[0001] Die Erfindung betrifft einen Solarkollektor sowie eine Vorrichtung zum Speichern von Wärme gemäss dem unabhängigen Hauptanspruch 1 und den abhängigen Ansprüchen.
[0002] Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Ausführungen von Solarkollektoren wie auch Vorrichtungen zum Speichern von Wärme bekannt.
[0003] In einer einfachen Ausführung besteht ein Solarkollektor aus einem Gehäuse mit einer lichtdurchlässigen Platte auf der oberen Seite, welche der Sonne zugeneigt ist. Im Innern des gut isolierten Gehäuses sind Register von Rohren oder Platten (Wärmetauscher 1) angeordnet, welche in der Regel mit einem flüssigen Medium beaufschlagt werden. Bei Sonneneinfall bewirkt eine solche Anordnung, dass sich das Innere des Gehäuses bzw. die Luft im Gehäuse erwärmt und diese Energie über den Wärmetauscher 1 mittels dem flüssigen Medium abgeführt und mit Hilfe eines weiteren Wärmetauschers (Wärmetauscher 2) in einem Wärmespeicher abgegeben werden kann.
[0004] US 3 991 741 zeigt einen so genannten Dachkollektor. Dieser Kollektor besteht aus lamellenförmig angeordneten, transparenten Elementen. Darunter sind parallel verlaufende Röhren angeordnet, welche als Wärmetauscher bzw. Absorber dienen und die die sich im oberen Teil der Anordnung ansammelnde Wärme wegtransportieren.
[0005] Zur Erhöhung des Wirkungsgrades wird in dieser Erfindung auch die Verwendung von lamellenförmigen Fresnellinsen vorgeschlagen, wodurch die Energie besser auf den Absorber konzentriert werden kann und sich somit der Wirkungsgrad dieser Vorrichtung erhöht.
[0006] Nachteilig an diesem System erweist sich insbesondere die Tatsache, dass sich einigermassen gute Wirkungsgrade nur dann erzielen lassen, wenn die Vorrichtung exakt in West/Ost-Richtung ausgerichtet ist und die Sonne senkrecht zu den Lamellen steht. Als nachteilig erweist sich auch das exakte Anordnen der Lamellen, sodass diese sich bei intensiver Erwärmung behinderungsfrei ausdehnen können und trotzdem regenwasserdicht sind.
[0007] Aus dem Stand der Technik sind weitere Vorrichtungen bekannt, welche mittels eines Parabolspiegels oder ähnlich wirkender Vorrichtungen die Sonnenstrahlen konzentriert auf den Absorber lenken. Als Beispiele solcher Vorrichtungen seien DE 10 335 214, DE 10 358 327 und US 4 289 118 erwähnt.
[0008] In WO 2006 120 475 ist eine Vorrichtung mit muldenförmigen Kollektormodulen beschrieben, welche oben mit symmetrischen Fresnellinsen bestückt ist. Diese Kollektormodule sind einerseits einzeln drehbar ausgeführt und andererseits ist der Rahmen, in welchem die Kollektormodule befestigt sind, ebenfalls in einer weiteren Ebene drehbar, so dass die Kollektormodule der Sonne nachgefahren werden können.
[0009] Die aus dem Stand der Technik bekannten Solarkollektoren erweisen sich insbesondere im Hinblick auf die traditionelle Energieübertragung Luft/flüssiges Medium als nachteilig, da die physikalischen Wärmeübergangseigenschaften von Luft sehr schlecht sind. Luft eignet sich grundsätzlich als Isolationsmedium und nicht zur effizienten Wärmeübertragung. Nachteilig an den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen erweist sich auch die Tatsache, dass sich diese für den Ausseneinsatz mit Beaufschlagung von Regenwasser und/oder Laub schlecht eignen. Zuverlässig funktionierende Solarkollektoren lassen sich nur mittels verhältnismässig aufwändigen Zusatzeinrichtungen realisieren. Dies ist wohl einer der wesentlichen Gründe, weshalb in der praktischen Anwendung hauptsächlich die klassischen Flachkollektoren Anwendung finden.
[0010] Ein weiterer Nachteil der bekannten Solarkollektoren besteht darin, dass diese nur geringe Speicherkapazitäten aufweisen, sodass insbesondere bei wechselhaftem Wetter verhältnismässig schnell hohe Temparaturspitzen resultieren, welche regelungstechnisch schwierig zu handhaben sind und auch zu grossen Materialbeanspruchungen/spannungen führen.
