WO2012136850A1 - Solar collector having a transparent cover - Google Patents

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WO2012136850A1
WO2012136850A1 PCT/EP2012/056464 EP2012056464W WO2012136850A1 WO 2012136850 A1 WO2012136850 A1 WO 2012136850A1 EP 2012056464 W EP2012056464 W EP 2012056464W WO 2012136850 A1 WO2012136850 A1 WO 2012136850A1
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solar collector
solar
collector according
energy
cover
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PCT/EP2012/056464
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Helmut Jäger
Kai Wendker
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Solvis Gmbh & Co. Kg
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    • H01L31/04Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
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Definitions

  • the invention relates to a solar collector with a transparent cover with one of the solar radiation facing outside, with a solar radiation receiving and converting into another form of energy element inside the solar collector.
  • Solar collectors also referred to as solar panels, there are essentially in two different forms, namely on the one hand as a thermal solar collectors u nd the other hand, al photovoltaic Solarkol lektoren.
  • the solar collectors are exposed to solar radiation by arranging the solar collectors, in particular, on roofs or the like.
  • the solar radiation falls through a cover in the form of a transparent glass pane on the elements inside the solar collector.
  • Thermal solar collectors are used in building services to provide energy for heating and hot water. Inside the solar collector are highly selectively coated absorber sheets, which absorb the solar radiation and convert it into heat. This heat is transferred into fluids that contain mostly water. These fluids flow through tubes that run along the side of the absorber facing away from the sun.
  • the cover of the thermal solar collectors consists of a transparent glass pane as standard. Between the glass sheet and the absorber are usually given about 20 mm air gap.
  • the back of the absorber with the pipes running along there is usually equipped with a rock wool insulation with an insulation thickness of for example 50 mm to 60 mm thickness.
  • These thermal solar collectors reach operating temperatures of about 50 ° C to 90 ° C. If no heat is removed, the thermal solar collectors can also reach so-called standstill temperatures of up to 230 ° C. The efficiency of the thermal solar collectors decreases with increasing operating temperature.
  • Photovoltaic solar collectors which are in the form of solar modules or photovoltaic systems, are used to generate electricity. Inside these solar collectors are sensitive, power-generating wafers. These silicon wafers are often embedded in a film of ethylene vinyl acetate (EVA).
  • EVA ethylene vinyl acetate
  • the cover for protecting the silicon wafers usually consists of a thin transparent glass pane on or under which the photovoltaic wafers are laminated.
  • the efficiency of the power generation of photovoltaic solar collectors increases with decreasing operating temperature. For this reason, the back of the solar panels is not thermally insulated.
  • PV-T solar collectors combine the heat generation of the solar thermal collectors and the power generation of the photovoltaic solar collectors.
  • the PV-T solar collectors consist of photovoltaic modules, which are fastened to the discharge of the heat generated in the wafers differently formed by flowing through fluids channels. In this way, by cooling the wafer in the photovoltaic modules, an increase in efficiency of the power generation of the photovoltaic region is achieved.
  • An object of the invention is therefore to propose a possibility for a better limitation of the temperatures in the interior of solar collectors, in particular of solar thermal collectors or PV-T solar collectors, which also leads to an economical and durable solution.
  • the problem can be solved surprisingly. Namely, it becomes possible to fully automatically consider in which state and in what mode the solar collector is straight, and depending on this, the heat transmission value can be changed.
  • the heat flow can be regulated and increased in or through the gap, so that the heat is then released to the exterior space accelerated. In this way, the overheating of the solar collector is avoided. The heat can then be released into the exterior.
  • Such a controllable possibility for the forward current can be obtained by applying a controllable vacuum in the intermediate space. If the vacuum is "perfect”, you also get a "perfect” insulation. If you let the vacuum after, so let small amounts of gas flow into the gap, the heat transfer coefficient increases accordingly and allows a higher value for the heat transfer Ström.
  • the heat transfer coefficient or heat transfer coefficient of the solar collector can be regulated at least by a factor of five.
  • a so-called intrinsically safe operation is possible. It can be ensured that when the system is currently not in operation, also a corresponding high heat flow current flows, so that so no heat build-up inside the solar collector can build.
  • a normally open valve can be used. This valve allows gas to enter the collector in the event of a malfunction inflow so that the maximum collector temperature is even limited to less than 100 ° C.
  • collector standstill temperatures of less than 80 ° C.
  • cheaper materials for different elements of the collector are possible, which can not be used at higher collector standstill temperatures.
  • This concerns in particular a number of technically interesting plastics with advantageous properties that are not sufficiently resistant to high temperatures.
  • the solar collector When used in combined PV-T solar collectors, the solar collector could be run at low energy and low thermal transmittance coefficients when heat is not needed. This is the case, for example, in summer when the storage tank is already at the desired relatively high temperature. In another situation, a PV-T solar collector with moderate power generation and high heat output can be run if the heat transfer coefficient is set low. There are two preferred ranges for the space arrangement. On the one hand, a double-glazed pane or laminated glass pane can be used as the cover. Here, it makes sense to arrange the gap between the two panes of the cover, especially as a result of a relatively easy to be performed Rundumabdichtung and sealing against the other interior of the solar collector is possible.
  • the gap is thus within the cover, but in any case between the outside of the cover and the solar absorber or more generally expressed the solar radiation in another form of energy converting element.
  • the other alternative for the arrangement of the intermediate space is to arrange it below the cover or in the area between the cover and the element which converts the solar radiation into another energy form. This is just as possible with single-pane glass as a cover, as with the use of double-glazed panes.
  • the advantage of this embodiment is that the heat present in the absorber can be controlled more directly by changing the pressure in the intermediate space. However, this advantage can be achieved even with double glass panes, if they rest directly on the absorber.
  • low-e-layer is meant a layer that reflects infrared radiation.
  • the common abbreviation in the professional world refers to coatings that are often used to act as a kind of mirror for thermal radiation and thus to avoid excessive heat input. Depending on the application of this layer, it avoids that certain areas are too warm, so provides heat protection, or retains the heat.
  • the insulation of the rear side of the absorber can optionally be designed as a 3 cm to 10 cm thick, fibreglass-supported structure with a so-called vacuum insulation panel (vip).
  • the structure may be interrupted several times, for example, two to five times by films that reflect infrared radiation. Thereby, a further improvement can be achieved.
  • the vacuum is realized via a diffusion-tight film.
  • Such a system can be clocked in time with a very small vacuum pump to a pressure in the range between 0, 1 hPa and 1 hPa be evacuated. This is sufficient for vacuum insulation panels to suppress the thermal conductivity.
  • This vacuum can be provided together with the vacuum provided according to the invention in the intermediate space.
  • Snow is a considerable problem for solar collectors of all shapes and sizes. If snow falls on a solar collector and remains there, it prevents the use of the solar collector over days and weeks as it prevents any solar radiation. Snow will remain even when climatic conditions already prevail, which would in itself make an effective use of the solar collector easily possible. So far, it is necessary to mechanically remove the snow from the solar collector in order to use it again.
  • the solar collector is ready for use again, the vacuum can be rebuilt and the solar collector can be fed to its usual purpose.
  • the absorber is decoupled from the edge assembly of the solar collector, that is, for example, a surrounding tub. Without lateral storage, it is possible to thermally and mechanically relieve the edge bond.
  • occurring forces in the solar collector can be transferred directly via the absorber and pipes to the rear wall of the solar collector.
  • the intermediate space according to the invention with the controllable value for the heat flow is preferably provided with a circumferential vacuum seal.
  • the property of the controllable value for the heat transmission current can be defined in a particularly defined manner, that is to say the intensity of the vacuum or the pressure of the gas present in this intermediate space.
  • a circumferential vacuum seal made of Viton used is particularly preferred.
  • spacers are used which are in particular punctiform and preferably have a contact surface of at most one hundredth of the surface of the cover.
  • a solar collector with a particularly flat design, that is, for example, only 20 mm to 40 mm height or distance between the rear wall and the cover.
  • Figure 1a is a schematic section through a first embodiment of a solar collector according to the invention.
  • Figure 1b shows a schematic section through a second embodiment of a solar collector according to the invention
  • FIG. 2a shows a schematic section through a third embodiment of a solar collector according to the invention
  • Figure 2b shows a schematic section through a fourth embodiment of a solar collector according to the invention.
  • FIG. 3a shows a schematic section through a fifth embodiment of a solar collector according to the invention.
  • FIG. 3 b shows a schematic section through a sixth
  • Figure 4a shows a schematic section through a seventh embodiment of a solar collector according to the invention
  • FIG. 4b shows a schematic section through an eighth embodiment of a solar collector according to the invention.
  • Figure 5a shows a schematic section through a ninth embodiment of a solar collector according to the invention.
  • FIG. 5b shows a schematic section through a tenth embodiment of a solar collector according to the invention; a schematic section through an eleventh embodiment of a solar collector according to the invention; a schematic section through a twelfth embodiment of a solar collector according to the invention; a schematic section through a thirteenth embodiment of a solar collector according to the invention; a schematic section through a 14th embodiment of a solar collector according to the invention; a schematic section through a 15th embodiment of a solar collector according to the invention, similar to the embodiment in Figure 8a; a schematic section through a 16th embodiment of a solar collector according to the invention, similar to the embodiment in Figures 8a and 8b; a schematic section through a 17th embodiment of a solar collector according to the invention, according to the embodiments in Figures 8a and 8b; a schematic section through an 18th embodiment of a solar collector according to the invention; a schematic section through a 19th embodiment of a solar collector according to the invention; a schematic section through the edge region of a
  • FIG. 17 shows a depiction of the dependence of the heat transfer coefficient on the pressure in various embodiments of the invention.
  • the sectional views in the figures each show a vertically taken section through a solar collector.
  • the exposure to sunlight takes place in the representations from above, so that in the mounted state, the underside of the illustrated solar panels is mounted approximately on a roof.
  • the corresponding solar collectors each have a frame 1. From the frame you can see corresponding sections on the left and right of the solar collector.
  • each solar collector is covered by a solar glass pane as cover 2.
  • This cover 2 consists of a transparent material, in particular a glass. This transparent material allows sunlight to fall from above through the cover 2 into the solar collector.
  • the cover is rectangular and largely dictates the areal extent of the solar collector.
  • the frame 1 runs around the outside of the cover 2 and thus encloses the solar collector from four sides.
  • an absorber 6 the surface and approximately parallel to the cover 2 and is arranged to the solar glass in I nneren of the solar collector.
  • the absorber 6 is in most embodiments a sheet metal plate which may be selectively and optionally low-e coated. As sheet material are primarily aluminum and steel into consideration.
  • each heat transfer tubes 1 1 On the underside of the absorber 6 each heat transfer tubes 1 1 can be seen in section. This heat transfer tubes 1 1 are in contact with the underside of the absorber 6. You can see the heat transfer tubes 1 1 in section, which therefore protrude perpendicularly through the plane and parallel to the side walls of the frame 1 to be recognized.
  • the heat transfer tubes 1 1 may be connected to the plate of the absorber 6 via welding points or welds, not shown.
  • This rear wall can be made of aluminum or of a plastic.
  • the heat transfer tubes 1 1 can be supported on the rear wall 10 of the solar collector d by springs 1 9. In particular, they can be long-feathers.
  • the insulation 9 is usually made of rockwool, foam, Hard foam, plastic hollow chamber profiles and / or porous, non-conductive bulk materials such as perlite.
  • a side insulation 17 is additionally provided circumferentially, which also extends between the frame 1 and the outer edge of the absorber 6 and the frame 1 and the outer edge of the rear wall 10 and with the frame 1 to the Solar collector runs around.
  • a gap 15 Between the cover 2, through which the sunlight falls into the solar collector, and the absorber 6, there is a gap 15, to which the invention pays special attention, unlike conventional solar collectors.
  • This gap extends over the entire surface of the solar collector within the frame 1 or almost over this entire area, limited for example by the side insulation 17 and a circumferential, this gap bounding seal third
  • the aforementioned gap 15 is thus formed in the majority of embodiments, gap-like with a substantially constant thickness.
  • FIGS. 1 a to 7 The majority of the embodiments illustrated in FIGS. 1 a to 7 have the above-described features and elements. In the details, however, differ the individual embodiments.
  • the embodiment shown in Figure 1 a has as cover 2 a transparent glass pane.
  • the gap 15 is here in the form of an air gap with a thickness between about 1 mm and 10 mm, so that the underside of the cover 2 and the top of the absorber 6 have a distance of 1 mm to 10 mm from each other.
  • the gap 15 may be filled with air or with inert gas or another gas.
  • the selection of the gas can take into account that particularly desirable insulating values are achieved and / or that at the same time corrosion protection in the intermediate space 15 between the cover 2 and the absorber 6 is achieved and condensation formation is prevented.
  • valve 13 indicated schematically. By means of this valve 13, the pressure of the gas in the intermediate space 15 can be regulated.
  • valve 13 By means of the valve 13 so the adjustment and regulation of a pressure in the interior of the inner space 15 can be made or even a be introduced into the intermediate space 15 for the first time or during maintenance.
  • FIG. 1 a shows a so-called PV-T solar collector. He therefore has so-called PV wafer 5, which are applied to the top of the absorber 6. These wafers 5 can be embedded directly on the sheet of the absorber 6 in an EVA (ethylene-vinyl acetate) layer. These may be, for example, PV silicon wafers. Alternatively, a PV thin film foil can also be laminated onto the absorber 6 or applied by coating. At least currently, a much better efficiency in the use of a variant with crystalline silicon can be achieved, but the invention is not limited thereto and can be designed differently depending on future developments.
  • EVA ethylene-vinyl acetate
  • a so-called low-e coating for reducing the long-wave thermal radiation to the outside is optionally applied.
  • Such a low-e coating can also be optionally mounted on the underside of the upper glass pane.
  • the heat transfer tubes 1 1 can be laser-welded to the sheet of the absorber 6. Alternatively, it is also possible to press them over a to be recognized in the figure 1 a spring 19 to the absorber plate 6 from below. In this case, a positive recess in the insulation 9 prevent slippage of the heat transfer tubes 1 1 and the spring 19 in the horizontal plane.
  • a conventional insulation 9 can be used approximately from rock wool, foam or Rockwool.
  • the cover 2 itself may be tightly sealed with an edge seal against the frame 1, but this is not required with a hundred percent tightness.
  • a small leak rate is tolerable in this embodiment of the invention, which brings a great advantage in terms of manufacturing technology.
  • the Small leak rate is acceptable in that anyway a pump and a valve is provided, with which the pressure in the gap 15 or the quality of the vacuum can be readjusted. Due to the leak rate in the interspace 15 penetrating particles or molecules thus represent only a temporary and due to the other regulation easily eliminable or be considered disturbance.
  • the gap 15 is filled as mentioned by the valve 13 with a pressure-controllable gas.
  • the valve 13 is purely schematic; One can also imagine a vacuum pump connected to the intermediate space 15, with which a controllable vacuum of different intensity can be drawn.
  • valve 13 may be thought to controllably relax the mentioned vacuum when certain constraints exist.
  • a measuring sensor for example, serve a pressure sensor.
  • the filling level of the solar collector could be regulated via the valve 13, which in this case is connected to a noble gas container.
  • the valve 13 which in this case is connected to a noble gas container.
  • the PV yields are increased.
  • FIG. 1b shows an alternative embodiment. This shows that as well as the transparent cover 2 facing the front of the absorber 6 and the rear of the absorber 6 m with the heat transfer tubes 1 1 adjustable with air, inert gas or vacuum or other gases are applied and so the heat loss and thus the characteristics of the solar collector can be further influenced.
  • a housing 26 made of plastic, steel or aluminum is provided in trough shape, in which the frame 1 and the rear wall 10 are integrally formed and merge into one another. Nevertheless, a side insulation 17 can be seen.
  • the insulation 9 can assume a dual function for insulation and support, in particular when a hard foam, in particular rigid polyurethane foam, a hollow plastic chamber profile or a porous, non-heat-conducting bulk material such as perlite is used as materials.
  • the heat transfer coefficients of a solar collector of about 0.8 to 4 W / m 2 K and of 10 W / m 2 K to 20 W / m 2 K can be controlled by such measures.
  • FIGS. 1 a, 1 b and 7 it is also already apparent that the absorber 6 can also be supported relative to the cover 2, for example with spacers 20, which can have the form of rods or balls, for example, and can be directly on the Support absorber 6.
  • the spacers 20 should preferably be transparent and constructed in the form of a grid with a column spacing of approximately 50 mm.
  • FIG. 2 a shows an alternative embodiment in which the cover 2 is designed as a laminated glass pane. It should be noted that the sectional view in FIG. 2a is not to scale.
  • the laminated glass of the cover plate 2 has upper and lower glass sheets, and the lower glass sheet is laminated directly onto the absorber 6.
  • the wafers 5 are applied to the upper side of the lower pane, they are thus within the Cover 2 or within the laminated glass pane.
  • the PV wafers 5 can be accommodated in an EVA layer, a PV thin-film foil laminated or a PV coating applied.
  • the PV thin film or the PV coating is optimally applied a low-e-layer.
  • a low-e layer can also be applied optically on the underside of the upper glass pane.
  • FIG 2b a further modification is now made, and indeed the structure of Figure 2a is shown, in which case additionally the rear K value between the absorber 6 and the rear wall 10 is regulated.
