DE102011007616B4 - Solar flat collector, method for producing a solar flat collector and solar thermal system - Google Patents

Solar flat collector, method for producing a solar flat collector and solar thermal system Download PDF

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Abstract

Solarflachkollektor mit einem Basiselement und einem Transparentelement, wobei zwischen dem Basiselement (12; 37; 42) und dem Transparentelement (14; 38; 44) ein Arbeitsraum (16) Vorgesehen ist, der wenigstens teilweise mit einem Arbeitsfluid (24) gefüllt ist, das bei Sonneneinstrahlung auf den Solarflachkollektor (10; 36; 40; 60) wenigstens teilweise verdampft, dadurch gekennzeichnet, dass Basiselement (12; 37; 42) und Transparentelement (14; 38; 44) allgemein plattenartig ausgebildet sind, dass in dem Arbeitsraum (16) Stützelemente (20; 39) vorgesehen sind, die einerseits am Basiselement (12; 37; 42) und andererseits am Transparentelement (14; 38; 44) anliegen, dass der Arbeitsraum (16) wenigstens abschnittsweise mit einem kapillaren Absorbermaterial (18; 35), versehen ist, das das Arbeitsfluid (24) im flüssigen Zustand aufnimmt und mittels Kapillarwirkung im Arbeitsraum (16) verteilt und dass das Absorbermaterial (18; 35) ausgebildet ist, Sonnenlicht zu absorbieren.Flat solar collector with a base element and a transparent element, a working space (16) being provided between the base element (12; 37; 42) and the transparent element (14; 38; 44), which is at least partially filled with a working fluid (24) that in the event of solar radiation on the flat solar collector (10; 36; 40; 60) evaporates at least partially, characterized in that the base element (12; 37; 42) and transparent element (14; 38; 44) are generally plate-like in that the working space (16 ) Support elements (20; 39) are provided which rest on the one hand on the base element (12; 37; 42) and on the other hand on the transparent element (14; 38; 44) that the working space (16) at least in sections with a capillary absorber material (18; 35 ), which absorbs the working fluid (24) in the liquid state and distributes it by means of capillary action in the working space (16) and that the absorber material (18; 35) is designed to absorb sunlight.

Description

Die Erfindung betrifft einen Solarflachkollektor mit einem Basiselement und einem Transparentelement, wobei zwischen dem Basiselement und dem Transparentelement ein Arbeitsraum vorgesehen ist, der wenigstens teilweise mit einem Arbeitsfluid gefüllt ist, das bei Sonneneinstrahlung auf den Solarflachkollektor wenigstens teilweise verdampft.The invention relates to a solar flat collector with a base member and a transparent element, wherein between the base member and the transparent element, a working space is provided which is at least partially filled with a working fluid, which at least partially evaporated in sunlight on the solar panel.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Solarflachkollektors. Weiter betrifft die Erfindung eine solarthermische Anlage mit einem erfindungsgemäßen Solarflachkollektor.The invention also relates to a method for producing a solar flat collector according to the invention. Furthermore, the invention relates to a solar thermal system with a solar flat collector according to the invention.

Aus der US-Patentschrift US 4,315,498 ist ein Solarkollektor bekannt, der auf dem Heat-Pipe-Prinzip basiert. Bei diesem Solarkollektor durchdringt Sonnenlicht eine auf dem Solarkollektor aufliegende Glasplatte und wird dann unterhalb der Glasplatte von einer im Abstand zur Glasplatte angeordneten Abdeckplatte absorbiert. An der Unterseite dieser Abdeckplatte ist ein Kapillarsystem angeordnet, in welchem ein Fluid in Folge der Erhitzung der Abdeckplatte verdampft wird. Der Solarkollektor ist geneigt angeordnet, so dass das kondensierte Fluid innerhalb des Solarkollektors durch Schwerkrafteinfluss wieder zurückfließen kann.From the U.S. Patent US 4,315,498 is a solar collector known, which is based on the heat pipe principle. In this solar collector, sunlight penetrates a glass plate resting on the solar collector and is then absorbed beneath the glass plate by a cover plate arranged at a distance from the glass plate. At the bottom of this cover plate, a capillary system is arranged, in which a fluid is evaporated as a result of the heating of the cover plate. The solar collector is arranged inclined, so that the condensed fluid within the solar collector can flow back by gravity.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 26 39 354 A1 ist ein ebener Solarkollektor bekannt, der zwei einander gegenüberliegende Deckscheiben aufweist, die durch ein Stützsystem gegeneinander abgestützt sind. Zwischen den Deckscheiben befindet sich eine Absorberfläche, die Kanäle für ein wärmeabführendes Medium aufweist sowie Noppen, um die Absorberfläche gegen die beiden Deckscheiben abzustützen. Durch zusätzliche Stützen zwischen den beiden Deckscheiben werden die Berührflächen der Noppen mit den Deckscheiben gering gehalten und es werden Spannungsspitzen, die zu einer Zerstörung des Solarkollektors führen könnten, vermieden.From the German patent application DE 26 39 354 A1 is a planar solar collector is known which has two opposing cover plates, which are supported by a support system against each other. Between the cover plates is an absorber surface having channels for a heat dissipating medium and nubs to support the absorber surface against the two cover plates. Additional support between the two cover plates, the contact surfaces of the studs are kept low with the cover plates and it will be spikes, which could lead to destruction of the solar collector, avoided.

Aus der deutschen Patentschrift DE 103 06 930 B3 ist eine solarthermische Anlage mit einem Solarflachkollektor und ein Herstellungsverfahren für einen Solarflachkollektor beschrieben. Der Solarflachkollektor weist einen Absorber auf, der aus zwei Blechen besteht, die mittels eines Klebers sowie zusätzlich form- oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Die Bleche sind so geprägt, dass ein Rohrsystem gebildet ist, in welchem ein Wärmeträger zirkuliert. Der Wärmeträger wird durch Sonnenlicht, welches durch eine Glasabdeckung des Solarflachkollektors auf eine Oberseite des dunkel eingefärbten Absorbers trifft, aufgeheizt. Der Absorber wird in einer zweigleisigen Fertigungsstraße hergestellt. In die bandförmigen Bleche wird der Verlauf des Rohrsystems eingeprägt. Anschließend erfolgt ein Kleberauftrag in beiden Blechsträngen. Nach diesem Schritt werden die Bleche auf die gewünschte Absorbergröße abgelängt und im Anschluss daran werden die abgelängten Bleche zusammengepresst und zusätzlich an mindestens zwei Stellen form- oder stoffschlüssig miteinander verbunden.From the German patent DE 103 06 930 B3 is described a solar thermal system with a solar flat collector and a manufacturing method for a solar flat collector. The solar flat collector has an absorber, which consists of two sheets, which are additionally connected by means of an adhesive as well as positive or cohesive. The sheets are shaped so that a pipe system is formed, in which a heat transfer medium circulates. The heat transfer medium is heated by sunlight, which impinges through a glass cover of the solar flat collector on an upper side of the dark colored absorber. The absorber is produced in a double-track production line. In the band-shaped sheets of the course of the pipe system is impressed. Subsequently, an adhesive application takes place in both metal strips. After this step, the sheets are cut to the desired absorber size and then the cut sheets are pressed together and in addition at least two points form-fitting or materially connected to each other.

Mit der Erfindung sollen ein Solarflachkollektor, ein Verfahren zum Herstellen eines Solarflachkollektors sowie eine solarthermische Anlage verbessert werden.With the invention, a solar flat collector, a method for producing a solar flat collector and a solar thermal system to be improved.