[0011] Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Solarkollektor zu beschreiben, welcher über optimale wärmetechnische Eigenschaften verfügt und trotzdem einfach herzustellen ist und überdies bei allen Witterungsverhältnissen einsetzbar ist. Zudem ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, möglichst geringe Temperaturgradienten am Solarkollektor zu realisieren und (optional) den Solarkollektor auch als direkten Energiespeicher einzusetzen.
[0012] Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst, indem die einfallende Lichtenergie mittels Linsen fokussiert und gezielt auf bestimmte Stellen der Absorbereinheit geleitet werden. Dank der gezielten Fokussierung der einfallenden Strahlung verfügt der Solarkollektor über ausgezeichnete Wärmeübertragungseigenschaften.
[0013] Mittels eines im Solarkollektor integrierten Wärmespeichers werden Temparaturspitzen gebrochen und es wird ein gleichmässiger Energiefluss ermöglicht, was sich sehr positiv im Betrieb des Solarkollektors auswirkt.
[0014] Zur weiteren Optimierung der Wärmeleistung ist der Kollektor mit einem intelligenten Regelungssystem ausgerüstet, welches gewährleistet, dass der Solarkollektor sich ständig nach dem aktuellen Sonnenstand ausrichtet.
[0015] Die Absorbereinheit ist oben mit einer Abdeckplatte versehen und die beiden Einheiten bilden zusammen mit dem Aufnahmerahmen die wichtigsten mechanischen Bauteile des erfindungsgemässen Solarkollektors.
[0016] Die von oben einfallende Solarenergie wird durch Linsen gebündelt und fokussiert auf die darunter liegende Absorbereinheit.
[0017] Die Absorbereinheit besteht in einer einfachen Ausführungsform aus einem maänderförmig geführten Rohr, weiches mit einem auf die spezifischen wärmetechnischen Anforderungen angepassten Medium (z.B. Wasser) beaufschlagt werden. Die Linsen werden so angeordnet und sind so bemessen, dass der gebündelte Strahl direkt auf das Rohr auftrifft und es so zu einer direkten Wärmeübertragung auf das Rohr kommt. Je nach den konkreten Umständen können noch bessere Leistungen erzielt werden, wenn das maänderförmig geführte Rohr wärmetechnisch fest mit Zwischenplatten verbunden ist, sodass auch noch allfällige Streuenergie sowie die Energie der im Solarkollektor enthaltenen erhitzten Luft optimal genutzt werden kann.
[0018] Anstelle von mehreren runden Linsen eignet sich auch die Verwendung von so genannten Linsenpanelen, welche aus einer oder mehreren Einheiten bestehen und vorzugsweise quer- oder längsverlaufend über der Absorbereinheit angeordnet werden.
[0019] Zur Verbesserung der Absorption kann die Absorbereinheit behandelt und/oder beschichtet werden, womit sich die wärmetechnischen Eigenschaften gezielt beeinflussen lassen. Als geeignet erweisen sich in diesem Zusammenhang die herkömmlichen Beschichtungen (sog. Schwarznickel und Schwarzchrombeschichtungen, etc.). Bewährt haben sich in diesem Zusammenhang jedoch auch sandförmige Beschichtungen bzw. Materialien, welche zu einem Grossteil aus Sand bestehen.
[0020] Nicht nur als Beschichtung eignet sich Sand besonderes, sondern auch für die Wärmespeicherung und eine Glättung der verschiedenen in Solarkollektoren üblicherweise auftretenden Temperaturspitzen. Zu diesem Zweck kann die erfindungsgemässe Vorrichtung mit speziell dafür behandelten Sand gefüllt werden, sodass die medienführenden Rohre teilweise oder ganz mit Sand umgeben sind. Zur Verbesserung der Eigenschaften und auch zu Stabilisierung des Sandes kann dieser mit speziellen Klebern versehen werden.
[0021] Eine weitere Verbesserung der Wärmeleistung der Absorbereinheit kann ferner dadurch erreicht werden, indem unterhalb der Rohre Reflektoren (z.B. parabolförmig oder aber auch winkelförmig) angeordnet werden. Diese Reflektoren fokussieren einfallendes Licht und können - je nach Linse bzw. Linsenstellung - auch zur indirekten Beaufschlagung der Rohre mit Lichtenergie verwendet werden.