  • valve 14 is indicated, with which the pressure in this area can be regulated similarly as in FIG. 1 b.
  • FIGS. 3a and 3b show a construction which follows that in FIGS. 2a and 2b to a large extent.
  • the PV wafers 5 are laminated directly on the absorber 6 embedded in an EVA sheet 12, a laminated PV thin film or a PV coating.
  • the laminated glass of the cover 2 is then laminated on the EVA film 12 in this case.
  • the lower pane of the cover 2 is here optionally low-e coated on the top, as well as the underside of the upper glass pane.
  • FIG. 4a shows two further embodiments of the invention. You start from an absorber 6 in sandwich construction.
  • the or the heat transfer tubes 1 1 are preferably welded to the sheet of the absorber 6.
  • a hollow-chamber profile 22 of, for example, plastic, steel or aluminum is inserted under an upper optionally selectively coated absorber sheet, preferably of aluminum.
  • the embodiment in FIG. 4 b has a sandwich construction with a corrugated profile 21.
  • the heat carrier tube 1 1 can be welded onto the absorber sheet 6 or the sheet metal of the corrugated profile 21 or with a longitudinal spring 19 against the absorber 6 pressed, which is supported on the lower plate, similar to that described in connection with Figure 1.
  • FIGS. 5a and 5b are equipped with an optionally selectively coated, full-surface-flow plastic absorber. Again, there is a controllable heat loss coefficient of the cover 2 and optionally in the figure 5b and for the insulation 9 to the rear wall 10th
  • a selectively coated honeycomb absorber 23 is supported directly on the cover 2.
  • a PV thin film may also be laminated.
  • a PV coating may also be applied.
  • the PV thin film or PV coating may optionally be low-e coated. This in turn results in a controllable heat loss coefficient of the cover 2 and optionally in the figure 6b and the insulation 9 of the rear wall 10.
  • the honeycomb profile 23 roughly corresponds to what is known from the washing drums washing machines such as the provider Miele. A profile with a honeycomb key width of about 33 mm is preferred. This honeycomb profile is slightly modified by forming so-called pins with contact to the cover 2 of the solar collector. Again, there is a controllable heat transfer coefficient of the cover and optionally the insulation 9 of the rear wall 10th As has emerged in experiments, a low-e coating is particularly useful and advantageous on the surface that limit the gap 15 on the bottom. Likewise, optionally may be applied to the underside of the upper glass pane, a low-e-layer.
  • an anti-reflection coating can optionally be applied to all the glass panes of the cover 2 used on the upper side and / or the lower side.
  • a pressure of 5 times 10 "2 hPa to 10 " 3 hPa (corresponding to the same values in mbar) for the space 15 between, for example, the two panes of a laminated pane for the cover 2 is generally sufficient for the intended applications in solar collectors
  • the mentioned pressures of 5 times 10 "2 hPa to 10 " 3 hPa can with relatively favorable Vacuum pumps can be achieved, for example with rotary vane vacuum pumps. In this way, the overall price of the system remains economical.
  • a jerk of 1 0 "4 hPa allows a further increase in the thermal collector performance for applications with high operating temperatures, ie considerable process heat.
  • FIG. 8 a describes a further embodiment of a PV-T collector in a well housing with a shaped support for a vacuum-tight laminated glass pane 24.
  • the laminated glass pane consists of a glass-applied PV module and a solargium solar cell.
  • the glass panes are connected to one another via spacers.
  • At the glass edges of the formed glass interior is sealed with a seal 3 vacuum-tight with respect to the environment.
  • the laminated glass pane can be controlled by an external vacuum pump, the pressure in the glass space.
  • Between the edge of the bath and the double glazing silicone adhesive ALS silicone sealing 28 is used for sealing to the outside.
  • the contacted PV wafers are laminated with ethylene vinyl acetate (EVA film) directly on the absorber plate of the absorber 6 of the thermal collector for the best possible heat transfer, alternatively, the PV module (thin film or wafer) is directly applied to the absorber ,
  • EVA film ethylene vinyl acetate
  • the absorber plate preferably has no lateral contact with the edge seal on the tub housing, so that, firstly, no thermal bridge is created and, secondly, the seal 3 of the vacuum is not unnecessarily thermally stressed.
  • Absorber plate and absorber tube of the absorber 6 are as in the detailed representations of Figures 13a and 13b sketched together.
  • Figure 13a represents a solid welded or glued connection
  • Figure 13b is a positive connection, for example produced by rolling the absorber sheet.
  • the support of the absorber tubes on the rear wall of the tub housing 26 by means of long springs with or without Pipe holding stackable.
  • the long spring can be glued to the rear wall or positively connected to the rear wall, to the rear wall can be formed accordingly.
  • a pipe support 47 may be used as in Figure 13d.
  • the back of the collector is thermally insulated.
  • FIG. 8b shows a structure as in FIG. 8a with the difference that no photovoltaic layer is applied, so that in FIG. 8b it is merely a vacuum collector.
  • FIGS. 9a and 9b show a slightly modified construction compared to FIGS. 8a and 8b.
  • the tray used in Figure 8a is replaced by a frame profile 33 with a rear wall
  • the seal between the rear wall 10 and frame profile 33 is made by silicone adhesive.
  • FIGS 10a and 10b show two embodiments with a covered with a simple solar glass pane 2 absorber 6, in which the entire collector is designed evacuated. Alternatively, it can be filled with inert gas.
  • FIG. 10a shows a PV-T collector
  • FIG. 10b shows a vacuum collector. Due to the elimination of the rear insulation and the small distance between the disc 2 and absorber 6, the collector can be made with very low height, for example, only 20 to 40 mm. It is therefore also suitable for other fields of application, e.g. as facade element.
  • FIGS 13c and 13d show 2 possible embodiments:
  • the support of the solar glass pane 2 with respect to the absorber 6 is punctiform by spacers 32, which are pronounced in the absorber sheet, embossed on the absorber plate or glued with intervals of grids of 5 to 15 cm.
  • the distance between glass pane 2 and absorber 6 is 1 to 5 mm, so that a variable heat transfer through the transparent cover 2 is created by the controllable internal pressure in the collector.
  • the absorber tubes of the absorber 6 is similar to the outer tube contour shaped with a distance of 5 to 15 cm. It is either positively connected to the pipe (13c) or pipe and absorber are fixedly connected to each other and the absorber sheet is provided with an expansion fold (13d) so that the absorber sheet can move between two adjacent pipes by continuing around the pipe around places.
  • the pipe is supported by a long spring or with a fixed pipe holder against the tub housing.
  • the absorber plate preferably has no lateral contact with the edge seal on the tub housing, so that firstly no thermal bridge is formed, secondly the vacuum seal 3 is not unnecessarily thermally stressed and thirdly no storage of the absorber 6 to the side is necessary.
  • the storage and sealing of the solar glass pane 2 show in detail the figures 1 1 (unclamped embodiment) and 12 (stapled embodiment).
  • FIG. 11 shows, in three embodiments, an identical structure with the silicone seal 28, the actual vacuum seal 3 and an optional seal 4, which, for example, assumes a holding function of the vacuum seal or can absorb movements of the glass pane during evacuation.
  • the vacuum seal 3 can be designed flat sealing, as one or preferably a plurality of round cords or as a tooth gasket.
  • the elements of the seal 3 are positively fixed in the trough 26, so that they are not sucked during evacuation of the vacuum in the collector or slip.
  • a controlled via an adjustable vacuum heat transfer of a flat collector has been described.
  • a PV-T collector is outlined, which is provided with alternative control devices for adjusting the heat transfer via the transparent Solar glass pane 2 is provided.
  • the heat transfer is controlled by egg nen lifting mechanism of the absorber 6, which changes the position of the absorber in the collector box such that a distance in the range of 0 ... 20 mm between the absorber 6 and 2 Solarabdeckusion adjusts.
  • FIG. 14a shows a pneumatically operated pneumatic lifting mechanism.
  • compressed air is fed into several pistons via a valve 13.
  • a plurality of stop plugs 38 fastened to the absorber are moved away from the cover disk and a return spring 34 is loaded under pressure.
  • the valve closes at a distance between absorber and disc of about 20 mm.
  • the valve opens and the return spring establishes contact between the laminated PV absorber and the glass pane.
  • the valve is normally open, so that an intrinsically safe construction of the PV-T collector is guaranteed.
  • the variant according to FIG. 14b functions in the same way as the variant in FIG. 14a with the difference that instead of a piston, a hose 36 is filled with compressed air which moves a lifting element 38 fastened to the absorber 6.
  • the hose can be open or consist of several hose elements.
  • thermocouple 37 which is fastened to the absorber at several points.
  • This variant can not be controlled from the outside and is only a standstill protection.
  • heating the absorber moves through the heating of the inner wax element of the punch of the thermocouple out of this and presses the absorber against the cover.
  • the process path of the absorber can be increased by a lever.
  • FIG. 15 shows an embodiment with a motor-driven absorber heater, which is designed so that it can be controlled in a controllable manner by means of a collector cover.
  • the electric motor attracts a Bowden cable 39 for the thermally optimized collector operation, which lowers the absorber via several, preferably two counter-rotating cam roller pairs 38.
  • the PV-T collector is by a return spring outside the collector, z. B. executed by a circular guide of the cable preferably on the engine intrinsically safe. The spring is clamped when the absorber is lowered and returns the absorber to the cover plate in the event of a power failure or in PV-optimized operation.
  • a motor can be used to activate the lifting mechanism of several collectors.
  • FIG. 16 shows a collector characteristic curve for different collector types. Upwards the thermal efficiency is plotted in percent, to the right the ratio (T m -T at b) / G.
  • T m is the mean collector temperature in [K]
  • Tamb the ambient temperature in [K]
  • G the irradiation on the collector in [W / m 2 ].
  • the three curves show different collector characteristics in solar flat collectors, which are simply covered with a glass pane and have an air gap of 20 mm.
  • Curve 1 denotes a PV-T solar flat collector under load
  • curve 2 a PV-T solar flat collector at idle
  • curve 3 a selectively coated standard solar flat collector simply covered with a glass sheet.
  • the construction of the invention allows an extension of the controllable characteristic field between the curves 1 * and 3 * in the qualitative representation.
  • the curve 1 * arises from the curve 1 by an increased heat conduction in the reduced air gap, for example at atmospheric pressure.
  • the curve 3 * arises from the curve 3 by evacuating a reduced air gap.
  • FIG. 17 shows the dependence of the heat transmission coefficient on the pressure in the intermediate space 15 with a pane spacing of a laminated glass of a cover 2 of 1 mm. To the right, the gas pressure in hPa is shown, to the top, the heat transfer coefficient A gas [W / (m 2 K)]. It can be seen that the heat transfer coefficient, which initially increases with increasing pressure, finally strives for a limit value.
  • PV layer for example wafers embedded in EVA foil

Abstract

The invention relates to a solar collector has a transparent cover having an outside facing the solar radiation. An element that absorbs the solar radiation and converts the solar radiation into a different form of energy is located inside the solar collector. An intermediate space is arranged between the outside of the cover facing the solar radiation and the element that coverts the solar radiation into a different form of energy. Said intermediate space has a controllable value for the heat flow.

Description

Solarkollektor mit transparenter Abdeckung  Solar collector with transparent cover
Die Erfindung betrifft einen Solarkollektor mit einer transparenten Abdeckung mit einer der Solarstrahlung zugewandten Außenseite, mit einem die Solarstrahlung aufnehmenden und in eine andere Energieform umsetzenden Element im Inneren des Solarkollektors. The invention relates to a solar collector with a transparent cover with one of the solar radiation facing outside, with a solar radiation receiving and converting into another form of energy element inside the solar collector.
Solarkollektoren, auch als Sonnenkollektoren bezeichnet, gibt es im Wesentlichen in zwei unterschiedlichen Formen, nämlich einerseits als thermische Solarkollektoren u nd andererseits al s photovoltaische Solarkol lektoren . I n beiden Fäl len werden die Solarkol lektoren der Sonneneinstrahlung ausgesetzt, indem die Solarkollektoren insbesondere auf Dachflächen oder dergleichen angeordnet werden. Die Sonneneinstrahlung fällt durch eine Abdeckung in Form einer transparenten Glasscheibe auf die Elemente im Inneren des Solarkollektors. Solar collectors, also referred to as solar panels, there are essentially in two different forms, namely on the one hand as a thermal solar collectors u nd the other hand, al photovoltaic Solarkol lektoren. In both cases, the solar collectors are exposed to solar radiation by arranging the solar collectors, in particular, on roofs or the like. The solar radiation falls through a cover in the form of a transparent glass pane on the elements inside the solar collector.
Thermische Solarkollektoren werden in der Haustechnik zur Bereitstellung der Energie für Heizung und Warmwasser eingesetzt. Im Inneren des Solarkollektors befinden sich hochselektiv beschichtete Absorberbleche, die die Sonneneinstrahlung aufnehmen und in Wärme umwandeln. Diese Wärme wird in Fluide, die überwiegend Wasser enthalten, übertragen. Diese Fluide strömen durch Rohre, die auf der der Sonneneinstrahlung abgewandten Seite des Absorbers entlanglaufen. Die Abdeckung der thermischen Solarkollektoren besteht standardmäßig aus einer transparenten Glasscheibe. Zwischen der Glasscheibe und dem Absorber sind üblicherweise etwa 20 mm Luftspalt gegeben. Thermal solar collectors are used in building services to provide energy for heating and hot water. Inside the solar collector are highly selectively coated absorber sheets, which absorb the solar radiation and convert it into heat. This heat is transferred into fluids that contain mostly water. These fluids flow through tubes that run along the side of the absorber facing away from the sun. The cover of the thermal solar collectors consists of a transparent glass pane as standard. Between the glass sheet and the absorber are usually given about 20 mm air gap.
Die Rückseite des Absorbers mit den dort entlanglaufenden Rohren ist üblicherweise mit einer Steinwollisolierung mit einer Dämmstärke von beispielsweise 50 mm bis 60 mm Dicke ausgerüstet. Diese thermischen Solarkollektoren erreichen Betriebstemperaturen von etwa 50 ° C b i s 90 °C . Wenn kei ne Wärme abgenommen wird, können die thermischen Solarkollektoren auch sogenannte Stillstandstemperaturen von bis zu 230 °C erreichen. Der Wirkungsgrad der thermischen Solarkollektoren sinkt mit steigender Betriebstemperatur. The back of the absorber with the pipes running along there is usually equipped with a rock wool insulation with an insulation thickness of for example 50 mm to 60 mm thickness. These thermal solar collectors reach operating temperatures of about 50 ° C to 90 ° C. If no heat is removed, the thermal solar collectors can also reach so-called standstill temperatures of up to 230 ° C. The efficiency of the thermal solar collectors decreases with increasing operating temperature.
Ein Beispiel für einen thermischen Solarkollektor mit einem wellenförmig gebogenen oder dachförmig gestalteten Absorber im Kollektorinneren ist in der EP 2 058 604 B1 beschrieben. An example of a solar thermal collector with a wave-shaped or roof-shaped absorber in the interior of the collector is described in EP 2 058 604 B1.
Derzeit gehen die Entwicklungen hin zu Hochtemperaturanwendungen mit höheren Betriebstemperaturen und einer entsprechenden Prozesswärme. Dies erfordert eine Doppelverglasung oder auch eine vorderseitige Reduzierung der Wärme Verluste. Dadurch steigen die Stillstandstemperaturen und die Anforderungen an die verwendeten Werkstoffe zusätzlich. Currently, developments are moving towards high temperature applications with higher operating temperatures and process heat. This requires double glazing or a frontal reduction of heat losses. This additionally increases the standstill temperatures and the requirements placed on the materials used.
Photovoltaische Solarkol l ektoren , m e ist i n Form von So l arm od u le n i n Photovoltaikanlagen, dienen der Stromerzeugung. Im Inneren dieser Solarkollektoren befinden sich empfindliche, stromerzeugende Wafer. Diese Wafer aus Silizium sind häufig in eine Folie aus Ethylenvinylacetat (EVA) eingebettet. Photovoltaic solar collectors, which are in the form of solar modules or photovoltaic systems, are used to generate electricity. Inside these solar collectors are sensitive, power-generating wafers. These silicon wafers are often embedded in a film of ethylene vinyl acetate (EVA).
Die Abdeckung zum Schutz der Silizium-Wafer besteht zumeist aus einer dünnen transparenten Glasscheibe, auf beziehungsweise unter die die Photovoltaikwafer laminiert sind. Der Wirkungsgrad der Stromerzeugung der photovoltaischen Solarkollektoren steigt mit sinkender Betriebstemperatur. Aus diesem Grund wird die Rückseite der Solarkollektoren nicht wärmegedämmt. Die Betriebstemperaturen auch im Leerlauf, wenn kein elektrischer Strom abgenommen wird, übersteigen 80°C nicht. The cover for protecting the silicon wafers usually consists of a thin transparent glass pane on or under which the photovoltaic wafers are laminated. The efficiency of the power generation of photovoltaic solar collectors increases with decreasing operating temperature. For this reason, the back of the solar panels is not thermally insulated. The operating temperatures, even at idle, when no electrical power is removed, do not exceed 80 ° C.