Erfindungsgemäß ist hierzu ein Solarflachkollektor mit einem Basiselement und einem Transparentelement vorgesehen, wobei zwischen dem Basiselement und dem Transparentelement ein Arbeitsraum vorgesehen ist, der wenigstens teilweise mit einem Arbeitsfluid gefüllt ist, das bei Sonneneinstrahlung auf den Solarflachkollektor wenigstens teilweise verdampft, bei dem Basiselement und Transparentelement allgemein plattenartig ausgebildet sind, bei dem in dem Arbeitsraum Stützelemente vorgesehen sind, die einerseits am Basiselement und andererseits am Transparentelement anliegen und bei dem der Arbeitsraum wenigstens abschnittsweise mit einem kapillaren Absorbermaterial versehen ist, das das Arbeitsfluid in flüssigem Zustand aufnimmt und mittels Kapillarwirkung im Arbeitsraum verteilt, wobei das Absorbermaterial ausgebildet ist, Sonnenlicht zu absorbieren.According to the invention, a solar flat collector with a base element and a transparent element is provided for this purpose, wherein a working space is provided between the base element and the transparent element, which is at least partially filled with a working fluid which at least partially evaporates when exposed to solar radiation collector at the base element and transparent element in general are formed plate-like, in which in the working space supporting elements are provided, which rest on the one hand on the base member and the other on the transparent element and in which the working space is at least partially provided with a capillary absorber material which receives the working fluid in the liquid state and distributed by capillary action in the working space, wherein the absorber material is adapted to absorb sunlight.

Die allgemein plattenartige Ausbildung des Basiselementes und des Transparentelementes erlaubt einen sehr einfachen und großflächigen Aufbau des erfindungsgemäßen Solarflachkollektors. Da zwischen dem Basiselement und dem Transparentelement Stützelemente vorgesehen sind, kann der Arbeitsraum mit geringem konstruktiven Aufwand gebildet werden. Das Vorsehen des kapillaren Absorbermaterials sorgt für eine Verteilung des Arbeitsfluids im Arbeitsraum. Dies erfolgt mittels Kapillarwirkung selbsttätig, so dass auch dies zu einem konstruktiv einfachen Aufbau des Solarflachkollektors beiträgt.The generally plate-like design of the base member and the transparent element allows a very simple and large-scale construction of the solar panel according to the invention. Since support elements are provided between the base member and the transparent element, the working space can be formed with little design effort. The provision of the capillary absorber material ensures a distribution of the working fluid in the working space. This is done automatically by capillary action, so that this also contributes to a structurally simple construction of the solar flat collector.

Indem das Absorbermaterial Sonnenlicht absorbiert, kann dieses selbst zu einer Erwärmung des Arbeitsfluids beitragen.By absorbing sunlight, the absorber material itself can contribute to the heating of the working fluid.

In Weiterbildung der Erfindung ist das Absorberelement als textiles Element, insbesondere als Vlies, ausgebildet. Auf diese Weise kann das Absorberelement großflächig hergestellt werden.In a further development of the invention, the absorber element is designed as a textile element, in particular as a nonwoven. In this way, the absorber element can be produced over a large area.

In Weiterbildung der Erfindung ist das Absorberelement als offenporiger Schaumstoff ausgebildet.In a further development of the invention, the absorber element is designed as an open-pore foam.

Die Herstellung eines offenporigen Schaumstoffs ist mit den gewünschten Materialeigenschaften, insbesondere Licht- und Fluidabsorption, ohne weiteres möglich.The production of an open-cell foam is the desired Material properties, especially light and fluid absorption, readily possible.

In Weiterbildung der Erfindung ist das Absorberelement einstückig mit dem Basiselement ausgebildet.In a further development of the invention, the absorber element is formed integrally with the base element.

Beispielsweise kann ein Ausgangsmaterial zur Herstellung des offenporigen Schaumstoff auf das Basiselement aufgegossen oder aufgespritzt werden, woraufhin dann auf dem Basiselement selbst das Ausgangsmaterial zu dem offenporigen Schaumstoff aufgeschäumt wird. Auf diese Weise kann eine innige Verbindung zwischen Basiselement und Absorberelement sichergestellt werden und eine Herstellung des Absorberelementes ist während eines kontinuierlichen Produktionsprozesses auf dem Basiselement selbst möglich.For example, a starting material for producing the open-cell foam can be poured or sprayed onto the base element, whereupon the starting material is then foamed on the base element itself to form the open-cell foam. In this way, an intimate connection between the base element and absorber element can be ensured and a production of the absorber element is possible during a continuous production process on the base element itself.

In Weiterbildung der Erfindung sind die Stützelemente als Noppen und/oder Stege ausgebildet.In a further development of the invention, the support elements are formed as knobs and / or webs.

Auf diese Weise kann einerseits der erfindungsgemäße Solarflachkollektor unempfindlich ausgebildet werden, da Druck und Zugkräfte auf das Transparentelement, auf das Basiselement oder innerhalb des Arbeitsraums über die Stützelemente weitergeleitet werden können. Weiter kann durch Noppen und/oder Stege eine Strömungsverbindung zwischen den Zwischenräumen der Stege und/oder Noppen sichergestellt werden, so dass sich das Arbeitsfluid über den gesamten Arbeitsraum verteilen kann. Die Stützelemente in Form von Noppen und/oder Stegen können beispielsweise einstückig mit dem Basiselement ausgebildet werden, beispielsweise gegossen, gespritzt, kalandriert, gepresst oder dergleichen.In this way, on the one hand, the solar flat collector according to the invention can be made insensitive, since pressure and tensile forces can be transmitted to the transparent element, on the base element or within the working space on the support elements. Further, by knobs and / or webs, a flow connection between the interstices of the webs and / or knobs can be ensured, so that the working fluid can be distributed over the entire working space. The support elements in the form of knobs and / or webs can for example be formed integrally with the base element, for example cast, sprayed, calendered, pressed or the like.

In Weiterbildung der Erfindung ist das Transparentelement als Mehrkammerprofil ausgebildet.In a further development of the invention, the transparent element is designed as a multi-chamber profile.

Beispielsweise kann das Transparentelement mittels Strangpressen von Kunststoff hergestellt werden. Auch dadurch kann eine Herstellung des erfindungsgemäßen Solarflachkollektors in kostengünstigerweise und in einem kontinuierlichen Prozess erfolgen. Ein Mehrkammerprofil weist gute thermische Isolationseigenschaften auf.For example, the transparent element can be produced by extrusion of plastic. This also makes it possible to manufacture the solar flat collector according to the invention in a cost-effective manner and in a continuous process. A multi-chamber profile has good thermal insulation properties.

In Weiterbildung der Erfindung ist das Transparentelement als thermisch isolierendes Mehrschichtelement ausgebildet. Auf diese Weise lässt sich eine sehr gute Isolation des Arbeitselements mittels des Transparentelements erzielen. Beispielsweise ist das Transparentelement als Laminat oder als Mehrfachglas ausgebildet.In a further development of the invention, the transparent element is designed as a thermally insulating multi-layer element. In this way, a very good insulation of the working element can be achieved by means of the transparent element. For example, the transparent element is designed as a laminate or as a multiple glass.

In Weiterbildung der Erfindung ist das Transparentelement als Sandwich-Laminat ausgebildet, wobei wenigstens eine der Laminatschichten ein Aerogel ist.In a further development of the invention, the transparent element is designed as a sandwich laminate, wherein at least one of the laminate layers is an airgel.