[0022] Eine Verbesserung der Wärmeleistung der Absorbereinheit lässt sich auch dadurch erzielen, indem alle Rohre mit einer dünnen, gut wärmeleitenden Platte verbunden werden und so sämtliche Energie, welche nicht direkt auf die Rohre übertragen wird, mittels dieser Platte indirekt übertragen wird.
[0023] Bei all diesen Varianten erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Rohr der Absorbereinheit an der entsprechenden Stelle mit einem gut wärmeabsorbierenden Material wie beispielsweise Sand bedeckt bzw. beschichtet ist.
[0024] Es zeigen schematisch und vereinfacht:
<tb>Fig. 1<sep>Eine Schnittdarstellung, eine Aufsicht sowie eine Seitenansicht der erfindungsgemässen Vorrichtung
<tb>Fig. 1a<sep>Eine Schnittdarstellung der erfindungsgemässen Vorrichtung
<tb>Fig. 2<sep>Die Anordnung der erfindungsgemässen Vorrichtung mit dem Sockel in der Aufsicht
<tb>Fig. 3<sep>Die Anordnung der erfindungsgemässen Vorrichtung mit dem Sockel in der Seitenansicht
<tb>Fig. 4<sep>Die Anordnung der erfindungsgemässen Vorrichtung mit Linsenpanelen und parabolförmigen Reflektoren, perspektivisch
<tb>Fig. 4a<sep>Detaildarstellung der Linse mit Rohr und Reflektoren
<tb>Fig. 5<sep>Detaildarstellung der Linse oder Linsenpanellen mit Höhenverstellung
<tb>Fig. 6<sep>Anordnung der erfindungsgemässen Vorrichtung mit seitlich angeordneten Konvektoren an den Rohren
[0025] Fig. 1 zeigt die erfindungsgemässe Vorrichtung in der Seitenansicht, Aufsicht und in einer Schnittdarstellung. Ersichtlich ist eine Platte 1 zur Aufnahme von Linsen 2, welche das von oben einfallende Licht bündeln. Weiter ersichtlich ist eine unterhalb einer Absorbereinheit 6 angebrachte Isolierung 9 sowie eine Rückwand 7 des Solarkollektors. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Absorbereinheit 6 von einem Absorptionsmaterial 8 mit guten Wärme- und Absorptionseigenschaften teilweise oder vollständig umgeben. In einer einfachen Ausführungsform besteht dieses Absorptionsmaterial teilweise oder vollumfänglich aus Sand bzw. Natursteinmehl. Dieses Absorptionsmaterial 8 wird je nach technischen Anforderungen mit Zusatz- und oder Klebstoffen versetzt, sodass dieses Absorptionsmaterial 8 mechanisch wie auch wärmetechnisch fixiert ist.
[0026] In der Ansicht von oben ist die Absorbereinheit 6 mit einem maänderförmig angeordneten Rohr 6.1 zusammen mit einer Zwischenplatte 6.2 ersichtlich. Schematisch eingezeichnet sind auch die von oben einfallenden Wärmestrahlen. Das Rohr 6.1 wird mit einem Wärmeträgermedium wie beispielsweise Wasser beaufschlagt und dient zum Wärmetransport der über die Linsen 2 auf die Rohre 6.1 fokussierten Solarenergie. Ersichtlich sind in Fig. 1 ebenfalls die Anschlüsse 10 für das Wärmeträgermedium. Ein Aufnahmerahmen 5 dient der Aufnahme der verschiedenen beschriebenen Einzelteile des Solarkollektors.
[0027] Anstelle der schematisch gezeigten Linsen können auch andere bekannte Vorrichtungen mit licht- bzw. energiefokussierenden Eigenschaften verwendet werden (z.B. Paneelen, Fresnellinsen, etc.). Die Absorbereinheit 6 ist in Fig. 1 der Einfachheit halber vollflächig dargestellt, wobei andere Ausführungsformen, welche nur einen Teil der Rohre 6.1 umfassen, möglich sind.
[0028] Fig. 1a zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung, indem auch über den Rohren 6.1 eine Absorberplatte 8.1 angeordnet ist, welche die Wärme gleichmässig auf die Rohre 6.1 überträgt. Die Wärmeplatte 4 ist mit den Rohren 6.1 thermisch verbunden.
