DE102009022932A1 - Solar collector has absorber which is surrounded by housing, where absorber is made of metallic or metallized, netted three-dimensional structure, where three-dimensional structure is open-pored metal foam and closed-pored metal foam - Google Patents

Solar collector has absorber which is surrounded by housing, where absorber is made of metallic or metallized, netted three-dimensional structure, where three-dimensional structure is open-pored metal foam and closed-pored metal foam Download PDF

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Abstract

The solar collector has an absorber which is surrounded by a housing, where the absorber is made of a metallic or metallized, netted three-dimensional structure. The metallic, netted three-dimensional structure is open-pored metal foam (3) and closed-pored metal foam. The open-pored metal foam and the closed-pored metal foam are made of aluminum or aluminum alloy. The open-pores metal foam is made of copper or copper alloy. The three-dimensional structure is a ceramic structure.

Description

Die Erfindung betrifft einen richtungsunabhängigen Solarkollektor mit hohem Wirkungsgrad, dessen Anwendung sich besonders als thermischer Kollektor, z. B. zur Trocknung von Gebäuden oder als Heizungsunterstützung, oder als Solarkonzentrator anbietet.The The invention relates to a direction-independent solar collector with high efficiency, whose application is particularly suitable as a thermal collector, z. B. for drying buildings or as a heating support, or as a solar concentrator.

Solarkollektoren sind Vorrichtungen, welche mittels eines Absorbers die im Sonnenlicht enthaltene Energie auffangen, in Wärme umwandeln und an ein Übertragungsmedium abgeben. Die gewonnene Wärmeenergie wird üblicherweise zur Erzeugung von Warmwasser oder zur Raumheizung verwendet. Vereinzelt wird die Wärmeenergie auch zur Erzeugung von elektrischer Energie, z. B. mittels Generatoren, die durch Wärmekraftmaschinen angetrieben werden, eingesetzt.solar collectors are devices which by means of an absorber in the sunlight trap contained energy, convert it to heat and to a transmission medium submit. The recovered heat energy is usually used for the production of hot water or for space heating. isolated The heat energy is also used to generate electrical energy Energy, z. B. by means of generators by heat engines be driven, used.

Solarkollektoren nutzen nahezu das gesamte Strahlungsspektrum des Sonnenlichts; infolgedessen können mit ihnen relativ hohe Wirkungsgrade erreicht werden. Der Wirkungsgrad von Solarkollektoren bestimmt sich vordergründig durch dessen Absorber, aber auch durch die Wärmedämmwirkung seines Gehäuses.solar collectors use almost the entire radiation spectrum of sunlight; Consequently can be achieved with them relatively high efficiencies. The efficiency of solar collectors is determined superficially by its absorber, but also by the thermal insulation effect of his Housing.

Absorber von Solarkollektoren müssen das kurzwelligere Sonnenlicht gut aufnehmen und dürfen gleichzeitig langwelligere Wärmestrahlung nur schwach emittieren. Außerdem müssen sie einen möglichst vollständigen Wärmetausch mit dem Wärmeträgermedium ermöglichen.absorber Solar collectors need the shorter wavelength sunlight absorb well and may at the same time long-wave heat radiation only emit weakly. Besides, they need one as possible complete heat exchange with the heat transfer medium enable.

Die mit einer transparenten Scheibe für den Lichteinfall versehenen Gehäuse von Solarkollektoren, müssen gut wärmegedämmt sein, um zu verhindern, dass die gewonnene Wärmeenergie wieder verloren geht.The provided with a transparent pane for the incidence of light Housing of solar collectors, must be well insulated be to prevent the recovered heat energy lost again.

Die Wärmedämmung der Gehäuse ist technisch bereits sehr weit entwickelt. Die Gehäuse von sogenannten Vakuumröhrenkollektoren sind mittels Vakuumisolierungen wärmegedämmt. Ihre Scheiben bestehen aus beschichtetem Glas, das eine hohe Transparenz für das kurzwelligere Sonnenlicht und eine hohe Reflektivität für langwelligere Wärmestrahlung hat.The Thermal insulation of the housing is technical already very well developed. The housing of so-called Vacuum tube collectors are by means of vacuum insulation thermally insulated. Their discs are made of coated Glass that provides high transparency for the shorter-wavelength sunlight and a high reflectivity for longer wavelengths Heat radiation has.

Als Absorber werden bislang mit speziellen Beschichtungen versehene Aluminium- oder Kupferbleche eingesetzt. Mit solchen Blechen kann jedoch weder eine maximale Absorption des Sonnenlichts noch eine minimale Emission von Wärmestrahlung erreicht werden. Darüber hinaus ist so auch kein optimaler Wärmetausch mit dem Wärmeträgermedium möglich.When Absorbers have so far been provided with special coatings Aluminum or copper sheets used. With such sheets can however, neither maximum absorption of sunlight nor one minimal emission of heat radiation can be achieved. About that In addition, so no optimal heat exchange with the heat transfer medium is possible.

