WO2015018577A1

WO2015018577A1 - Solarkollektormodul

Info

Publication number: WO2015018577A1
Application number: PCT/EP2014/064454
Authority: WO
Inventors: Juergen Kosok
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-08-08
Filing date: 2014-07-07
Publication date: 2015-02-12
Anticipated expiration: 2016-02-08
Also published as: DE102013215687A1; BR112016002471A2

Abstract

Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Solarkollektormodul (1, 101) bestehend aus einem Hohlkörper (2, 102), der mindestens teilweise transparent ist und der eine Absorptionsschicht (3, 103, 203) enthält, die ausgelegt ist, um Strahlung aus der Umgebung (4) in Wärme umzuwandeln, wobei ein durch den Hohlkörper (2, 102) strömendes fluidisches Medium als Wärmeträger vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet dass der Hohlkörper (2, 102) eine Eintrittsöffnung (19) und eine Austrittsöffnung (20) für den fluidischen Wärmeträger besitzt, und so ausgelegt ist, dass der fluidische Wärmeträger unmittelbar über die Absorptionsschicht (3, 103, 203) strömt und dadurch erwärmt wird.

Description

Beschreibung Titel

Solarkollektormodul

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Solarkollektormodul bestehend aus einem Hohlkörper, der mindestens teilweise transparent ist und der eine Absorptionsschicht enthält, wobei die Absorptionsschicht ausgelegt ist, um Strahlung aus der Umgebung in Wärme umzuwandeln, und wobei ein durch den Hohl- körper strömendes fluidisches Medium als Wärmeträger vorgesehen ist.

Thermische Solarkollektoren dienen der Umwandlung der Lichtenergie der Sonne in Wärme, welche wiederum an einen den Solarkollektor durchfließenden Wärmeträger abgegeben wird. Bei der Aufheizung des Wärmeträgers und bei der Übertragung der Wärmeenergie in einen Speicher wird, wie in der DE 199 08 014 beschrieben, häufig vom sogenannten Thermosiphonprinzip Gebrauch gemacht. Bei einer Thermosiphonanlage wird die unterschiedliche Dichte des Wärmeträgers, wie z.B. Wasser bei unterschiedlicher Temperatur, genutzt, um den Wasserkreislauf anzutreiben. Erhitztes Wasser steigt aufgrund seiner geringeren Dichte im Solarkollektor nach oben, strömt dann durch den Wärmetauscher in den Speicherbehältern und nach der Abkühlung und Abwärtsströmung wieder in den Kollektor zurück. Es handelt sich dabei somit um eine Schwerkraftzirkulation.

In der DE 197 31 188 wird ein Solarkollektor beschrieben, der als Wärmeträger ein Wasser/Glykol-Gemisch enthält. Das Wasser/Glykol-Gemisch befindet sich in einem Wärmetauscher, in dem es durch Strahlungsenergie erwärmt werden kann. Durch eine spezielle Abdeckung, die nach dem Thermosiphonprinzip arbeitet, kann das im Wärmetauscher sich befindende Wasser/Glykol-Gemisch ferner durch die vorbeiströmende Umgebungsluft erwärmt werden, wenn die Tempera- tur im Wärmetauscher geringer als die Lufttemperatur ist. Ist die Temperatur des

Wärmetauschers jedoch höher als die Lufttemperatur, wird der Luftstrom ge- stoppt und der Wärmetauscher wird sehr effektiv gegen die Umgebungsatmosphäre isoliert.

Nachteilig an den oben beschriebenen Solarkollektoren ist die Verwendung eines flüssigen Wärmeträgermediums. So muss beispielsweise Wasser durch eine elektrische Heizvorrichtung oder durch Zusatz eines Frostschutzmittels gegen Einfrieren geschützt werden. Auch kann sich durch regional unterschiedliche Wasserqualität ein Schadenspotential für eine Solaranlage ergeben. Bei Verwendung von Wasser/Glykol-Gemischen können ferner thermische Alterungs- prozesse ablaufen, die eine kostenintensive Wartung einer Solaranlage notwendig machen. Probleme können ferner bei geringer oder keiner Wärmeabnahme aus dem Solarkollektor auftreten (Stagnation). Flüssige Medien, wie z.B. Wasser, können dann teilweise in den gasförmigen Zustand übergehen. Dies macht den Einbau einer Schutzvorrichtung gegen Überhitzung erforderlich und führt damit zu einem komplexeren Aufbau des Solarkollektors.