Es sind auch bereits in jüngeren Druckschriften wie in der DE 10 2009 035 869 A1 und der DE 10 2010 004 874 A1 sogenannte PV-T-Solarkollektoren beschreiben worden, die sich derzeit in der Entwicklung befinden. Diese PV-T- Solarkollektoren kombinieren die Wärmeerzeugung der thermischen Solarkollektoren und die Stromerzeugung der photovoltaischen Solarkollektoren miteinander. Die PV-T-Solarkollektoren bestehen aus Photovoltaik-Modulen, u nter welche zu m Abfü hren der in den Wafern entstehenden Wärme verschieden ausgebildete von Fluiden durchströmte Kanäle befestigt werden. Auf diese Weise wird durch eine Kühlung der Wafer in den Photovoltaikmodulen eine Wirkungsgradsteigerung der Stromerzeugung des Photovoltaikbereichs erreicht. Diese PV-T-Solarkollektoren werden im Hinblick auf die nur begrenzt zur Verfügung stehenden Dachflächen in Zukunft interessanter werden. Also in recent publications, such as in DE 10 2009 035 869 A1 and DE 10 2010 004 874 A1, so-called PV-T solar collectors have been described, which are currently being developed. This PV-T Solar collectors combine the heat generation of the solar thermal collectors and the power generation of the photovoltaic solar collectors. The PV-T solar collectors consist of photovoltaic modules, which are fastened to the discharge of the heat generated in the wafers differently formed by flowing through fluids channels. In this way, by cooling the wafer in the photovoltaic modules, an increase in efficiency of the power generation of the photovoltaic region is achieved. These PV-T solar collectors will be more interesting in view of the limited available roof areas in the future.
Sowohl bei den thermischen Solarkollektoren wie auch bei den PV-T- Solarkollektoren besteht das Interesse, die Temperatur im Solarkollektor nicht zu weit ansteigen zu lassen, da in beiden Fällen mit der steigenden Temperatur der Wirkungsgrad sinkt und aufgrund der steigenden Temperaturen ein besonderes Augenmerk auf die verwendeten Werkstoffe gerichtet werden muss. Es besteht also an einer Begrenzung der Temperaturen sowohl während des Betriebes als auch im Stillstand großes Interesse. Both in the solar thermal collectors as well as in the PV-T solar collectors there is the interest not to increase the temperature in the solar collector too far, since in both cases with increasing temperature, the efficiency decreases and due to the rising temperatures, a special attention to the used materials must be addressed. Thus, there is great interest in limiting the temperatures both during operation and at standstill.
In der Vergangenheit ist schon durch verschiedene konstruktive Maßnahmen versucht worden, entsprechende Stillstandssicherungen für Solarkollektoren zu entwickeln, indem beispielsweise aufgespannte Folien mit mechanischen Antriebsrollen zur zusätzlichen Abdeckung der Solarkollektoren gegenüber weiterer Sonneneinstrahlung vorgesehen werden. Auch durch Mechanik veränderbare Luftspalte zwischen der Abdeckung und den Absorberelementen oder eine schaltbare Belüftung sind vorgeschlagen worden. In the past, attempts have already been made by various constructive measures to develop appropriate shutdown safeguards for solar collectors by, for example, spanned films are provided with mechanical drive rollers for additional coverage of the solar panels against further sunlight. Mechanically changeable air gaps between the cover and the absorber elements or a switchable ventilation have also been proposed.
Alle diese Versuche haben bisher noch nicht zu Lösungen geführt, die sowohl funktionieren als auch wirtschaftlich und dauerstabil sind. Das Interesse ist jedoch unverändert, gerade weil günstigere Kunststoffe und andere günstigere Komponenten bei der Herstellung von Solarkollektoren ein erheblicher wirtschaftlicher Vorteil wären. Eine Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine Möglichkeit für eine bessere Begrenzbarkeit der Temperaturen im Innenraum von Solarkollektoren, insbesondere von thermischen Solarkollektoren oder PV-T-Solarkollektoren vorzuschlagen, die auch zu einer wirtschaftlichen und dauerstabilen Lösung führt. All of these attempts have not yet led to solutions that are both functional and economical and stable over time. The interest is, however, unchanged, just because cheaper plastics and other cheaper components in the production of solar collectors would be a significant economic advantage. An object of the invention is therefore to propose a possibility for a better limitation of the temperatures in the interior of solar collectors, in particular of solar thermal collectors or PV-T solar collectors, which also leads to an economical and durable solution.
Diese Aufgabe wird bei gattungsgemäßen Solarkollektoren mit der Erfindung dadurch gelöst, dass zwischen der der Solarstrahlung zugewandten Außenseite der Abdeckung und dem die Solarstrahlung in eine andere Energieform umsetzenden Element ein Zwischenraum angeordnet ist, der einen regelbaren Wert für den Wärmedurchlassstrom besitzt. This object is achieved in generic solar collectors with the invention in that between the solar radiation facing the outside of the cover and the solar radiation into another form of energy converting element, a gap is arranged, which has a controllable value for the heat flux.
Mit einer derartigen Konzeption lässt sich das Problem überraschend lösen. Es wird nämlich möglich, vollkommen automatisch zu berücksichtigen, in welchem Zustand und in welcher Betriebsart der Solarkollektor gerade ist und abhängig davon kann dann der Wärmedurchlasswert geändert werden. With such a concept, the problem can be solved surprisingly. Namely, it becomes possible to fully automatically consider in which state and in what mode the solar collector is straight, and depending on this, the heat transmission value can be changed.
Mit einer solchen Regelung kann dafür gesorgt werden, dass entweder eine gute Isolierung besteht, was für thermische Solarkollektoren während des laufenden Betriebs wichtig ist, um möglichst viel der gewonnenen Wärme auch nutzen und über ein Fluid abtransportieren und in eine Heizung oder Warmwasserbereitung einsetzen zu können. With such a scheme can be taken to ensure that either a good insulation, which is important for thermal solar collectors during operation, to use as much of the recovered heat and remove it via a fluid and to use in a heating or hot water.
Wird jedoch gerade gar kein Heißwasser oder Warmwasser benötigt, besteht also eine Stillstandsphase mit einer drohenden Überhitzung des Solarkollektors, so kann der Wärmefluss in dem beziehungsweise durch den Zwischenraum geregelt und erhöht werden, so dass die Wärme dann beschleunigt an den Außenraum abgegeben wird. Auf diese Weise wird die Überhitzung des Solarkollektors vermieden. Die Wärme kann dann in den Außenraum abgegeben werden. However, if no hot water or warm water is needed at all, ie there is a standstill phase with an impending overheating of the solar collector, the heat flow can be regulated and increased in or through the gap, so that the heat is then released to the exterior space accelerated. In this way, the overheating of the solar collector is avoided. The heat can then be released into the exterior.
Ähnliche Vorteile entstehen auch bei photovoltaisch arbeitenden Solarkollektoren, die durch eine entsprechende Regelung optimal auf der Temperatur gehalten werden können, die für die photovoltaischen Elemente, also die PV- Wafer, den höchsten Wirkungsgrad ermöglichen. Similar advantages also arise in photovoltaic solar collectors, the optimal by an appropriate control on the temperature can be maintained, which allow for the photovoltaic elements, so the PV wafers, the highest efficiency.
Eine solche regelbare Möglichkeit für den Durchlassstrom kann man dadurch erhalten, dass in dem Zwischenraum ein regelbares Vakuum angelegt wird. Ist das Vakuum„perfekt", so erhält man auch eine„perfekte" Isolierung. Lässt man nun das Vakuum nach, lässt also geringfügige Mengen an Gas in den Zwischenraum einströmen, so nimmt der Wärmedurchlasskoeffizient entsprechend zu und ermöglicht einen höheren Wert für den Wärmedurchlass- ström. Such a controllable possibility for the forward current can be obtained by applying a controllable vacuum in the intermediate space. If the vacuum is "perfect", you also get a "perfect" insulation. If you let the vacuum after, so let small amounts of gas flow into the gap, the heat transfer coefficient increases accordingly and allows a higher value for the heat transfer Ström.
Ähnlich ist es bei einer Edelgasbefüllung, bei der die Höhe des Wärmedurchlasskoeffizienten von dem Druck des Edelgases abhängt. Hier kann durch eine entsprechende Ventilsteuerung und/oder mittels Pumpen in sehr feiner und dosierter Regelung Einfluss auf den Wärmedurchlasskoeffizienten und damit den Wärmedurchlassstrom genommen werden. Similarly, it is in a noble gas filling, in which the height of the heat transfer coefficient depends on the pressure of the noble gas. Here can be taken by a corresponding valve control and / or by means of pumps in very fine and metered control influence on the heat transfer coefficient and thus the heat flow.
Es hat sich in Tests bewährt, wenn der Wärmedurchlasskoeffizient oder Wärmedurchgangskoeffizient des Solarkollektors zumindest um den Faktor fünf regelbar ist. Je nach Wahl des Gases, Edelgases oder Vakuums ist eine Regelung von etwa 0, 8 W/m2 K bis 4 W/m2 K einerseits und von etwa 10 W/m2 K bis 20 W/m2 K andererseits bevorzugt. Von großem Vorteil ist es, dass ein sogenannter eigensicherer Betrieb möglich ist. Es kann dafür gesorgt werden, dass dann, wenn die Anlage gerade nicht in Betrieb ist, auch ein entsprechender hoher Wärmedurchgangsstrom fließt, so dass sich also keine Wärmestaus im I nneren des Solarkollektors aufbauen können. It has proven itself in tests if the heat transfer coefficient or heat transfer coefficient of the solar collector can be regulated at least by a factor of five. Depending on the choice of gas, noble gas or vacuum, a control of about 0, 8 W / m 2 K to 4 W / m 2 K on the one hand and from about 10 W / m 2 K to 20 W / m 2 K on the other hand preferred. Of great advantage is that a so-called intrinsically safe operation is possible. It can be ensured that when the system is currently not in operation, also a corresponding high heat flow current flows, so that so no heat build-up inside the solar collector can build.
Zu diesem Zweck kann beispielsweise ein stromlos geöffnetes Ventil verwendet werden. Dieses Ventil lässt bei einer Betriebsstörung Gas in den Kollektor einströmen, so dass die maximale Kollektortemperatur sogar auf weniger als 100 °C zu begrenzen ist. For this purpose, for example, a normally open valve can be used. This valve allows gas to enter the collector in the event of a malfunction inflow so that the maximum collector temperature is even limited to less than 100 ° C.
Es wird dadurch möglich, Kollektorstillstandstemperaturen von weniger als 80 °C zu erreichen. Auf diese Weise werden kostengünstigere Werkstoffe für verschiedene Elemente des Kollektors möglich, die bei höheren Kollektorstillstandstemperaturen nicht eingesetzt werden können. Dies betrifft insbesondere eine Reihe von technisch interessanten Kunststoffen mit vorteilhaften Eigenschaften, die nicht hinreichend widerstandsfähig gegenüber hohen Temperaturen sind. It is thereby possible to achieve collector standstill temperatures of less than 80 ° C. In this way, cheaper materials for different elements of the collector are possible, which can not be used at higher collector standstill temperatures. This concerns in particular a number of technically interesting plastics with advantageous properties that are not sufficiently resistant to high temperatures.
Dadurch, dass meist mehrere Solarkollektoren gleichen oder ähnlichen Typs gemeinsam eine Solaranlage bilden, kann auch ein gemeinsamer Vakuumverbund dieser verschiedenen Solarkollektoren aufgebaut werden. Due to the fact that usually several solar collectors of the same or similar type together form a solar system, a common vacuum network of these various solar collectors can also be constructed.
Eine zusätzliche Möglichkeit entsteht auch dadurch, dass in dem Bereich zwischen dem die Solarstrahlung aufnehmenden und in eine andere Energieform umsetzenden Element und einer Rückwand des Solarkollektors ein weiterer Bereich mit einem regelbaren Wert für den Wärmedurchlassstrom angeordnet ist. An additional possibility arises from the fact that in the region between the solar radiation receiving and converting into another form of energy element and a rear wall of the solar collector, a further region is arranged with a controllable value for the heat flow.
Auf diese Weise wird auch zur anderen Seite des Solarkollektors hin die Möglichkeit für einen verbesserten oder verschlechterten Wärmedurchgang geschaffen, die in ähnlicher Weise geregelt werden kann. In this way, the possibility for an improved or deteriorated heat transfer is created to the other side of the solar collector, which can be controlled in a similar manner.
Bei einer Anwendung in kombinierten PV-T-Solarkollektoren könnte der Solarkollektor stromerzeug u n gs o pti m i e rt be i e i n e m m ög l i ch st g ro ßen Wärmedurchgangskoeffizienten gefahren werden, wenn gerade keine Wärme benötigt ist. Dies ist zum Beispiel im Sommer der Fall, wenn der Speicher bereits auf der angestrebten relativ hohen Temperatur liegt. Bei einer anderen Situation kann ein PV-T-Solarkollektor mit moderater Stromerzeugung bei gleichzeitig hohem Wärmeertrag gefahren werden, wenn der Wärmedurchgangskoeffizient niedrig eingestellt wird. Für die Anordnung des Zwischenraums gibt es zwei bevorzugte Bereiche. Zum Einen kann als Abdeckung eine Doppelglasscheibe beziehungsweise Verbundglasscheibe verwendet werden. Hier bietet es sich an, den Zwischenraum zwischen den beiden Scheiben der Abdeckung anzuordnen, zumal dadurch auch gleich eine relativ einfach vorzunehmende Rundumabdichtung und Abdichtung gegenüber dem weiteren Innenraum des Solarkollektors möglich wird. Der Zwischenraum liegt damit innerhalb der Abdeckung, aber auf jeden Fall auch zwischen der Außenseite der Abdeckung und dem Solarabsorber beziehungsweise allgemeiner ausgedrückt dem die Solarstrahlung in eine andere Energieform umsetzenden Element. Die andere Alternative für die Anordnung des Zwischenraums besteht darin, diesen unterhalb der Abdeckung beziehungsweise in dem Bereich zwischen der Abdecku ng u nd dem d i e Sol arstrah l u ng i n ei ne andere Energ i eform umsetzenden Element anzuordnen. Dies ist bei Einfachglasscheiben als Abdeckung ebenso möglich, wie bei einer Verwendung von Doppelglasscheiben. Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, dass die im Absorber vorhandene Wärme noch direkter durch eine Änderung des Druckes in dem Zwischenraum angesteuert werden kann. Dieser Vorteil kann allerdings auch bei Doppelglasscheiben erreicht werden, wenn diese direkt auf dem Absorber aufliegen. When used in combined PV-T solar collectors, the solar collector could be run at low energy and low thermal transmittance coefficients when heat is not needed. This is the case, for example, in summer when the storage tank is already at the desired relatively high temperature. In another situation, a PV-T solar collector with moderate power generation and high heat output can be run if the heat transfer coefficient is set low. There are two preferred ranges for the space arrangement. On the one hand, a double-glazed pane or laminated glass pane can be used as the cover. Here, it makes sense to arrange the gap between the two panes of the cover, especially as a result of a relatively easy to be performed Rundumabdichtung and sealing against the other interior of the solar collector is possible. The gap is thus within the cover, but in any case between the outside of the cover and the solar absorber or more generally expressed the solar radiation in another form of energy converting element. The other alternative for the arrangement of the intermediate space is to arrange it below the cover or in the area between the cover and the element which converts the solar radiation into another energy form. This is just as possible with single-pane glass as a cover, as with the use of double-glazed panes. The advantage of this embodiment is that the heat present in the absorber can be controlled more directly by changing the pressure in the intermediate space. However, this advantage can be achieved even with double glass panes, if they rest directly on the absorber.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen zeichnen sich dadurch aus, dass auf der Unterseite der Abdeckung und/oder auf der Oberseite der unteren Scheibe einer Doppelglasscheibe und/oder auf der Oberseite des die Solarstrahlung aufnehmenden und in eine andere Energieform umsetzenden Elements und/oder auf der Unterseite des die Solarstrahlung aufnehmenden und in eine andere Energieform umsetzenden Elements eine low-e-Schicht angeordnet ist. Unter low-e-Schicht wird eine Schicht verstanden, die infrarote Strahlung reflektiert. Die in der Fachwelt gängige Abkürzung bezeichnet Beschichtungen, die häufig verwendet werden, um für eine Wärmestrahlung als eine Art Spiegel zu wirken und damit einen zu hohen Wärmeeintrag zu vermeiden. Je nach Anbringung dieser Schicht vermeidet sie also, dass bestimmte Bereiche zu warm werden, sorgt also für einen Wärmeschutz, oder hält die Wärme zurück. Further preferred embodiments are characterized in that on the underside of the cover and / or on the upper side of the lower pane of a double glass pane and / or on the upper side of the solar radiation receiving and converting into another form of energy element and / or on the underside of the Solar radiation receiving and converting to another form of energy element a low-e-layer is arranged. By low-e-layer is meant a layer that reflects infrared radiation. The common abbreviation in the professional world refers to coatings that are often used to act as a kind of mirror for thermal radiation and thus to avoid excessive heat input. Depending on the application of this layer, it avoids that certain areas are too warm, so provides heat protection, or retains the heat.
Dies ist in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung zur Verstärkung der Wirkung durchaus nützlich und kann gezielt eingesetzt werden. This is quite useful in the context of the present invention to enhance the effect and can be used selectively.
