DE102008004543A1

DE102008004543A1 - Solarkollektor und Verfahren zum Betrieb eines solchen

Info

Publication number: DE102008004543A1
Application number: DE102008004543A
Authority: DE
Inventors: Gerd Gran Canaria Bothe
Original assignee: FALTER MICHAEL
Current assignee: FALTER MICHAEL
Priority date: 2008-01-15
Filing date: 2008-01-15
Publication date: 2009-08-06

Abstract

Ein Solarkollektor (1) weist einen Zulauf für ein zu erwärmendes fluidisches Wärmeträgermedium und einen Ablauf für das erwärmte Wärmeträgermedium auf sowie eine Mehrzahl von zwischen dem Zulauf und dem Ablauf angeordneten, von dem Wärmeträgermedium durchströmbaren Kanälen (20) auf, durch deren Wandungen hindurch Wärme auf das Wärmeträgermedium übertragbar ist. Der Solarkollektor (1) weist eine für Sonnenstrahlung (3) durchlässige Durchlassseite (2) und eine dieser gegenüberliegenden Absorberseite (4) auf, die wärmeleitend mit den Wandungen der Kanäle (20) verbunden ist. Um einen in Bezug auf die Herstellkosten sehr günstigen sowie die Herstelltechnologie einfachen Solarkollektor (1) bereitzustellen, wird vorgeschlagen, dass die Kanäle (20) von einer einstückig ausgeformten Doppelstegplatte (5) gebildet sind, die zwei im Abstand zueinander verlaufende Deckplatten (17, 18) und eine Mehrzahl von diese verbindenen Stegen (19) aufweist, wobei ein Kanal (20) jeweils von zwei Stegen (19) und jeweils einem Abschnitt der beiden Deckplatten (17, 18) begrenzt ist. Außerdem wird ein Verfahren zum Betrieb eines Solarkollektors (1) vorgeschlagen, bei dem das flüssige Wärmeträgermedium beim Durchströmen der Kanäle (20) deren Querschnitt jeweils lediglich zum Teil ausfüllt und vorzugsweise einem Film auf der Unterseite des Kanals (20) ausbildet.

Description

Einleitung
Die Erfindung betrifft einen Solarkollektor mit einem Zulauf für ein zu erwärmendes fluidisches Wärmeträgermedium und einem Ablauf für das erwärmte Wärmeträgermedium und einer Mehrzahl von zwischen dem Zulauf und dem Ablauf angeordneten, von dem Wärmeträgermedium durchströmbaren Kanälen, durch deren Wandungen hindurch Wärme auf das Fluid übertragbar ist, wobei der Solarkollektor eine für Sonnenstrahlung durchlässige Durchlassseite und eine dieser gegenüberliegende Absorberseite, die wärmeleitend mit den Wandungen der Kanäle verbunden ist, aufweist.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Solarkollektors der vorstehend beschriebenen Art.
Stand der Technik
Solarkollektoren der eingangs beschriebenen Art sind insbesondere als sogenannte "Flachkollektoren" bekannt. Diese bestehen üblicherweise aus einem Metallabsorber in einem "flachen" kastenförmigen, gut wärmegedämmten Gehäuse, das auf der Durchlassseite (Sonnenseite) mit einer transparenten Abdeckung, typischerweise aus Glas, alternativ aber auch aus transparentem Kunststoff versehen ist. Durch die wärmegedämmte Bauweise können Flachkollektoren auch bei Temperaturen von 40 bis 60 Kelvin über der Umgebungstemperatur noch Wärme mit einem guten Wirkungsgrad erzeugen. Ihr Haupteinsatzbereich ist die Warmwasserbereitung, vornehmlich in der heizfreien Zeit. Die fluidführenden Kanäle sind typischerweise in sogenannte Absorber integriert und z. B. als Kissenabsorber, Rollbondabsorber, Fahnenabsorber, Serpentinenabsorber oder Rohrregister-Plattenabsorber ausgeführt. Die Kanalwandungen bestehen typischerweise aus Kupfer, Aluminium, Stahl oder Edelstahl.