Aufgrund dessen, dass die Gehäuse von Sonnenkollektoren bereits sehr effektiv sind, zielen Weiterentwicklungen von Solarkollektoren auf verbesserte Absorber.by virtue of that the housings of solar panels already are very effective, aim at further developments of solar collectors on improved absorbers.

So wird in AT 411 104 B ein Absorber für einen Solarluftkollektor vorgestellt, der aus längsseitig nebeneinander gereihten Blechprofilen besteht, die derart abgekantet sind, dass einerseits durch die Blechprofile Luftkanäle gebildet werden und anderseits deren Oberfläche vergrößert wird. Hierdurch soll die Wärmeübertragung des Absorbers auf das Wärmeträgermedium Luft verbessert werden. Eine Verbesserung des Absorptions-(Sonnenlicht) und Emissionsverhaltens (Wärmestrahlung) des Absorbers wird jedoch nicht erreicht.So will in AT 411 104 B an absorber for a solar air collector presented, which consists of longitudinally juxtaposed sheet metal profiles, which are folded so that on the one hand by the sheet metal profiles air ducts are formed and on the other hand, the surface is increased. This is intended to improve the heat transfer of the absorber to the heat transfer medium air. An improvement of the absorption (sunlight) and emission behavior (heat radiation) of the absorber is not achieved.

In DE 44 31 124 A1 wird ein thermischer Solarkollektor beschrieben, der aus transparenten, vollständig mit einem porösen Absorber gefüllten Glasrohren besteht, die von einem Wärmeträgermedium durchströmt werden. Die Glasrohre sind mit einem Reflektor umgeben.In DE 44 31 124 A1 describes a thermal solar collector, which consists of transparent, completely filled with a porous absorber glass tubes, which are flowed through by a heat transfer medium. The glass tubes are surrounded by a reflector.

Durch die Verwendung eines volumetrischen Absorbers anstatt der üblichen Bleche ist an sich eine Verbesserung des Wirkungsgrades von Solarkollektoren erreichbar. Allerdings bilden poröse Absorber üblicherweise einen sehr hohen Strömungswiderstand, was hier angenommen werden muss, da der poröse Körper nicht näher spezifiziert wurde. Daraus folgt, dass nur wenig Wärmeenergie pro Zeit transportiert wird, woraus letztlich ein schlechter Wärmetausch resultiert.By the use of a volumetric absorber instead of the usual one Sheet metal is in itself an improvement in the efficiency of solar collectors reachable. However, porous absorbers usually form a very high flow resistance, which is assumed here must be because the porous body is not closer was specified. It follows that only little heat energy is transported per time, which ultimately causes a poor heat exchange results.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Solarkollektor zu schaffen, der einen Absorber besitzt, der ein hohes Absorptionsvermögen für Sonnenlicht und eine geringe Emission von Wärmestrahlung zeigt. Außerdem soll der Absorber einen guten Wärmetausch zu Wärmeträgermedien ermöglichen.Of the Invention has for its object to provide a solar collector which has an absorber, which has a high absorption capacity for sunlight and low emission of heat radiation shows. In addition, the absorber should have a good heat exchange allow for heat transfer media.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungen ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 12.These The object is achieved by the features of claim 1. Further advantageous embodiments emerge from the claims 2 to 12.

Ausgegangen wird von einem Solarkollektor, dessen Absorber von einem Gehäuse umgeben ist. Nach Maßgabe der Erfindung besteht der Absorber aus einer metallischen, vernetzten 3D-Struktur. Es ist vorgesehen, dass der Absorber bevorzugt aus offenporigem Metallschaum aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht. Besonders geeignet sind Kupfer und Kupferlegierungen, die sich durch eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit auszeichnen.Went out is powered by a solar collector, its absorber from a housing is surrounded. According to the invention, the absorber consists a metallic, networked 3D structure. It is provided that the absorber preferably made of open-pore metal foam made of aluminum or an aluminum alloy. Particularly suitable are copper and copper alloys, characterized by a very high thermal conductivity distinguished.