Die Dämmung der Rückseite des Absorbers kann optional als 3 cm bis 10 cm dicke, faserplattengestützte Struktur mit einem sogenannten Vakuum-Isolations- Panel (vip) ausgebildet sein. Die Struktur kann mehrfach, beispielsweise zweifach bis fünffach durch Folien unterbrochen sein, die infrarote Strahlung reflektieren. Dadurch kann eine weitere Verbesserung erzielt werden. Das Vakuum wird dabei über eine diffusionsdichte Folie realisiert. Ein solches System kann zeitlich getaktet mit einer sehr kleinen Vakuumpumpe auf einen Druck im Bereich zwischen 0, 1 hPa und 1 hPa evakuiert werden. Dies genügt bei Vakuum-Isolations-Paneelen zur Unterdrückung der Wärmeleitfähigkeit. The insulation of the rear side of the absorber can optionally be designed as a 3 cm to 10 cm thick, fibreglass-supported structure with a so-called vacuum insulation panel (vip). The structure may be interrupted several times, for example, two to five times by films that reflect infrared radiation. Thereby, a further improvement can be achieved. The vacuum is realized via a diffusion-tight film. Such a system can be clocked in time with a very small vacuum pump to a pressure in the range between 0, 1 hPa and 1 hPa be evacuated. This is sufficient for vacuum insulation panels to suppress the thermal conductivity.
Die Steuerung und die Realisierung dieses Vakuums kann mit dem erfindungsgemäß vorgesehenen Vakuum im Zwischenraum gemeinsam vorgesehen werden. Mit verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung ist es darüber hinaus möglich, eine Abtauregelfunktion für Schnee aufzubauen. Schnee stellt für Solarkollektoren verschiedenster Form ein erhebliches Problem dar. Fällt Schnee auf einen Solarkollektor und bleibt dort liegen, so verhindert er über Tage und Wochen die Nutzung des Solarkollektors, da er jede Einstrahlung unterbindet. Schnee bleibt auch dann liegen, wenn bereits wieder klimatische Verhältnisse herrschen, die an sich eine effektive Nutzung des Solarkollektors ohne Weiteres ermöglichen würden. Bisher ist es erforderlich, den Schnee mechanisch vom Solarkollektor zu entfernen, um ihn wieder nutzen zu können. Das wird in der Praxis allerdings stets unterlassen, da dazu eine Möglichkeit gefunden werden müsste, im Winter nach einem Schneefall das Dach zu betreten oder zumindest Zugriff auf das Dach zu erhalten und dort vom Solarkollektor mechanisch den Schnee zu entfernen, und zwar ohne den Solarkollektor oder seine transparente Abdeckung dabei zu beschädigen. Dieser Aufwand wird nur sehr selten betrieben. Ist jedoch die Möglichkeit vorgesehen, gemäß der Erfindung den Wärmedurchlassstrom durch einen Zwischenraum im Solarkollektor unterhalb der transparenten Abdeckung regelbar zu gestalten, so lässt sich hierfür eine Möglichkeit finden. Da zu diesem Zeitpunkt günstige thermische Energie im Speicher der Solaranlage zur Verfügung steht, wird entsprechend warmes Fluid unter Einschaltung der Solarpumpe beispielsweise morgens bei Sonnenaufgang in und durch den Absorber gepumpt. Zugleich wird das Vakuum in dem Zwischenraum abgebaut, so dass die Isolierung abnimmt und wieder ein Wärmedurchlassstrom problemlos durch den Zwischenraum fließen kann. The control and the realization of this vacuum can be provided together with the vacuum provided according to the invention in the intermediate space. With various embodiments of the invention, it is also possible to build a defrosting function for snow. Snow is a considerable problem for solar collectors of all shapes and sizes. If snow falls on a solar collector and remains there, it prevents the use of the solar collector over days and weeks as it prevents any solar radiation. Snow will remain even when climatic conditions already prevail, which would in itself make an effective use of the solar collector easily possible. So far, it is necessary to mechanically remove the snow from the solar collector in order to use it again. However, this is always omitted in practice, as this would have to be found a way to enter the roof after a snowfall in winter or at least to gain access to the roof and there mechanically remove the snow from the solar collector, without the solar collector or to damage its transparent cover. This effort is only very rarely operated. However, if the possibility is provided according to the invention to make the heat flow through a gap in the solar collector below the transparent cover adjustable, so this can find a way. Since at this time favorable thermal energy is available in the memory of the solar system, according to warm fluid is pumped in the morning, for example, at sunrise in and through the absorber with the involvement of the solar pump. At the same time, the vacuum in the space is reduced, so that the insulation decreases and again a heat flow can flow through the gap easily.
Auf diese Weise wird jetzt anders als in der sonstigen Vorgehensweise bei Solarkollektoren beabsichtigt Wärme im Absorber dazu benutzt, nach außen durch die transparente Abdeckung zu fließen und den dort vorhandenen Schnee und das möglicherweise dort liegende Eis aufzutauen und zum Abfließen zu bewegen. In this way, unlike the other approach in solar collectors intended heat in the absorber is now intended to flow out through the transparent cover and thaw the snow there and possibly lying there ice and move it to drain.
Ist der Schnee und das Eis aufgetaut und abgeflossen, ist der Solarkollektor wieder funktionsbereit, das Vakuum kann wieder aufgebaut werden und der Solarkollektor seinem üblichen Zweck zugeführt werden. Once the snow and ice have thawed and run off, the solar collector is ready for use again, the vacuum can be rebuilt and the solar collector can be fed to its usual purpose.
Diese verschiedenen Maßnahmen können automatisch vorgesehen werden oder auch vom Nutzer der Anlage entsprechend angesteuert oder am Tag zuvor vorgewählt werden. Es ist sinnvoll, das Auftauen früh morgens durchzuführen, da dadurch anschließend das Tageslicht für den Solarkollektor genutzt werden kann und zugleich vermieden ist, dass wie etwa bei einem Einsatz spät abends möglich weiterer Schneefall in der Nacht die Auftauaktion wieder zunichtemacht. These various measures can be automatically provided or driven accordingly by the user of the system or the day before be selected. It makes sense to carry out the thawing early in the morning, as this will allow the daylight to be used for the solar collector and at the same time avoid further defrosting at night, as in the case of late-night use.
Von besonderem Vorzug ist es, wenn der Absorber vom Randverbund des Solarkollektors, also beispielsweise einer umgebenden Wanne, entkoppelt ist. Ohne eine seitliche Lagerung wird es möglich, den Randverbund thermisch und mechanisch zu entlasten. It is of particular advantage if the absorber is decoupled from the edge assembly of the solar collector, that is, for example, a surrounding tub. Without lateral storage, it is possible to thermally and mechanically relieve the edge bond.
Besonders bevorzugt können auftretende Kräfte in dem Solarkollektor direkt über den Absorber und Rohre auf die Rückwand des Solarkollektors übertragen werden. Der erfindungsgemäß entstehende Zwischenraum mit dem regelbaren Wert für den Wärmedurchlassstrom wird bevorzugt mit einer umlaufenden Vakuumdichtung versehen. Dadurch kann besonders definiert die Eigenschaft des regelbaren Wertes für den Wärmedurchlassstrom festgelegt werden, also die Intensität des Vakuums oder der Druck des in diesem Zwischenraum befindlichen Gases. Besonders bevorzugt wird eine umlaufende Vakuumdichtung aus Viton verwendet. Particularly preferably, occurring forces in the solar collector can be transferred directly via the absorber and pipes to the rear wall of the solar collector. The intermediate space according to the invention with the controllable value for the heat flow is preferably provided with a circumferential vacuum seal. As a result, the property of the controllable value for the heat transmission current can be defined in a particularly defined manner, that is to say the intensity of the vacuum or the pressure of the gas present in this intermediate space. Particularly preferred is a circumferential vacuum seal made of Viton used.
Um eine besonders geringe Wärmeübertragung und thermische Entkopplung des Absorbers von der Abdeckung, also bevorzugt der Glasscheibe, zu erzielen, werden Abstandshalter verwendet, die insbesondere punktförmig sind und bevorzugt eine Kontaktfläche von höchstens einem Hundertstel der Fläche der Abdeckung besitzen. In order to achieve a particularly low heat transfer and thermal decoupling of the absorber from the cover, ie preferably the glass pane, spacers are used which are in particular punctiform and preferably have a contact surface of at most one hundredth of the surface of the cover.
Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, einen Solarkollektor mit einer besonders flachen Bauweise zu schaffen, also beispielsweise von nur 20 mm bis 40 mm Bauhöhe beziehungsweise Abstand zwischen der Rückwand und der Abdeckung. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich Unteransprüchen oder der nachfolgenden Figurenbeschreibung. According to the invention, it is preferred to provide a solar collector with a particularly flat design, that is, for example, only 20 mm to 40 mm height or distance between the rear wall and the cover. Further features and advantages of the invention will become dependent claims or the following description of the figures.
Im Folgenden werden anhand der Zeichnung eine Reihe von Ausführungsbeispielen der Erfindung näher erläutert. Es zeigen: In the following, a number of embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the drawing. Show it:
Figur 1a einen schematischen Schnitt durch eine erste Ausführungsform eines Solarkollektors gemäß der Erfindung;  Figure 1a is a schematic section through a first embodiment of a solar collector according to the invention;
Figur 1b einen schematischen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform eines Solarkollektors gemäß der Erfindung;  Figure 1b shows a schematic section through a second embodiment of a solar collector according to the invention;
Figur 2a einen schematischen Schnitt durch eine dritte Ausführungsform eines Solarkollektors gemäß der Erfindung; Figure 2a shows a schematic section through a third embodiment of a solar collector according to the invention;
Figur 2b einen schematischen Schnitt durch eine vierte Ausführungsform eines Solarkollektors gemäß der Erfindung;  Figure 2b shows a schematic section through a fourth embodiment of a solar collector according to the invention;
Figur 3a einen schematischen Schnitt durch eine fünfte Ausführungsform eines Solarkollektors gemäß der Erfindung;  3a shows a schematic section through a fifth embodiment of a solar collector according to the invention;
Figur3b einen schematischen Schnitt durch eine sechste  FIG. 3 b shows a schematic section through a sixth
Ausführungsform eines Solarkollektors gemäß der Erfindung; Embodiment of a solar collector according to the invention;
Figur 4a einen schematischen Schnitt durch eine siebte Ausführungsform eines Solarkollektors gemäß der Erfindung; Figure 4a shows a schematic section through a seventh embodiment of a solar collector according to the invention;
Figur 4b einen schematischen Schnitt durch eine achte Ausführungsform eines Solarkollektors gemäß der Erfindung; FIG. 4b shows a schematic section through an eighth embodiment of a solar collector according to the invention;
Figur 5a einen schematischen Schnitt durch eine neunte Ausführungsform eines Solarkollektors gemäß der Erfindung;  Figure 5a shows a schematic section through a ninth embodiment of a solar collector according to the invention;
Figur 5b einen schematischen Schnitt durch eine zehnte Ausführungsform eines Solarkollektors gemäß der Erfindung; einen schematischen Schnitt durch eine elfte Ausführungsform eines Solarkollektors gemäß der Erfindung; einen schematischen Schnitt durch eine zwölfte Ausführungsform eines Solarkollektors gemäß der Erfindung; einen schematischen Schnitt durch eine dreizehnte Ausführungsform eines Solarkollektors gemäß der Erfindung; einen schematischen Schnitt durch eine 14. Ausführungsform eines Solarkollektors gemäß der Erfindung; einen schematischen Schnitt durch eine 15. Ausführungsform eines Solarkollektors gemäß der Erfindung, ähnlich der Ausführungsform in der Figur 8a; einen schematischen Schnitt durch eine 16. Ausführungsform eines Solarkollektors gemäß der Erfindung, ähnlich der Ausführungsform in den Figuren 8a und 8b; einen schematischen Schnitt durch eine 17. Ausführungsform eines Solarkollektors gemäß der Erfindung, gemäß den Ausführungsformen in den Figuren 8a und 8b; einen schematischen Schnitt durch eine 18. Ausführungsform eines Solarkollektors gemäß der Erfindung; einen schematischen Schnitt durch eine 19. Ausführungsform eines Solarkollektors gemäß der Erfindung; einen schematischen Schnitt durch den Randbereich eines erfindungsgemäßen Solarkollektors; einen schematischen Schnitt durch einen Randbereich einer anderen Ausführungsform; einen schematischen Schnitt durch einen Randbereich in weiter geänderter Ausführungsform; einen schematischen Schnitt durch einen Randbereich einer anderen Konzeption; einen schematischen Schnitt durch einen Randbereich in noch weiter geänderter Ausführungsform; einen schematischen Schnitt durch einen Randbereich durch eine erneut geänderten Ausführungsform; einen Schnitt durch ein anderes Detail; einen schematischen Schnitt durch ein Detail ähnlich Figur 13a; einen schematischen Schnitt durch ein Detail ähnlich den Figuren 13a und 13b; einen schematischen Schnitt durch ein Detail ähnlich den Figuren 13a bis 13c; einen schematischen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Solarkollektors gemäß der Erfindung; einen schematischen Schnitt durch ein Detail aus der Figur 14; einen schematischen Schnitt durch ein Detail ähnlich Figur 14a; einen Schnitt durch ein Detail ähnlich den Figuren 14a und 14b; Figur 15 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform Solarkollektors gemäß der Erfindung; Figur 16 schematische Kollektorkennlinien verschiedener Solarkollektortypen; und FIG. 5b shows a schematic section through a tenth embodiment of a solar collector according to the invention; a schematic section through an eleventh embodiment of a solar collector according to the invention; a schematic section through a twelfth embodiment of a solar collector according to the invention; a schematic section through a thirteenth embodiment of a solar collector according to the invention; a schematic section through a 14th embodiment of a solar collector according to the invention; a schematic section through a 15th embodiment of a solar collector according to the invention, similar to the embodiment in Figure 8a; a schematic section through a 16th embodiment of a solar collector according to the invention, similar to the embodiment in Figures 8a and 8b; a schematic section through a 17th embodiment of a solar collector according to the invention, according to the embodiments in Figures 8a and 8b; a schematic section through an 18th embodiment of a solar collector according to the invention; a schematic section through a 19th embodiment of a solar collector according to the invention; a schematic section through the edge region of a solar collector according to the invention; a schematic section through an edge region of another embodiment; a schematic section through an edge region in a further modified embodiment; a schematic section through an edge region of another conception; a schematic section through an edge region in still further modified embodiment; a schematic section through an edge region by a renewed embodiment; a section through another detail; a schematic section through a detail similar to Figure 13a; a schematic section through a detail similar to Figures 13a and 13b; a schematic section through a detail similar to Figures 13a to 13c; a schematic section through a further embodiment of a solar collector according to the invention; a schematic section through a detail of the figure 14; a schematic section through a detail similar to Figure 14a; a section through a detail similar to Figures 14a and 14b; FIG. 15 a section through a further embodiment of a solar collector according to the invention; FIG. 16 shows schematic collector characteristics of various solar collector types; and
Figur17 eine Darstellung der Abhängigkeit des Wärmeduchlass- koeffizienten vom Druck in verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung. FIG. 17 shows a depiction of the dependence of the heat transfer coefficient on the pressure in various embodiments of the invention.
Die Schnittdarstellungen in den Figuren zeigen jeweils einen vertikal genommenen Schnitt durch einen Solarkollektor. Die Beaufschlagung mit Sonnenlicht erfolgt jeweils in den Darstellungen von oben, so dass im montierten Zustand die Unterseite der dargestellten Solarkollektoren etwa auf einem Dach montiert ist. The sectional views in the figures each show a vertically taken section through a solar collector. The exposure to sunlight takes place in the representations from above, so that in the mounted state, the underside of the illustrated solar panels is mounted approximately on a roof.
Die entsprechenden Solarkollektoren weisen jeweils einen Rahmen 1 auf. Von dem Rahmen sieht man jeweils links und rechts am Solarkollektor entsprechende Abschnitte. The corresponding solar collectors each have a frame 1. From the frame you can see corresponding sections on the left and right of the solar collector.
Nach oben wird jeder Solarkollektor durch eine Solarglasscheibe als Abdeckung 2 abgedeckt. Diese Abdeckung 2 besteht aus einem transparenten Werkstoff, insbesondere einem Glas. Dieser transparente Werkstoff lässt das Sonnenlicht von oben durch die Abdeckung 2 in den Solarkollektor hineinfallen. Upwards, each solar collector is covered by a solar glass pane as cover 2. This cover 2 consists of a transparent material, in particular a glass. This transparent material allows sunlight to fall from above through the cover 2 into the solar collector.
Von oben betrachtet ist die Abdeckung rechteckig und gibt die flächenmäßige Ausdehnung des Solarkollektors weitgehend vor. Der Rahmen 1 läuft außen um die Abdeckung 2 herum und schließt mithin den Solarkollektor von vier Seiten ein. Viewed from above, the cover is rectangular and largely dictates the areal extent of the solar collector. The frame 1 runs around the outside of the cover 2 and thus encloses the solar collector from four sides.