Die Herstellung der bekannten Flachabsorber verursacht aus zwei Gründen beträchtliche Kosten: Zum einen sind die Materialkosten für die metallischen Absorber aufgrund einer fortschreitenden weltweiten Rohstoffverknappung und einem damit einhergehenden Preisanstieg hoch. Zum anderen ist der Herstellungsaufwand und der Aufwand für die Produktkontrolle und Überwachung recht hoch, da beispielsweise bei vielen Bauarten eine hohe Anzahl von Verbindungsstellen zwischen den Kanälen bzw. deren Abschnitten (Lötstellen oder Pressverbindungen) vorliegt. Aus diesem Grunde haben Solarkollektoren insbesondere in den sehr sonnenreichen, aber häufig einkommensschwachen Regionen in Äquatornähe, wo der Einsatz von Solarkollektoren besonders sinnvoll wäre, kaum Verbreitung gefunden.
Aufgabe
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Solarkollektor dahingehend weiter zu entwickeln, dass er wesentlich kostengünstiger als bekannte Typen hergestellt werden kann. Außerdem soll ausgehend von dem bekannten Verfahren zum Betrieb von Solarkollektoren ein Verfahren vorgeschlagen werden, das sich insbesondere für den erfindungsgemäßen Solarkollektor eignet.
Lösung
Ausgehend von einem Solarkollektor der eingangs beschriebenen Art wird die vorgenannte Aufgabe dadurch gelöst, dass die Kanäle von einer einstückig ausgeformten, aus Kunststoffmaterial bestehenden Doppelstegplatte gebildet sind, die zwei im Abstand zueinander verlaufende Deckplatten und eine Mehrzahl von diese verbindenden Stegen aufweist, wobei ein Kanal jeweils von zwei Stegen und jeweils einem Abschnitt der beiden Deckplatten begrenzt ist.
Bei den vorgenannten Doppelstegplatten handelt es sich um Standard-Bedachungsbauelemente, die seit geraumer Zeit in sehr großen Stückzahlen hergestellt werden. Auch vor dem Hintergrund gestiegener Rohölkosten und damit angestiegener Kosten für das Rohmaterial der Kunststoffherstellung ist der Solarkollektor gemäß der Erfindung wesentlich kostengünstiger herstellbar als herkömmliche Solarkollektoren unter Verwendung metallischer Absorber. Die Doppelstegplatten werden auf sehr kostengünstige Weise im Wege des Extrusionsverfahrens endlos und mit unterschiedlichen Breiten hergestellt und nach Erkalten auf die gewünschten Plattenformate zugeschnitten. Die Doppelstegplatten bestehen typischerweise aus Polycarbonat, das zum einen im Hinblick auf die Transmissionseigenschaften für lichtglasartige Eigenschaften besitzt. Darüber hinaus ist die Alterungs-, Witterungs und Temperaturbeständigkeit des Polycarbonatwerkstoffs sehr gut für den Einsatz unter ständiger Sonneneinstrahlung geeignet. Die Doppelstegplatten besitzen aufgrund ihrer "Hohlkammerbauweise" eine hohe Stabilität bei gleichzeitig sehr niedrigem Gewicht. Da der Preis des erfindungsge mäßen Solarkollektors im Vergleich mit handelsüblichen Flachkollektoren mit metallischem Absorber lediglich etwa 20% beträgt, eignet sich der erfindungsgemäße Kollektor auch für sehr großflächige Einsätze in Gegenden, in denen aufgrund ihrer geografischen Lage die Intensität der Sonneneinstrahlung vergleichsweise gering ist. Andersherum eignet er sich aber insbesondere auch für den Einsatz in Entwicklungsländern, da der Kaufpreis entsprechend niedrig sein kann.
Der Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Solarkollektors ist dann besonders hoch, wenn die Doppelstegplatte zumindest auf der Durchlassseite aus einem transparenten oder transluzenten Kunststoffmaterial besteht, weil dann die Solarstrahlung bis in das Innere der Kanäle eindringen kann. Neben Polycarbonat kommen grundsätzlich aber auch sämtliche andere hinreichend UV beständige und alterungsbeständige transparente Kunststoffmaterialien in Frage, z. B. PVC oder Polyacryl.