Eine wesentlich kostengünstigere Alternative stellt geschlossenporiger Metallschaum dar, der allerdings im Vergleich zu offenporigen Metallschaum einen, wenn gleich nur geringfügig, niedrigeren Wirkungsgrad hat. Sowohl der offenporige, als auch der geschlossenporige Metallschaum bestehen aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Der Wirkungsgrad eines Absorbers aus geschlossenporigem Metallschaum lässt sich steigern, indem man auf die Oberfläche des geschlossenporigen Metallschaums eine Schicht aus offenporigem Metallschaum aufbringt; der Absorber besteht also sowohl aus offenporigem, als auch aus geschlossenporigem Metallschaum, wobei durch den offenporigen Metallschaum die Reflektionen des Sonnenlichts weitestgehend verhindert wird.A much cheaper alternative is closed-cell metal foam, but in comparison to open-cell metal foam one, if only slightly, lower We kungsgrad degree. Both the open-pore and the closed-pore metal foam are made of aluminum or an aluminum alloy. The efficiency of an absorber made of closed-cell metal foam can be increased by applying a layer of open-pore metal foam to the surface of the closed-cell metal foam; The absorber therefore consists of both open-pore and closed-pore metal foam, whereby the reflections of the sunlight are largely prevented by the open-pored metal foam.

Eine kostengünstige, allerdings insbesondere bezüglich des Wärmaustauschs verschlechterte Alternative zum Metallschaum stellt offenporiger Kunststoffschaum (z. B. Polyurethan-Schaum) dar, der mit Metall beschichtet ist. In gleicher Weise kann der Grundkörper aus Keramikschaum bestehen.A inexpensive, but in particular with respect the heat exchange deteriorated alternative to the metal foam provides open-pored plastic foam (eg polyurethane foam) which is coated with metal. In the same way, the Body made of ceramic foam.

Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass sowohl die offenporigen Metallstrukturen als auch die geschlossenporigen Metallstrukturen mit dotiertem Silicium beschichtet sind.It is inventively provided that both the open-pored metal structures as well as the closed-pore metal structures coated with doped silicon.

Zumindest für die Teile der Oberfläche des Absorbers, die der Sonne zugewandt sind, sind Beschichtungen vorgesehen, die die eingestrahlte kurzwellige Sonnenenergie gut aufnehmen (hoher Absorptionsgrad im Bereich der Solarstrahlung), jedoch die im Absorber erzeugte längerwelligere Wärmestrahlung nur in geringem Maße abgeben (geringer Emissionsgrad im Bereich der Wärmestrahlung). Als Beschichtungen werden deshalb Schwarznickel oder kommerziell erhältliche Beschichtungen eingesetzt, die u. a. unter den Handelsnamen TiNOX, eta plus und sun select bekannt sind.At least for the parts of the surface of the absorber, the are facing the sun, coatings are provided which the Ingested short-wave solar energy well absorb (high absorption in the area of solar radiation), but the one generated in the absorber longer-wave heat radiation only in small Give measurements (low emissivity in the range of heat radiation). As coatings are therefore black nickel or commercially available coatings used u. a. under the trade names TiNOX, eta plus and sun select are known.

Die Schaumstruktur des Absorbers zeichnet sich durch ein sehr gutes Verhältnis von Absorption zu Reflexion aus. Die Absorption kann, abhängig von der Porengröße, beim offenporigen Metallschaum bis in eine Tiefe von 30 mm erfolgen; Reflexion findet hingegen nur in geringem Maße statt, da keine regelmäßige Reflexionsfläche vorhanden ist. Der geringe Anteil reflektierter Strahlung wird außerdem, bevor er den Metallschaum verlassen kann, größtenteils wieder in die Schaumstruktur zurückgestreut, d. h. der Schaum wirkt als sogenannte Lichtfalle.The Foam structure of the absorber is characterized by a very good Ratio of absorption to reflection. The absorption can, depending on the pore size, when open-pore metal foam to a depth of 30 mm; Reflection, however, takes place only to a small extent, since no regular reflection surface available is. The low proportion of reflected radiation is also before he can leave the metal foam, mostly backscattered back into the foam structure, d. H. the foam acts as a so-called light trap.

Um hohe Wirkungsgrade zu erreichen, muss in der Absorbereinheit auch ein guter Wärmetausch zwischen dem Absorber und dem eingesetzten gasförmigen (Luft) oder flüssigen (Wasser, Öl) Wärmeträgermedium, das sich entweder aufgrund von Konvektion durch die Absorbereinheit bewegt oder aktiv gepumpt wird, erfolgen. Dies wird durch Verwendung einer offenporigen Struktur, die einerseits von Wärmetransportmedien gut durchströmt werden kann (geringer Strömungswiderstand) und andererseits eine große Oberfläche besitzt, am besten gewährleistet.Around High efficiencies must be achieved in the absorber unit as well a good heat exchange between the absorber and the inserted gaseous (air) or liquid (water, oil) Heat transfer medium, either due to convected by the absorber unit or actively pumped will be done. This is done by using an open-pore structure, on the one hand well flows through heat transfer media can be (low flow resistance) and on the other hand a has a large surface, best guaranteed.