Aerogele weisen hervorragende Isolationseigenschaften auf und sind gleichzeitig transparent. Auf diese Weise kann ein transparentes und dabei sehr gut isolierendes Transparentelement bereitgestellt werden.Aerogels have excellent insulation properties and are transparent at the same time. In this way, a transparent and thereby very well insulating transparent element can be provided.

In Weiterbildung der Erfindung ist das Aerogel mit einem transparenten Kunststoff beschichtet.In a further development of the invention, the airgel is coated with a transparent plastic.

Auf diese Weise kann das Aerogel gegenüber dem Eindringen von Verschmutzung abgedichtet werden.In this way, the airgel can be sealed against the ingress of soiling.

In Weiterbildung der Erfindung ist das Basiselement aus mit Füllstoff versehenem Recycling-Kunststoff gebildet. Als Füllstoffe können beispielsweise Fasern und/oder körnige Füllstoffe, z. B. Sand, verwendet werden.In a further development of the invention, the base element is made of recycled plastic provided with filler. As fillers, for example, fibers and / or granular fillers, for. As sand, are used.

Die Ausbildung des Basiselements aus faserverstärktem Recycling-Kunststoff ist nicht nur umweltfreundlich sondern erlaubt es auch, das Basiselement sehr stabil auszuführen.The formation of the base element made of fiber-reinforced recycled plastic is not only environmentally friendly but also makes it possible to perform the base element very stable.

In Weiterbildung der Erfindung ist das Basiselement mittels Strangpressen von Kunststoff oder mittels Stempelformpressen hergestellt.In a further development of the invention, the base element is produced by extrusion of plastic or by means of stamp presses.

Auf diese Weise lässt sich das Basiselement sehr maßgenau und beispielsweise auch in einem kontinuierlichen Prozess herstellen.In this way, the base element can be produced very accurately and, for example, in a continuous process.

In Weiterbildung der Erfindung weisen das Basiselement und/oder das Transparentelement mehrere rinnenförmige Halbschalen auf, so dass der Arbeitsraum des Solarflachkollektors mehrere rinnenförmige Abschnitte aufweist. In diesen rinnenförmigen Abschnitten kann das Arbeitsfluid zunächst verdampfen und wird dann durch die rinnenförmigen Abschnitte gezielt weitergeleitet.In a further development of the invention, the base element and / or the transparent element on a plurality of channel-shaped half-shells, so that the working space of the solar flat collector has a plurality of channel-shaped sections. In these groove-shaped sections, the working fluid can first evaporate and is then selectively passed through the channel-shaped sections.

In Weiterbildung der Erfindung weist das Transparentelement mehrere rinnenförmige Halbschalen auf, die auf ihrer, dem Arbeitsraum abgewandten Seite mit einer transparenten und im Wesentlichen ebenen Deckschicht abgedeckt sind.In a further development of the invention, the transparent element has a plurality of channel-shaped half-shells, which are covered on their side facing away from the working space with a transparent and substantially flat cover layer.

Auf diese Weise kann die rinnenförmige Gestaltung des Transparentelementes auf der Außenseite glattflächig gestaltet werden und gleichzeitig entsteht durch die Zwischenräume zwischen der im Wesentlichen ebenen Deckschicht und den Halbschalen eine thermische Isolation.In this way, the channel-shaped design of the transparent element on the outside can be smooth-surfaced and at the same time creates a thermal insulation through the spaces between the substantially flat cover layer and the half-shells.

In Weiterbildung der Erfindung ist ein Zwischenraum zwischen der Deckschicht und den rinnenförmigen Halbschalen evakuiert.In a further development of the invention, a gap between the cover layer and the channel-shaped half-shells is evacuated.

Auf diese Weise lässt sich eine thermische Isolation zwischen Deckschicht und Halbschalen wesentlich verbessern. In this way, a thermal insulation between the cover layer and half shells can be significantly improved.

In Weiterbildung der Erfindung der Erfindung ist das Arbeitsfluid eine Mischung aus mehreren, im Wesentlichen unbegrenzt miteinander mischbaren Fluiden mit unterschiedlichem Siedepunkt.In a further development of the invention of the invention, the working fluid is a mixture of a plurality of substantially immiscible with each other immiscible fluids with different boiling point.

Auf diese Weise kann ein Dampfdruck über einen vergleichsweise weiten Temperaturbereich innerhalb vorbestimmter Grenzen gehalten werden. Auf diese Weise können auch die erfindungsgemäßen Solarflachkollektoren als sogenannte Direktverdampfer eingesetzt werden.In this way, a vapor pressure over a relatively wide temperature range can be kept within predetermined limits. In this way, the solar panels according to the invention can be used as a so-called direct evaporator.

In Weiterbildung der Erfindung ist das Arbeitsfluid eine Mischung aus Alkohol und Wasser oder Butan und Hexan.In a further development of the invention, the working fluid is a mixture of alcohol and water or butane and hexane.

Beim Vorsehen solcher Mischungen steigt der Dampfdruck über der Temperatur weniger stark an als bei nur einem einzigen Bestandteil, beispielsweise reinem Wasser oder reinem Alkohol. Der Dampfdruck innerhalb des Solarflachkollektors kann dadurch über einen vorgegebenen Temperaturbereich gesehen innerhalb engerer Grenzen gehalten werden, als dies bei einem Arbeitsfluid mit nur einem einzigen Bestandteil der Fall wäre.In providing such mixtures, the vapor pressure over temperature increases less than with a single ingredient, such as pure water or pure alcohol. As a result, the vapor pressure within the solar flat collector can be kept within narrower limits over a given temperature range than would be the case with a working fluid having only a single constituent.

Das der Erfindung zugrundeliegende Problem wird auch durch ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Solarflachkollektors gelöst, gemäß dem das Bereitstellen von Bandmaterial zum Ausbilden des Basiselements und das Bereitstellen von Bandmaterial zum Ausbilden des Transparentelements sowie das Verbinden von Basiselement und Transparentelement in einer Durchlaufpresse, insbesondere einer Doppelbandpresse, vorgesehen ist.The problem underlying the invention is also solved by a method for producing a solar flat collector according to the invention, according to which the provision of strip material for forming the base element and the provision of strip material for forming the transparent element and the connection of base element and transparent element in a continuous press, in particular a double belt press , is provided.

Auf diese Weise kann der erfindungsgemäßen Solarflachkollektor in einem kontinuierlichen Prozess hergestellt werden.In this way, the solar flat collector according to the invention can be produced in a continuous process.

Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird auch durch eine solarthermische Anlage mit einem erfindungsgemäßen Solarflachkollektor gelöst, bei der der Solarflachkollektor mit einem Wärmetauscher in Strömungsverbindung steht, wobei der Solarflachkollektor und der Wärmetauscher ein gasdichtes, abgeschlossenes System bilden.The problem underlying the invention is also solved by a solar thermal system with a solar panel according to the invention, in which the solar panel is in flow communication with a heat exchanger, wherein the solar panel and the heat exchanger form a gas-tight, closed system.