Als Wärmeträger können neben flüssigen auch gasförmige Medien zum Einsatz kommen. In der DE 195 17 471 wird beispielsweise ein Solarkollektor mit integriertem Speicher zur Warmwasserbereitung und zur Aufheizung von Luft be- schrieben. Der Speicher ist dabei so aufgebaut, dass zunächst durch die Solarenergie der Wasserspeicher erwärmt wird. Die Aufheizung der Luft geschieht durch ein im Warmwasserspeicher verlaufendes Wärmetauscherrohr. Nachteilig an dieser Anordnung ist, dass zunächst der Warmwasserspeicher geheizt werden muss, bevor die Aufheizung der Luft im Wärmetauscherrohr erfolgen kann. Ferner ist das Speichermodul so aufgebaut, dass es nicht übergangslos mit weiteren Speichermodulen zu einer Solarkollektoranordnung verbunden werden kann, sondern über Rohre mit weiteren Speichermodulen zu einer Solaranlage verbunden werden muss. Eine Solaranlage aus vielen derartigen Speichermodulen weist somit durch die benötigten Verbindungsrohre einen erhöhten Platzbe- darf auf.

Offenbarung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, einen gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Solarkollektor bereitzustellen, der einfach und robust aufgebaut ist. Ferner soll die Problematik des Frostschutzes, der Alterung sowie der Überhitzung flüssiger Medien vermieden werden. Ferner soll der Aufbau des Solarkollektors eine kompakte Anordnung innerhalb einer Solaranlage ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch ein Solarkollektormodul gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst das Solarkollektormodul einen Hohlkörper, der mindestens teilweise transparent ist und der eine Absorptionsschicht enthält, die ausgelegt ist um Strahlung aus der Umgebung in Wärme umzuwandeln, wobei ein durch den Hohlkörper strömendes fluidisches Medium als Wärmeträger vorgesehen ist und wobei der Hohlkörper ferner eine Eintrittsöffnung und eine Austrittsöffnung für den fluidischen Wärmeträger besitzt und so ausgelegt ist, dass der fluidische Wärmeträger unmittelbar über die Absorptionsschicht strömt und dadurch erwärmt wird. Damit ist ein einfacher und robuster Aufbau erreicht.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht insbesondere die Verwendung eines gasförmigen Wärmeträgers vor, der unmittelbar über die Absorptionsschicht strömt. Dadurch werden Probleme, die bei der Verwendung von flüssigen Wärmeträgern auftreten, wie zum Beispiel thermische Alterung, Frostschutz oder Überhitzung, vermieden. Durch den unmittelbaren Kontakt des gasförmigen Wärmeträgers ist ferner dessen schnelle Aufheizung möglich.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist der Hohlkörper eine zylindrische Form auf und die Absorptionsschicht ist auf einem Träger angeordnet, der mit einer Haltevorrichtung im Inneren des Hohlkörpers fixiert ist. Dies ist vorteilhaft, da eine zylindrische Form des Hohlkörpers einfach und mit geringen Kosten herstellbar ist. Ferner ist es vorteilhaft für die Wartung des Solarkollektormoduls, dass die Absorptionsschicht mittels einer mechanischen Haltevorrichtung im Inneren des Hohlkörpers fixiert ist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Hohlkörper aus einem ersten zylindrischen Baukörper und einem zweiten zylindrischen Baukörper aufgebaut ist, wobei der zweite zylindrische Baukörper im ersten zylindrischen Baukörper angeordnet ist und zu diesem einen in etwa hohlzy- lindrischen Zwischenraum bildet, und wobei die Absorptionsschicht im Zwischenraum auf der Außenseite des zweiten zylindrischen Baukörpers angeordnet ist. Der Zwischenraum zwischen dem ersten und dem zweiten zylindrischen Baukörper ist gasdicht oder vakuumdicht verschlossen. Durch diese Anordnung ist die Absorptionsschicht auf vorteilhafte Weise vor Umwelteinflüssen wie zum Beispiel salzhaltige Umgebungsluft geschützt. Dies wirkt sich wiederum positiv auf die Lebensdauer des Solarkollektormoduls aus.