Gemeinsam ist den Ausführungsformen aus allen Figuren 1a bis 7 ein Absorber 6, der flächig und in etwa parallel zur Abdeckung 2 beziehungsweise zur Solarglasscheibe im I nneren des Solarkollektors angeordnet ist. Der Absorber 6 ist in den meisten Ausführungsformen eine Blechplatte, die selektiv und optional low-e-beschichtet sein kann. Als Blechmaterial kommen in erster Linie Aluminium und Stahl in Betracht. Common to the embodiments of all figures 1a to 7, an absorber 6, the surface and approximately parallel to the cover 2 and is arranged to the solar glass in I nneren of the solar collector. The absorber 6 is in most embodiments a sheet metal plate which may be selectively and optionally low-e coated. As sheet material are primarily aluminum and steel into consideration.
Auf der Unterseite des Absorbers 6 sind jeweils Wärmeträgerrohre 1 1 im Schnitt zu sehen. Diese Wärmeträgerrohre 1 1 befinden sich in Kontakt mit der Unterseite des Absorbers 6. Man sieht die Wärmeträgerrohre 1 1 im Schnitt, die mithin senkrecht durch die Zeichenebene ragen und parallel zu den zu erkennenden Seitenwänden des Rahmens 1 verlaufen. Die Wärmeträgerrohre 1 1 können mit dem Blech des Absorbers 6 über nicht dargestellte Schweißpunkte oder Schweißnähte verbunden sein. On the underside of the absorber 6 each heat transfer tubes 1 1 can be seen in section. This heat transfer tubes 1 1 are in contact with the underside of the absorber 6. You can see the heat transfer tubes 1 1 in section, which therefore protrude perpendicularly through the plane and parallel to the side walls of the frame 1 to be recognized. The heat transfer tubes 1 1 may be connected to the plate of the absorber 6 via welding points or welds, not shown.
Nach unten ist der Solarkollektor durch eine Rückwand 10 abgeschlossen. Diese Rückwand kann aus Aluminium oder aus einem Kunststoff bestehen. Down the solar collector is completed by a rear wall 10. This rear wall can be made of aluminum or of a plastic.
Die Wärmeträgerrohre 1 1 können sich auf der Rückwand 10 des Solarkollektors d urch Federn 1 9 abstützen. Es kan n sich i nsbesondere u m Langfedern handeln. The heat transfer tubes 1 1 can be supported on the rear wall 10 of the solar collector d by springs 1 9. In particular, they can be long-feathers.
I n dem Bereich des Absorbers 6 auf der von der Sonnenei nstrahl u ng abgewandten Seite, also zwischen dem Absorber 6 und der Rückwand 10, befindet sich in den meisten Fällen eine Dämmung 9 unterschiedlicher Art. Die Dämmung 9 besteht meist aus Steinwolle, Schaum, Hartschaum, aus Kunststoffhohlkammerprofilen und/oder aus porösen, nicht leitfähigen Schüttmaterialien wie beispielsweise Perlite. In the region of the absorber 6 on the side facing away from the sun, and thus between the absorber 6 and the rear wall 10, there is in most cases an insulation 9 of different types. The insulation 9 is usually made of rockwool, foam, Hard foam, plastic hollow chamber profiles and / or porous, non-conductive bulk materials such as perlite.
Zwischen dem Rahmen 1 und der Abdeckung 2 ist umlaufend noch zusätzlich eine Seitendämmung 17 vorgesehen, die sich auch zwischen dem Rahmen 1 und dem äußeren Rand des Absorbers 6 sowie dem Rahmen 1 und dem äußeren Rand der Rückwand 10 erstreckt und mit dem Rahmen 1 um den Solarkollektor herum umläuft. Zwischen der Abdeckung 2, durch die das Sonnenlicht in den Solarkollektor fällt, und dem Absorber 6 befindet sich ein Zwischenraum 15, dem die Erfindung anders als herkömmliche Solarkollektoren eine besondere Aufmerksamkeit schenkt. Dieser Zwischenraum erstreckt sich über die gesamte Fläche des Solarkollektors innerhalb des Rahmens 1 beziehungsweise fast über diese gesamte Fläche, eingeschränkt etwa durch die Seitendämmung 17 und eine umlaufende, diesen Zwischenraum begrenzende Dichtung 3. Between the frame 1 and the cover 2, a side insulation 17 is additionally provided circumferentially, which also extends between the frame 1 and the outer edge of the absorber 6 and the frame 1 and the outer edge of the rear wall 10 and with the frame 1 to the Solar collector runs around. Between the cover 2, through which the sunlight falls into the solar collector, and the absorber 6, there is a gap 15, to which the invention pays special attention, unlike conventional solar collectors. This gap extends over the entire surface of the solar collector within the frame 1 or almost over this entire area, limited for example by the side insulation 17 and a circumferential, this gap bounding seal third
Der erwähnte Zwischenraum 15 ist in der Mehrzahl der Ausführungsformen also spaltähnlich mit einer weitgehend konstanten Dicke ausgebildet. The aforementioned gap 15 is thus formed in the majority of embodiments, gap-like with a substantially constant thickness.
Die Mehrzahl der in den Figuren 1 a bis 7 dargestellten Ausführungsformen weisen die vorbeschriebenen Merkmale und Elemente auf. In den Details unterscheiden sich jedoch die einzelnen Ausführungsformen. The majority of the embodiments illustrated in FIGS. 1 a to 7 have the above-described features and elements. In the details, however, differ the individual embodiments.
Die in der Figur 1 a dargestellte Ausführungsform besitzt als Abdeckung 2 eine transparente Glasscheibe. Der Zwischenraum 15 ist hier in Form eines Luftspaltes mit einer Dicke zwischen etwa 1 mm und 10 mm ausgebildet, so dass die Unterseite der Abdeckung 2 und die Oberseite des Absorbers 6 einen Abstand von 1 mm bis 10 mm voneinander aufweisen. The embodiment shown in Figure 1 a has as cover 2 a transparent glass pane. The gap 15 is here in the form of an air gap with a thickness between about 1 mm and 10 mm, so that the underside of the cover 2 and the top of the absorber 6 have a distance of 1 mm to 10 mm from each other.
Der Zwischenraum 15 kann mit Luft oder mit Edelgas oder einem anderen Gas gefüllt sein. Die Auswahl des Gases kann berücksichtigen, dass besonders wünschenswerte Dämmwerte erreicht werden und/oder das gleichzeitig ein Korrosionsschutz im Zwischenraum 15 zwischen der Abdeckung 2 und dem Absorber 6 erreicht und Tauwasserbildung verhindert wird. The gap 15 may be filled with air or with inert gas or another gas. The selection of the gas can take into account that particularly desirable insulating values are achieved and / or that at the same time corrosion protection in the intermediate space 15 between the cover 2 and the absorber 6 is achieved and condensation formation is prevented.
Man sieht ein Ventil 13 schematisch angedeutet. Mittels dieses Ventils 13 kann der Druck des Gases im Zwischenraum 15 geregelt werden. One sees a valve 13 indicated schematically. By means of this valve 13, the pressure of the gas in the intermediate space 15 can be regulated.
Mittels des Ventiles 13 kann also die Einstellung und Regelung eines Druckes im I nneren des Zwischenraumes 15 vorgenommen werden oder auch ein bestimmtes Gas erstmals oder bei einer Wartung neu in den Zwischenraum 15 eingeführt werden. By means of the valve 13 so the adjustment and regulation of a pressure in the interior of the inner space 15 can be made or even a be introduced into the intermediate space 15 for the first time or during maintenance.
In der Figur 1 a ist ein sogenannter PV-T-Solarkollektor dargestellt. Er besitzt daher sogenannte PV-Wafer 5, die oben auf dem Absorber 6 aufgebracht sind. Diese Wafer 5 können dabei direkt auf das Blech des Absorbers 6 in eine EVA(Ethylenvinylacetat)-Sch icht ei ngebettet werden . Es kann sich dabei beispielsweise um PV-Silizium-Wafer handeln. Alternativ kann auch eine PV- Dünnschichtfol ie auf den Absorber 6 lam i niert oder durch Beschichtung aufgebracht werden. Zumindest aktuell lässt sich ein deutlich besserer Wirkungsgrad bei der Verwendung einer Variante mit kristallinem Silizium erzielen, die Erfindung ist darauf aber nicht beschränkt und kann abhängig von zukünftigen Entwicklungen auch anders ausgebildet werden. Auf der EVA(Ethylenvinylacetat)-Schicht, der PV-Dünnschicht oder der PV- Beschichtung ist optional eine sogenannte low-e-Beschichtung zur Reduzierung der langwelligen Wärmestrahlung nach außen aufgebracht. Eine derartige low- e-Beschichtung kann auch optional auf der Unterseite der oberen Glasscheibe angebracht sein. FIG. 1 a shows a so-called PV-T solar collector. He therefore has so-called PV wafer 5, which are applied to the top of the absorber 6. These wafers 5 can be embedded directly on the sheet of the absorber 6 in an EVA (ethylene-vinyl acetate) layer. These may be, for example, PV silicon wafers. Alternatively, a PV thin film foil can also be laminated onto the absorber 6 or applied by coating. At least currently, a much better efficiency in the use of a variant with crystalline silicon can be achieved, but the invention is not limited thereto and can be designed differently depending on future developments. On the EVA (ethylene-vinyl acetate) layer, the PV thin-film or the PV coating, a so-called low-e coating for reducing the long-wave thermal radiation to the outside is optionally applied. Such a low-e coating can also be optionally mounted on the underside of the upper glass pane.
Die Wärmeträgerrohre 1 1 können an das Blech des Absorbers 6 lasergeschweißt werden. Alternativ ist es auch möglich, sie über eine in der Figur 1 a zu erkennende Feder 19 an das Absorberblech 6 von unten zu drücken. Dabei kann eine formschlüssige Aussparung in der Dämmung 9 ein Verrutschen der Wärmeträgerrohre 1 1 und der Feder 19 in der horizontalen Ebene verhindern. The heat transfer tubes 1 1 can be laser-welded to the sheet of the absorber 6. Alternatively, it is also possible to press them over a to be recognized in the figure 1 a spring 19 to the absorber plate 6 from below. In this case, a positive recess in the insulation 9 prevent slippage of the heat transfer tubes 1 1 and the spring 19 in the horizontal plane.
In dieser Darstellung in der Figur 1 a kann eine übliche Dämmung 9 etwa aus Steinwolle, Schaum oder Rockwool verwendet werden. Die Abdeckung 2 selbst kann mit einem Randverbund gegenüber dem Rahmen 1 dichtschließend sein, dies ist aber nicht mit einer hundertprozentigen Dichtheit erforderlich. Eine kleine Leckrate ist bei dieser Ausführungsform der Erfindung tolerabel, was fertigungstechnisch einen großen Vorteil bringt. Die kleine Leckrate wird dadurch akzeptabel, dass ohnehin eine Pumpe und ein Ventil vorgesehen ist, mit dem der Druck in dem Zwischenraum 15 oder die Güte des Vakuums nachgestellt werden kann. Aufgrund der Leckrate in den Zwischenraum 15 eindringende Partikel oder Moleküle stellen damit lediglich eine vorübergehende und aufgrund der sonstigen Regelung leicht beseitigbare beziehungsweise berücksichtigbare Störung dar. In this illustration in Figure 1 a, a conventional insulation 9 can be used approximately from rock wool, foam or Rockwool. The cover 2 itself may be tightly sealed with an edge seal against the frame 1, but this is not required with a hundred percent tightness. A small leak rate is tolerable in this embodiment of the invention, which brings a great advantage in terms of manufacturing technology. The Small leak rate is acceptable in that anyway a pump and a valve is provided, with which the pressure in the gap 15 or the quality of the vacuum can be readjusted. Due to the leak rate in the interspace 15 penetrating particles or molecules thus represent only a temporary and due to the other regulation easily eliminable or be considered disturbance.
Der Zwischenraum 15 ist wie erwähnt durch das Ventil 13 mit einem im Druck regelbaren Gas gefüllt. Das Ventil 13 ist rein schematisch; man kann sich hier auch eine an den Zwischenraum 15 angeschlossene Vakuumpumpe vorstellen, mit der ein regelbares Vakuum unterschiedlicher Intensität gezogen werden kann. The gap 15 is filled as mentioned by the valve 13 with a pressure-controllable gas. The valve 13 is purely schematic; One can also imagine a vacuum pump connected to the intermediate space 15, with which a controllable vacuum of different intensity can be drawn.
Alternativ kann das Ventil 13 so gedacht werden, dass es das erwähnte Vakuum regelbar wieder nachlässt, wenn bestimmte Randbedingungen vorliegen. Als Messsensor kann beispielsweise ein Drucksensor dienen. Alternatively, the valve 13 may be thought to controllably relax the mentioned vacuum when certain constraints exist. As a measuring sensor, for example, serve a pressure sensor.
Diese Regelung kann nun automatisch erfolgen. Wird mittels geeigneter Messeinrichtungen (nicht dargestellt) festgestel lt, dass i m Fal le ei nes thermischen Betriebes des PV-T-Solarkollektors keine Wärmeabnahme erfolgt, also die Wärme in den Wärmeträgerrohren 1 1 nicht hinreichend abgeführt wird, so wi rd das Vakuum nachgelassen , so dass die Wärmeleitung von der Oberseite des Absorberbleches 6 zur Abdeckung 2 und damit zum Außenraum größer wird und so eine Überhitzung des Solarkollektors vermieden wird. This regulation can now be automatic. Is festgestel by suitable measuring devices (not shown), that in Fal-egg nes thermal operation of the PV-T solar collector heat dissipation does not occur, so the heat in the heat transfer tubes 1 1 is not sufficiently dissipated, so wi rd the vacuum decreased, so that the heat conduction from the top of the absorber plate 6 to the cover 2 and thus to the outside space is greater and thus overheating of the solar collector is avoided.
Im Falle einer regelbaren Edelgasbefüllung des Zwischenraums 15 könnte der Befüllgrad des Solarkollektors über das Ventil 13, das in diesem Falle mit einem Edelgasbehälter verbunden ist, geregelt werden. In einer Anwendung können dann durch eine nächtliche Absenkung der Temperaturen in dem mit dem Kollektor verbundenen Solarspeicher bei hohem, beispielsweise atmosphärischem, Druck im Zwischenraum durch erhöhte Wärmeabgabe über die Solarkollektoren an die Umgebung die Kollektorstillstandszeiten reduziert beziehungsweise vermieden werden und so bei einer speziellen PV-T- Anwendung die PV-Erträge gesteigert werden. In the case of a controllable inert gas filling of the intermediate space 15, the filling level of the solar collector could be regulated via the valve 13, which in this case is connected to a noble gas container. In an application can then be reduced by a nighttime lowering of the temperatures in the solar collector connected to the collector at high, for example, atmospheric pressure in the space by increased heat transfer through the solar panels to the environment, the collector downtime or avoided and thus in a special PV-T application, the PV yields are increased.
So kann je nach dem optimalen Betriebspunkt der Solarkollektor bedarfsgerecht zwischen den verschiedenen Kennlinien betrieben werden, die in der Figur 8 für einen einfach abgedeckten Kollektor mit beispielsweise 20 mm Luftspalt bei Atmosphärendruck dargestellt sind. Thus, depending on the optimum operating point of the solar collector can be operated as needed between the various characteristics, which are shown in Figure 8 for a simple covered collector with, for example, 20 mm air gap at atmospheric pressure.
In der Figur 1 b ist eine alternative Ausführungsform dargestellt. Diese zeigt, dass ebenso wie die der transparenten Abdeckung 2 zugewandte Vorderseite des Absorbers 6 auch die Rückseite des Absorbers 6 m it den Wärmeträgerrohren 1 1 einstellbar mit Luft, Edelgas oder Vakuum oder anderen Gasen beaufschlagt werden und so der Wärmeverlust und damit die Kennlinie des Solarkollektors weiter beeinflusst werden kann. FIG. 1b shows an alternative embodiment. This shows that as well as the transparent cover 2 facing the front of the absorber 6 and the rear of the absorber 6 m with the heat transfer tubes 1 1 adjustable with air, inert gas or vacuum or other gases are applied and so the heat loss and thus the characteristics of the solar collector can be further influenced.
Konstruktiv ist in diesem Fall zusätzlich zu den Elementen aus der Figur 1 a eine weitere Dichtung umlaufend um den Solarkollektor innerhalb des Rahmens 1 und der Seitendämmung 17 zwischen dem Absorber 6 und der Rückwand 10 vorzusehen. Alternativ kommt die Verwendung eines tiefgezogenen, in diesem Bereich dichtungslosen Gehäusematerials in Betracht, die in einer Ausführungsform in der Figur 7 dargestellt ist. Structurally, in this case, in addition to the elements of FIG. 1 a, a further seal is provided circumferentially around the solar collector within the frame 1 and the side insulation 17 between the absorber 6 and the rear wall 10. Alternatively, the use of a deep-drawn, in this area sealless housing material is considered, which is shown in an embodiment in Figure 7.
In der Figur 7 ist ein Gehäuse 26 aus Kunststoff, Stahl oder Aluminium in Wannenform vorgesehen, bei dem der Rahmen 1 und die Rückwand 10 einstückig ausgebildet sind und ineinander übergehen. Gleichwohl ist eine Seitendämmung 17 zu erkennen. In the figure 7, a housing 26 made of plastic, steel or aluminum is provided in trough shape, in which the frame 1 and the rear wall 10 are integrally formed and merge into one another. Nevertheless, a side insulation 17 can be seen.
