2 bridges the distance 33 between two adjacent pipe sections 26 and is strip-shaped and at each end has a heat-conducting surface 14 having the heat collecting surface 15 of a pipe section 26 contacted surface and releasably. In this case, the recess 34 of a pipe section 26 has a width which allows side by side to receive two contact surfaces 14 of two adjacent to each other at their front ends in the longitudinal direction of the solar collector modules 2. This can be seen in particular in FIG. 5, which shows a cross section along the line V - V in FIG. The angled part of a solar collector module pointing in the direction of the heat transport system 3 thereby fulfills approximately half of the recess 34 in the thermal barrier coating 23 of the straight pipe section 26 and the second half is filled by an adjacent solar collector module 2, not shown. In FIG. 4, the strip-shaped contact surfaces 14, which almost completely cover the heat collecting surface 15, are indicated in dashed lines. In the embodiment according to FIG. 4, with a temperature difference between the absorber element 8 and the heat collecting surfaces 15, heat is dissipated to both sides, indicated by the arrows 35. The straight pipe sections 26 can be produced, for example, by a metal pipe 22 Extrusion method, an outer thermal barrier coating 23, for example, made of a plastic foam or a mineral foam is attached. The straight pipe sections 26 are cut from such semi-material in the required length; the connection at joints 36 between two front ends of straight pipe sections 26 to be joined is preferably carried out by means of a plug connection element 37 which comprises, for example, a short piece of pipe which is inserted into the two ends of pipes 7 to be joined. Preferably, such a connector element 37 is provided with a thermal barrier coating 38.
In Figur 5 ist in strichlierten Linien ein Wärmedämmelement 39 dargestellt, mit dem Bereiche der Wärmesammeifläche 15 eines Rohrleitungsabschnittes 16, die nicht von einer Kontaktfläche 14 eines Solarkollektormoduls 2 bedeckt werden, wärmedämmend verschlossen werden können. Um eine möglichst verlustarme Wärmeleitung vom Absorberelement 8 zum Wärmeleiterelement 13 bzw. dessen Kontaktfläche 14 sicherzustellen, ist auch in diesem Ausführungsbeispiel die Rückseitenfläche 17 des Absorberelements, das Wärmeleitelement 13, als auch das diese beiden verbindende Verbindungselement 19 in einem Stützkörper 20 mit schlechter Wärmeleitfähigkeit, insbesondere also einem Wärmedämmmaterial 21 eingeschlossen.
Die Wärmesammeifläche 15 ist in diesem Ausführungsbeispiel durch ein flaches U-Profil 40 realisiert, wobei dessen Basis an der Außenseite des Profilquerschnittes die Wärmesammel- fläche 15 darstellt, während die von der Basis aufragenden Schenkel wärmeleitend mit der Rohrleitung 7 in Form eines Metallrohres 22 verbunden sind. In einer alternativen Ausfüh- rung wäre es möglich, dass die Wärmesammelfläche 15 durch eine Abflachung an einem Metallrohr 22 gebildet wird. FIG. 5 shows in dashed lines a thermal insulation element 39, with which regions of the heat collecting surface 15 of a pipeline section 16, which are not covered by a contact surface 14 of a solar collector module 2, can be heat-sealed. In order to ensure a low-loss heat conduction from the absorber element 8 to the heat conductor element 13 or its contact surface 14, in this embodiment, the rear side surface 17 of the absorber element, the heat-conducting element 13, as well as the two connecting connecting element 19 in a support body 20 with poor thermal conductivity, in particular So a thermal insulation material 21 included. The heat collecting surface 15 is realized in this embodiment by a flat U-profile 40, wherein its base on the outside of the profile cross section, the heat collecting surface 15, while the upstanding from the base legs are thermally conductively connected to the pipe 7 in the form of a metal tube 22 , In an alternative embodiment, it would be possible for the heat collecting surface 15 to be formed by a flattening on a metal tube 22.