Bevorzugt ist ferner, dass in dem Hohlkörper ein Speicherbehälter für flüssige Medien angeordnet ist und die Absorptionsschicht auf der Oberfläche des Speicherbehälters angeordnet ist. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise neben einem fluidischen Wärmeträger wie zum Beispiel Luft auch flüssige Medien wie Trinkwasser im selben Solarkollektormodul zu erwärmen, wodurch ein kompakter, platzsparender Aufbau der Solaranlage möglich ist.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Hohlkörper aus einer thermisch isolierten, kanalförmigen Kammer und einer flächigen Ther- mosiphon-Anordnung, die die Absorptionsschicht enthält, besteht, wobei die thermisch isolierte, kanalförmige Kammer und die flächige Thermosiphon- Anordnung so miteinander verbunden sind, dass der fluidische Wärmeträger aus der Kammer in die Thermosiphon-Anordnung einströmt, erwärmt wird und in die Kammer zurückströmt. Vorteilhaft ist, dass durch die flächige Thermosiphon- Anordnung eine größere Fläche für die Erwärmung des fluidischen Wärmeträgers zur Verfügung steht. Unabhängig vom Design der thermisch isolierten, kanalförmigen Kammer kann die Thermosiphon-Anordnung für den Zweck der Erwärmung des fluidischen Wärmeträgers optimiert werden. Dies führt zu höherer Leistung und Effizienz des Solarkollektormoduls.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der mindestens teilweise transparente Hohlkörper aus einer Kammer und einer flächigen Thermosiphon-Anordnung, die die Absorptionsschicht enthält, besteht, die so miteinander verbunden sind, dass durch eine dezentrale Öffnung von außen der gasförmige Wärmeträger direkt in die Thermosiphon-Anordnung einströmt, erwärmt wird und in die Kammer strömt. Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht da- rin, dass nur der erwärmte gasförmige Wärmeträger in die thermisch isolierte, kanalförmige Kammer gelangt und damit eine effizientere Aufheizung des gasförmigen Wärmeträgers und eines Speicherbehälters ermöglicht wird.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die flächige Ther- mosiphon-Anordnung aus einer ersten Kammer und einer zweiten Kammer besteht, die durch eine thermisch isolierende Trennwand, auf der die Absorptionsschicht auf der Seite, die zur zweiten Kammer ausgerichtet ist, aufgebracht ist, separiert sind und der fluidische Wärmeträger durch eine Öffnung von der ersten Kammer in die zweite Kammer strömen kann, wobei die zweite Kammer eine der Absorptionsschicht gegenüberliegende transparente Abdeckung aufweist. Durch diese Anordnung kann aufgrund der Dichteunterschiede von kaltem und erwärmtem fluidischen Wärmeträger eine Schwerkraftzirkulation des Wärmeträgers stattfinden. Dies ist vorteilhaft, weil damit beispielsweise auf den Einbau einer Pumpe oder eines Ventilators zur Erzeugung einer Wärmeträgerströmung verzichtet werden kann.

Erfindungsgemäß ist ferner bevorzugt, dass zwei oder mehrere Solarkollektormodule gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche in Reihe derart angeordnet werden können, dass durch die Hohlkörper ein Kanal gebildet wird, durch den der fluidische Wärmeträger strömt. Durch das direkte Aneinanderfügen der Hohlkörper kann eine Solaranlage platzsparend aufgebaut werden, die über die Anzahl und Art der verwendeten Solarkollektormodule an die geforderte Leistung und Funktionsweise angepasst werden kann.

Die Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung näher erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen:

Es zeigen

Fig. 1 a: Querschnitt durch zylinderförmiges Solarkollektormodul mit mechanisch fixierter Absorptionsschicht;

Fig. 1 b: Längsschnitt durch zylinderförmiges Solarkollektormodul gemäß Fig. 1a; Fig. 2: Querschnitt durch zylinderförmiges doppelwandiges Solarkollektormodul; Fig. 3: Querschnitt durch zylinderförmiges Solarkollektormodul mit innenliegendem Wasserspeicher;

Fig. 4a: Querschnitt durch Solarkollektormodul bestehend aus einer kanalförmi- gen thermisch isolierten Kammer und einer flächigen Thermosiphon-Anordnung; Fig. 4b: Längsschnitt durch Solarkollektormodul gemäß Fig. 4a;

Fig. 5: Querschnitt durch Solarkollektormodul gemäß Fig. 4a mit zusätzlichem innenliegendem Wasserspeicher;

Fig. 6: Querschnitt durch Solarkollektormodul gemäß Fig. 4a mit zusätzlichem innenliegenden Wasserspeicher und dezentralem Lufteintritt;

Fig. 7: Anordnung von mehreren Solarkollektormodulen in einer Solaranlage; und

Fig. 8: Solaranlage zur Erwärmung von Luft und Trinkwasser.