Eine zusätzliche Dichtfläche wird so allerdings vermieden. Soll in dem Bereich zwischen dem Absorber 6 und der Rückwand 10 beziehungsweise dem Wannengehäuse 26 in den Ausführungsformen der Figuren 1 b oder 7 eine Evakuierung vorgenommen werden, so muss die Rückwand 10 beziehungsweise das Wannengehäuse 26 gegenüber dem Absorber 6 abgestützt werden. Die Dämmung 9 sollte ferner möglichst keine Wärmebrücken aufweisen. An additional sealing surface is avoided, however. If an evacuation is to be carried out in the region between the absorber 6 and the rear wall 10 or the tub housing 26 in the embodiments of FIGS. 1 b or 7, then the rear wall 10 or the tub housing 26 must face the absorber 6 be supported. The insulation 9 should further preferably have no thermal bridges.
Die Dämmung 9 kann eine Doppelfunktion für Isolierung und Abstützung übernehmen, wenn insbesondere als Werkstoffe ein Hartschaum, insbesondere Polyurethan-Hartschaum, ein Kunststoffhohlkammerprofil oder ein poröses, nicht wärmeleitendes Schüttmaterial wie beispielsweise Perlite verwendet wird. The insulation 9 can assume a dual function for insulation and support, in particular when a hard foam, in particular rigid polyurethane foam, a hollow plastic chamber profile or a porous, non-heat-conducting bulk material such as perlite is used as materials.
Werden dagegen die Funktionen der Isolierung und der Abstützung voneinander getrennt, so können auch Stützen und Stege oder eine Wanne mit Stegen oder Stützen eingesetzt werden, wobei die Zwischenräume zwischen den Stegen und Stützen in diesem Falle leer bleiben. If, however, the functions of the insulation and the support are separated from each other, it is also possible to use supports and webs or a trough with webs or supports, the spaces between the webs and supports remaining empty in this case.
Wie Tests ergeben haben, können durch derartige Maßnahmen die Wärme- durchgangskoeffizienten eines Solarkollektors von etwa 0,8 bis 4 W/m2K und von 10 W/m2K bis 20 W/m2K geregelt werden. As tests have shown, the heat transfer coefficients of a solar collector of about 0.8 to 4 W / m 2 K and of 10 W / m 2 K to 20 W / m 2 K can be controlled by such measures.
In den Ausführungsformen der Figuren 1 a, 1 b und 7 sieht man auch bereits, dass auch der Absorber 6 gegenüber der Abdeckung 2 abgestützt werden kann, beispielsweise mit Abstandshaltern 20, die beispielsweise die Form von Stäben oder Kugeln haben können und sich direkt auf dem Absorber 6 abstützen. Die Abstandshalter 20 sollten vorzugsweise transparent sein und in Form eines Rasters mit einem Stützenabstand von circa 50 mm aufgebaut sein. in der Figur 2a wird eine alternative Ausführungsform dargestellt, bei der die Abdeckung 2 als Verbundglasscheibe ausgebildet ist. Zu beachten ist, dass die Schnittdarstellung in der Figur 2a nicht maßstabgerecht ist. Die Verbundglasscheibe der Abdeckscheibe 2 besitzt eine obere und eine untere Glasscheibe, wobei die untere Glasscheibe direkt auf den Absorber 6 laminiert ist. In the embodiments of FIGS. 1 a, 1 b and 7 it is also already apparent that the absorber 6 can also be supported relative to the cover 2, for example with spacers 20, which can have the form of rods or balls, for example, and can be directly on the Support absorber 6. The spacers 20 should preferably be transparent and constructed in the form of a grid with a column spacing of approximately 50 mm. FIG. 2 a shows an alternative embodiment in which the cover 2 is designed as a laminated glass pane. It should be noted that the sectional view in FIG. 2a is not to scale. The laminated glass of the cover plate 2 has upper and lower glass sheets, and the lower glass sheet is laminated directly onto the absorber 6.
In der dargestellten PV-T-Solarkollektorvariante sind dabei die Wafer 5 auf die Oberseite der unteren Scheibe aufgetragen, sie befinden sich also innerhalb der Abdeckung 2 beziehungsweise innerhalb der Verbundglasscheibe. Auch hier können die PV-Wafer 5 in einer EVA-Schicht aufgenommen, eine PV-Dünn- schichtfolie laminiert oder eine PV-Beschichtung aufgebracht sein. Auf der EVA- Schicht, der PV-Dünnschicht oder der PV-Beschichtung ist optimal eine low-e- Schicht aufgebracht. In the illustrated PV-T solar collector variant, the wafers 5 are applied to the upper side of the lower pane, they are thus within the Cover 2 or within the laminated glass pane. Here too, the PV wafers 5 can be accommodated in an EVA layer, a PV thin-film foil laminated or a PV coating applied. On the EVA layer, the PV thin film or the PV coating is optimally applied a low-e-layer.
Eine low-e-Schicht kan n opti onal auch auf der U nterseite der oberen Glasscheibe aufgebracht sein. In der Figur 2b ist jetzt eine weitere Modifizierung vorgenommen, und zwar wird der Aufbau aus der Figur 2a dargestellt, wobei hier zusätzlich auch der rückseitige K-Wert zwischen dem Absorber 6 und der Rückwand 10 regelbar ist. A low-e layer can also be applied optically on the underside of the upper glass pane. In the figure 2b, a further modification is now made, and indeed the structure of Figure 2a is shown, in which case additionally the rear K value between the absorber 6 and the rear wall 10 is regulated.
Hierzu ist ein Ventil 14 angedeutet, mit dem der Druck in diesem Bereich ähnlich wie in der Figur 1 b geregelt werden kann. For this purpose, a valve 14 is indicated, with which the pressure in this area can be regulated similarly as in FIG. 1 b.
Die Ausführungsformen in den Figuren 3a und 3b zeigen einen Aufbau, der demjenigen in den Figuren 2a und 2b in weitem Umfange folgt. Es besteht ein Unterschied darin, dass die PV-Wafer 5 hier eingebettet in einer EVA-Folie 12, einer laminierten PV-Dünnschichtfolie oder einer PV-Beschichtung direkt auf den Absorber 6 laminiert sind. Die Verbundglasscheibe der Abdeckung 2 wird in diesem Fall dann auf die EVA-Folie 12 laminiert. Die untere Scheibe der Abdeckung 2 ist hier optional auf der Oberseite low-e-beschichtet, ebenso die Unterseite der oberen Glasscheibe. The embodiments in FIGS. 3a and 3b show a construction which follows that in FIGS. 2a and 2b to a large extent. There is a difference in that the PV wafers 5 are laminated directly on the absorber 6 embedded in an EVA sheet 12, a laminated PV thin film or a PV coating. The laminated glass of the cover 2 is then laminated on the EVA film 12 in this case. The lower pane of the cover 2 is here optionally low-e coated on the top, as well as the underside of the upper glass pane.
Auch hier kann der Wärmeübergang über das einstellbare Vakuum beziehungsweise eine Edelgasbefüllung mit einstellbarem Druck auf beiden Seiten des Absorbers 6 in der Ausführungsform der Figur 3b eingestellt werden. Die Figuren 4a und 4b zeigen zwei weitere Ausführungsformen der Erfindung. Sie gehen von einem Absorber 6 in Sandwich-Bauweise aus. Das beziehungsweise die Wärmeträgerrohre 1 1 sind dabei vorzugsweise auf das Blech des Absorbers 6 geschweißt. In der Ausführungsform in der Figur 4a wird dabei ein Hohlkammerprofil 22 aus beispielsweise Kunststoff, Stahl oder Aluminium unter einem oberen optional selektiv beschichteten Absorberblech, vorzugsweise aus Aluminium, eingesetzt. Darunter befindet sich ein weiteres Blech, vorzugsweise aus Aluminium. Again, the heat transfer via the adjustable vacuum or a noble gas filling with adjustable pressure on both sides of the absorber 6 in the embodiment of Figure 3b can be adjusted. Figures 4a and 4b show two further embodiments of the invention. You start from an absorber 6 in sandwich construction. The or the heat transfer tubes 1 1 are preferably welded to the sheet of the absorber 6. In the embodiment in FIG. 4 a, a hollow-chamber profile 22 of, for example, plastic, steel or aluminum is inserted under an upper optionally selectively coated absorber sheet, preferably of aluminum. Below is another sheet, preferably made of aluminum.
Die Ausführungsform in der Figur 4b besitzt hingegen eine Sandwich- Konstruktion mit einem Wellenprofil 21. In dieser Ausführungsform kann das Wärmeträgerrohr 1 1 auf das Absorberblech 6 oder das Blech des Wellen- profils 21 geschweißt werden oder es wird mit einer Längsfeder 19 an den Absorber 6 gedrückt, welche sich am unteren Blech abstützt, ähnlich wie im Zusammenhang mit der Figur 1 beschrieben. On the other hand, the embodiment in FIG. 4 b has a sandwich construction with a corrugated profile 21. In this embodiment, the heat carrier tube 1 1 can be welded onto the absorber sheet 6 or the sheet metal of the corrugated profile 21 or with a longitudinal spring 19 against the absorber 6 pressed, which is supported on the lower plate, similar to that described in connection with Figure 1.
Die Ausführungsform in den Figuren 5a und 5b sind mit einem optional selektiv beschichteten, vollflächig durchströmten Kunststoffabsorber ausgestattet. Auch hier entsteht ein regelbarer Wärmeverlustkoeffizient der Abdeckung 2 und optional in der Figur 5b auch für die Dämmung 9 zur Rückwand 10. The embodiment in FIGS. 5a and 5b are equipped with an optionally selectively coated, full-surface-flow plastic absorber. Again, there is a controllable heat loss coefficient of the cover 2 and optionally in the figure 5b and for the insulation 9 to the rear wall 10th
In den Ausführungsformen in den Figuren 6a und 6b stützt sich ein selektiv beschichteter Wabenabsorber 23 direkt an der Abdeckung 2 ab. Optional kann auch eine PV-Dünnschichtfolie auflaminiert sein. Alternativ kann auch eine PV- Beschichtung aufgebracht sein. In the embodiments in FIGS. 6 a and 6 b, a selectively coated honeycomb absorber 23 is supported directly on the cover 2. Optionally, a PV thin film may also be laminated. Alternatively, a PV coating may also be applied.
Die PV-Dünnschichtfolie oder die PV-Beschichtung können optional low-e- besch i chtet sei n . Es ergibt sich wiederum ein regelbarer Wärmeverlustkoeffizient der Abdeckung 2 und optional in der Figur 6b auch der Dämmung 9 der Rückwand 10. Das Wabenprofil 23 entspricht grob betrachtet dem, was aus den Waschtrommeln der Waschmaschinen etwa der Anbieterin Miele bekannt ist. Es wird ein Profil mit einer Wabenschlüsselweite von ungefähr 33 mm bevorzugt. Dieses Wabenprofil wird über Umformen sogenannter Pins mit Kontakt zur Abdeckung 2 des Solarkollektors hin leicht modifiziert. Auch hier entsteht ein regelbarer Wärmedurchgangskoeffizient der Abdeckung und optional der Dämmung 9 der Rückwand 10. Wie sich in Versuchen ergeben hat, ist eine Low-e-Beschichtung insbesondere auf denjenigen Fläche sinnvoll und von Vorteil, die den Zwischenraum 15 auf der Unterseite begrenzen. Ebenso kann optional auf der Unterseite der oberen Glasscheibe eine low-e-Schicht aufgebracht sein. The PV thin film or PV coating may optionally be low-e coated. This in turn results in a controllable heat loss coefficient of the cover 2 and optionally in the figure 6b and the insulation 9 of the rear wall 10. The honeycomb profile 23 roughly corresponds to what is known from the washing drums washing machines such as the provider Miele. A profile with a honeycomb key width of about 33 mm is preferred. This honeycomb profile is slightly modified by forming so-called pins with contact to the cover 2 of the solar collector. Again, there is a controllable heat transfer coefficient of the cover and optionally the insulation 9 of the rear wall 10th As has emerged in experiments, a low-e coating is particularly useful and advantageous on the surface that limit the gap 15 on the bottom. Likewise, optionally may be applied to the underside of the upper glass pane, a low-e-layer.
Darüber hinaus kann auf allen verwendeten Glasscheiben der Abdeckung 2 wahlweise auf der Ober- und/oder der Unterseite eine Antireflexbeschichtung (AR-Beschichtung) aufgebracht werden. In addition, an anti-reflection coating (AR coating) can optionally be applied to all the glass panes of the cover 2 used on the upper side and / or the lower side.
Eine Vielzahl weiterer Kombinationen und Permutationen der Ausführungsformen aus den Figuren 1 bis 7 ist denkbar. A variety of other combinations and permutations of the embodiments of Figures 1 to 7 is conceivable.
Um den Grad beziehungsweise die Höhe des Vakuums in dem Zwischen- räum 15 festzulegen, kann je nach der beabsichtigten Anwendung des Solarkollektors eine andere Handhabung sinnvoll sein. Solarkollektoren werden wie eingangs erwähnt unter anderem für Warmwasser oder auch für Prozesswärme eingesetzt. Es bietet sich ein Kompromiss zwischen der für die erforderlichen Betriebstemperaturen gewünschten Intensität eines Vakuums und einer Wirtschaftlichkeitsbetrachtung an. Zu berücksichtigen ist, dass konstruktive Maßnahmen zur Abstützung der Abdeckung 2 und zum Aufbau des Randverbundes im Bereich der Dichtungen 3 und 4 gegenüber dem Rahmen und dem Rahmen 1 , der Abdeckung 2 und der Rückwand 10 zu treffen sind. Ein Druck von 5mal 1 0"2 hPa bis zu 10"3 hPa (entsprechend den gleichen Werten in mbar) für den Zwischenraum 15 zwischen beispielsweise den beiden Scheiben einer Verbundglasscheibe für die Abdeckung 2 reicht für die angestrebten Anwendungen bei Solarkollektoren im Allgemeinen aus, um einen ausreichend guten Wärmedurchgangskoeffizienten und damit eine ausreichend gute Kollektorkennlinie zu erreichen und gleichzeitig einen noch tolerablen konstruktiven Aufwand für die Abstützung der Glasscheibe der Abdeckung 2 aufgrund der auftretenden Kräfte im Vakuum zu berücksichtigen. Die erwähnten Drücke von 5mal 10"2 hPa bis zu 10"3 hPa können mit relativ günstigen Vakuumpumpen erzielt werden, beispielsweise mit Drehschieber-Vakuumpumpen. Auf diese Weise bleibt der Gesamtpreis des Systems wirtschaftlich. In order to determine the degree or the height of the vacuum in the intermediate space 15, depending on the intended use of the solar collector, a different handling may be expedient. As mentioned above, solar collectors are used inter alia for hot water or for process heat. There is a trade-off between the desired intensity of vacuum for the required operating temperatures and economic considerations. It should be noted that constructive measures to support the cover 2 and to build the edge seal in the area of the seals 3 and 4 with respect to the frame and the frame 1, the cover 2 and the rear wall 10 are to meet. A pressure of 5 times 10 "2 hPa to 10 " 3 hPa (corresponding to the same values in mbar) for the space 15 between, for example, the two panes of a laminated pane for the cover 2 is generally sufficient for the intended applications in solar collectors To achieve a sufficiently good heat transfer coefficient and thus a sufficiently good collector characteristic and at the same time to consider a still tolerable design effort for the support of the glass of the cover 2 due to the forces occurring in the vacuum. The mentioned pressures of 5 times 10 "2 hPa to 10 " 3 hPa can with relatively favorable Vacuum pumps can be achieved, for example with rotary vane vacuum pumps. In this way, the overall price of the system remains economical.
Ei n D ruck von 1 0"4 hPa erlaubt eine weitere Erhöhung der thermischen Kollektorperformance für Anwendungen mit hohen Betriebstemperaturen, also einer erheblichen Prozesswärme. A jerk of 1 0 "4 hPa allows a further increase in the thermal collector performance for applications with high operating temperatures, ie considerable process heat.