Auf diese Weise kann eine solarthermische Anlage nach dem sogenannten heat-pipe-Prinzip realisiert werden. Der erfindungsgemäße Solarflachkollektor arbeitet als Direktverdampfer und das in dem Arbeitsraum des Solarflachkollektors enthaltene Arbeitsfluid verdampft durch Sonneneinstrahlung und wird in Dampfform zu dem Wärmetauscher transportiert. Nach der Kondensation und Wärmeabgabe im Wärmetauscher kann das Arbeitsfluid dann wieder zurück in den Arbeitsraum des Solarflachkollektors fließen.In this way, a solar thermal system can be realized according to the so-called heat-pipe principle. The solar flat collector according to the invention operates as a direct evaporator and the working fluid contained in the working space of the solar thermal collector evaporates by solar radiation and is transported in vapor form to the heat exchanger. After condensation and heat release in the heat exchanger, the working fluid can then flow back into the working space of the solar flat collector.

In Weiterbildung der Erfindung ist der Solarflachkollektor in einem Winkel zur Horizontalen geneigt und der Wärmetauscher ist oberhalb des Solarflachkollektors angeordnet.In a further development of the invention, the solar flat collector is inclined at an angle to the horizontal and the heat exchanger is arranged above the solar flat collector.

Auf diese Weise ist bei der erfindungsgemäßen solarthermischen Anlage keine Pumpe zum Rückfördern des Arbeitsfluids in den Arbeitsraum des Solarflachkollektors erforderlich, vielmehr kann die Schwerkraft zum Rücktransport des dann flüssigen Arbeitsfluids genutzt werden. Das verdampfte Arbeitsfluid steigt als Dampf zum Wärmetauscher auf. Eine Verteilung des Arbeitsfluids im Arbeitsraum des Solarflachkollektors wird mittels der Kapillarwirkung des Absorberelements sowie mittels der Schwerkraft bewirkt.In this way, in the solar thermal system according to the invention no pump for returning the working fluid in the working space of the solar panel required, but the gravity can be used for the return of the then liquid working fluid. The vaporized working fluid rises as steam to the heat exchanger. A distribution of the working fluid in the working space of the solar flat collector is effected by means of the capillary action of the absorber element and by means of gravity.

In Weiterbildung der Erfindung sind wenigstens eine dampfbetriebene Wärmekraftmaschine und eine Pumpe vorgesehen, wobei im Betrieb der solarthermische Anlage ein Kreislauf des Arbeitsfluids vom Solarflachkollektor zur Wärmekraftmaschine, zur Pumpe und wieder zum Solarflachkollektor vorgesehen ist.In a further development of the invention, at least one steam-driven heat engine and a pump are provided, wherein in operation of the solar thermal system is provided a cycle of the working fluid from the solar panel to the heat engine, the pump and again to the solar panel.

Auf diese Weise kann der im Solarflachkollektor durch Verdampfen des Arbeitsfluids erzeugte Dampf zum Betreiben einer Wärmekraftmaschine und damit beispielsweise zum Erzeugen von elektrischer Energie genutzt werden.In this way, the steam generated in the solar flat collector by evaporation of the working fluid can be used to operate a heat engine and thus, for example, to generate electrical energy.

In Weiterbildung der Erfindung ist in dem Kreislauf zwischen der Wärmekraftmaschine und der Pumpe ein Wärmetauscher vorgesehen.In a further development of the invention, a heat exchanger is provided in the circuit between the heat engine and the pump.

Auf diese Weise kann eine Kraft-Wärme-Kopplung mit der erfindungsgemäßen solarthermischen Anlage realisiert werden. Nach dem das dampfförmige Arbeitsfluid die Wärmekraftmaschine angetrieben hat, und gegebenenfalls bereits teilweise kondensiert ist, wird es als Dampf zu dem Wärmetauscher geführt, wo es vollständig kondensiert und dann mittels einer Pumpe in den Arbeitsraum des Solarflachkollektors zurückgefördert wird.In this way, a combined heat and power can be realized with the solar thermal system according to the invention. After the vaporous working fluid has driven the heat engine, and optionally already partially condensed, it is passed as steam to the heat exchanger, where it is completely condensed and then pumped back into the working space of the solar panel via a pump.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Wärmekraftmaschine als Dampfturbine ausgebildet.In a further development of the invention, the heat engine is designed as a steam turbine.

Beispielsweise kann die Wärmekraftmaschine als sogenannte ORC-Turbine (organic rankine cycle turbine) ausgebildet sein. Auf diese Weise lässt sich auch bei den vergleichsweise niedrigen, mittels eines Solarflachkollektors erzeugbaren Dampftemperaturen ein sehr guter Wirkungsgrad erzielen.For example, the heat engine can be designed as a so-called ORC turbine (organic rankine cycle turbine). In this way, a very good efficiency can be achieved even with the comparatively low steam temperatures that can be generated by means of a solar flat collector.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der folgenden Beschreibung bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Einzelmerkmale der unterschiedlichen, dargestellten Ausführungsformen lassen sich dabei in beliebiger Weise miteinander kombinieren, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten. In den Zeichnungen zeigen: Further features and advantages of the invention will become apparent from the claims and the following description of preferred embodiments of the invention in conjunction with the drawings. Individual features of the different embodiments shown can be combined with one another in any desired manner without going beyond the scope of the invention. In the drawings show:

1 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Solarflachkollektors gemäß einer ersten Ausführungsform, 1 a sectional view of a solar flat collector according to the invention according to a first embodiment,

2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Solarflachkollektors zur Verdeutlichung des Funktionsprinzips, 2 a schematic representation of the solar flat collector according to the invention to illustrate the principle of operation,

3 eine Draufsicht auf den Solarflachkollektor der 1, wobei ein Transparentelement lediglich abschnittsweise dargestellt ist, three a plan view of the solar flat collector of 1 , wherein a transparent element is shown only in sections,

4 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Solarflachkollektor gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, wobei ein Transparentelement lediglich abschnittsweise dargestellt ist, 4 a plan view of a solar flat collector according to the invention according to a second embodiment of the invention, wherein a transparent element is shown only in sections,

5 ein Oberteil und ein Unterteil eines erfindungsgemäßen Solarflachkollektors gemäß einer dritten Ausführungsform vor dem Zusammensetzen, 5 an upper part and a lower part of a solar flat collector according to the invention according to a third embodiment prior to assembly,

6 eine schematische Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Solarflachkollektor gemäß der dritten Ausführungsform, 6 a schematic plan view of a solar flat collector according to the invention according to the third embodiment,

7 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Solarflachkollektors gemäß einer dritten Ausführungsform, 7 a sectional view of a solar flat collector according to the invention according to a third embodiment,

8 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Solarflachkollektors gemäß einer vierten Ausführungsform, 8th a sectional view of a solar flat collector according to the invention according to a fourth embodiment,

9 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen solarthermischen Anlage, 9 a schematic representation of a solar thermal system according to the invention,

10 eine schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen solarthermischen Anlage. 10 a schematic representation of another solar thermal system according to the invention.