Die im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 und 6 dargestellte Ausführung der Wärmesammelfläche 15 ergibt zwischen der Basis des U-Profils 40 und dem Metallrohr 22 einen Hohl- räum 41, der wie folgt verwendet werden kann: The embodiment of the heat-collecting surface 15 shown in the exemplary embodiment according to FIGS. 5 and 6 results in a cavity 41 between the base of the U-profile 40 and the metal tube 22, which cavity can be used as follows:
Am Wärmeleitelement 13 sind in Richtung der Rohrleitungsachse verteilt mehrere Befestigungsfortsätze 42 angeordnet, die durch Öffnungen 43 in den dahinter liegenden Hohlraum 41 ragen und nach Relatiwerschiebung des Solarkollektormoduls 2 die Öffnungen 43 hintergrei- fen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Befestigungsfortsatz 42 durch einen Pilzzapfen gebildet, dessen verdicktes Ende das U-Profil 40 neben der Öffnung 43 hintergreift. Alternativ dazu kann anstatt eines Pilzzapfens auch ein Haken, eine Zunge oder ein sonstiger Befestigungsfortsatz 42 vorgesehen sein, der eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Wärmeleitelement 13 bzw. dessen Kontaktfläche 14 und der Wärmesammelfläche 15 sicher- stellt. On the heat conducting element 13 a plurality of fastening extensions 42 are arranged distributed in the direction of the pipe axis, which protrude through openings 43 in the underlying cavity 41 and hintergrei- after Relatiwerschiebung the solar collector module 2 openings 43. In the illustrated embodiment, the attachment extension 42 is formed by a mushroom pin whose thickened end engages behind the U-profile 40 adjacent to the opening 43. Alternatively, instead of a mushroom plug, a hook, a tongue or another fastening extension 42 may be provided, which ensures a positive connection between the heat-conducting element 13 or its contact surface 14 and the heat-collecting surface 15.
Um eine möglichst gute Wärmeleitung von Absorberelement 8 zur Wärmesammelfläche 15 zu bewirken, ist die Länge der streifenförmigen Kontaktfläche 14 zumindest annähernd gleich groß der Breite 44 eines derartigen Solarkollektormoduls 2. Weiters ist von Vorteil, wenn die für die Wärmeleitung vorgesehenen Querschnitte der Verbindungselemente 19 gleich oder größer dem wirksamen Querschnitt des Absorberelements 8 sind, und insbesondere auch die Wärmeleitwiderstände ausgehend vom Absorberelement 8 bis zur Rohrleitung 7 des Wärmetransportsystems 3 möglichst nicht zunehmen, sondern vorzugsweise abnehmen und dadurch die Temperatur der Absorberelemente 8 niedrig gehalten werden kann und damit einhergehend Verluste durch Wärmeabstrahlung reduziert sind. Um möglichst große Wärmeleistungen zwischen Solarkollektormodulen 2 und dem Wärmetransportsystem 3 übertragen zu können, erstreckt sich die Wärmesammelfläche 15 möglichst über einen großen Anteil der Länge eines geraden Rohrleitungsabschnitts 26.