Eine weitere Steigerung des Wirkungsgrads lässt sich erzielen, wenn eine den Kanälen abgewandte Rückseite der auf der Absorberseite befindlichen Deckplatte mit einer die Sonnenstrahlung absorbierenden Schicht wärmeleitend gekoppelt ist. Auf diese Weise wird verhindert, dass die auf der Durchlassseite in den Solarkollektor eintretende Strahlung den Kollektor auf der gegenüberliegenden Seite der Doppelstegplatte ungenutzt wieder verlässt.
Eine besonders einfache Art und Weise eine derartige absorbierende Schicht zu erzeugen, besteht darin, eine flüssige Beschichtung aufzubringen (z. B. Farbe, Lack o. ä.), die nachfolgend aushärtet und dabei eine feste Verbindung mit der Rückseite der Doppelstegplatte eingeht.
Alternativ hierzu kann die absorbierende Schicht aber auch von einer ein eigenständiges Bauteil darstellenden Absorberplatte gebildet sein, die in unmittelbarem wärmeleitenden Kontakt mit der Rückseite der Deckplatte steht. Hierbei kann es sich um eine Metallplatte, eine Kunststoffplatte oder auch eine Platte aus Holz oder einem Holzwerkstoff handeln, die jeweils auf ihrer der Rückseite der Doppelstegplatte zugewandten Vorderseite mit der absorbierenden Schicht versehen ist.
Grundsätzlich besteht aber auch die Möglichkeit, dass die auf der Absorberplatte befindliche Deckplatte der Doppelstegplatte selbst und/oder die Stege der Doppelstegplatte aus die Sonnenstrahlung absorbierendem Material bestehen. In diesem Fall kann eine zusätzliche Be schichtung bzw. ein zusätzliches Bauteil, das die absorbierende Schicht bildet, vermieden werden.
Die Erfindung weiter ausgestaltend ist vorgesehen, den Solarkollektor zumindest auf der Absorberseite und/oder an den Stirnseiten nach außen hin mit einer Isolierschicht abzuschließen. Wärmeverluste "nach hinten" bzw. "zur Seite" können während des Betriebs des Kollektors auf diese Weise wirkungsvoll minimiert werden.
Außerdem besteht eine Weiterbildung der Erfindung darin, den Zulauf von einem Zulaufkanal zu bilden, der sich an einer Stirnseite quer über die Öffnungsquerschnitte der Kanäle erstreckt. Sämtliche Kanäle einer Doppelstegplatte können auf diese Weise, vorzugsweise mit Hilfe eines einzigen Zulaufkanals, versorgt werden.
In diesem Zusammenhang hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, den Zulaufkanal als Zulaufrohr auszubilden, in dem sich eine Mehrzahl von Bohrungen befinden, die jeweils in einen Kanal münden, wobei mit jedem Kanal eine Bohrung korrespondiert. Auf diese Weise können sehr zielgerichtet auch kleinere Mengen eines flüssigen Wärmeträgermediums in die Kanäle eingeführt werden.
Ferner kann der Zulaufkanal einen Längsschlitz besitzen, in den die Doppelstegplatte so eingreift, dass die Außenseiten der Deckplatten mit den längsschlitzbegrenzenden Wandungen des Zulaufkanals in dichtendem Kontakt stehen. Die vorgenannten Maßnahmen auf der Zulaufseite des Kollektors können selbstverständlich in vorteilhafter Weise auch auf der Ablaufseite angewendet werden.
In verfahrenstechnischer Hinsicht wird die zugrunde liegende Aufgabe dadurch gelöst, dass das flüssige Wärmeträgermedium beim Durchströmen der Kanäle des Solarkollektors deren Querschnitt jeweils lediglich zum Teil ausfüllt.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, den Volumenstrom des Wärmeträgermediums gegenüber bekannten Verfahren, bei denen die Kanäle vollständig mit dem flüssigen Wärmeträgermedium gefüllt sind, deutlich zu reduzieren. Hierbei kann die Pumpenleistung in gleichem Maße vermindert werden, wodurch sich eine verbesserte Effizienz ergibt und die Kosten für die kleiner zu dimensionierende Pumpe sinken. Aufgrund der spezifisch sehr hohen Wärmekapazität flüssiger Wärmeträgermedien, insbesondere von Wasser bzw. mit Frost schutzmitteln versetztem Wasser, kann die vom Solarkollektor absorbierte Energie auch bei verminderter Durchflussmenge sicher abgeführt werden.