Bei Verwendung von geschlossenporigem Metallschaum ist vorgesehen, den Absorber mit Rohren zu versehen oder in die Schaumstruktur Kanäle einzuprägen, durch die das Wärmeträgermedium gepumpt wird. Die hohe Dichte des geschlossenporigen Metallschaums erlaubt einen höheren Wärmestrom von der Absorptionsfläche zu dem Wärmeübertrager. Das Einprägen der Kanalstruktur erlaubt die Tiefe und Breite der Kanäle nach Belieben zu variieren und so einen optimalen Abtransport der Wärme aus der Struktur zu gewährleisten. Mit entsprechend geprägten Blechen, die in die Kanalstruktur eingebracht werden, wird der Metallschaum gegenüber dem Wärmeträgermedium (z. B. Thermoöl) abgedichtet. Die eingebrachten Bleche schützen zudem den Metallschaum gegenüber aggressiver Wärmeträgermedien (z. B. Chlorhaltiges Wasser in Schwimmbädern) vor Korrosion.at Use of closed-cell metal foam is provided, the To provide absorbers with pipes or to engrave channels in the foam structure, through which the heat transfer medium is pumped. The high density of the closed-cell metal foam allows one higher heat flux from the absorption surface to the heat exchanger. The memorizing The channel structure allows the depth and width of the channels to vary at will and so optimal removal of the To ensure heat from the structure. With accordingly embossed sheets, which are introduced into the channel structure be, the metal foam against the heat transfer medium (eg thermal oil) sealed. The inserted sheets also protect the metal foam against aggressive Heat transfer media (eg chlorine-containing water in swimming pools) from corrosion.

Der Absorber ist erfindungsgemäß in einem Gehäuse eingebracht und von einer Scheibe aus durchsichtigem Material, vorzugsweise Glas, ausgeführt als Fensterglas oder Glas mit einer Linse (Fresnel-Linse), abgedeckt, wobei der Absorber und die Scheibe durch einen Luftspalt getrennt sind. Das Gehäuse, je nach Verwendung kasten- oder rohrförmig ausgeführt, ist thermisch isoliert, z. B. mittels geschäumtem Glas oder Vakuum.Of the Absorber according to the invention in a housing introduced and from a disc of transparent material, preferably Glass, executed as window glass or glass with a lens (Fresnel lens), covered with the absorber and the disc through an air gap are separated. The housing, depending on the use box-shaped or tubular, is thermal isolated, e.g. B. by means of foamed glass or vacuum.

Erfindungsgemäß wird der über entsprechende Zu- und Ableitungen verfügende Metallschaum durch ein Fluid, vorzugsweise Luft, aber auch Wasser, ein organisches Fluid (ORC) oder Thermoöl durchströmt. Es ist vorgesehen, dass das ummantelte Komposit Metallschaum/Glas/Isolierung vakuumdicht verschlossen ist, wobei die Wärme über feste Körper, beispielsweise Rohre, weitergeleitet wird.According to the invention the one with appropriate inlets and outlets Metal foam by a fluid, preferably air, but also water, flows through an organic fluid (ORC) or thermal oil. It is envisaged that the coated composite metal foam / glass / insulation vacuum-tight is closed, whereby the heat over solid bodies, For example, pipes, is forwarded.

Bei einer kastenförmigen Ausführung des thermischen Absorbers können Temperaturen im Bereich von 60 bis 100°C erreicht werden, in speziell gestalteten rohrförmigen Absorbern, die in Solarkonzentratoren eingesetzt sind, wird ein Temperaturniveau von 150 bis 300°C erreicht.at a box-shaped design of the thermal Absorbers can reach temperatures ranging from 60 to 100 ° C be achieved in specially designed tubular absorbers, which are used in solar concentrators, becomes a temperature level reached from 150 to 300 ° C.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von acht Ausführungsbeispielen näher erläutert; hierzu zeigen:The Invention will be described below with reference to eight embodiments explained in more detail; show:

1: einen kastenförmigen Solarkollektor im seitlichen Schnitt; 1 a box-shaped solar collector in the lateral section;

2: einen Solarkollektor mit Fresnel-Linse in Schrägdraufsicht; 2 a solar collector with Fresnel lens in a diagonal top view;

3: einen rohrförmigen Solarkollektor im Längsschnitt; 3 : a tubular solar collector in the Longitudinal section;

4: einen rohrförmigen Solarkollektor im Querschnitt; 4 a tubular solar collector in cross section;

5: einen Solarkollektor mit mehreren rohrförmigen, parallel angeordneten Elementen. 5 : a solar collector with several tubular, parallel elements.