[0029] Fig. 2 zeigt die erfindungsgemässe Vorrichtung in der Aufsicht. Dargestellt ist der Solarkollektor mit einer Rahmenhalterung 11 sowie einem Sockel 14, welche zur Fixierung des Solarkollektors dient. Der Solarkollektor kann durch eine drehbar ausgeführte Verbindung Rahmenhalterung/Aufnahmerahmen 13 sowie durch eine weitere drehbare Verbindung 12 mehrdimensional bewegt und der Sonne nachgefahren werden. Die Stellgrösse für die Ermittlung des Sonnenstandes wird durch einen Lichtsensor 17 generiert, welcher schematisch in Fig. 3ersichtlich ist. Der Sockel 14 kann auf dem Dach, an einer Wand an einem Gerüst oder sonst wo befestigt werden. Die drehbaren Verbindungen (13 bzw. 12) sind schematisch und beispielhaft als Kugellager bzw. Bolzen mit Lager dargestellt.
[0030] Fig. 3 zeigt die erfindungsgemässe Vorrichtung in der Seitenansicht mit dem Sockel 14 zur Befestigung an einem Gebäudeteil oder anderen festen Vorrichtungen. Hervorgehoben sind insbesondere ein Stellmotor I 15 für horizontales Schwenken sowie ein Stellmotor II 16 für vertikales Schwenken, welche über den Lichtsensor 17 mit einer entsprechenden Steuer- und Regelvorrichtung angesteuert werden. Mit Hilfe dieser Anordnung lässt sich der Solarkollektor exakt nach dem jeweiligen Sonnenstand ausrichten, wobei in einer vorteilhaften Ausführungsform auf die über das Internet, Wetter- und Geostationen verfügbaren Signale zurück gegriffen wird.
[0031] Fig. 4 zeigt die erfindungsgemässe Vorrichtung mit paneelenförmig angeordneten Linsen 2 sowie Reflektoren 3 auf der Unterseite der Röhren 6.1. Vorzugsweise sind die Reflektoren parabolförmig ausgeführt. Je nach konkreter Ausführungsform erweisen sich auch andere Querschnittsformen (spitzer bis stumpfer Winkel, rund etc.) als vorteilhaft. Mit einer solchen Anordnung lässt sich der thermische Wirkungsgrad der Absorbereinheit weiter erhöhen, indem jeweils die auf zwei Linsenpanelen einfallende Lichtenergie auf das Rohr 6.1 konzentriert wird.
[0032] Die Ausbildung der Rückwand 7 in der Form von parabolförmigen Reflektoren 3 kann auch bei den heute bekannten und gebräuchlichen Kollektoren angewandt werden. Dadurch lässt sich der thermische Wirkungsgrad markant erhöhen.
[0033] Fig. 4a zeigt die erfindungsgemässe Vorrichtung in Detailansicht. Optimale Wirkungsgrade lassen sich dadurch erzielen, indem die Rohre 6.1 auf der dem Reflektor 3 zugeneigten Seite (d.h. um den Brennpunkt des Reflektors 3) beschichtet oder mit anderen bekannten Methoden behandelt sind, damit der Wärmeabsorptionsgrad möglichst hoch ausfällt.
[0034] Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform mit höhenverstellbaren Linsen 2 sowie mit der Wärmeplatte 4, welche mit den Rohren 6.1 thermisch fest verbunden ist. Schematisch angedeutet ist eine vorteilhafte Ausführungsform, indem bei ausgefahrenen Linsen 2 (Position 1) im Brennpunkt der Linsen 2 ein Streifen bzw. eine Kreis der Wärmeplatte 4 mit Sand oder anderen gut wärmeabsorbierenden Materialien 18 beschichtet ist. Um auch bei diffusem Licht noch Wärmeenergie gewinnen zu können, wird die Linse 2 in Position 2 gefahren und die Wärmeplatte 4 gleichmässig mit Energie beaufschlagt. Zur Erhöhung des Wirkungsgrades ist die Wärmeplatte 4 mit gut wärmeabsorbierenden Materialien beschichtet, behandelt oder mit einer speziellen Oberflächenstruktur versehen.