Ein weiterer großer Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung besteht darin, dass die Masse der mit flüssigem Wärmeträgermedium bestückten, d. h. in Betrieb befindlichen Solarkollektoren erheblich reduziert werden kann. Die gesamte Kollektorkonstruktion kann daher weniger steif und leichter, d. h. einfacher und kostengünstiger ausgeführt werden. Dies ist insbesondere dann sehr vorteilhaft, wenn ein Solarkollektor unter Verwendung einer handelsüblichen Doppelstegplatte hergestellt wird und diese zwecks Erzielung eines optimalen Anstellwinkels in einer Ständerkonstruktion gehalten wird. Würden die Kanäle einer konventionellen Doppelstegplatte im Betrieb als Solarkollektor vollständig von Wasser durchströmt, so waren besondere Vorkehrungen und Maßnahmen zur Vermeidung unzulässiger Durchbiegungen erforderlich. Insbesondere müsste entweder eine stabile Trägerplatte oder ein entsprechender Trägerrahmen, z. B. in Form einer Schweißkonstruktion vorgesehen werden. Dies wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren überflüssig gemacht, da die sehr geringe spezifische Masse des betriebsbereiten und mit dem flüssigen Wärmeträgermedium durchströmten Solarkollektors spezielle Unterstützungsmaßnahmen unterhalb der Platte, insbesondere in deren Mittelbereich, überflüssig macht. So kann das flüssige Wärmeträgermedium bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bei geneigter Aufstellung des Solarkollektors schwerkraftbedingt an der unteren Wandung des Kanals, d. h. der auf der Absorberseite liegenden Deckplatte der Doppelstegplatte in Form eines dünnen Films in einer Dicke zwischen 0,1 mm und 5 mm, vorzugsweise zwischen 0,5 mm und 1 mm, herunterfließen. Da der Kollektor bei Beendigung des Betriebs, d. h. Abschaltung der Pumpe, einfach leerlaufen kann, erübrigen sich Schutzmaßnahmen gegen Einfrieren, wie sie bei Kollektoren mit vollständig gefüllten Kanälen in Gegenden mit Frostgefahr zum Schutz metallischer Absorber ergriffen werden müssen. Die Filmausbildung wird begünstigt durch den Zusatz eines die Oberflächenspannung des Wassers reduzierenden Mittels z. B. eines tensidhaltigen Spülmittels.
Um die Energieausbeute des Kollektors weiter zu steigern, wird nach der Erfindung vorgeschlagen, denselben Kanal sowohl von einem flüssigen Wärmeträgermedium als auch von einem gasförmigen Wärmeträgermedium durchströmen zu lassen. Dabei sollten das flüssige Wärmeträgermedium und das gasförmige Wärmeträgermedium, z. B. Luft, in entgegengesetzte Richtungen durch die Kanäle geführt werden und schichtweise voneinander getrennt sein. Grundsätzlich kommt aber auch ein Betrieb im Gleichstromprinzip in Frage. Durch das gas förmige Wärmeträgermedium wird gegenüber einem Betrieb "mit stillstehendem" Gasvolumen oberhalb der Schicht des flüssigen Wärmeträgermediums eine verbesserte "Kühlung" der auf der Durchlassseite befindlichen Deckplatte bewirkt. Während bei einem kombinierten Wasser-Luft-Betrieb des Solarkollektors das erwärmte Wasser sowohl zur Warmwasserbereitung als auch zu Heizzwecken genutzt werden kann, kann die erwärmte Luft entweder unmittelbar zu Heizzwecken oder mittelbar einer Wärmepumpe zugeführt werden. Bei industriellem Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens ist selbstverständlich auch die Bereitstellung von Prozesswärme unter Verwendung beider Wärmeträgermedien möglich. Bei reinem Luftbetrieb kommen neben Heizzwecken auch Trocknungsaufgaben (z. B. Getreidespeicher in Frage).
Bei kombiniertem Betrieb mit flüssigem und gasförmigem Wärmeträgermedium ist es vorteilhaft, das flüssige Wärmeträgermedium den Kanälen über mindestens einen ersten Zulauf zuzuführen und aus diesen über mindestens einen ersten Ablauf abzuführen und des Weiteren das gasförmige Wärmeträgermedium den Kanälen über mindestens einen zweiten Zulauf zuzuführen und aus diesen über mindestens einen zweiten Ablauf abzuführen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert.