Ausführungsformen der Erfindung: In den Fig. 1 a und Fig. 1 b ist eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Solarkollektormoduls 1 im Querschnitt (Fig. 1 a) sowie im Längsschnitt (Fig. 1 b) entlang der in Fig. 1 a gekennzeichneten Linie AB gezeigt. Das Solarkollektormodul besteht aus einem Hohlkörper 2, der einen Hohlraum 6 umgibt und eine zylindrische Form aufweist, wobei die Enden des Zylinders jeweils Eintrittsöff- nung 19 und Austrittsöffnung 20 für einen fluidischen, beispielsweise gasförmigen Wärmeträger darstellen. Die Eintritts- und Austrittsöffnungen 19, 20 können mit Endkappen, die einen Einlass bzw. Auslass für den fluidischen Wärmeträger aufweisen, versehen sein. Die Eintritts- und Austrittsöffnungen 19, 20 können aber auch mit einer Dichtfläche versehen sein, so dass mehrere Solarkollektor- module gasdicht zusammengefügt werden können. Der Hohlkörper 2 kann außer der zylindrischen Form mit der in Fig. 1 a gezeigten kreisförmiger Grundfläche auch andere Formen aufweisen wie zum Beispiel eine viereckige oder eine elliptische Grundfläche. Der Querschnitt der Eintritts- und Austrittsöffnungen 19, 20 kann dem Querschnitt des Hohlkörpers 2 entsprechen, wie in Fig. 1 b gezeigt, oder auch kleiner sein als der Querschnitt des Hohlkörpers 2. Als gasförmiger

Wärmeträger findet vorzugsweise Luft Anwendung. Es können aber auch andere Gase oder Gasgemische als Wärmeträger Verwendung finden. Die Absorptionsschicht 3 ist, wie in Fig. 1 a dargestellt, im Inneren des Hohlkörpers 2 angeordnet. Eine Absorptionsschicht 3 kann zum Beispiel auf einem Metallblech als Träger angeordnet sein und aus einer Schwarzchrombeschichtung oder einer lackbasierten Absorberschicht bestehen. Absorptionsschichten können auch mittels chemischer Gasphasenabscheidung (chemical vapor deposition = CVD) oder physikalischer Gasphasenabscheidung (physical vapor deposition = PVD) auf einem Träger erzeugt werden. Die Absorptionsschicht 3 weist vorzugsweise eine gekrümmte Form auf, die an die zylindrische Form des Hohlkörpers 2 angepasst ist. Die Absorptionsschicht 3 kann mittels einer mechanischen Vorrichtung 5 im

Hohlkörper fixiert werden. Hierbei können beispielsweise flexible Streben zum Einsatz kommen. Der Hohlkörper 2 besteht aus transparentem Material, wie zum Beispiel Polycarbonat oder Glas. Dadurch ist es möglich die Absorptionsschicht 3 durch äußere Strahlung, wie zum Beispiel Sonnenlicht 4, zu erwärmen. Der durch den Hohlraum 6 strömende fluidische Wärmeträger befindet sich in Kontakt zur Absorptionsschicht 3 und wird von dieser erwärmt. Ferner kann in dem Hohlraum 6 die Anordnung eines Speichers 9 für flüssige Medien, wie zum Beispiel Wasser, vorgesehen sein (vgl. Fig. 3).

Eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Solarkollektormoduls 1 ist in Fig. 2 dargestellt. Der Hohlkörper 2 besteht in diesem Fall aus zwei zylindrischen, transparenten Baukörpern 7a, 7b, wobei der zweite Baukörper 7b vorzugsweise axial und vorzugsweise konzentrisch innerhalb des ersten Baukörpers 7a angeordnet ist und einen Zwischenraum 8 bildet. Der Zwischenraum 8 zwischen dem ersten und dem zweiten Baukörper 7a, 7b ist an beiden Enden vakuumdicht oder gasdicht verschlossen. Die Absorptionsschicht 3 ist auf der Außenseite des zweiten Baukörpers 7b im vakuumdichten oder gasdichten Zwischenraum 8 aufgebracht und damit gegen die umgebende Atmosphäre geschützt. Eine Alterung der Absorptionsschicht 3 beispielsweise durch salzhaltige Luft ist somit ausgeschlossen. Die Absorptionsschicht 3 kann durch eine Be- schichtung des zweiten Baukörpers 7b hergestellt werden. Zur Beschichtung können die bei den Ausführungen zu Fig. 1 a und Fig. 1 b dargestellten Materialien und Verfahren verwendet werden. Ferner kann in dem Hohlraum 6 die Anordnung eines Speichers 9 für flüssige Medien, wie zum Beispiel Wasser, vorgesehen sein (vgl. Fig. 3).