Figur 8a beschreibt eine weitere Ausführungsform eines PV-T-Kollektors in einem Wannengehäuse mit ausgeformtem Auflager für eine vakuumdichte Verbundglasscheibe 24. Alternativ besteht die Verbundglasscheibe aus einem glasapplizierten PV-Mod u l u n d e i n er we ite re n Sol a rg l assche i be . D i e Glasscheiben sind über Abstandshalter miteinander verbunden. An den Glasrändern ist der gebildete Glasinnenraum mit einer Dichtung 3 vakuumdicht abgedichtet gegenüber der Umgebung. Durch eine Durchführung durch Wanne und Dichtung der Verbundglasscheibe kann über eine externe Vakuumpumpe der Druck im Glaszwischenraum geregelt werden. Zwischen Wannenrand und Doppelglasscheibe wird Silikonkleber ALS Silikonversiegeung 28 zur Abdichtung nach außen verwendet. Die kontaktierten PV-Wafer sind für einen bestmöglichen Wärmeübergang mit Ethylenvinylazetat (EVA-Folie) direkt auf das Absorberblech des Absorbers 6 des thermischen Kollektors auflaminiert, alternativ wird das PV-Modul (Dünnschicht oder Wafer) d i rekt auf das A bsorbe rb lech gel egt. Das Absorberblech hat vorzugsweise keinen seitlichen Kontakt zum Randverbund am Wannengehäuse, so dass erstens keine Wärmebrücke entsteht und zweitens die Dichtung 3 des Vakuums nicht unnötig thermisch belastet wird. FIG. 8 a describes a further embodiment of a PV-T collector in a well housing with a shaped support for a vacuum-tight laminated glass pane 24. Alternatively, the laminated glass pane consists of a glass-applied PV module and a solargium solar cell. The glass panes are connected to one another via spacers. At the glass edges of the formed glass interior is sealed with a seal 3 vacuum-tight with respect to the environment. Through a passage through the pan and seal the laminated glass pane can be controlled by an external vacuum pump, the pressure in the glass space. Between the edge of the bath and the double glazing silicone adhesive ALS silicone sealing 28 is used for sealing to the outside. The contacted PV wafers are laminated with ethylene vinyl acetate (EVA film) directly on the absorber plate of the absorber 6 of the thermal collector for the best possible heat transfer, alternatively, the PV module (thin film or wafer) is directly applied to the absorber , The absorber plate preferably has no lateral contact with the edge seal on the tub housing, so that, firstly, no thermal bridge is created and, secondly, the seal 3 of the vacuum is not unnecessarily thermally stressed.
Absorberblech und Absorberrohr des Absorbers 6 sind wie in den Detaildarstellungen der Figuren 13a und 13b skizziert miteinander verbunden. Dabei stellt Figur 13a eine feste Schweiß- oder Klebeverbindung dar, Figur 13b eine formschlüssige Verbindung, hergestellt beispielsweise durch Walzen des Absorberblechs. Die Abstützung der Absorberrohre an der Rückwand des Wannengehäuses 26 erfolgt durch Langfedern mit oder ohne Rohrhalteraufsatz. Die Langfeder kann dabei auf die Rückwand geklebt oder formschlüssig mit der Rückwand verbunden werden, dazu kann die Rückwand entsprechend ausgeformt sein. Alternativ kann eine Rohrhalterung 47 wie in der Figur 13d verwendet werden. Absorber plate and absorber tube of the absorber 6 are as in the detailed representations of Figures 13a and 13b sketched together. Here, Figure 13a represents a solid welded or glued connection, Figure 13b is a positive connection, for example produced by rolling the absorber sheet. The support of the absorber tubes on the rear wall of the tub housing 26 by means of long springs with or without Pipe holding stackable. The long spring can be glued to the rear wall or positively connected to the rear wall, to the rear wall can be formed accordingly. Alternatively, a pipe support 47 may be used as in Figure 13d.
Rückseitig ist der Kollektor wärmegedämmt. The back of the collector is thermally insulated.
Figur 8b zeigt einen Aufbau wie in der Figur 8a mit dem Unterschied, dass keine Photovoltaik-Schicht appliziert ist, so dass es sich bei Figur 8b lediglich um einen Vakuumkollektor handelt. FIG. 8b shows a structure as in FIG. 8a with the difference that no photovoltaic layer is applied, so that in FIG. 8b it is merely a vacuum collector.
Die Figuren 9a und 9b zeigen eine gegenüber den Figuren 8a und 8b leicht veränderte Konstruktion. Die in Figur 8a verwendete Wanne wird durch ein Rahmenprofil 33 mit einer Rückwand 10 ersetzt. Die Abdichtung zwischen Rückwand 10 und Rahmenprofil 33 erfolgt durch Silikonkleber. FIGS. 9a and 9b show a slightly modified construction compared to FIGS. 8a and 8b. The tray used in Figure 8a is replaced by a frame profile 33 with a rear wall The seal between the rear wall 10 and frame profile 33 is made by silicone adhesive.
Die Figuren 10a und 10b zeigen zwei Ausführungsformen mit einem mit einer einfachen Solarglasscheibe 2 abgedeckten Absorber 6, bei denen der gesamte Kollektor evakuierbar gestaltet ist. Alternativ kann er mit Edelgas befüllt werden. Figur 10a zeigt dabei einen PV-T- Kollektor, Figur 10b einen Vakuumkollektor. Durch den Wegfall der rückseitigen Dämmung und den geringen Abstand zwischen Scheibe 2 und Absorber 6 kann der Kollektor mit sehr geringer Bauhöhe, beispielsweise von lediglich 20 bis 40 mm, gefertigt werden. Er eignet sich dadurch auch für andere Anwendungsgebiete, z.B. als Fassadenelement. Figures 10a and 10b show two embodiments with a covered with a simple solar glass pane 2 absorber 6, in which the entire collector is designed evacuated. Alternatively, it can be filled with inert gas. FIG. 10a shows a PV-T collector, FIG. 10b shows a vacuum collector. Due to the elimination of the rear insulation and the small distance between the disc 2 and absorber 6, the collector can be made with very low height, for example, only 20 to 40 mm. It is therefore also suitable for other fields of application, e.g. as facade element.
Die Details in den Figuren 13c und 13d zeigen 2 mögliche Ausführungsformen: Die Abstützung der Solarglasscheibe 2 gegenüber dem Absorber 6 erfolgt punktförmig durch Abstandshalter 32, die im Absorberblech ausgeprägt, auf dem Absorberblech aufgeprägt oder aufgeklebt sind mit Abständen von Rastern von 5 bis 15 cm. Der Abstand zwischen Glasscheibe 2 und Absorber 6 beträgt 1 bis 5 mm, so dass durch den regelbaren Innendruck im Kollektor ein variabler Wärmeübergang durch die transparente Abdeckung 2 entsteht. Im Bereich der Absorberrohre ist der Absorber 6 ähnlich der äußeren Rohrkontur geformt mit einem Abstand von 5 bis 15 cm. Er ist entweder formschlüssig mit dem Rohr verbunden (13c) oder Rohr und Absorber sind fix miteinander verbunden und das Absorberblech ist mit einer Dehnungsfalz versehen (13d), so dass sich das Absorberblech zwischen zwei benachbarten Rohren bewegen kann, indem es sich weiter um das Rohr herumlegt. The details in Figures 13c and 13d show 2 possible embodiments: The support of the solar glass pane 2 with respect to the absorber 6 is punctiform by spacers 32, which are pronounced in the absorber sheet, embossed on the absorber plate or glued with intervals of grids of 5 to 15 cm. The distance between glass pane 2 and absorber 6 is 1 to 5 mm, so that a variable heat transfer through the transparent cover 2 is created by the controllable internal pressure in the collector. In the absorber tubes of the absorber 6 is similar to the outer tube contour shaped with a distance of 5 to 15 cm. It is either positively connected to the pipe (13c) or pipe and absorber are fixedly connected to each other and the absorber sheet is provided with an expansion fold (13d) so that the absorber sheet can move between two adjacent pipes by continuing around the pipe around places.
Das Rohr ist per Langfeder oder mit einer festen Rohrhalterung gegen das Wannengehäuse abgestützt. Das Absorberblech hat vorzugsweise keinen seitlichen Kontakt zum Randverbund am Wannengehäuse, so dass erstens keine Wärmebrücke entsteht, zweitens die Vakuumdichtung 3 nicht unnötig thermisch belastet wird und drittens keine Lagerung des Absorbers 6 zur Seite hin notwendig ist. Die Lagerung und Dichtung der Solarglasscheibe 2 zeigen im Detail die Figuren 1 1 (ungeklammerte Ausführungsform) und 12 (geklammerte Ausführungsform). The pipe is supported by a long spring or with a fixed pipe holder against the tub housing. The absorber plate preferably has no lateral contact with the edge seal on the tub housing, so that firstly no thermal bridge is formed, secondly the vacuum seal 3 is not unnecessarily thermally stressed and thirdly no storage of the absorber 6 to the side is necessary. The storage and sealing of the solar glass pane 2 show in detail the figures 1 1 (unclamped embodiment) and 12 (stapled embodiment).
Figur 11 zeigt in 3 Ausführungsformen zunächst einen identischen Aufbau mit der Silikonversiegelung 28, der eigentlichen Vakuumdichtung 3 und einer optionalen Dichtung 4, die zum Beispiel eine Haltefunktion der Vakuumdichtung übernimmt oder Bewegungen der Glasscheibe während des Evakuierens aufnehmen kann. FIG. 11 shows, in three embodiments, an identical structure with the silicone seal 28, the actual vacuum seal 3 and an optional seal 4, which, for example, assumes a holding function of the vacuum seal or can absorb movements of the glass pane during evacuation.
Die Vakuumdichtung 3 kann flachdichtend, als eine oder vorzugsweise mehrere Rundschnüre oder als Zahndichtung ausgeführt sein. Vorzugsweise sind die Elemente der Dichtung 3 formschlüssig in der Wanne 26 fixiert, so dass sie beim Evakuieren nicht vom Vakuum in den Kollektor eingesogen werden bzw. verrutschen. In den bisherigen Ausführungen wurde ein über ein einstellbares Vakuum geregelter Wärmeübergang eines Flachkollektors beschrieben. In den Figuren 14 und 15 ist ein PV-T- Kollektor skizziert, der mit alternativen regeltechnischen Einrichtungen zum Einstellen des Wärmeübergangs über die transparente Solarglasscheibe 2 versehen ist. Der Wärmeübergang wird durch ei nen Hubmechanismus des Absorbers 6 geregelt, der die Lage des Absorbers im Kollektorkasten dergestalt verändert, dass sich ein Abstand im Bereich von 0 ... 20 mm zwischen Absorber 6 und Solarabdeckscheibe 2 einstellt. The vacuum seal 3 can be designed flat sealing, as one or preferably a plurality of round cords or as a tooth gasket. Preferably, the elements of the seal 3 are positively fixed in the trough 26, so that they are not sucked during evacuation of the vacuum in the collector or slip. In the previous versions, a controlled via an adjustable vacuum heat transfer of a flat collector has been described. In FIGS. 14 and 15 a PV-T collector is outlined, which is provided with alternative control devices for adjusting the heat transfer via the transparent Solar glass pane 2 is provided. The heat transfer is controlled by egg nen lifting mechanism of the absorber 6, which changes the position of the absorber in the collector box such that a distance in the range of 0 ... 20 mm between the absorber 6 and 2 Solarabdeckscheibe adjusts.
Dadurch, dass in diesem Falle kein Vakuum im Zwischenraum zwischen Absorber 6 und Glasscheibe 2 vorliegt ist der Regelbereich begrenzt auf 4 ... 20 W/mK. Mehrere verschiedene Ausführungsformen hierzu sind in den Figuren 14a, 14b und 14c und 15 skizziert. Bei allen 3 Varianten handelt es sich um eigensichere Bauweisen, die bei Stromausfall eine Stillstandssicherung des Kollektors mit einem Wärmeübergang von 20 W/mK sicherstellen. Die Variante in Figur 14a zeigt einen druckluftbetriebenen pneumatischen Hubmechanismus. Für den auf thermischen Ertrag optimierten Kollektorbetrieb wird über ein Ventil 13 Druckluft in mehrere Kolben geleitet. Dadurch werden mehrere am Absorber befestigte H ubstempel 38 von der Abdeckscheibe wegbewegt und dabei eine Rückstellfeder 34 auf Druck belastet. Das Ventil schließt bei einem Abstand zwischen Absorber und Scheibe von ca. 20 mm. Im Betrieb mit optimiertem PV-Ertrag öffnet das Ventil und die Rückstellfeder stellt den Kontakt zwischen dem auflaminierten PV-Absorber und der Glasscheibe her. Das Ventil ist stromlos geöffnet, so dass eine eigensichere Bauweise des PV-T-Kollektors gewährleistet ist. Because there is no vacuum in the intermediate space between the absorber 6 and the glass pane 2 in this case, the control range is limited to 4... 20 W / mK. Several different embodiments of this are outlined in Figures 14a, 14b and 14c and 15. All 3 variants are intrinsically safe designs that ensure a standstill protection of the collector with a heat transfer of 20 W / mK in the event of a power failure. The variant in FIG. 14a shows a pneumatically operated pneumatic lifting mechanism. For collector operation optimized for thermal yield, compressed air is fed into several pistons via a valve 13. As a result, a plurality of stop plugs 38 fastened to the absorber are moved away from the cover disk and a return spring 34 is loaded under pressure. The valve closes at a distance between absorber and disc of about 20 mm. In operation with optimized PV output, the valve opens and the return spring establishes contact between the laminated PV absorber and the glass pane. The valve is normally open, so that an intrinsically safe construction of the PV-T collector is guaranteed.
Die Variante gemäß Figur 14b funktioniert in gleicher Weise wie die Variante in der Figur 14a mit dem Unterschied, dass an Stelle eines Kolbens ein Schlauch 36 mit Druckluft gefüllt wird, welcher ein am Absorber 6 befestigtes Hubelement 38 bewegt. De r Sch l a uch kan n u m l aufend sein oder aus mehreren Schlauchelementen bestehen. The variant according to FIG. 14b functions in the same way as the variant in FIG. 14a with the difference that instead of a piston, a hose 36 is filled with compressed air which moves a lifting element 38 fastened to the absorber 6. The hose can be open or consist of several hose elements.
Die ausschließlich selbstregelnde Variante in der Figur 14c zeigt ein Thermoelement 37, welches an mehreren Stellen am Absorber befestigt ist. Diese Variante kann nicht von außen geregelt werden und stellt nur einen Stillstandsschutz dar. Bei Erwärmung des Absorbers bewegt sich durch die Erwärmung des inneren Wachselements der Stempel des Thermoelementes aus diesem heraus und drückt den Absorber gegen die Abdeckscheibe. Der Verfahrensweg des Absorbers kann über einen Hebel vergrößert werden. The exclusively self-regulating variant in FIG. 14c shows a thermocouple 37, which is fastened to the absorber at several points. This variant can not be controlled from the outside and is only a standstill protection. When heating the absorber moves through the heating of the inner wax element of the punch of the thermocouple out of this and presses the absorber against the cover. The process path of the absorber can be increased by a lever.
Figur 15 zeigt eine Ausführungsform mit einem motorbetriebenen Absorber- H u b m e c h a n i s m u s , d u rc h d e n d e r Wä r m e ü b e r g a n g d u rc h d i e Kollektorabdeckung regelbar gestaltet ist. Der Elektromotor zieht für den thermisch optimierten Kollektorbetrieb einen Bowdenzug 39 an, der den Absorber über mehrere, vorzugsweise 2 gegenläufige Nockenwalzenpaare 38 absenkt. Der PV-T-Kollektor ist durch eine Rückstellfeder ausserhalb des Kollektors, z. B. durch eine Rundführung des Seilzuges vorzugsweise am Motor eigensicher ausgeführt. Die Feder wird dabei beim Absenken des Absorbers gespannt und stellt den Absorber bei Stromausfall oder im PV-optimierten Betrieb wieder zurück an die Abdeckscheibe. Über einen Motor kann der Hubmechanismus mehrerer Kollektoren aktiviert werden. FIG. 15 shows an embodiment with a motor-driven absorber heater, which is designed so that it can be controlled in a controllable manner by means of a collector cover. The electric motor attracts a Bowden cable 39 for the thermally optimized collector operation, which lowers the absorber via several, preferably two counter-rotating cam roller pairs 38. The PV-T collector is by a return spring outside the collector, z. B. executed by a circular guide of the cable preferably on the engine intrinsically safe. The spring is clamped when the absorber is lowered and returns the absorber to the cover plate in the event of a power failure or in PV-optimized operation. A motor can be used to activate the lifting mechanism of several collectors.
In der Figur 16 ist eine Kollektorkennlinie für verschiedene Kollektortypen dargestellt. Nach oben ist der thermische Wirkungsgrad in Prozent aufgetragen, nach rechts das Verhältnis (Tm-Tamb)/G. Dabei sind Tm die mittlere Kollektortemperatur in [K], Tamb die Umgebungstemperatur in [K] und G die Einstrahlung auf den Kollektor in [W/m2]. Die drei Kurven zeigen verschiedene Kollektorkennlinien bei Solarflachkollektoren, die mit einer Glasscheibe einfach abgedeckt sind und einen Luftspalt von 20 mm besitzen. Die Kurve 1 bezeichnet einen PV-T- Solarflachkollektor unter Last, die Kurve 2 einen PV-T-Solarflachkollektor im Leerlauf und die Kurve 3 einen mit einer Glasscheibe einfach abgedeckten, selektiv beschichteten Standard-Solarflachkollektor. FIG. 16 shows a collector characteristic curve for different collector types. Upwards the thermal efficiency is plotted in percent, to the right the ratio (T m -T at b) / G. Here, T m is the mean collector temperature in [K], Tamb the ambient temperature in [K] and G the irradiation on the collector in [W / m 2 ]. The three curves show different collector characteristics in solar flat collectors, which are simply covered with a glass pane and have an air gap of 20 mm. Curve 1 denotes a PV-T solar flat collector under load, curve 2 a PV-T solar flat collector at idle, and curve 3 a selectively coated standard solar flat collector simply covered with a glass sheet.