[0035] Mit einer solchen Anordnung kann einerseits Energie gebündelt auf die Rohre 6.1 fokussiert werden anderseits führt die tiefer liegende Linse 2 dazu, dass sich die Energie nicht im Brennpunkt sammelt und dadurch die Wärmeplatte 4 teilweise oder ganz mit Energie beaufschlagt wird. Ein solche Anordnung erweist sich bei häufiger Bewölkung als vorteilhaft.
[0036] Fig. 6 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung mit an den Rohren 6.1 seitlich angeordneten Konvektoren 19. Diese Konvektoren 19 nehmen insbesondere jene Energie auf, welche durch allfällige Streuverluste oder Ungenauigkeiten der Linsen 2 nicht direkt auf das Rohr 6 fokussiert wird. Mit einer solchen Anordnung lässt wiederum der wärmetechnische Wirkungsgrad erhöhen. Ein solche Anordnung erweist sich analog der in Fig. 5 beschriebenen Anordnung bei häufiger Bewölkung als vorteilhaft.
[0037] In Fig. 5 wie auch in Fig. 6 ist auf den Rohren 6.1 bzw. auf der Wärmeplatte 4 schematisch gut wärme- bzw. energieabsorbierendes Material 18 wie beispielsweise Sand angedeutet. Auf diese Weise lässt sich der wärmetechnische Wirkungsgrad der Absorbereinheit gezielt weiter erhöhen. Vorstellbar sind zu diesem Zweck auch die Verwendung von anderen bekannten Materialien sowie Methoden wie Beschichtungen, Oberflächenstrukturen etc. für einen Teil der Rohre 6.1 bzw. Wärmeplatte 4 bzw. der Konvektoren 19.
The invention relates to a solar collector and a device for storing heat according to the independent main claim 1 and the dependent claims.
Various embodiments of solar collectors as well as devices for storing heat are known from the prior art.
In a simple embodiment, a solar collector consists of a housing with a translucent plate on the upper side, which is inclined to the sun. Inside the well-insulated housing registers of pipes or plates (heat exchanger 1) are arranged, which are usually acted upon by a liquid medium. When exposed to the sun, such an arrangement causes the interior of the housing or the air in the housing to be heated and this energy to be dissipated via the heat exchanger 1 by means of the liquid medium and emitted by means of a further heat exchanger (heat exchanger 2) in a heat accumulator.
US 3 991 741 shows a so-called roof collector. This collector consists of lamellar, transparent elements. Below this, parallel tubes are arranged, which serve as heat exchangers or absorbers and which carry away the heat accumulating in the upper part of the arrangement.
To increase the efficiency, the use of lamellar Fresnel lenses is proposed in this invention, whereby the energy can be better concentrated on the absorber and thus increases the efficiency of this device.
A disadvantage of this system proves in particular the fact that reasonably good efficiencies can only be achieved if the device is aligned exactly in the west / east direction and the sun is perpendicular to the slats. A disadvantage also proves the exact arrangement of the fins, so that they can expand without hindrance during intense warming and are still waterproof.
Further devices are known from the prior art, which concentrated by means of a parabolic mirror or similar acting devices direct the sun's rays on the absorber. As examples of such devices are mentioned DE 10 335 214, DE 10 358 327 and US 4,289,118.
In WO 2006 120 475 a device is described with trough-shaped collector modules, which is equipped at the top with symmetrical Fresnel lenses. These collector modules are on the one hand individually rotatable and on the other hand, the frame in which the collector modules are mounted, also rotatable in a further plane, so that the collector modules of the sun can be traced.
The known from the prior art solar collectors prove to be particularly in view of the traditional energy transfer air / liquid medium as disadvantageous, since the physical heat transfer properties of air are very bad. Air is basically suitable as an isolation medium and not for efficient heat transfer. A disadvantage of the devices known from the prior art also proves to be the fact that they are bad for outdoor use with exposure to rainwater and / or foliage. Reliably functioning solar collectors can only be realized by means of relatively expensive additional equipment. This is probably one of the main reasons why in practical application mainly the classic flat plate collectors are used.
Another disadvantage of the known solar collectors is that they have only low storage capacities, so that relatively quickly result in high temperature temparaturspitzen relatively quickly, which are technically difficult to handle and also lead to large material stresses / voltages.