Figur 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Schnittstelle 11 zwischen einem Solarkollektormodul 2 und einem Wärmetransportsystem 3 mit einer Rohrleitung 7, die vorzugsweise wieder durch ein Metallrohr 22 gebildet ist und an ihrem Außenumfang mit einer Wärmedämmschicht 23 versehen ist. Bei dieser Ausführungsform des Wärmetransportsys- tems 3 ist die Wärmesammeifläche 15 durch die Außenfläche der Rohrleitung 7 gebildet und demnach nicht wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen durch eine ebene Fläche gebildet sondern besitzt die Form eines Zylinderabschnitts. Dadurch entfällt die Herstellung einer eigenen gesonderten Wärmesammelfläche 15 durch eine Abflachung oder die Anbringung eines geeigneten Profils. Durch die Ausnehmung 34 in der Wärmedämmschicht 23 kann das Wärmeleitelement 13 des Solarkollektormoduls 2 mit seiner Kontaktfläche 14 in berührenden und lösbaren Kontakt mit der Wärmesammelfläche 15 gebracht werden. Die wärmeleitende Verbindung des Wärmeleitelements 13 zum nicht dargestellten Absorberelement 8 erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel wieder mittels eines Verbindungselements 19 aus Metall. Die der Kontaktfläche 14 gegenüberliegende Rückseite des Wärmeleitelements 13 sowie das Verbindungselement 19 sind zur Vermeidung von Wärmeverlusten wieder in einemIn order to effect the best possible heat conduction of the absorber element 8 to the heat collecting surface 15, the length of the strip-shaped contact surface 14 is at least approximately equal to the width 44 of such a solar collector module 2. It is also advantageous if the provided for the heat conduction cross sections of the connecting elements 19 equal or greater than the effective cross-section of the absorber element 8, and in particular the heat resisting starting from the absorber element 8 to the pipe 7 of the heat transport system 3 as possible not increase, but preferably decrease and thereby the temperature of the absorber elements 8 can be kept low and concomitantly reduced losses due to heat radiation are. In order to be able to transmit the largest possible heat outputs between solar collector modules 2 and the heat transport system 3, the heat collecting surface 15 extends as far as possible over a large proportion of the length of a straight pipe section 26. FIG. 7 shows a further exemplary embodiment of an interface 11 between a solar collector module 2 and a heat transport system 3 with a pipeline 7, which is preferably again formed by a metal tube 22 and provided with a thermal barrier coating 23 on its outer circumference. In this embodiment of the heat transport system 3, the heat collecting surface 15 is formed by the outer surface of the pipe 7 and therefore not formed by a flat surface as in the previous embodiments but has the shape of a cylinder portion. This eliminates the production of its own separate heat collecting surface 15 by flattening or attaching a suitable profile. Through the recess 34 in the heat-insulating layer 23, the heat-conducting element 13 of the solar collector module 2 can be brought into contact and detachable contact with the heat-collecting surface 15 with its contact surface 14. The heat-conducting connection of the heat-conducting element 13 to the absorber element 8, not shown, takes place in this embodiment again by means of a connecting element 19 made of metal. The contact surface 14 opposite the back of the heat-conducting element 13 and the connecting element 19 are to avoid heat loss back in one
Grundkörper 20 mit schlechter Wärmeleitfähigkeit eingebettet oder direkt mit Wärmedämmmaterial 21 umhüllt. Die Form des Grundkörpers 20 bzw. des Wärmedämmmaterials 21 ist in diesem Bereich komplementär zur Ausnehmung 34 in der Wärmedämmschicht 23, wodurch sich bei montiertem Solarkollektormodul 2 eine durchgängige Wärmedämmung für die Schnittstelle 11 ergibt. Die Kontaktfläche 14 des Wärmeleitelements ist, um einen gutenBody 20 embedded with poor thermal conductivity or directly wrapped with thermal insulation material 21. The shape of the base body 20 or the thermal insulation material 21 is in this area complementary to the recess 34 in the thermal barrier coating 23, resulting in a continuous thermal insulation for the interface 11 when the solar collector module 2 is mounted. The contact surface 14 of the Wärmeleitelements is to a good