6: einen Absorber, bestehend aus einer Kombination von offenporigem und geschlossenporigem Metallschaum 6 : an absorber consisting of a combination of open-pored and closed-pore metal foam

7: einen Absorber mit eingeprägten Kanälen 7 : an absorber with embossed channels

8: eine dreidimensionale, tetraederförmige Anordnung von Absorbern 8th : a three-dimensional, tetrahedral arrangement of absorbers

Der in 1 dargestellte Solarkollektor besteht aus der Ummantelung 1, der Isolationsschicht 2 und dem offenporigen Metallschaum 3, der durch einen Spalt 4 von der Glasscheibe 5 getrennt ist. Die Wärmeleitung erfolgt über die Rohre 6.The in 1 illustrated solar collector consists of the sheath 1 , the insulation layer 2 and the open-pored metal foam 3 passing through a gap 4 from the glass pane 5 is disconnected. The heat conduction takes place via the pipes 6 ,

Die Verwendung eines solchen Solarkollektors bietet sich beispielsweise als Verkleidungselement an Gebäudewänden an, wobei er hier auch speziell zur dauerhaften Trockenlegung genutzt werden kann.The Use of such a solar collector, for example, offers as a cladding element on building walls, wherein it can also be used here for permanent drainage can.

2 zeigt (im Schnitt) einen Solarkollektor, bei dem die Scheibe 5 als Glasplatte mit Fresnel-Linse ausgeführt ist. Der Metallschaum 3 ist kanalartig 7 ausgespart. Zudem weist er den Latentspeicher 8 auf. 2 shows (on average) a solar collector, in which the disc 5 is designed as a glass plate with Fresnel lens. The metal foam 3 is channel-like 7 spared. He also has the latent memory 8th on.

Dieser Solarkollektor eignet sich besonders für die Unterstützung von Heizungsanlagen (z. B. in Eigenheimen), da durch den Latentspeicher 8 eine längerfristige und weitgehend konstante Wärmeabgabe erreicht wird.This solar collector is particularly suitable for the support of heating systems (eg in homes), as by the latent storage 8th a longer-term and largely constant heat release is achieved.

Bei dem in 3 und 4 dargestellten rohrförmigen Solarkollektor befindet sich der Absorber 3, dessen Metallschaum aus einer CuAl-Legierung besteht, in einem innenverspiegelten Rohrsegment 11. Das Rohrsegment 11 ist mit einer Lage wärmeisolierenden Materials 2 isoliert; vorteilhaft könnte es auch mit einem evakuierten doppelwandigen Rohr umgeben sein. Das Rohrsegment 11 und die thermische Isolierung 2 sind zum mechanischen Schutz mit der Ummantelung 1 gekapselt. An dem durch das Rohrsegment 11, die Isolierung 1 und die Ummantelung 2 gebildeten Gehäuse 10 sind Verbindungsstutzen für die Zu- und Ableitung des Wärmeträgermediums angebracht.At the in 3 and 4 shown tubular solar collector is the absorber 3 , whose metal foam consists of a CuAl alloy, in an internally mirrored pipe segment 11 , The pipe segment 11 is with a layer of heat-insulating material 2 isolated; Advantageously, it could also be surrounded by an evacuated double-walled tube. The pipe segment 11 and the thermal insulation 2 are for mechanical protection with the sheathing 1 capsuled. At the through the pipe segment 11 , the insulation 1 and the sheath 2 formed housing 10 connecting pieces for the supply and discharge of the heat transfer medium are attached.

Der Absorber 3 hat die Form eines längs angeschnittenen Zylinders, wobei die ebene Schnittfläche die Absorberfläche 9 bildet. Diejenigen Teile der Oberfläche des Absorbers 3, die beim Betrieb der Sonne zugewandt sind, sind mit einer unter dem Handelsnamen „TiNOX” bekannten Beschichtung versehen, die bewirkt, dass der Absorber 3 einen hohen Absorptionsgrad in Bereich der Solarstrahlung und einen geringen Emissionsgrad im Bereich der Wärmestrahlung hat.The absorber 3 has the shape of a longitudinally cut cylinder, wherein the flat sectional area of the absorber surface 9 forms. Those parts of the surface of the absorber 3 , which face the sun during operation, are provided with a coating known under the trade name "TiNOX", which causes the absorber 3 has a high degree of absorption in the range of solar radiation and a low emissivity in the range of heat radiation.