Die erfindungsgemäße Konstruktion ermöglicht eine Erweiterung des regelbaren Kennlinienfeldes zwischen den Kurven 1* und 3* in der qualitativen Darstellung. Die Kurve 1* entsteht dabei aus der Kurve 1 durch eine erhöhte Wärmeleitung im reduzierten Luftspalt beispielsweise bei Atmosphärendruck. Die Kurve 3* entsteht aus der Kurve 3 durch Evakuieren eines reduzierten Luftspalts. In der Figur 17 ist die Abhängigkeit des Wärmedurchlasskoeffizienten vom Druck im Zwischenraum 15 bei einem Scheibenabstand eines Verbundglases einer Abdeckung 2 von 1 mm dargestellt. Nach rechts ist der Gasdruck in hPa dargestellt, nach oben der Wärmedurchlasskoeffizient Agas [W/(m2K)]. Man sieht, dass der zunächst mit zunehmenden Druck ansteigende Wärmedurchlasskoeffizient schließlich einem Grenzwert zustrebt. The construction of the invention allows an extension of the controllable characteristic field between the curves 1 * and 3 * in the qualitative representation. The curve 1 * arises from the curve 1 by an increased heat conduction in the reduced air gap, for example at atmospheric pressure. The curve 3 * arises from the curve 3 by evacuating a reduced air gap. FIG. 17 shows the dependence of the heat transmission coefficient on the pressure in the intermediate space 15 with a pane spacing of a laminated glass of a cover 2 of 1 mm. To the right, the gas pressure in hPa is shown, to the top, the heat transfer coefficient A gas [W / (m 2 K)]. It can be seen that the heat transfer coefficient, which initially increases with increasing pressure, finally strives for a limit value.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Rahmen 1 frame
2 transparente Abdeckung, insbesondere Glasscheibe  2 transparent cover, especially glass
3 Dichtung 3 seal
4 Dichtung  4 seal
5 PV-Schicht, beispielsweise Wafer eingebettet in EVA-Folie  5 PV layer, for example wafers embedded in EVA foil
6 Absorber  6 absorbers
7 Hohlkammerprofil  7 hollow chamber profile
8 Wellenprofil 8 wave profile
9 Dämmung  9 insulation
10 Rückwand 10 back wall
1 1 Wärmeträgerrohr  1 1 heat transfer tube
12 Folie  12 foil
13 Ventil  13 valve
14 Ventil  14 valve
15 Zwischenraum  15 gap
16 unterer Raum  16 lower room
17 Seitendämmung  17 side insulation
18 Blech  18 sheet metal
19 Feder  19 spring
20 Abstandshalter 20 spacers
21 Wellenprofil 21 wave profile
22 Hohlkammerprofil  22 hollow chamber profile
23 Wabenabsorber  23 honeycomb absorber
24 Verbundglasscheibe  24 laminated glass pane
25 Kunststoffabsorber  25 plastic absorbers
26 Wannengehäuse  26 tub housing
27 low-e-Beschichtung oder aufgebrachte Folie mit low-e-Beschichtung 27 low-e coating or applied foil with low-e coating
28 Silikonversiegelung 28 silicone seal
29 Dichtung 30 Klammer 29 seal 30 clip
31 Schweiß- oder Klebeverbundung  31 Welding or adhesive bonding
32 Abstandshalter  32 spacers
33 Rahmen 33 frame
34 Feder  34 spring
35 Druckluft- befüllstutzen oder -entleerstutzen 35 Compressed air filler neck or discharge nozzle
36 Druckluftschlauch 36 compressed air hose
37 Wachsthermoelement  37 wax thermocouple
38 Hubeinrichtung 38 lifting device
39 Bowdenzug  39 Bowden cable
40 Bowdenzughülle 40 Bowden cable case
41 Bowdenzughalterung  41 Bowden cable holder
42 Bowdenzugdurchführung 42 Bowden cable feedthrough
43 Absorberführung 43 absorber guidance
47 Rohrhalterung 47 pipe support

Claims

Ansprüche claims
Solarkollektor, Solar collector,
mit einer transparenten Abdeckung (2) mit einer der Solarstrahlung zugewandten Außenseite, with a transparent cover (2) with a solar radiation facing outside,
mit einem die Solarstrahlung aufnehmenden und in eine andere Energieform umsetzenden Element im Inneren des Solarkollektors, with an element receiving the solar radiation and converting it into another form of energy inside the solar collector,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass zwischen der der Solarstrahlung zugewandten Außenseite der Abdeckung (2) und dem die Solarstrahlung in eine andere Energieform umsetzenden Element (6) ein Zwischenraum (15) angeordnet ist, der einen regelbaren Wert für den Wärmedurchlassstrom besitzt. that between the solar radiation facing the outside of the cover (2) and the solar radiation in another form of energy converting element (6) an intermediate space (15) is arranged, which has a controllable value for the heat flux.
Solarkollektor nach Anspruch 1 , Solar collector according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass der Zwischenraum (15) mit einem Gas, insbesondere Edelgas, oder Vakuum gefüllt ist, und that the intermediate space (15) is filled with a gas, in particular noble gas, or vacuum, and
dass der Druck des Gases oder die Intensität des Vakuums im Zwischenraum (15) regelbar sind. the pressure of the gas or the intensity of the vacuum in the intermediate space (15) can be regulated.
Solarkollektor nach Anspruch 2, Solar collector according to claim 2,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass der Druck des Gases zwischen 10"4 hPa und 1.000 hPa regelbar ist. that the pressure of the gas between 10 "4 hPa and 1000 hPa is adjustable.
Solarkollektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, Solar collector according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass der Wärmeverlustkoeffizient des Solarkollektors um einen Faktor von mindestens fünf regelbar ist, insbesondere von 0,8 W/m2 K bis 4 W/m2 K und von 10 W/m2 K bis 20 W/m2 K. Solarkollektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, the heat loss coefficient of the solar collector can be regulated by a factor of at least five, in particular from 0.8 W / m 2 K to 4 W / m 2 K and from 10 W / m 2 K to 20 W / m 2 K. Solar collector according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Abdeckung (2) eine Verbundglasdoppelscheibe ist, und that the cover (2) is a laminated glass double disc, and
dass der Zwischenraum (15) der Raum zwischen den beiden Scheiben derthat the space (15) of the space between the two disks of the
Doppelglasscheibe der Abdeckung (2) ist. Double glass cover (2) is.
Solarkollektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, Solar collector according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass der Zwischenraum (15) zwischen der dem die Solarstrahlung aufnehmenden und in eine andere Energieform umsetzenden Element benachbarten Seite der Abdeckung (2) und dem die Solarstrahlung aufnehmenden und in eine andere Energieform umsetzenden Element (6) angeordnet ist. in that the intermediate space (15) is arranged between the side of the cover (2) which is adjacent to the element receiving the solar radiation and converts into another form of energy, and the element (6) receiving the solar radiation and converting it into another form of energy.
Solarkollektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, Solar collector according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass der Abstand zwischen der Abdeckung (2) und dem die Solarstrahlung aufnehmenden und in eine andere Energieform umsetzenden Element (6) zwischen 1 mm und 10 mm liegt.  the distance between the cover (2) and the element (6) receiving the solar radiation and converting into another form of energy is between 1 mm and 10 mm.
Solarkollektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, Solar collector according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass auf der Unterseite der Abdeckung (2) und/oder auf der Oberseite der unteren Scheibe einer Doppelglasscheibe und/oder auf der Oberseite des die Solarstrahl ung aufnehmenden und in ei ne andere Energieform umsetzenden Elements (6) und/oder auf der Unterseite des die Solarstrahlung aufnehmenden und in eine andere Energieform umsetzenden Elements (6) eine low-e-Schicht (27) angeordnet ist. that on the underside of the cover (2) and / or on the upper side of the lower disc of a double glass pane and / or on the top of the solar beam ung receiving and ei ne other energy form converting element (6) and / or on the underside of the Solar radiation receiving and in another form of energy converting element (6) a low-e-layer (27) is arranged.
9. Solarkollektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, 9. Solar collector according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass das die Solarstrahlung aufnehmende und in eine andere Energieform umsetzende Element ein Absorber (6) und der Solarkollektor ein thermischer Solarkollektor ist, oder  that the solar radiation receiving and converting into another form of energy element is an absorber (6) and the solar collector is a thermal solar collector, or
dass das die Solarstrahlung aufnehmende und in eine andere Energieform umsetzende Element ein photovoltaisches Element und der Solarkollektor ein photovoltaischer Solarkollektor ist, oder  that the solar radiation receiving and converting into another form of energy element is a photovoltaic element and the solar collector is a photovoltaic solar collector, or
dass das die Solarstrahlung aufnehmende und in eine andere Energieform umsetzende Element ein auf einem Absorber (6) angeordnetes photovoltaisches Element, insbesondere einen PV-Wafer, trägt, und  that the element receiving the solar radiation and converting it into another form of energy carries a photovoltaic element, in particular a PV wafer, arranged on an absorber (6), and
dass der Solarkollektor von jenem Typ ist, welcher sowohl Strom als auch Wärme erzeugt.  that the solar collector is of the type which generates both electricity and heat.
10. Solarkollektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, 10. Solar collector according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass in dem Bereich zwischen dem die Solarstrahlung aufnehmenden und in eine andere Energieform umsetzenden Element und einer Rückwand (10) des Solarkollektors ein weiterer Bereich mit einem regelbaren Wert für den Wärmedurchlassstrom angeordnet ist.  that in the region between the solar radiation receiving and converting into another form of energy element and a rear wall (10) of the solar collector, a further region is arranged with a controllable value for the heat flow.
1 1. Solarkollektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, 1 1. Solar collector according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die Intensität des Vakuums oder der Druck des Gases, insbesondere des Edelgases, mittels einer regelbaren Vakuumpumpe oder eines regelbaren Ventils (13, 14) einstellbar ist.  the intensity of the vacuum or the pressure of the gas, in particular of the noble gas, is adjustable by means of a controllable vacuum pump or a controllable valve (13, 14).
12. Solarkollektor nach Anspruch 1 1 , 12. Solar collector according to claim 1 1,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass ein Drucksensor im oder am Zwischenraum (15) angeordnet ist, und dass eine Regeleinrichtung vorgesehen ist, die abhängig von den Werten eines Drucksensors die Vakuumpumpe bei Unterschreiten eines Solldruckes einschaltet und bei erneutem Erreichen eines Solldruckes abschaltet. in that a pressure sensor is arranged in or at the intermediate space (15), and in that a regulating device is provided which, depending on the values of a pressure sensor, the vacuum pump falls below a Set pressure turns on and off when reaching a target pressure again.
13. Solarkollektor nach Anspruch 1 1 oder 12, 13. Solar collector according to claim 1 1 or 12,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass ein thermostatisches Sicherheitselement vorgesehen ist, welches bei Überschreitung einer Solltemperatur eine oder die Regeleinrichtung dazu veranlasst, den Druck des Gases im Zwischenraum (15) zu erhöhen bzw. die Intensität des Vakuums im Zwischenraum (15) nachzulassen.  a thermostatic safety element is provided which, when a nominal temperature is exceeded, causes one or the control device to increase the pressure of the gas in the intermediate space (15) or to reduce the intensity of the vacuum in the intermediate space (15).
14. Solarkollektor nach einem der Ansprüche 1 1 bis 13, 14. Solar collector according to one of claims 1 1 to 13,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass das regelbare Ventil (13, 14) stromlos geöffnet ist, um die Stillstandssicherheit zu erhöhen.  that the controllable valve (13, 14) is normally open, in order to increase the stability of the standstill.
15. Solarkollektor nach einem der Ansprüche 1 1 bis 14, 15. Solar collector according to one of claims 1 1 to 14,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die Regeleinrichtung so ausgebildet ist,  that the control device is designed
dass bei einem rein thermischen Betrieb das Ventil (13, 14) geschlossen ist und der Solldruck minimal ist, also die Intensität des Vakuums maximal ist, und/oder  that in a purely thermal operation, the valve (13, 14) is closed and the target pressure is minimal, so the intensity of the vacuum is maximum, and / or
dass bei einem rein photovoltaischen Betrieb das Ventil (13, 14) offen ist und der Solldruck sich maximal einstellt, also dem Atmosphärendruck entspricht, und/oder  that in a purely photovoltaic operation, the valve (13, 14) is open and the target pressure is set to a maximum, so the atmospheric pressure corresponds, and / or
dass bei einem Mischbetrieb die Regeleinrichtung ermittelt, welche der beiden Betriebsarten aktuell den größeren Gesamtertrag oder die aktuell bevorzugte Leistung ergibt, und dann abhängig davon die Stellung der Ventile und der Pumpe regelt. 16. Solarkollektor nach einem der vorstehenden Ansprüche,  that in a mixed operation, the control device determines which of the two modes currently gives the greater total yield or the currently preferred performance, and then depending on the position of the valves and the pump controls. 16. Solar collector according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass eine Regeleinrichtung vorgesehen ist, welche eine Steuerung des Solarkollektors für ein Abtauen von Schnee und/oder Eis vorsieht, und dass die Regeleinrichtung bei manueller Betätigung oder automatisch bei Feststellen des Vorhandenseins von Schnee und/oder Eis und bevorzugt tageszeitabhängig das Vakuum im Zwischenraum (15) nachlässt bzw. den Druck erhöht und gleichzeitig die Solarpumpe so einschaltet, dass warmes Wasser aus dem Speicher der Solaranlage den Absorber (6) durchströmt. that a control device is provided, which provides a control of the solar collector for defrosting snow and / or ice, and that the control device at manual operation or automatically upon detection of the presence of snow and / or ice and preferably depending on the time of day, the vacuum in the space (15) decreases or increases the pressure and at the same time turns on the solar pump so that warm water from the memory of the solar system Absorber (6) flows through.
17. Solarkollektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, 17. Solar collector according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass zwischen dem die Solarstrahlung aufnehmenden und in eine andere Energieform umsetzenden Element und der Abdeckung (2) und/oder der Rückwand (10) Abstandshalter (20) oder Federn (19) vorgesehen sind.  in that spacers (20) or springs (19) are provided between the element receiving the solar radiation and converting into another form of energy and the cover (2) and / or the rear wall (10).
18. Solarkollektor nach Anspruch 17, 18. Solar collector according to claim 17,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die Abstandshalter (20) zwischen dem die Solarstrahlung aufnehmenden und in eine andere Energieform umsetzenden Element (6) und der Abdeckung (2) punktförmig sind oder jedenfalls eine Kontaktfläche besitzen , die höchstens ei n Zeh ntel , i nsbesondere höchstens ein Hundertstel der Fläche der Abdeckung (2) einnimmt.  the spacers (20) are punctiform between the element (6) receiving the solar radiation and converting into another energy form or at least have a contact surface which is at most one toe, in particular at most one hundredth of the surface of the surface Cover (2) occupies.
19. Solarkollektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, 19. Solar collector according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass der Zwischenraum ( 1 5) durch eine um laufende Dichtung (3) gegenüber dem Außenraum abgedichtet ist, insbesondere durch eine umlaufende Vakuumdichtung aus Viton.  in that the intermediate space (15) is sealed off from the exterior by a seal (3) running around, in particular by a peripheral Viton vacuum seal.
20. Solarkollektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, 20. Solar collector according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass das die Solarstrahlung aufnehmende und in eine andere Energieform umsetzende Element (6) von einem Randverbund entkoppelt ist und insbesondere keine seitliche Lagerung vorgesehen ist. the element (6) receiving the solar radiation and converting it into another form of energy is decoupled from an edge bond and in particular no lateral support is provided.
21. Solarkollektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, 21. Solar collector according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass eine Kraftübertragung der in dem Solarkollektor auftretenden Kräfte direkt über das die Solarstrahlung aufnehmende und in eine andere Energieform umsetzende Element (6) und Rohre auf die Rückwand (10) erfolgt.  a force transmission of the forces occurring in the solar collector takes place directly via the solar radiation receiving and converting into another form of energy element (6) and pipes on the rear wall (10).
22. Solarkollektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, 22. Solar collector according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass der Abstand zwischen der Rückwand (10) und der Abdeckung (2) kleiner ist als 50 mm, insbesondere zwischen 20 mm und 40 mm.  the distance between the rear wall (10) and the cover (2) is less than 50 mm, in particular between 20 mm and 40 mm.
23. Solarkollektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, 23. Solar collector according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass in einer Dämmung auf der Rückseite des die Solarstrahlung in eine andere Energieform umsetzenden Elements (6) ein oder mehrere Vakuum- Isolations-Paneele angeordnet sind, vorzugsweise mehrfach durch Folien unterbrochen, welche Infrarotstrahlung reflektieren, und  that in an insulation on the back of the solar radiation in another form of energy converting element (6) one or more vacuum insulation panels are arranged, preferably interrupted several times by films which reflect infrared radiation, and
dass die Vakuum-Isolations-Paneele mittels einer Vakuumspumpe zeitlich getaktet evakuierbar sind,  the vacuum insulation panels can be evacuated in a time-clocked manner by means of a vacuum pump,
wobei bevorzugt eine gemeinsame Nutzung der Pumpen und Aggregate für die Regelung des Vakuums im Zwischenraum (15) erfolgt.  wherein preferably a common use of the pumps and units for the regulation of the vacuum in the intermediate space (15).
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