Es zeigt:
1: eine Vorderansicht eines Solarkollektors,
2: einen Schnitt entlang der Linie II-II durch den Solarkollektor gemäß 1,
2a: eine Ausschnittsvergrößerung des Querschnitts nach 2 und
3 einen Schnitt entlang der Linie III-III durch den Solarkollektor gemäß 1.
Ein in den 1 bis 3 gezeigter Solarkollektor 1 besitzt eine für Sonnenstrahlung 3 durchlässige Durchlassseite 2 und eine dieser gegenüberliegenden Absorberseite 4. Der Sonnenkollektor 1 besteht im Wesentlichen aus einer handelsüblichen, aus transparentem Polycarbonat bestehenden Doppelstegplatte 5, die den Mittelteil des Solarkollektors 1 bildet, sowie einem Zu- und einem Ablauf für mindestens ein fluidisches Wärmeträgermedium. An einer oberen Stirnseite 6 befindet sich ein im Querschnitt rechteckförmiges Zulaufrohr 7, dass mit der Stirnfläche der Doppelstegplatte 5 dicht verklebt ist. Das Zulaufrohr 7 besteht beispielsweise ebenfalls aus transparentem Polycarbonat, kann jedoch auch aus anderen Kunststoff- oder metallischen Materialien bestehen.
An der gegenüberliegenden Stirnseite 8 befindet sich ein Ablaufrohr 9, bei dem es sich um ein mit einem Längsschlitz versehenes Kunststoffrohr handelt. Insbesondere aus 3 ist ersichtlich, wie die Breite des Schlitzes in dem Ablaufrohr 9 der Dicke 10 (s. 2) der Doppelstegplatte 5 angepasst ist. Die Doppelstegplatte 5 und das Ablaufrohr 9 sind fluiddicht miteinander verbunden. Sowohl das Zulaufrohr 7 als auch das Ablaufrohr 9 sind an den gegenüberliegenden Endseiten mit Verschlussdeckeln 11 bis 14 fluiddicht abgeschlossen. In dem Verschlussdeckel 12 des Zulaufrohrs 7 ist ein Zulaufstutzen 15 und in dem Verschlussdeckel 14 des Ablaufrohrs 9 ein Ablaufstutzen 16 dichtend eingepasst. Zulaufstutzen 15 und Ablaufstutzen 16 sind auf nicht näher dargestellte Weise an ein Kreislaufsystem angeschlossen, in dem sich eine Umwälzpumpe und ein Wärmetauscher befinden.
Der Aufbau der Doppelstegplatte 5 ergibt sich insbesondere aus dem Querschnitt gemäß 2. Die Doppelstegplatte 5 weist auf der Durchlassseite 2 eine erste Deckplatte 17 und auf der gegenüberliegenden Absorberseite 4 eine zweite Deckplatte 18 auf. Zwischen diesen Deckplatten 17, 18 befinden sich in regelmäßigen Abständen Stege 19, die im rechten Winkel zu den Deckplatten 17, 18 ausgerichtet sind und die beiden Deckplatten 17, 18 einstückig miteinander verbinden. Jeweils zwischen zwei benachbarten Stegen 19, befindet sich ein im Querschnitt rechteckigförmiger Kanal 20, der nach oben und unten jeweils durch Abschnitte der beiden Deckplatten 17, 18 begrenzt wird. Die Unterseite der Doppelstegplatte 5, d. h. die gesamte Fläche der zweiten Deckplatte 18, ist auf der einer rückwärtigen Isolierung 21 zugewandten Seite mit einer die Sonnenstrahlung absorbierenden Schicht 22 versehen. Bei dieser Schicht 22 handelt es sich um einen nach Art eines Anstrichs aufgebrachten Lack, der alternativ aber auch durch andere Auftragsverfahren appliziert werden kann. Die verwendete Beschichtung besitzt einen sehr hohen Absorptionsgrad über das gesamte Wellenlängenspektrum der von der Sonne emitierten Strahlung. Die an der Unterseite, d. h. der Absorberseite 4 der Doppelstegplatte 5 bei Sonneneinstrahlung entstehende Wärme wird aufgrund der rückseitigen Isolierung 21, die beispielsweise aus Polystyrol-Hartschaum oder auch anderen geeigneten Isoliermaterialien bestehen kann, nahezu vollständig an die untere Deckplatte 18 der Doppelstegplatte 5 abgegeben, so dass die Energieverluste sehr gering sind. Die im Betrieb des Solarkollektors 1 im Bereich der unteren Deckplatte 18 auftretenden Temperaturen sind in allen Betriebszuständen und sogar im Leerlauf des Solarkollektors 1, d. h. ohne Durchfluss eines wärmeabführenden Wärmeträgermediums so niedrig, dass das Kunststoffmaterial der Doppelstegplatte 5 dauerhaft keinen Schaden erleidet. Im Leerlauf kann im Übrigen durch Vorsehen geeigneter verschließbarer Lüftungsklappen oben und unten an dem Kollektor eine freie Konvektion der Luft ermöglicht werden, was eine wirkungsvolle Temperaturreduzierung bewirkt.