Wärmeübergang zur Rohrleitung 7 zu gewährleisten, ebenfalls zylinderabschnittförmig und mit gleichem Krümmungsradius wie die Wärmesammelfläche 15 an der Außenfläche der Rohrleitung 7 ausgebildet. Figur 8 zeigt einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer Schnittstelle 11 zwischen einem Solarkollektormodul 2 und einem Wärmetransportsystem 3. Ein gerader Rohrleitungsabschnitt 26 des Wärmetransportsystems 3 ist hier durch eine Rohrleitung in Form eines Kunststoffrohrs 45 gebildet, das aufgrund der schlechten Wärmeleitfähigkeit des Kunststoffes selbst die Wärmedämmschicht 23 der Rohrleitung 7 darstellt. Das Kunststoff - rohr ist mit einem Extrusionsverfahren hergestellt und kann, wie in Figur 8 dargestellt, etwa rechteckigen Querschnitt besitzen und zur einfacheren Montage flanschartige Befestigungsfortsätze 46 aufweisen. Die Wärmesammelfläche 15 ist in dieser Ausführungsform durch ein oder mehrere Einsatzelemente 47 aus Metall gebildet, dessen Außenflächen gegenüber dem
Kunststoffrohr 45 geringfügig außen vorragen und deren Innenseiten an das Wärmeträgerfluid 6 grenzt. Das metallische Einsatzelement 47 besitzt eine gute Wärmeleitfähigkeit, wodurch von der Konktaktfläche 14 ein guter Wärmeübergang auf das Wärmeträgerfluid 6 stattfinden kann. Das Einsatzelement 47 kann sich streifenförmig in Längsrichtung des Kunststoffrohres 45 erstrecken oder aber auch durch eine Vielzahl von relativ kurzen rechteckigen oder runden Metallplättchen gebildet sein. Das oder die Einsatzelemente 47 können dabei im Zuge eines Extrusionsverfahrens eingebracht sein oder aber auch nachträglich in entsprechende Öffnungen im Kunststoffrohr 45 eingesetzt werden. Bezüglich der Ausführung des Solarkollektormoduls wird an dieser Stelle auf die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele verwiesen. Durch die Ausformung des Grundkörpers 20 mit schlecht wärmeleitfähigem Material bzw. der Verwendung von Wärmedämmmaterial 21 ist die Schnittstelle 11 auch in diesem Ausführungsbeispiel mit Material mit schlechter Wärmeleitfähigkeit umhüllt, wodurch Wärmeverluste weitgehend vermieden sind. Die Ausführung der Einsatzelemente 47 in der Form, das deren Wärmesammeiflächen 15 gegenüber der Außenfläche des Kunststoffrohrs 45 vorragen, redu- ziert auch die thermische Belastung des Kunststoffrohres 45, weshalb hierfür auch Materialien mit niedrigeren Gebrauchstemperaturen eingesetzt werden können. Heat transfer to the pipe 7 to ensure, also cylindrical section and formed with the same radius of curvature as the heat collecting surface 15 on the outer surface of the pipe 7. 8 shows a cross section through a further embodiment of an interface 11 between a solar collector module 2 and a heat transport system 3. A straight pipe section 26 of the heat transport system 3 is formed here by a pipe in the form of a plastic tube 45, which due to the poor thermal conductivity of the plastic itself, the thermal barrier coating 23 of the pipe 7 represents. The plastic pipe is produced by an extrusion process and, as shown in FIG. 8, may have approximately rectangular cross-section and have flange-like fastening extensions 46 for easier assembly. The heat collecting surface 15 is formed in this embodiment by one or more insert elements 47 made of metal, whose outer surfaces relative to the Plastic pipe 45 protrude slightly outside and the inner sides of the heat transfer fluid 6 adjacent. The metallic insert element 47 has a good thermal conductivity, whereby a good heat transfer to the heat transfer fluid 6 can take place from the contact surface 14. The insert element 47 may extend in the shape of a strip in the longitudinal direction of the plastic tube 45 or else be formed by a multiplicity of relatively short rectangular or round metal platelets. The one or more insert elements 47 may be incorporated in the course of an extrusion process or else subsequently inserted into corresponding openings in the plastic tube 45. With regard to the embodiment of the solar collector module reference is made at this point to the embodiments described above. Due to the shape of the base body 20 with poor thermal conductivity material or the use of thermal insulation material 21, the interface 11 is enveloped in this embodiment with material with poor thermal conductivity, whereby heat losses are largely avoided. The embodiment of the insert elements 47 in the form which project their heat collecting surfaces 15 with respect to the outer surface of the plastic pipe 45 also reduces the thermal loading of the plastic pipe 45, which is why materials with lower service temperatures can be used for this purpose.