Die Schnittansicht der 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Solarflachkollektor 10 mit einem Basiselement 12 und einem Transparentelement 14. Zwischen dem Basiselement 12 und dem Transparentelement 14 liegt ein Arbeitsraum 16, der abschnittsweise von einem kapillaren Absorberelement 18 ausgefüllt ist. Zwischen dem Basiselement 12 und dem Transparentelement 14 sind mehrere, leistenförmige Stützelemente 20 angeordnet, die das Transparentelement 14 und das Basiselement 12 auf Abstand halten und dadurch den Arbeitsraum definieren. Das Basiselement 12 und die Stützelemente 20 können einstückig ausgebildet sein. Zwischen den einzelnen Abschnitten des Arbeitsraums 16, die zwischen den Stützelementen 20 liegen, besteht eine Strömungsverbindung. Diese wird dadurch erreicht, dass an den jeweiligen Enden der Stützelemente 20 die einzelnen Kanäle des Arbeitsraums 16 miteinander verbunden sind, wobei in diesen Bereichen auch das Absorberelement 18 die einzelnen Kanäle des Arbeitsraums 16 miteinander verbindet.The sectional view of 1 shows a solar flat collector according to the invention 10 with a base element 12 and a transparent element 14 , Between the base element 12 and the transparency element 14 is a workroom 16 partially from a capillary absorber element 18 is filled. Between the base element 12 and the transparency element 14 are several, strip-shaped support elements 20 arranged, which is the transparent element 14 and the base element 12 keep at a distance and thereby define the workspace. The basic element 12 and the support elements 20 can be integrally formed. Between the individual sections of the workspace 16 between the support elements 20 lie, there is a flow connection. This is achieved in that at the respective ends of the support elements 20 the individual channels of the workspace 16 connected to each other, wherein in these areas, the absorber element 18 the individual channels of the workspace 16 connects with each other.

Das Basiselement ist auf seiner, dem Arbeitsraum 16 abgewandten Rückseite mit einer thermischen Isolierschicht 22 versehen.The base element is on his, the work space 16 opposite rear side with a thermal insulation layer 22 Mistake.

Der Arbeitsraum 16 ist gasdicht abgeschlossen und der erfindungsgemäße Solarflachkollektor 10 arbeitet als Direktverdampfer. Das Absorberelement 18 verteilt durch Kapillarwirkung ein Arbeitsfluid innerhalb des gesamten Arbeitsraums 16. Bei Sonneneinstrahlung auf das Transparentelement 14 wird dieses Arbeitsfluid soweit erhitzt, auch unterstützt durch die Lichtabsorption des Absorberelements 18, dass das Arbeitsfluid wenigstens teilweise verdampft und aus dem Absorberelement 18 in die darüberliegenden Bereiche des Arbeitsraums 16 aufsteigt. Das dampfförmige Arbeitsfluid kann dann aus den Kanälen des Arbeitsraums 16 abgeführt und beispielsweise zu einem Wärmetauscher transportiert werden, wie anhand der 7 und der 8 noch erläutert wird. In dem Wärmetauscher kann das Arbeitsfluid kondensieren und wird dann wieder zurück in den Arbeitsraum 16 transportiert.The workroom 16 is gas-tight and completed the solar flat collector according to the invention 10 works as a direct evaporator. The absorber element 18 distributed by capillary action a working fluid within the entire working space 16 , In sunlight on the transparent element 14 This working fluid is heated to the extent, also supported by the light absorption of the absorber element 18 in that the working fluid is at least partially vaporized and removed from the absorber element 18 into the overlying areas of the workspace 16 rises. The vaporous working fluid can then escape from the channels of the working space 16 removed and transported, for example, to a heat exchanger, as shown by the 7 and the 8th will be explained. In the heat exchanger, the working fluid can condense and then back into the working space 16 transported.

Als Arbeitsfluid wird vorteilhafterweise ein System aus zwei unbegrenzt miteinander mischbaren Flüssigkeiten eingesetzt, wobei diese beiden oder mehrere Flüssigkeiten einen unterschiedlichen Siedepunkt aufweisen. Beispielsweise kann Alkohol und Wasser gemischt werden, um das Arbeitsfluid zu bilden. Der Einsatz einer Mischung von Butan und Hexan als Arbeitsfluid ist ebenfalls möglich. Durch Einsatz eines solchen Systems aus mehreren, im Wesentlichen unbegrenzt miteinander mischbaren Flüssigkeiten mit unterschiedlichem Siedepunkt als Arbeitsfluid kann ein Druckanstieg beim Verdampfen des Arbeitsfluids über einen weiten Temperaturbereich innerhalb engerer Grenzen gehalten werden als dies bei einem Arbeitsfluid aus nur einer Substanz der Fall wäre. So verdampft bei einer Mischung aus Alkohol und Wasser zunächst der alkoholreiche Anteil und erst nachfolgend der wasserreiche Anteil der Mischung. Auch bei steigender Temperatur wird der Dampfdruck daher über einen größeren Bereich innerhalb enger Grenzen gehalten und vor allem kann ein Druckanstieg bei steigender Temperatur deutlich begrenzt werden. Dies ist speziell bei dem erfindungsgemäßen Solarflachkollektor 10 von Bedeutung, da der im Prinzip flache Arbeitsraum 16 nicht ohne weiteres so druckstabil gestaltet werden kann, wie beispielsweise ein kugelförmiger Arbeitsraum.As a working fluid, a system of two liquids immiscible with each other is advantageously used, these two or more liquids have a different boiling point. For example, alcohol and water can be mixed to form the working fluid. The use of a mixture of butane and hexane as the working fluid is also possible. By using such a system of a plurality of substantially immiscible intermixable liquids having different boiling points as the working fluid, a pressure increase upon evaporation of the working fluid over a wide temperature range can be kept within narrower limits than would be the case with a working fluid of only one substance. Thus, in the case of a mixture of alcohol and water, first the alcohol-rich fraction evaporates and only subsequently the water-rich part of the mixture. Even with increasing temperature, the vapor pressure is therefore kept within narrow limits over a larger range and, above all, a pressure increase can be significantly limited with increasing temperature. This is especially in the solar flat collector according to the invention 10 important because the basically flat working space 16 Not can be designed so easily pressure stable, such as a spherical working space.

Der Solarflachkollektor 10 ist, wie beschrieben, in einer Sandwichtechnik aufgebaut und beispielsweise können auch die Stützelemente 20 einstückig mit dem Basiselement 12 ausgebildet sein. Das Basiselement 12 kann beispielsweise aus faserverstärktem Recyclingkunststoff bestehen. Das Transparentelement 14 kann beispielsweise als Mehrschichtglas ausgebildet sein. Die kapillare Absorberschicht 18 kann als textiles Material, beispielsweise als Vlies, oder auch als offenporiger Schaumstoff ausgebildet sein.The solar flat collector 10 is, as described, constructed in a sandwich technique and, for example, the support elements 20 integral with the base member 12 be educated. The basic element 12 can for example consist of fiber-reinforced recycled plastic. The transparency element 14 can be designed for example as a multilayer glass. The capillary absorber layer 18 may be formed as a textile material, for example as a nonwoven, or as an open-cell foam.

Anhand der schematischen Darstellung des Solarflachkollektors 10 in 2 soll das Prinzip des Direktverdampfers erläutert werden.Based on the schematic representation of the solar flat collector 10 in 2 the principle of the direct evaporator will be explained.