Eine weitere Ausführungsform ist in Fig. 3 im Querschnitt dargestellt. Der zylindrische, transparente Hohlkörper 2 weist in seinem Inneren einen Speicher 9 zur Erwärmung und Speicherung von flüssigen Medien wie z.B. Wasser auf. Der Speicher 9 weist einen Zulauf 10a für die kalte Flüssigkeit sowie einen Ablauf

10b für die erwärmte Flüssigkeit auf. Der Speicher 9 kann aus einem rohrförmi- gen Behälter oder einem Rohrbündel bestehen. Als Materialien für die Herstellung des Speichers 9 sowie den Zu- und Ablauf 10a, 10b können beispielsweise Metalle oder Kunststoffe verwendet werden. Die Absorptionsschicht 103 befindet sich auf der äußeren Oberfläche des Speichers 9 und wird durch Strahlung 4 er- wärmt. Der der Strahlung abgewandte Teil des transparenten Hohlkörpers 2 ist mit einem Wärmeschutz 1 1 thermisch isoliert. Zwischen dem Speicher 9 und der Innenwand des Hohlkörpers 2 befindet sich ein Hohlraum 6, durch die der gasförmige Wärmeträger strömt, der durch direkten Kontakt mit der Absorptionsschicht 103 des Speichers 9 erwärmt wird. Das flüssige Medium im Speicher 9 wird durch die Strahlung 4 über die auf der Oberfläche des Speichers 9 angeordnete Absorptionsschicht 103 sowie durch den im Hohlraum 6 strömenden gasförmigen Wärmeträger erwärmt. Bei dem flüssigen Medium im Speicher 9 kann es sich zum Beispiel um Trinkwasser handeln. Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform ermöglicht es also beispielsweise Trinkwasser sowie Luft zur Raum- heizung gleichzeitig zu erwärmen. Als Frostschutz für den Trinkwasserspeicher kann eine elektrische Heizung wie zu Beispiel ein Heizstab vorgesehen werden.

Durch Aneinanderreihung verschiedener Ausführungsformen der Solarkollektormodule 1 gemäß Fig. 1 , Fig. 2 und Fig. 3 ist es möglich, eine Solaranlage zu bauen, die bei einem platzsparenden und kompakten Aufbau gleichzeitig Trinkwasser und Raumluft erwärmen kann. Die Anpassung an die benötigte Leistung erfolgt durch die Verwendung einer entsprechenden Anzahl von Modulen.

Die Fig. 4a und Fig. 4b zeigen eine weitere Ausführungsform des erfindungsge- mäßen Solarkollektormoduls 101 im Querschnitt (Fig. 4a) sowie im Längsschnitt

(Fig. 4b) entlang der in Fig. 4a gekennzeichneten Linie AB. Der Hohlkörper 102 besteht aus einer thermisch isolierten, kanalförmigen Kammer 12 und einer flächigen Thermosiphon-Anordnung 13, die die Absorptionsschicht 203 enthält. Die Kammer 12 umschließt einen Hohlraum 6 und besitzt an ihren beiden Enden ei- ne Eintrittsöffnung 19 und eine Austrittsöffnung 20 für die Zu- und Ableitung eines fluidischen, beispielsweise gasförmigen Wärmeträgers, wie zum Beispiel Luft. Die Eintritts- und Austrittsöffnungen 19, 20 können mit Endkappen, die einen Einlass bzw. Auslass für den gasförmigen Wärmeträger aufweisen, versehen sein. Die Eintritts- und Austrittsöffnungen 19, 20 können aber auch mit einer Dichtfläche versehen sein, so dass mehrere Solarkollektormodule 101 gasdicht zusammengefügt werden können, wie in Figur 7 gezeigt. Die thermisch isolierte, kanalförmige Kammer 12 und die flächige Thermosiphon-Anordnung 13 sind so miteinander verbunden, dass der kalte gasförmige Wärmeträger aus der Kammer 12 in die Thermosiphon-Anordnung 13 einströmen kann, dort erwärmt wird und in die Kammer 12 zurückströmen kann.