Fig. 9 zeigt einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Solarkollektorsystems 1 mit Verwendung eines Wärmerohrs 48, häufig auch als Heat-Pipe bezeichnet, im So- larkollektormodul 2. Der Aufbau ist dabei ähnlich der Ausführung gemäß Fig. 3, wobei in einem Hohlraum 29 im Solarkollektormodul 2 ein Wärmerohr 48 angeordnet ist, das in seinem Inneren eine Flüssigkeit enthält und sich von einer zum Absorberelement 8 benachbarten Verdampfungszone 49 zu einer zum Wärmeleitelement 13 benachbarten Kondensationszone 50 erstreckt. Die im Wärmerohr 48 enthaltene Flüssigkeit wird im Bereich der Verdamp- fungszone 49 durch das heiße Absorberelement 8 verdampft und kondensiert unter Wärmeabgabe an das Wärmeleitelement 13 in der Kondensationszone 50. Die kondensierte Flüssigkeit wird anschließend wieder zur Verdampfungszone zurückgeführt, etwa durch Schwerkraft. Das Wärmerohr 48 dient somit wie das Verbindungselement zur Verbesserung der Wärmeübertragung zwischen dem Absorberelement 8 und dem Wärmeleitelement 13. 9 shows a cross section through a further embodiment of a solar collector system 1 with use of a heat pipe 48, frequently also referred to as a heat pipe, in the solar collector module 2. The structure is similar to the embodiment according to FIG. 3, wherein in a cavity 29 a heat pipe 48 is arranged in the solar collector module 2, which contains a liquid in its interior and extends from an evaporation zone 49 adjacent to the absorber element 8 to a condensation zone 50 adjacent to the heat-conducting element 13. The liquid contained in the heat pipe 48 is vaporized in the region of the evaporation zone 49 by the hot absorber element 8 and condenses with heat release to the heat-conducting element 13 in the condensation zone 50. The condensed liquid is then returned to the evaporation zone, for example by gravity. The heat pipe 48 thus serves as the connecting element for improving the heat transfer between the absorber element 8 and the heat-conducting element 13.
Fig. 9 zeigt weiters, dass das Solarkollektormodul 2 auch ein transparentes Abdeckelement 51 umfassen kann, das an der der Solarstrahlung zugewandten Außenseite das Absorberelement 8 abdeckt und dadurch dessen Wärmeabgabe an die Außenumgebung deutlich reduzieren
kann, wodurch die aufgenommene und an das Wärmetransportsystem 3 abgebbare Wärmeenergie wesentlich erhöht werden kann. Das Abdeckelement 51 kann beispielsweise durch eine Glastafel 52 gebildet sein und vom Grundkörper 20 oder aber auch von einem Gehäuse 53 des Solarkollektormoduls 2 gehalten sein. 9 further shows that the solar collector module 2 can also comprise a transparent covering element 51 which covers the absorber element 8 on the outside facing the solar radiation and thereby significantly reduces its heat emission to the outside environment can, whereby the recorded and can be dissipated to the heat transport system 3 heat energy can be significantly increased. The covering element 51 may be formed, for example, by a glass panel 52 and may be held by the base body 20 or else by a housing 53 of the solar collector module 2.
Ein derartiges Abdeckelement 51 kann selbstverständlich auch bei den anhand der weiteren Figuren beschriebenen Ausführungsformen vorgesehen sein. Such a cover 51 may of course be provided in the embodiments described with reference to the other figures.
Das Solarkollektormodul 2 kann neben der Gewinnung von thermischer Energie gleichzeitig oder alternativ auch für die photovoltaische Gewinnung elektrischer Energie eingesetzt werden, wenn es auch eine Solarzellenanordnung 51 umfasst, die zum Beispiel wie in der Ausführung gemäß Fig. 9 Bestandteil des Abdeckelements 51 ist. The solar collector module 2 can be used in addition to the recovery of thermal energy at the same time or alternatively for the photovoltaic extraction of electrical energy, if it also includes a solar cell array 51, which is part of the cover 51, for example, as in the embodiment of FIG.
Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten des Solarkollektorsystems, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass die Erfindung nicht auf die speziell dargestellten Ausführungsvarianten derselben eingeschränkt ist, sondern vielmehr auch diverse Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind und diese Variationsmöglichkeit aufgrund der Lehre zum technischen Handeln durch gegenständliche Erfindung im Können des auf diesem technischen Gebiet tätigen Fachmannes liegt. Es sind also auch sämt- liehe denkbaren Ausführungsvarianten, die durch Kombinationen einzelner Details der dargestellten und beschriebenen Ausfuhrungsvariante möglich sind, vom Schutzumfang mit umfasst. The embodiments show possible embodiments of the solar collector system, it being noted at this point that the invention is not limited to the specifically illustrated embodiments thereof, but also various combinations of the individual embodiments are possible with each other and this possibility of variation due to the teaching of technical action by representational Invention in the skill of those skilled in this technical field. Thus, all conceivable variants of the invention which are possible by combinations of individual details of the illustrated and described embodiment variant are also included in the scope of protection.
Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus des Solarkollektorsystems dieses bzw. dessen Bestandteile teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt wurden. For the sake of order, it should finally be pointed out that, for a better understanding of the construction of the solar collector system, this or its components have been shown partially unevenly and / or enlarged and / or reduced in size.
Die den eigenständigen erfinderischen Lösungen zugrundeliegende Aufgabe kann der Beschreibung entnommen werden. The task underlying the independent inventive solutions can be taken from the description.
Vor allem können die einzelnen in den Fig. 1; 2; 3; 4, 5, 6; 7; 8; 9 gezeigten Ausführungen den Gegenstand von eigenständigen, erfindungsgemäßen Lösungen bilden. Die diesbezügli-
chen, erfindungsgemäßen Aufgaben und Lösungen sind den Detailbeschreibungen dieser Figuren zu entnehmen.
Above all, the individual in Figs. 1; 2; 3; 4, 5, 6; 7; 8th; 9 embodiments form the subject of independent solutions according to the invention. The relevant Chen, tasks and solutions according to the invention can be found in the detailed descriptions of these figures.
Bezugszeichenaufstellung Solarkollektorsystem 41 Hohlraum Reference Signs Solar Collector System 41 Cavity
Solarkollektormodel 42 Befestigungsfortsatz Wärmetransportsystem 43 Öffnung Solar collector model 42 Fastening system Heat transport system 43 Opening
Unterkonstruktion 44 Breite Substructure 44 Width
Solarstrahlung 45 Kunststoffrohr Wärmeträgerfluid 46 Befestigungsfortsätze Rohrleitung 47 Einsatzelement Absorberelement 48 Wärmerohr Solar radiation 45 Plastic pipe Heat transfer fluid 46 Fastening piping 47 Insert element Absorber element 48 Heat pipe
Außenseite 49 Verdampfungszone Selektive Beschichtung 50 Kondensationszone Schnittstelle 51 Abdeckelement Rückseite 52 Glastafel Outer side 49 Evaporation zone Selective coating 50 Condensation zone Interface 51 Cover element Rear side 52 Glass panel
Wärmeleitelement 53 Gehäuse Wärmeleitelement 53 housing
Kontaktfläche 54 Solarzellenanordnung Wärmesammeifläche Contact surface 54 Solar cell arrangement Heat collecting surface
Abstand distance
Rückseitenfläche Rear face
Dicke thickness
Verbindungselement connecting element
Grundkörper body
Wärmedämmmaterial thermal insulation material
Metallrohr metal pipe
Wärmedämmschicht thermal barrier
Dacheindeckung roofing
Abstand distance
Rohrleitungsabschnitt Pipeline section
Trägerprofil carrier profile
Endabschnitt end
Hohlraum cavity
Wärmeträgerfluid Heat transfer fluid
Winkelstrahl angle beam
Einhängevorsprung Einhängevorsprung
Abstand distance
Ausnehmung recess
Pfeil arrow
Stoßstelle joint
Steckverbindungselement Connector element
Wärmedämmschicht thermal barrier
Wärmedämmelement thermal insulation element
U-Profil
U-profile