Flüssiges Arbeitsfluid 24 befindet sich am Grund des Solarflachkollektors 10 und wird dort mittels des in 2 nicht dargestellten kapillaren Absorbermaterials 18, siehe 1, verteilt. Wie in 2 zu erkennen ist, ist der Solarflachkollektor geneigt angeordnet, so dass innerhalb des Arbeitsraum 16 ein Gefälle vorliegt. Das flüssige Arbeitsfluid 24 wird somit durch die Schwerkraft selbsttätig gemäß dem Pfeil 26 weitertransportiert, in der Darstellung der 2 von rechts oben nach links unten. Am linken Ende des Solarflachkollektor 10 ist ein gekrümmter Pfeil 28 dargestellt. Dieser gekrümmte Pfeil 28 soll symbolisieren, dass sich das flüssige Arbeitsfluid innerhalb des Arbeitsraums 16 mit Hilfe des kapillaren Absorberelements 18 verteilt, beispielsweise auch in die in 1 erkennbaren, seitlich nebeneinander liegenden Kanäle des Arbeitsraums 16.Liquid working fluid 24 is located at the bottom of the solar flat collector 10 and is there by means of in 2 capillary absorber material not shown 18 , please refer 1 , distributed. As in 2 it can be seen, the solar flat collector is arranged inclined, so that within the work space 16 there is a gradient. The liquid working fluid 24 is thus automatically by gravity according to the arrow 26 transported further, in the representation of the 2 from top right to bottom left. At the left end of the solar flat collector 10 is a curved arrow 28 shown. This curved arrow 28 intended to symbolize that the liquid working fluid within the workspace 16 with the help of the capillary absorber element 18 distributed, for example, in the in 1 recognizable, laterally adjacent channels of the working space 16 ,

Bei Sonneneinstrahlung auf den Solarflachkollektor wird das flüssige Arbeitsfluid erwärmt und verdampft. Dies ist durch einen gekrümmten Pfeil 30 dargestellt. Das dampfförmige Arbeitsfluid steigt auf und bewegt sich innerhalb des Solarflachkollektors nach oben, in der Darstellung der 2 also gemäß dem Pfeil 32 von links unten nach rechts oben. Auf diese Weise kann das dampfförmige Arbeitsfluid dann beispielsweise zu einem Wärmetauscher gelangen, siehe 7, wo das dampfförmige Arbeitsfluid kondensiert und sich dann gemäß dem Pfeil 26 wieder durch den Solarflachkollektor bewegt und dabei über den gesamten Arbeitsraum 16 verteilt.When solar radiation is applied to the solar flat collector, the liquid working fluid is heated and evaporated. This is through a curved arrow 30 shown. The vaporous working fluid rises and moves within the solar flat collector upwards, in the representation of 2 So according to the arrow 32 from bottom left to top right. In this way, the vaporous working fluid can then reach, for example, a heat exchanger, see 7 where the vaporous working fluid condenses and then according to the arrow 26 moved back through the solar flat collector and over the entire work space 16 distributed.

Die Darstellung der 3 zeigt den Solarflachkollektor der 1 von oben, wobei das Transparentelement 14 lediglich abschnittsweise dargestellt ist. In der Ansicht der 3 sind auf dem Basiselement 12 die Stützelemente 20 in Form mehrerer, parallel zueinander angeordneter Stege oder Leisten zu erkennen. Zwischen den Stegen sind jeweils Kanäle 32 gebildet, die an dem in 3 oberen und unteren Ende der Stege jeweils mittels eines Querkanals 34 miteinander verbunden sind. Der Arbeitsraum 16 des Solarflachkollektors 10 wird demnach durch die Kanäle 32 sowie die beiden Querkanäle 34 gebildet. Ersichtlich kann sich das Arbeitsfluid damit über den gesamten Arbeitsraum 16, also über sämtliche Kanäle 32, 34, ausbreiten.The presentation of the three shows the solar flat collector the 1 from above, the transparent element 14 only shown in sections. In the view of three are on the base element 12 the support elements 20 to recognize in the form of several, mutually parallel webs or strips. Between the bridges are each channels 32 formed at the in three upper and lower end of the webs each by means of a transverse channel 34 connected to each other. The workroom 16 of the solar flat collector 10 is therefore through the channels 32 as well as the two transverse channels 34 educated. Obviously, the working fluid can be used throughout the workspace 16 So over all channels 32 . 34 , spread.

Wie bereits ausgeführt wurde, können die Stege 20 einstückig mit dem Basiselement 12 ausgebildet sein und beispielsweise mittels Strangpressen oder Stempelpressen aus faserverstärktem Recyclingkunststoff hergestellt werden.As already stated, the webs 20 integral with the base member 12 be formed and produced for example by means of extrusion or stamp presses made of fiber-reinforced recycled plastic.

Die Darstellung der 4 zeigt in einer Draufsicht einen weiteren Solarflachkollektor 36 mit einem Basiselement 37 und einem Transparentelement 38. Das Basiselement 37 und das Transparentelement 38 können gleich wie das Basiselement 12 und das Transparentelement 14 des Solarflachkollektors 10 der 1 ausgebildet sein. Im Unterschied zum Solarflachkollektor 10 der 1 und 3 sind bei dem Solarflachkollektor 36 noppenförmige Stützelemente 39 vorgesehen, die in einem regelmäßigen Raster auf dem Basiselement 37 angeordnet sind. Zwischen den benachbarten Stützelementen 39 werden dadurch jeweils Kanäle gebildet, die miteinander in Strömungsverbindung stehen. Diese Kanäle zwischen den Stützelementen 39 bilden dadurch den Arbeitsraum des Solarflachkollektors 36, innerhalb dem sich das Arbeitsfluid verteilen kann.The presentation of the 4 shows a plan view of another solar flat collector 36 with a base element 37 and a transparent element 38 , The basic element 37 and the transparency element 38 can be the same as the base element 12 and the transparency element 14 of the solar flat collector 10 of the 1 be educated. In contrast to the solar flat collector 10 of the 1 and three are at the solar flat collector 36 knob-shaped support elements 39 provided in a regular grid on the base element 37 are arranged. Between the adjacent support elements 39 In each case channels are formed, which are in fluid communication with each other. These channels between the support elements 39 thereby form the working space of the solar flat collector 36 within which the working fluid can be distributed.

Die Darstellung der 5 zeigt ein Oberteil und ein Unterteil eines erfindungsgemäßen Solarflachkollektors bevor das Oberteil und das Unterteil zusammengesetzt werden. Speziell wird das Oberteil durch ein Transparentelement 44 gebildet, das aus transparentem Material besteht und mehrere, nebeneinander angeordnete Rinnen aufweist. Zwischen den rinnenförmigen Abschnitten liegen ebene, streifenförmige Abschnitte 46.The presentation of the 5 shows an upper part and a lower part of a solar panel according to the invention before the upper part and the lower part are assembled. Specifically, the upper part is replaced by a transparent element 44 formed, which consists of transparent material and having a plurality of juxtaposed grooves. Between the channel-shaped sections lie flat, strip-shaped sections 46 ,

Das Unterteil wird durch ein Basiselement 42 gebildet, das mehrere, nebeneinander angeordnete Rinnen aufweist, die durch ebene, streifenförmige Abschnitte 46 voneinander beabstandet sind. Die rinnenförmigen Abschnitte des Basiselements 42 sind jeweils mit einer Schicht eines kapillaren Absorberelementes 50 ausgekleidet.The lower part is made by a base element 42 formed, which has a plurality of juxtaposed grooves by flat, strip-shaped sections 46 spaced apart from each other. The channel-shaped sections of the base element 42 are each with a layer of a capillary absorber element 50 lined.