Die flächige Thermosiphon-Anordnung 13 besteht aus einer ersten Kammer 14a und einer zweiten Kammer 14b, die durch eine thermisch isolierende Trennwand 15 separiert sind. Eine Absorptionsschicht 203 ist auf der Seite, die zur zweiten Kammer 14b ausgerichtet ist, aufgebracht. Der kalte fluidische, beispielsweise gasförmige Wärmeträger strömt aus der thermisch isolierten kanalförmigen

Kammer 12 in die erste Kammer 14a der Thermosiphon-Anordnung. Durch eine Öffnung 16 kann der gasförmige Wärmeträger von der ersten Kammer 14a in die zweite Kammer 14b strömen. Die Öffnung 16 befindet sich vorzugsweise am unteren Ende der Thermosiphon-Anordnung (Fig. 4a). Die zweite Kammer 14b weist eine der Absorptionsschicht 203 gegenüberliegende transparente Abdeckung 17 auf, die beispielsweise aus Glas oder Polycarbonat bestehen kann. Somit kann die Absorptionsschicht 203 durch Strahlung 4 erwärmt werden.

Durch den Kontakt mit der Absorptionsschicht 203 wird der gasförmige Wärmeträger in der zweiten Kammer 14b erwärmt und strömt in die kanalförmige, ther- misch isolierte Kammer 12 zurück. Ist die flächige Thermosiphon-Anordnung wenigstens teilweise unterhalb der kanalförmigen, thermisch isolierten Kammer 12 angeordnet, so wird die beschriebene Strömung des gasförmigen Wärmeträgers in Pfeilrichtung 18 durch Schwerkraftzirkulation, d.h. durch die Dichteunterschiede des kalten und des erwärmten gasförmigen Wärmeträgers erzeugt. Die Ver- änderung der Farbe der Pfeile von hell nach dunkel ist gleichbedeutend mit einer

Erhöhung der Temperatur des gasförmigen Wärmeträgers bei dem Durchströmen der Thermosiphon-Anordnung 13. Zusätzlich kann auch ein Ventilator zur Vergrößerung der Strömung des gasförmigen Wärmeträgers vorgesehen sein. Eine weitere Ausführungsform des Solarkollektormoduls 101 ist in Fig. 5 im

Querschnitt gezeigt. In dieser Ausführungsform enthält ein Hohlkörper 102 gemäß Fig. 4a in der kanalförmigen, thermisch isolierten Kammer 12 zusätzlich einen Speicher 109 zur Erwärmung und Speicherung von flüssigen Medien. Als Speicherbehälter kann beispielsweise ein geschlossenes zylindrisches Gefäß aus Metallblech oder Kunststoff verwendet werden. Der Speicher 109 besitzt ferner einen Zulauf 1 10a für das kalte flüssige Medium an der Unterseite sowie ei- nen Ablauf 110b zur Entnahme von erwärmtem flüssigen Medium an der Oberseite des Behälters. Bei dem flüssigen Medium im Speicher 109 kann es sich beispielsweise um Trinkwasser handeln. Die Erwärmung des flüssigen Mediums im Speicher 109 erfolgt durch den in der Thermosiphon-Anordnung 13 erwärmten fluidischen, beispielsweise gasförmigen Wärmeträger, der in den Hohlraum 6, der den Speicher 109 umgibt, einströmt, den Speicher 109 umströmt und dabei thermische Energie an den Speicher 109 abgibt. Die in Fig. 5 dargestellte Ausführungsform ermöglicht es also beispielsweise Trinkwasser sowie Luft zur Raumheizung gleichzeitig zu erwärmen. Als Frostschutz für den Trinkwasserspeicher kann eine elektrische Heizung, beispielsweise ein Heizstab vorgesehen werden.

Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Solarkollektormoduls 101 ist in Fig. 6 im Querschnitt gezeigt. Der Hohlkörper 2 besteht wie in den Fig. 4a und Fig. 5 gezeigt aus einer thermisch isolierten, kanalförmigen Kammer 12 die mit einer Thermosiphon-Anordnung 13 verbunden ist. Die Kammer 12 ist in Segmente aufgeteilt, wobei ein Segment den Hohlraum 6 und ein weiteres Segment einen Speicher 209 zur Erwärmung flüssiger Medien bildet. Der kalte fluidische, beispielsweise gasförmige Wärmeträger tritt durch einen dezentralen Ein- lass 21 direkt in die Kammer 14a der Thermosiphon-Anordnung 13 ein, ohne vorher die Kammer 12 zu durchströmen. Der Hohlraum 6 ist nur mit Kammer 14b verbunden. Damit strömt nur der in der Kammer 14b erwärmte, gasförmige Wärmeträger in den Hohlraum 6 ein. Die Öffnungen an den Enden der thermisch isolierten, kanalförmigen Kammer 12 dienen somit als Auslass 20 für den gasförmigen Wärmeträger und können mit Abdeckungen oder mit Dichtflächen zur Ankopplung an weitere Solarkollektormodule 101 versehen sein. Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass nur der erwärmte gasförmige Wärmeträger in den Hohlraum 6 gelangt und damit eine effizientere Aufheizung des gasförmigen Wärmeträgers und des Speichers 209 ermöglicht wird. Ein Durchströmen des kalten gasförmigen Wärmeträgers durch die thermisch isolierte, kanal- förmige Kammer 12 ohne die Thermosiphon-Anordnung 13 zu durchlaufen und damit gegebenenfalls das Einströmen in weitere sich anschließende Solarkollektormodule 101 ist in dieser Ausführungsform nicht möglich.