Der Absorber 3 ist mit den drei scheibenförmigen Befestigungselementen 12 zentriert, die aus metallischem Vollmaterial bestehen und so auch als Wärmespeicher wirken. Außerdem tragen die scheibenförmigen Befestigungselemente 12 zu einer verbesserten Anströmung des Metallschaums bei, indem sie der Strömung des Mediums durch den Metallschaumzylinder eine Vorzugsrichtung geben und eine freie, turbulente Strömung entlang der Zylinderoberfläche ermöglichen.The absorber 3 is with the three disc-shaped fasteners 12 centered, which consist of metallic solid material and thus act as a heat storage. In addition, the disc-shaped fasteners carry 12 to an improved flow of the metal foam by giving the flow of the medium through the metal foam cylinder a preferred direction and allow a free, turbulent flow along the cylinder surface.

Die Absorberfläche 9 befindet sich direkt vor der Glasscheibe 5, die mit In2O3 beschichtet ist, wodurch erreicht wird, dass die Glasscheibe 5 das einfallende Sonnenlicht durchlässt, die im Solarkollektor auftretende Wärmestrahlung jedoch weitgehend zurückhält.The absorber surface 9 is right in front of the glass 5 which is coated with In 2 O 3 , which achieves that the glass pane 5 lets in the incident sunlight, but largely restrains the heat radiation occurring in the solar collector.

In 5 ist ein Solarkollektor dargestellt, der aus mehreren rohrförmigen, parallel und sich berührend angeordneten Elementen aufgebaut ist, die völlig mit Glas ummantelt sind. Solche oder ähnlich aufgebaute Kollektoren eröffnen vielfältige Gestaltungs- und Verwendungsmöglichkeiten.In 5 a solar collector is shown, which is composed of a plurality of tubular, parallel and touching arranged elements, which are completely covered with glass. Such or similar constructed collectors open up a variety of design and application possibilities.

Einen Absorber 3, der eine Kombination aus geschlossenporigem Metallschaum 13 und offenporigen Metallschaum 14 ist, ist in 6 dargestellt. Der offenporige Metallschaum 14 befindet sich dabei auf der der Sonne zugewandten Seite des Absorbers 3. Dadurch wird erreicht, dass die Sonnenstrahlung zunächst tief in den Absorber eindringt und in ihm schließlich annähernd vollständig absorbiert wird. Im Gegensatz zu einem Absorber 3 der gänzlich aus geschlossenporigem Metallschaum 13 besteht, lässt sich somit der Anteil des reflektierten Sonnenlichts senken.An absorber 3 , which is a combination of closed-cell metal foam 13 and open-pored metal foam 14 is, is in 6 shown. The open-pored metal foam 14 is located on the sun-facing side of the absorber 3 , It is thereby achieved that the solar radiation first penetrates deep into the absorber and is finally almost completely absorbed in it. Unlike an absorber 3 the entirely of closed-pore metal foam 13 Thus, the proportion of reflected sunlight can be lowered.

Einen Absorber 3, bei dem in den geschlossenporigen Metallschaum Kanäle 7 eingeprägt wurden wird in 7 gezeigt. Der Metallschaum wiederum ist in Kontakt mit einer thermischen Isolierung 2 gebracht. Diese verfügt ebenfalls über eingeprägte Kanäle 7. Durch das zusammenfügen von Metallschaum und thermischer Isolation 2 erhält man eine definierte Kanalstruktur, durch die ein Fluid strömen kann. Der Wärmetransport innerhalb des Absorbers kann durch eine freie Gestaltung der Kanäle 7 optimiert werden.An absorber 3 in which in the closed-cell metal foam channels 7 are imprinted in 7 shown. The metal foam in turn is in contact with a thermal insulation 2 brought. This also has embossed channels 7 , By joining metal foam and thermal insulation 2 one obtains a defined channel structure through which a fluid can flow. The heat transfer within the absorber can be achieved by a free design of the channels 7 be optimized.

In 8 ist schließlich eine dreidimensionale Anordnung von Absorbern 3 gezeigt, die tetraederförmig ist. Mit einer solchen Anordnung der Absorber wird erreicht, dass das in den Solarkollektor einfallende Licht unabhängig von der Einfallrichtung mit einem besonders hohen Wirkungsgrad genutzt wird. Getragen wird die tetraederförmige Anordnung der Absorber 3 von einer dreibeinigen Konstruktion, die so bemessen ist, dass erwachsene Personen unter der Absorberanordnung hindurchgehen können.In 8th is finally a three-dimensional array of absorbers 3 shown the tetrahedron is shaped. With such an arrangement of the absorber is achieved that the incident light into the solar collector is used regardless of the direction of incidence with a particularly high efficiency. The tetrahedral arrangement of the absorbers is supported 3 of a three-legged design, sized to allow adults to pass beneath the absorber assembly.