Aus 3 ist ersichtlich, dass in dem Zulaufrohr 7 auf dessen der Stirnseite 6 der Doppelstegplatte 5 zugewandter Längsseite eine der Anzahl der Kanäle 20 entsprechende Anzahl von Bohrungen 23 vorhanden sind. Durch diese Bohrungen, die bei der gegebenen Kollektorlänge 24 von 2000 mm einen Durchmesser von 1 mm besitzen, strömt das mit gewissem Vordruck in das Zulaufrohr 7 eingebrachte, zu erwärmende Wärmeträgermedium in das Innere des jeweiligen Kanals 20. Der Schwerkraft folgend fallen die aus den Bohrungen 23 austretenden Wasserstrahlen in einer Parabelkurve auf die die Absorberseite 4 bildende Deckplatte 18 und ein sich ausbildender Wasserfilm rinnt auf dieser nach unten. Aus 2a ergibt sich, dass die Dicke 25 des in dem Kanal 20 fließenden Wasserfilms nur etwa 5% bis 10% der lichten inneren Höhe 26 des Kanals 20 beträgt. Im vorliegenden Fall beträgt die innere Höhe 26 ca. 8 mm, die Dicke 25 des Films ca. 0,5 mm, so dass sich die Höhe 27 des über dem Wasserfilm verbleibenden Luftraums zu ca. 7,5 mm ergibt. Die Gesamtdicke 28 der Doppelstegplatte 5 beträgt 10 mm. In der in 2a gezeigten Ausschnittsvergrößerung aus 2 ist der Einfachheit halber nur ein Kanal 20 dargestellt und die darunter befindliche Isolierung 21 weggelassen.
Aus 3 ist schließlich noch zu ersehen, dass sich in dem Ablaufrohr 9, das bei einer unter einem Winkel 29 gegenüber einer horizontalen 30 geneigten Aufstellung des Solarkollektors 21 zugleich als Kollektorträger dient, ein Niveau 31 des sich sammelnden und abfließenden Wärmeträgermediums ausbildet.
Alternativ zu der Betriebsweise des Solarkollektors 1 mittels eines flüssigen Wärmeträgermediums ist auch die alleinige Verwendung eines gasförmigen Wärmeträgermediums (z. B. Luft) möglich. Gleichfalls möglich ist ein kombinierter Betrieb mit einem sich unten auf der Deckplatte 18 ausbildenden Film eines flüssigen Wärmeträgermediums und einer Durchströmung des darüber befindlichen Raums in dem Kanal 20 mit einem gasförmigen Wärmeträgermedi um. In diesem Fall kann beispielsweise die Einspeisung des gasförmigen Wärmeträgermediums durch in der oberen Deckplatte 17 befindliche Zuführöffnungen 32 erfolgen, die in den 1 und 3 lediglich andeutungsweise dargestellt sind. In 3 ist noch ein weiteres Zuführrohr 33 gestrichelt eingezeichnet, dass sich über die gesamte Breite des Solarkollektors 1 erstreckt und so wie das Zulaufrohr 7 auch sämtliche Kanäle – in diesem Fall jedoch mit gasförmigem Wärmeträgermedium – versorgt. Die Abfuhr des gasförmigen Wärmeträgermediums ist entweder im oberen Teil des unteren Ablaufrohrs 9 (im Bereich oberhalb des Wasserspiegels) möglich, insbesondere an der Stirnseite oberhalb des Ablaufstutzens 16. Alternativ kann aber auch ein zusätzliches unteres Ablaufrohr (analog zu dem oberen Zuführrohr 33) vorgesehen werden, das in der Zeichnung jedoch nicht dargestellt ist.