In Fig. 7 sind drei erfindungsgemäße Solarkollektormodule 101 gemäß den Figuren 4 bis 6 in der Aufsicht gezeigt, die wie durch die Pfeile 33 angedeutet zu ei- ner Solaranlage zusammengefügt werden können. Die thermisch isolierten, ka- nalförmigen Kammern 12 bilden eine durchgängige kanalförmige Anordnung in die ein kalter fluidischer, beispielsweise gasförmiger Wärmeträger 31 durch eine Eintrittsöffnung 19 einströmt und ein erwärmter gasförmiger Wärmeträger 32 an einer Austrittsöffnung 20 ausströmt. Die Erwärmung der gasförmigen Wärmeträgers erfolgt in den Thermosiphon-Anordnungen 13. Die Kammern 14a, 14b der einzelnen Thermosiphon-Anordnungen können in der Solaranlage entweder durch Trennwände voneinander getrennt sein oder miteinander verbunden sein. In ersteren Fall arbeiten die Solarkollektormodule unabhängig voneinander, d.h. die Module sind nur über die durchgängige kanalförmige Anordnung der Kammern 12 verbunden. Im letzteren Fall entsteht durch das Aneinanderfügen von mehreren Solarkollektormodulen aus den einzelnen Kammern 14a und 14b eine durchgängige Thermosiphon-Anordnung, in welcher der gasförmige Wärmeträger erwärmt wird. Je nach zur Verfügung stehenden Platz und benötigter Leis- tung der Solaranlage können beliebig viele Solarkollektormodule auf diese Weise zu einer Solaranlage verbunden werden. Die Möglichkeit der direkten Aneinanderreihung der Hohlkörper 102 der einzelnen Solarkollektormodule 101 ermöglicht ferner einen platzsparenden, kompakten Aufbau der Solaranlage. In Fig. 8 ist eine Solaranlage bestehend aus vier Solarkollektormodulen 101 gezeigt, die auf einer schrägen Montagefläche 40 wie z. B. einer Dachfläche montiert sind. Der Eintritt des kalten Wärmeträgers 31 und der Austritt des erwärmten Wärmeträgers 32 erfolgt durch die Eintritts- und Austrittsöffnungen 19, 20 in den Kammern 12 der beiden äußeren Solarkollektormodule. In zwei Modulen sind zusätzlich Speicher 309 für die Erwärmung von flüssigen Medien, wie zum Beispiel Trinkwasser, vorgesehen. Die Speicher 309 besitzen einen Zulauf 210a und einen Ablauf 210b und können durch eine Leitung miteinander verbunden sein. Durch eine Kombination unterschiedlicher Solarkollektormodule 101 der in den Fig. 4 bis 6 beschriebenen Ausführungsformen entsteht somit eine Solaranlage, die gasförmige Wärmeträger wie Raumluft und Flüssigkeiten wie Trinkwasser gleichzeitig erwärmen kann. Ferner ist auch eine Kombination der in den Fig. 4 bis 6 beschriebenen Ausführungsformen mit in den Fig. 1 bis 3 beschriebenen Ausführungsformen der Solarkollektormodule 1 möglich. Die Möglichkeit der direkten Aneinanderreihung der Hohlkörper 2, 102 der einzelnen Solarkollektormo- dule ermöglicht ferner einen platzsparenden, kompakten Aufbau der Solaranlage. Wird eine Solaranlage gemäß Fig. 8 unterhalb des zu beheizenden Raums angeordnet, so wird eine Luftströmung durch die Solaranlage aufgrund der Dichteunterschiede zwischen warmer und kalter Luft erzeugt. Andernfalls ist der Einsatz eines Ventilators zur Erzeugung der notwendigen Luftströmung von der So- laranlage in den zu beheizenden Raum nötig.