It is therefore an object of the present invention to describe a solar collector, which has optimum thermal properties and yet easy to manufacture and is also used in all weather conditions. In addition, it is an object of the present invention to realize the lowest possible temperature gradients on the solar collector and (optionally) to use the solar collector as a direct energy storage.
This object is achieved with a device having the features of claim 1 by focusing the incident light energy by means of lenses and directed to specific locations of the absorber unit. Thanks to the targeted focusing of the incident radiation, the solar collector has excellent heat transfer properties.
By means of a built-in solar collector heat storage Temparaturspitzen be broken and it allows a uniform flow of energy, which has a very positive effect in the operation of the solar collector.
To further optimize the heat output of the collector is equipped with an intelligent control system, which ensures that the solar collector is constantly aligned to the current position of the sun.
The absorber unit is provided above with a cover plate and the two units together with the receiving frame, the most important mechanical components of the inventive solar collector.
The incident from above solar energy is focused by lenses and focused on the underlying absorber unit.
The absorber unit consists in a simple embodiment of a maandförmig guided pipe, which are supplied with a adapted to the specific heat requirements technical medium (for example, water). The lenses are arranged and dimensioned such that the focused beam impinges directly on the tube, resulting in direct heat transfer to the tube. Depending on the specific circumstances even better performance can be achieved if the maandförmig guided pipe is thermally firmly connected with intermediate plates, so that also any scatter energy and the energy of the solar collector contained in the heated air can be used optimally.
Instead of several round lenses is also the use of so-called lens panels, which consist of one or more units and are preferably arranged transversely or longitudinally over the absorber unit.
To improve the absorption, the absorber unit can be treated and / or coated, whereby the thermal properties can be selectively influenced. In this context, the conventional coatings (so-called black nickel and black chromium coatings, etc.) prove to be suitable. In this context, however, sand-like coatings or materials which are largely sand-based have proved successful.
Sand is not only suitable as a coating special, but also for heat storage and smoothing of the various temperature peaks commonly occurring in solar panels. For this purpose, the inventive device can be filled with specially treated sand, so that the media-carrying pipes are partially or completely surrounded by sand. To improve the properties and also to stabilize the sand, it can be provided with special adhesives.
A further improvement in the thermal performance of the absorber unit can be further achieved by arranging reflectors (e.g., parabolic or even angular) beneath the tubes. These reflectors focus incident light and can - depending on the lens or lens position - also be used for indirect exposure of the tubes with light energy.
An improvement in the thermal performance of the absorber unit can also be achieved by all tubes are connected to a thin, good heat conducting plate and so all energy that is not transmitted directly to the tubes is transmitted indirectly by means of this plate.
In all these variants, it proves to be advantageous if the tube of the absorber unit is covered or coated at the appropriate location with a good heat-absorbing material such as sand.
It shows schematically and simplified:
<Tb> FIG. 1 <sep> A sectional view, a plan view and a side view of the device according to the invention
<Tb> FIG. 1a <sep> A sectional view of the device according to the invention
<Tb> FIG. 2 <sep> The arrangement of the inventive device with the base in the plan
<Tb> FIG. 3 <sep> The arrangement of the inventive device with the base in the side view
<Tb> FIG. 4 <sep> The arrangement of the device according to the invention with lens panels and parabolic reflectors, in perspective
<Tb> FIG. 4a <sep> Detail of the lens with tube and reflectors
<Tb> FIG. 5 <sep> Detailed view of the lens or lens panels with height adjustment
<Tb> FIG. 6 <sep> Arrangement of the inventive device with laterally arranged convectors on the tubes
Fig. 1 shows the inventive device in the side view, top view and in a sectional view. It can be seen a plate 1 for receiving lenses 2, which focus the incident light from above. Also visible is an insulation 9 mounted below an absorber unit 6 and a rear wall 7 of the solar collector. In an advantageous embodiment, the absorber unit 6 is partially or completely surrounded by an absorbent material 8 with good heat and absorption properties. In a simple embodiment, this absorption material consists partly or completely of sand or natural stone meal. Depending on the technical requirements, this absorption material 8 is mixed with additives and / or adhesives, so that this absorption material 8 is fixed mechanically as well as thermally.
In the view from above, the absorber unit 6 with a maanderförmig arranged pipe 6.1 together with an intermediate plate 6.2 can be seen. Schematically drawn are also incident from above heat rays. The tube 6.1 is acted upon by a heat transfer medium such as water and is used for heat transport of the lens 2 focused on the tubes 6.1 solar energy. Also visible in Fig. 1, the connections 10 for the heat transfer medium. A receiving frame 5 serves to accommodate the various individual parts of the solar collector described.