Als weitere (nicht dargestellte) Ausführungsvariante ist vorgesehen, einen planaren Solarkollektor auf einer tetraederförmigen Tragkonstruktion zu montieren, die in einem ihrer Eckpunkt ihrer Grundfläche drehbar gelagert ist. Dadurch kann der Solarkollektor besonders einfach dem Verlauf der Sonne über den Tag hinweg nachgeführt werden. Wird die Tragkonstruktion auf einer Wasserfläche schwimmbar gelagert, so lässt sich der Solarkollektor sogar reibungsfrei nachführen.When further (not shown) embodiment variant is provided a planar solar collector on a tetrahedral To mount supporting structure in one of their corner point of their Base is rotatably mounted. This allows the solar collector especially easy the course of the sun over the day be tracked. Will the support structure on a Flooded water surface, so can be the solar collector can even track without friction.

Vorteilhaft ist es, als Fluid und als Latentspeicher Zeolithe oder Silikagel zu verwenden. Diese Stoffe zeichnen sich dadurch aus, Wasser unter Wärmeabgabe aufzunehmen und es unter Wärmezufuhr wieder abzugeben. Dieser Effekt lässt sich gut mit einem Solarkollektor kombinieren. In einer Ausführungsvariante ist es vorgesehen, mit Wasser gesättigtes Zeolith oder Silikagel in Pulverform durch die Absorber des Solarkollektors strömen zu lassen, um diesen das Wasser zu entziehen. Das getrocknete Zeolith oder Silikagel wird anschließend ohne Wärmeverlust gelagert. Wird das Zeolith oder Silikagel wieder mit Wasser in Kontakt gebracht, so gibt es die zuvor aufgenommene Energie wieder ab, die dann zur Deckung des Wärmebedarfs eines Gebäudes genutzt werden kann. Gebäude lassen sich klimatisieren, wenn man diese Stoffe an den Fassaden eines Gebäudes verbaut.Advantageous It is, as a fluid and as a latent storage zeolites or silica gel to use. These substances are characterized by water under Absorb heat and heat it again leave. This effect works well with a solar collector combine. In one embodiment, it is intended water-saturated zeolite or silica gel in powder form to flow through the absorbers of the solar collector, to remove the water from it. The dried zeolite or Silica gel is then without heat loss stored. Will the zeolite or silica gel again contact with water brought, it releases the previously absorbed energy, the then to cover the heat demand of a building can be used. Buildings can be conditioned, if you use these substances on the facades of a building.

11
Ummantelungjacket
22
Thermische Isolierungthermal insulation
33
Absorberabsorber
44
Spaltgap
55
Scheibedisc
66
Rohrpipe
77
Kanälechannels
88th
Latentspeicherlatent storage
99
Absorberflächeabsorber surface
1010
Gehäusecasing
1111
Rohrsegmentpipe segment
1212
Befestigungselementfastener
1313
Geschlossenporiger Metallschaumclosed- metal foam
1414
Offenporiger Metallschaumopen-pored metal foam

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Claims (19)