Die Abstände der Rinnen des Basiselements 42 und der Rinnen des Transparentselements 44 sind aufeinander abgestimmt, so dass nach dem Aufsetzten des Transparentelements 44 auf das Basiselement 42 mehrere zylinderförmige Kanäle entstehen, siehe 7.The distances between the grooves of the base element 42 and the gutters of the transparent element 44 are matched, so that after putting the transparent element 44 on the base element 42 several cylindrical channels arise, see 7 ,

Die Darstellung der 6 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Solarflachkollektor 40 in einer Draufsicht. Der Solarflachkollektor 40 ist aus dem in 5 dargestellten Basiselement 42 mit dem aufgesetzten Transparentelement 44 gebildet, so dass mehrere nebeneinander liegende zylinderförmige Kanäle 48 gebildet sind. Die Darstellung der 6 ist lediglich schematisch und beispielhaft, selbstverständlich können auch nur vier nebeneinander liegende Kanäle 48 vorhanden sein, wie in 5 dargestellt ist.The presentation of the 6 schematically shows a solar flat collector according to the invention 40 in a top view. The solar flat collector 40 is from the in 5 illustrated base element 42 With the attached transparent element 44 formed so that several adjacent cylindrical channels 48 are formed. The presentation of the 6 is merely schematic and exemplary, of course, only four adjacent channels 48 be present as in 5 is shown.

Die zylinderförmigen Kanäle 48 werden an ihrem jeweiligen oberen bzw. unteren Ende mit jeweils einem ebenfalls zylinderförmigen Querkanal 49 miteinander verbunden. Die zylinderförmigen Kanäle 48 und die ebenfalls zylinderförmigen Querkanäle 49 bilden gemeinsam einen Arbeitsraum. Der Solarflachkollektor 40 kann aus Kunststoffschalen hergestellt sein, beispielsweise aber auch nach Art einer Luftmatratze aus Folien hergestellt sein.The cylindrical channels 48 be at their respective upper and lower end, each with a likewise cylindrical transverse channel 49 connected with each other. The cylindrical channels 48 and the likewise cylindrical transverse channels 49 together form a workspace. The solar flat collector 40 may be made of plastic shells, for example, but also be made in the manner of an air mattress made of films.

Die Darstellung der 7 zeigt einen erfindungsgemäßen Solarflachkollektor 40 gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung im Schnitt. Der Solarflachkollektor weist ein Basiselement 42 und das Transparentelement 44 auf, wobei sowohl Basiselement 42 als auch Transparentelement 44 mehrere, nebeneinander angeordnete Rinnen aufweisen. Stützelemente des Basiselements 42 sind somit durch die zwischen den rinnenförmigen Abschnitten liegenden Abschnitte 46 realisiert. Nach dem Aufsetzen des Transparentelements 44 auf das Basiselement 42 entstehen mehrere zylinderförmige Kanäle 48, die zusammen mit mindestens zwei nicht dargestellten Querkanälen, siehe 6, gemeinsam einen Arbeitsraum bilden. Innerhalb der Kanäle 48 ist das Basiselement 42 jeweils mit einer Schicht eines kapillaren Absorberelements 50 ausgekleidet. Dieses Absorberelement 50 ist auch in dem nicht dargestellten Querkanal angeordnet, so dass sich das Arbeitsfluid mittels Kapillarwirkung über den gesamten Arbeitsraum und damit auch über alle Kanäle 48 verteilen kann.The presentation of the 7 shows a solar flat collector according to the invention 40 according to the third embodiment of the invention in section. The solar flat collector has a base element 42 and the transparency element 44 on, being both basic element 42 as well as transparent element 44 have several, juxtaposed grooves. Support elements of the base element 42 are thus through the lying between the channel-shaped sections sections 46 realized. After placing the transparent element 44 on the base element 42 arise several cylindrical channels 48 , which together with at least two transverse channels, not shown, see 6 , together form a workspace. Within the channels 48 is the basic element 42 each with a layer of a capillary absorber element 50 lined. This absorber element 50 is also arranged in the transverse channel, not shown, so that the working fluid by capillary action over the entire working space and thus also across all channels 48 can distribute.

Bei Sonneneinstrahlung auf den Solarflachkollektor 40, symbolisiert durch die Pfeile 52, erhitzt sich das Arbeitsfluid in den Kanälen 48, verdampft und wird dann in Dampfform über die Kanäle 48 abtransportiert. Nach dem Kondensieren des Arbeitsfluids verteilt sich dieses, wie anhand der 2 erläutert wurde, wieder über den gesamten Arbeitsraum des Solarflachkollektors 40. Eine Unterseite des Basiselements 42 ist mit einer Isolierschicht 62 versehen.In sunlight on the solar flat collector 40 , symbolized by the arrows 52 , the working fluid in the channels heats up 48 , vaporized and then in vapor form through the channels 48 removed. After condensing the working fluid, this is distributed as shown by the 2 was explained, again over the entire working space of the solar flat collector 40 , A bottom of the base element 42 is with an insulating layer 62 Mistake.

Die Darstellung der 8 zeigt schematisch einen weiteren erfindungsgemäßen Solarflachkollektor 60 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Das Basiselement 42 ist auf seiner, dem Transparentelement 44 abgewandten Rückseite mit einer Isolierschicht 62 versehen. Das Transparentelement 44 weist zusätzlich noch eine ebene Deckschicht 64 auf, die die Oberseiten der einzelnen Kanäle 48 miteinander verbindet. Auf diese Weise entsteht zwischen jeweils zwei Kanälen 48 innerhalb des Transparentelements 44 jeweils ein Zwischenraum 66. Diese Zwischenräume 66 sind evakuiert, um dadurch eine besonders gute thermische Isolation der Kanäle 48 des Arbeitsraums des Solarflachkollektors 60 sicherzustellen. Die Deckschicht 64 muss nicht eben sein sondern kann zwischen den Kanälen 48 auch gewölbt sind, beispielsweise nach innen gekrümmt.The presentation of the 8th schematically shows another solar flat collector according to the invention 60 according to a further embodiment. The basic element 42 is on his, the transparency element 44 opposite rear side with an insulating layer 62 Mistake. The transparency element 44 additionally has a flat top layer 64 on top of the tops of each channel 48 connects with each other. In this way arises between each two channels 48 within the transparency element 44 one space each 66 , These spaces 66 are evacuated, thereby providing a particularly good thermal isolation of the channels 48 the working space of the solar flat collector 60 sure. The cover layer 64 does not have to be flat but can be between the channels 48 are also curved, for example, curved inwards.

Die Darstellung der 9 zeigt eine erfindungsgemäße solarthermische Anlage mit einem Solarflachkollektor 36 und einem Wärmetauscher 70, der mit einem Wärmespeicher 71 kombiniert ist, die über eine thermisch isolierte Leitung 72 miteinander in Verbindung stehen. Sowohl die Leitung 72 als auch der Solarflachkollektor 36 sind geneigt angeordnet und der Wärmetauscher 70 ist oberhalb des Solarflachkollektors 10 angeordnet. Zwischen dem Wärmetauscher 70 und dem Solarflachkollektor 36 besteht dadurch ein Gefälle, so dass flüssiges Arbeitsfluid der Schwerkraft folgend vom Wärmetauscher 70 über die Leitung 72 und in den Arbeitsraum des Solarflachkollektor 36 gelangt. Innerhalb des Solarflachkollektors 36 verteilt sich das Arbeitsfluid dann mittels der Schwerkraft und mittels der Kapillarwirkung des Absorberelements 35. Sonneneinstrahlung auf den Solarflachkollektor 36 ist durch die Bezugsziffer 74 symbolisiert.The presentation of the 9 shows a solar thermal system according to the invention with a solar flat collector 36 and a heat exchanger 70 that with a heat storage 71 is combined, which has a thermally insulated pipe 72 communicate with each other. Both the line 72 as well as the solar flat collector 36 are arranged inclined and the heat exchanger 70 is above the solar flat collector 10 arranged. Between the heat exchanger 70 and the solar flat collector 36 there is a gradient, so that liquid working fluid following the heat from the heat exchanger 70 over the line 72 and in the working space of the solar flat collector 36 arrives. Inside the solar flat collector 36 The working fluid is then distributed by gravity and by the capillary action of the absorber element 35 , Solar radiation on the solar flat collector 36 is by the reference number 74 symbolizes.