Claims

Ansprüche

1. Solarkollektormodul (1 , 101) bestehend aus einem Hohlkörper (2, 102), der mindestens teilweise transparent ist und der eine Absorptionsschicht (3, 103, 203) enthält, die ausgelegt ist, um Strahlung aus der Umgebung (4) in Wärme umzuwandeln, wobei ein durch den Hohlkörper (2, 102) strömendes fluidisches Medium als Wärmeträger vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet dass der Hohlkörper (2, 102) eine Eintrittsöffnung (19) und eine Austrittsöffnung (20) für den fluidischen Wärmeträger besitzt, und so ausgelegt ist, dass der fluidische Wärmeträger unmittelbar über die Absorptionsschicht (3, 103, 203) strömt und dadurch erwärmt wird.

2. Solarkollektormodul gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der fluidische Wärmeträger ein gasförmiger Wärmeträger ist.

3. Solarkollektormodul gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (2) eine zylindrische Form aufweist und die Absorptionsschicht (3) auf einem Träger angeordnet ist, der mit einer Haltevorrichtung (5) im Inneren des Hohlkörpers fixiert ist.

4. Solarkollektormodul gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (2) aus einem ersten zylindrischen Baukörper (7a) und einem zweiten zylindrischen Baukörper (7b) aufgebaut ist, wobei der zweite zylindrische Baukörper (7b) im ersten zylindrischen Baukörper (7a) angeordnet ist und einen Zwischenraum (8) bildet, und wobei die Absorptionsschicht (3) im Zwischenraum (8) auf der Außenseite des zweiten zylindrischen Baukörpers (7b) angeordnet ist.

5. Solarkollektormodul gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum (8) zwischen dem ersten und dem zweiten zylindrischen Baukörper (7a, 7b) gasdicht oder vakuumdicht verschlossen ist. Solarkollektormodul gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Hohlkörper (2) ein Speicherbehälter (9) für flüssige Medien angeordnet ist und die Absorptionsschicht (103) auf der Oberfläche des Speicherbehälters angeordnet ist.

Solarkollektormodul gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens teilweise transparente Hohlkörper (102) aus einer thermisch isolierten, kanalförmigen Kammer (12) und einer flächigen Thermosiphon- Anordnung (13), die die Absorptionsschicht (203) enthält, besteht, wobei die thermisch isolierte, kanalförmige Kammer (12) und die flächige Thermosiphon- Anordnung (13) so miteinander verbunden sind, dass der fluidische Wärmeträger aus der Kammer (12) in die Thermosiphon-Anordnung (13) einströmt, erwärmt wird und in die Kammer (12) zurückströmt.

Solarkollektormodul gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens teilweise transparente Hohlkörper (102) aus einer Kammer (12) und einer flächigen Thermosiphon-Anordnung (13), die die Absorptionsschicht (203) enthält, besteht, die so miteinander verbunden sind, dass durch eine dezentrale Öffnung (21) von außen der gasförmige Wärmeträger direkt in die Thermosiphon-Anordnung (13) einströmt, erwärmt wird und in die Kammer (12) strömt.

Solarkollektormodul gemäß einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die flächige Thermosiphon-Anordnung (13) aus einer ersten Kammer (14a) und einer zweiten Kammer (14b) besteht, die durch eine thermisch isolierende Trennwand (15), auf der die Absorptionsschicht (203) auf der Seite, die zur zweiten Kammer (14b) ausgerichtet ist, aufgebracht ist, separiert sind und der fluidische Wärmeträger durch eine Öffnung (16) von der ersten Kammer (14a) in die zweite Kammer (14b) strömen kann, wobei die zweite Kammer (14b) eine der Absorptionsschicht (203) gegenüberliegende transparente Abdeckung (17) aufweist.

Solarkollektormodul gemäß den Ansprüchen 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die thermisch isolierte, kanalförmige Kammer (12) einen Speicher (109, 209) zur Erwärmung flüssiger Medien enthält.

1 1. Solarkollektormodul gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (2, 102) mindestens teilweise aus Polycarbonat oder Glas gefertigt ist. 12. Solarkollektoranordnung, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrere Solarkollektormodule (1 , 101) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche in Reihe derart angeordnet werden können, dass durch die Hohlkörper (2, 102) ein Kanal gebildet wird, durch den der fluidische Wärmeträger strömt.