Solarkollektor mit mindestens einem Absorber (3), der von einem Gehäuse (10) umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Absorber (3) aus einer metallischen oder metallisierten, vernetzten 3D-Struktur besteht.Solar collector with at least one absorber ( 3 ), of a housing ( 10 ), characterized in that the absorber ( 3 ) consists of a metallic or metallized, networked 3D structure. Solarkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische, vernetzte 3D-Struktur offenporiger Metallschaum (14) ist.Solar collector according to claim 1, characterized in that the metallic, crosslinked 3D structure of open-pored metal foam ( 14 ). Solarkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische, vernetzte 3D-Struktur geschlossenporiger Metallschaum (13) ist.Solar collector according to claim 1, characterized in that the metallic, crosslinked 3D structure closed-cell metal foam ( 13 ). Solarkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische, vernetzte 3D-Struktur eine Kombination aus offenporigen (14) und geschlossenporigen (13) Metallschaum ist.Solar collector according to claim 1, characterized in that the metallic, crosslinked 3D structure is a combination of open-pored ( 14 ) and closed-pore ( 13 ) Metal foam is. Solarkollektor nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der offenporige (14) und der geschlossenporige (13) Metallschaum aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehen.Solar collector according to claim 1 to 4, characterized in that the open-pored ( 14 ) and the closed-cell ( 13 ) Metal foam made of aluminum or an aluminum alloy. Solarkollektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der offenporige Metallschaum (14) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht.Solar collector according to claim 5, characterized in that the open-cell metal foam ( 14 ) consists of copper or a copper alloy. Solarkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die metallisierte, vernetzte 3D-Struktur ein mit einer metallischen Schicht versehener offenporiger Kunststoffschaum ist.Solar collector according to claim 1, characterized that the metallized, cross-linked 3D structure is one with a metallic one Layer provided open-pored plastic foam is. Solarkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die metallisierte, vernetzte 3D-Struktur ein mit einer metallischen Schicht versehener Keramikschaum ist.Solar collector according to claim 1, characterized that the metallized, cross-linked 3D structure is one with a metallic one Layered ceramic foam is. Solarkollektor nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische, vernetzte 3D-Struktur mit dotiertem Silicium beschichtet ist.Solar collector according to claim 1 to 8, characterized that the metallic, cross-linked 3D structure with doped silicon is coated. Solarkollektor nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die offenporige 3D-Struktur direkt mit einem Speicher und/oder Latentspeicher in Verbindung steht.Solar collector according to claim 1 to 9, characterized that the open-pore 3D structure directly with a memory and / or Latent storage communicates. Solarkollektor nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die der Sonne zugewandte Oberfläche des Absorbers (3) schwarz eingefärbt ist.Solar collector according to claim 1 to 10, characterized in that at least the sun-facing surface of the absorber ( 3 ) is colored black. Solarkollektor nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die der Sonne zugewandte Oberfläche des Absorbers (3) mit einer Beschichtung versehen ist, die kurzwelliges Sonnenlicht stark absorbiert und langwellige Wärmestrahlung nur schwach emittiert.Solar collector according to claim 1 to 11, characterized in that at least the sun-facing surface of the absorber ( 3 ) is provided with a coating which strongly absorbs short-wave sunlight and weakly emits long-wave heat radiation. Solarkollektor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Absorber (3) in einem mit thermischen Isolierungen (2) versehenen kasten- oder rohrförmigen Gehäuse (10) eingebracht und mit einer durchsichtigen Scheibe (5) abgedeckt ist und sich zwischen dem Absorber (3) und der Scheibe (5) ein Spalt (4) befindet, wobei das Gehäuse (1) mit Zu- und Ableitungen versehen ist, die dem Durchleiten eines Wärmeträgermediums dienen.Solar collector according to claim 12, characterized in that the absorber ( 3 ) in one with thermal insulation ( 2 ) provided box or tubular housing ( 10 ) and with a transparent disc ( 5 ) and between the absorber ( 3 ) and the disc ( 5 ) A gap ( 4 ), wherein the housing ( 1 ) is provided with inlets and outlets, which serve to pass a heat transfer medium. Solarkollektor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (10) ein innenverspiegeltes, an der Außenseite thermisch isoliertes Metallrohr mit kreisrundem Querschnitt ist, das mit einem Längsschlitz versehen ist, in dem die Scheibe (5) eingesetzt ist, wobei die beiden Enden des Gehäuses (10) verschlossen sowie mit Verbindungsstutzen für die Zu- und Ableitung des Wärmeträgermediums versehen sind, und der Absorber (3) ein längs angeschnittener Zylinder aus Metallschaum ist, der mittels mindestens zweier scheibenförmiger Befestigungselemente (12) zentriert im Inneren des Gehäuses (10) und beabstandet zu dessen Innenwänden befestigt ist.Solar collector according to claim 13, characterized in that the housing ( 10 ) is an internally mirrored, thermally insulated on the outside metal tube with a circular cross-section, which is provided with a longitudinal slot in which the disc ( 5 ) is inserted, wherein the two ends of the housing ( 10 ) are sealed and provided with connecting pieces for the supply and discharge of the heat transfer medium, and the absorber ( 3 ) is a longitudinally cut cylinder made of metal foam, by means of at least two disc-shaped fastening elements ( 12 ) centered inside the housing ( 10 ) and spaced apart from its inner walls. Solarkollektor nach Anspruch 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass das vom Gehäuse (10) ummantelte Komposit aus Absorber (3), Scheibe (5) und Isolierung (2) vakuumdicht vergossen ist.Solar collector according to claim 13 and 14, characterized in that the housing ( 10 ) coated composite of absorber ( 3 ), Disc ( 5 ) and insulation ( 2 ) is vacuum sealed. Solarkollektor nach Anspruch 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Scheibe (5) eine Fresnel-Linse ausgebildet ist.Solar collector according to claim 13 to 15, characterized in that on the disc ( 5 ) is formed a Fresnel lens. Solarkollektor nach Anspruch 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei Absorber (3) zueinander räumlich derart angeordnet sind, dass sie eine dreidimensionale Struktur bilden.Solar collector according to claim 1 to 16, characterized in that at least three absorbers ( 3 ) are spatially arranged to form a three-dimensional structure. Solarkollektor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die räumliche Anordnung quaderförmig ist.Solar collector according to claim 17, characterized that the spatial arrangement is cuboid. Solarkollektor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die räumliche Anordnung tetraederförmig ist.Solar collector according to claim 17, characterized that the spatial arrangement is tetrahedral.
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