Alternativ zu der im Ausführungsbeispiel gezeigten Parallelschaltung sämtlicher Kanäle 20 ist gleichfalls möglich, durch entsprechende Trennstege im Zulaufrohr 7 bzw. Ablaufrohr 9 eine mäanderförmige Durchströmung der Kanäle 20 zu erreichen. In diesem Fall ist – bei geneigter Aufstellung des Kollektors – jedoch lediglich ein Betrieb mit vollständig mit dem jeweiligen Wärmeträgermedium gefüllten Kanälen 20 möglich. Es kommt also lediglich eine vollständige Ausfüllung der Kanäle mit einem flüssigen oder gasförmigen Wärmeträgermedium in Frage, das durch einen entsprechenden Überdruck im gesamten Kanalraum auch die "Bergauf-Abschnitte" herauf gefördert wird. Dabei können bei der Mäanderausbildung entweder benachbarte Kanäle 20 entgegengesetzte Strömungsrichtungen aufweisen oder aber es sind jeweils Gruppen mehrerer benachbarter Kanäle 20 so parallel geschaltet, dass in ihnen dieselbe Strömungsrichtung vorliegt, wohingegen in den benachbarten Gruppen die entgegengesetzte Strömungsrichtung vorliegt.
Bei dem im Ausführungsbeispiel gezeigten Solarkollektor ist in dem Innern der Kanäle 20 – bei reinem Betrieb mit einem flüssigen Wärmeträgermedium und einer Filmausbildung auf der unteren Deckplatte 18 – kein Überdruck sondern lediglich der Atmosphärendruck vorhanden. Die Strömung des flüssigen Wärmeträgermediums innerhalb des jeweiligen Kanals 20 unterliegt somit den Gesetzen der Strömung in einem sogenannten "offenen Gerinne". Die Dichtigkeitsanforderungen und die Materialbeanspruchung des erfindungsgemäßen Solarkollektors 1 sind daher besonders niedrig.
Schließlich ist unter einer Doppelstegplatte 5 im Rahmen der vorliegenden Anmeldung auch ein um eine Achse oder um mehrere Achsen gewölbte Ausführung der "Platte" zu verstehen, so dass in diesem Fall von einem schalenförmigen Bauelement gesprochen werden kann. Die Vorzüge und Verwendungsmöglichkeiten sind jedoch grundsätzlich dieselben wie bei der beschriebenen "ebenen Ausführung" der Doppelstegplatte 5.

1: Solarkollektor
2: Durchlassseite
3: Sonnenstrahlung
4: Absorberseite
5: Doppelstegplatte
6: Stirnseite
7: Zulaufrohr
8: Stirnseite
9: Ablaufrohr
10: Dicke
11: Verschlussdeckel
12: Verschlussdeckel
13: Verschlussdeckel
14: Verschlussdeckel
15: Zulaufstutzen
16: Ablaufstutzen
17: Deckplatte
18: Deckplatte
19: Stege
20: Kanal
21: Isolierung
22: Schicht
23: Bohrung
24: Kollektorlänge
25: Dicke
26: Höhe
27: Höhe
28: Gesamtdicke
29: Winkel
30: Horizontale
31: Niveau
32: Zuführöffnung
33: Zuführrohr

Claims

Solarkollektor (1) mit einem Zulauf für ein zu erwärmendes fluidisches Wärmeträgermedium und einem Ablauf für das erwärmte Wärmeträgermedium und mit einer Mehrzahl von zwischen dem Zulauf und dem Ablauf angeordneten, von dem Wärmeträgermedium durchströmbaren Kanälen (20), durch deren Wandungen hindurch Wärme auf das Wärmeträgermedium übertragbar ist, wobei der Solarkollektor (1) eine für Sonnenstrahlung (3) durchlässige Durchlassseite (2) und eine dieser gegenüberliegende Absorberseite (4) aufweist, die wärmeleitend mit den Wandungen der Kanäle (20) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (20) von einer einstückig ausgeformten Doppelstegplatte (5) gebildet sind, die zwei im Abstand zueinander verlaufende Deckplatten (17, 18) und eine Mehrzahl von diese verbindenden Stegen (19) aufweist, wobei ein Kanal (20) jeweils von zwei Stegen (19) und jeweils einem Abschnitt der beiden Doppelstegplatten (17, 18) begrenzt ist.
Solarkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Doppelstegplatte (5) aus transparentem oder transluzentem Kunststoffmaterial, insbesondere aus Polycarbonat, besteht.
Solarkollektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine den Kanälen (20) abgewandte Rückseite der auf der Absorberseite (4) befindlichen Deckplatte (18) mit einer Sonnenstrahlung (3) absorbierenden Schicht (22) wärmeleitend gekoppelt ist.
Solarkollektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (22) eine im flüssigen Zustand aufgebrachte ausgehärtete Beschichtung ist.
Solarkollektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (22) von einer Absorberplatte gebildet ist, die in unmittelbarem Kontakt mit der Rückseite der Deckplatte (18) steht.
Solarkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die auf der Absorberseite (4) befindliche Deckplatte (18) selbst und/oder die Stege (19) selbst aus Sonnenstrahlung (3) absorbierendem Material bestehen.
Solarkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass er zumindest auf der Absorberseite (4) und/oder an den Stirnseiten nach außen hin von einer Isolierung (22) abgeschlossen ist.
Solarkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulauf von einem Zulaufkanal gebildet ist, der sich an einer Stirnseite (6) quer über die Öffnungsquerschnitte der Kanäle (20) erstreckt.
Solarkollektor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulaufkanal ein Zulaufrohr (7) ist, in dem sich eine Mehrzahl von Bohrungen (23) befinden, die jeweils in einen Kanal (20) münden, wobei mit jedem Kanal eine Bohrung (23) korrespondiert.
Solarkollektor nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ablaufkanal und/oder der Zulaufkanal einen Längsschlitz besitzt bzw. besitzen, in den die Doppelstegplatte (5) so eingreift, dass die Außenseite der Deckplatten (17, 18) mit den Längsschlitz begrenzenden Wandungen des Ablaufkanals oder Zulaufkanals in dichtendem Kontakt stehen.
Verfahren zum Betrieb eines Solarkollektors (1) mit einem Zulauf für ein zu erwärmendes fluidisches Wärmeträgermedium und einem Ablauf für das erwärmte Wärmeträgermedium und mit einer Mehrzahl von zwischen dem Zulauf und dem Ablauf angeordneten, von dem Wärmeträgermedium durchströmbaren Kanälen (20), durch deren Wandungen hindurch Wärme auf das Wärmeträgermedium übertragbar ist, wobei der Solarkollektor (1) eine für Sonnenstrahlung (3) durchlässige Durchlassseite (2) und eine dieser gegenüberliegende Absorberseite (4) aufweist, die wärmeleitend mit den Wandungen der Kanäle (20) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssige Wärmeträgermedium beim Durchströmen der Kanäle (20) deren Querschnitt jeweils lediglich zum Teil ausfüllt.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandungen der Kanäle (20) zumindest auf der Durchlassseite (2) zumindest teilweise transparent oder transluzent sind.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Solarkollektor (1) eine Doppelstegplatte (5) aufweist, die vollständig aus transparentem oder transluzentem Kunststoffmaterial, insbesondere aus Polycarbonat, besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kanal (20) sowohl von einem flüssigen Wärmeträgermedium als auch von einem gasförmigen Wärmeträgermedium durchströmt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssige Wärmeträgermedium und das gasförmige Wärmeträgermedium in entgegengesetzte Richtungen durch die Kanäle geführt werden und über die gesamte Länge der Kanäle (20) schichtweise voneinander getrennt sind.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssige Wärmeträgermedium den Kanälen (20) über mindestens einen ersten Zulauf zugeführt und aus diesem über mindestens einen ersten Ablauf abgeführt wird und das gasförmige Wärmeträgermedium den Kanälen (20) über mindestens einen zweiten Zulauf zugeführt und aus diesen über mindestens einen zweiten Ablauf abgeführt wird.