Instead of the lenses shown schematically, other known devices with light- or energy-focusing properties may also be used (e.g., panels, Fresnel lenses, etc.). The absorber unit 6 is shown in Fig. 1 the sake of simplicity over the entire surface, with other embodiments, which include only a portion of the tubes 6.1, are possible.
Fig. 1a shows an embodiment of the inventive device by also over the pipes 6.1 an absorber plate 8.1 is arranged, which transfers the heat evenly to the pipes 6.1. The heat plate 4 is thermally connected to the pipes 6.1.
Fig. 2 shows the device according to the invention in the plan view. Shown is the solar collector with a frame bracket 11 and a base 14, which serves to fix the solar collector. The solar collector can be moved multi-dimensionally by a rotatably executed connection frame holder / mounting frame 13 and by a further rotatable connection 12 and the sun nachgefahren. The manipulated variable for determining the position of the sun is generated by a light sensor 17, which is schematically shown in FIG. 3. The base 14 may be mounted on the roof, on a wall on a scaffold or elsewhere. The rotatable connections (13 or 12) are shown schematically and by way of example as ball bearings or bolts with bearings.
Fig. 3 shows the inventive device in side view with the base 14 for attachment to a building part or other fixed devices. Emphasized in particular are a servomotor I 15 for horizontal pivoting and a servomotor II 16 for vertical pivoting, which are controlled via the light sensor 17 with a corresponding control and regulating device. With the aid of this arrangement, the solar collector can be aligned exactly to the respective position of the sun, wherein in an advantageous embodiment the signals available via the Internet, weather and geo stations are used.
Fig. 4 shows the inventive device with panel-shaped lenses 2 and 3 reflectors on the bottom of the tubes 6.1. Preferably, the reflectors are parabolic. Depending on the specific embodiment, other cross-sectional shapes (acute to obtuse angle, round, etc.) prove to be advantageous. With such an arrangement, the thermal efficiency of the absorber unit can be further increased by concentrating the light energy incident on two lens panels on the tube 6.1.
The formation of the rear wall 7 in the form of parabolic reflectors 3 can also be applied to the currently known and commonly used collectors. As a result, the thermal efficiency can be significantly increased.
Fig. 4a shows the device according to the invention in detail view. Optimum efficiencies can be achieved by coating the tubes 6.1 on the side inclined towards the reflector 3 (i.e., around the focal point of the reflector 3) or by other known methods to maximize the degree of heat absorption.
Fig. 5 shows an embodiment with height-adjustable lenses 2 and with the heat plate 4, which is thermally firmly connected to the pipes 6.1. Schematically indicated is an advantageous embodiment in that at extended lenses 2 (position 1) in the focal point of the lenses 2, a strip or a circle of the heat plate 4 with sand or other good heat-absorbing materials 18 is coated. In order to gain heat energy even in diffused light, the lens 2 is moved to position 2 and the heat plate 4 uniformly energized. To increase the efficiency of the heat plate 4 is coated with good heat-absorbing materials, treated or provided with a special surface structure.
With such an arrangement, on the one hand concentrated energy can be focused on the tubes 6.1 on the other hand, the lower-lying lens 2 causes the energy does not accumulate in the focus and thus the heat plate 4 is partially or fully energized. Such an arrangement proves advantageous for frequent cloud cover.
Fig. 6 shows an advantageous embodiment of the inventive device with the tubes 6.1 laterally arranged convectors 19. These convectors 19 take in particular that energy which is not focused by any scattering losses or inaccuracies of the lenses 2 directly to the pipe 6. With such an arrangement can in turn increase the thermal efficiency. Such an arrangement proves to be advantageous analogous to the arrangement described in Fig. 5 with frequent clouding.
In Fig. 5 as well as in Fig. 6 is on the pipes 6.1 and on the hot plate 4 is shown schematically good heat or energy absorbing material 18 such as sand. In this way, the thermal efficiency of the absorber unit can further increase targeted. Also conceivable for this purpose are the use of other known materials as well as methods such as coatings, surface structures, etc. for a part of the tubes 6.1 or heat plate 4 or the convectors 19.