Das Arbeitsfluid innerhalb des Solarflachkollektors 36 erwärmt sich durch die Sonneneinstrahlung, verdampft und steigt in Dampfform durch den Arbeitsraum des Solarflachkollektors 36 zu dessen in 9 oberen, rechten Ende auf, an dem die Leitung 72 beginnt. Das dampfförmige Arbeitsfluid steigt dann weiter durch die thermisch isolierte Leitung 72 zum Wärmetauscher 70 auf. Dort kondensiert das Arbeitsfluid und gibt dabei Wärme ab. Das kondensierte, flüssige Arbeitsfluid gelangt der Schwerkraft folgend über die Leitung 72 wieder zurück in den Arbeitsraum des Solarflachkollektors 36. Der Arbeitsraum des Solarflachkollektors, die Leitung 72 und der Wärmetauscher 70 bilden einen gasdichten Raum, so dass – wie beschrieben wurde – das Prinzip einer heat-pipe realisiert ist. Speziell benötigt die erfindungsgemäße solarthermische Anlage keinerlei Pumpen oder dergleichen und kann dennoch enorme Energiemengen von dem Solarflachkollektor zu dem Wärmetauscher 70 transportieren.The working fluid within the solar flat collector 36 Warms up by the sunlight, evaporates and rises in vapor form through the working space of the solar flat collector 36 to whose in 9 upper, right end on which the line 72 starts. The vaporous working fluid then continues to rise through the thermally insulated conduit 72 to the heat exchanger 70 on. There, the working fluid condenses while releasing heat. The condensed, liquid working fluid passes by gravity over the line 72 back to the working space of the solar flat collector 36 , The working space of the solar flat panel, the pipe 72 and the heat exchanger 70 form a gas-tight room, so that - as described - the principle of a heat-pipe is realized. Specifically, the solar thermal system of the present invention does not require any pumps or the like, and yet can use enormous amounts of energy from the solar panel to the heat exchanger 70 transport.

Die Darstellung der 10 zeigt eine weitere erfindungsgemäße solarthermische Anlage 80, die den Solarflachkollektor 36 und den Wärmetauscher 70 sowie die thermisch isolierte Leitung 72 aufweist. Ausgehend vom oberen Ende des Solarflachkollektors 36 führt die Leitung 72 aber zu einer Dampfturbine 82, die mittels des dampfförmigen Arbeitsfluids in der Leitung 72 angetrieben wird. Die Dampfturbine 82 treibt wiederum einen Generator 84 an, der elektrische Energie erzeugt. Stromabwärts der Dampfturbine 82 wird das immer noch teilweise dampfförmige Arbeitsfluid über eine Leitung 86 zu dem Wärmetauscher 70 transportiert, wo es, wie beschrieben, vollständig kondensiert, Wärme abgibt und dann über eine weitere Leitung 88 zu einer Pumpe 90 transportiert wird. Die Pumpe 90 transportiert das dann flüssige Arbeitsfluid über eine Leitung 92 in den Arbeitsraum des Solarflachkollektors 36. Mit der solarthermische Anlage kann dadurch eine Kraft-Wärme-Kopplung realisiert werden. Die Dampfturbine 82 ist als sogenannte ORC-Turbine (organic rankine cycle turbine) ausgebildet und kann auch bei den mit dem Solarflachkollektor 36 vergleichsweise niedrigem Dampftemperaturen gute Wirkungsgrade erzielen. Wie bereits erläutert wurde, wird als Arbeitsfluid ein System aus mehreren unbegrenzt miteinander mischbaren Flüssigkeiten mit unterschiedlichem Siedpunkt verwendet, beispielsweise eine Mischung aus Wasser und Alkohol oder eine Mischung aus Butan und Hexan.The presentation of the 10 shows a further solar thermal system according to the invention 80 holding the solar flat collector 36 and the heat exchanger 70 as well as the thermally insulated cable 72 having. Starting from the upper end of the solar flat collector 36 leads the line 72 but to a steam turbine 82 , which by means of the vaporous working fluid in the line 72 is driven. The steam turbine 82 in turn drives a generator 84 on, which generates electrical energy. Downstream of the steam turbine 82 is the still partially vaporous working fluid via a line 86 to the heat exchanger 70 transported, where it, as described, completely condensed, gives off heat and then over another line 88 to a pump 90 is transported. The pump 90 then transports the liquid working fluid via a pipe 92 into the working space of the solar flat collector 36 , With the solar thermal system can be realized by a combined heat and power. The steam turbine 82 is designed as a so-called ORC turbine (organic rankine cycle turbine) and can also with the solar flat collector 36 achieve comparatively low steam temperatures good efficiencies. As already explained, the working fluid used is a system of several liquids of different boiling point which are immiscible with one another, for example a mixture of water and alcohol or a mixture of butane and hexane.

Aufgrund des kleinen Volumens des kondensierten Arbeitsfluids muss auch die Pumpe 90 nur eine vergleichsweise geringe Verdichterarbeit leisten, um das flüssige Arbeitsfluid über die Leitung 92 wieder in den Arbeitsraum des Solarflachkollektors 36 zurückzufördern. Die Pumpe 90 wird im Wesentlichen nur für den Rücktransport des Arbeitsfluids benötigt.Due to the small volume of condensed working fluid, the pump must also be used 90 only perform a relatively small amount of compressor work to the liquid working fluid through the line 92 back into the working space of the solar flat collector 36 zurückzufördern. The pump 90 is essentially only needed for the return transport of the working fluid.

Claims (22)

Solarflachkollektor mit einem Basiselement und einem Transparentelement, wobei zwischen dem Basiselement (12; 37; 42) und dem Transparentelement (14; 38; 44) ein Arbeitsraum (16) Vorgesehen ist, der wenigstens teilweise mit einem Arbeitsfluid (24) gefüllt ist, das bei Sonneneinstrahlung auf den Solarflachkollektor (10; 36; 40; 60) wenigstens teilweise verdampft, dadurch gekennzeichnet, dass Basiselement (12; 37; 42) und Transparentelement (14; 38; 44) allgemein plattenartig ausgebildet sind, dass in dem Arbeitsraum (16) Stützelemente (20; 39) vorgesehen sind, die einerseits am Basiselement (12; 37; 42) und andererseits am Transparentelement (14; 38; 44) anliegen, dass der Arbeitsraum (16) wenigstens abschnittsweise mit einem kapillaren Absorbermaterial (18; 35), versehen ist, das das Arbeitsfluid (24) im flüssigen Zustand aufnimmt und mittels Kapillarwirkung im Arbeitsraum (16) verteilt und dass das Absorbermaterial (18; 35) ausgebildet ist, Sonnenlicht zu absorbieren.Solar flat collector with a base element and a transparent element, wherein between the base element ( 12 ; 37 ; 42 ) and the transparent element ( 14 ; 38 ; 44 ) a work space ( 16 ) Provided at least partially with a working fluid ( 24 ), which in sunlight on the solar flat collector ( 10 ; 36 ; 40 ; 60 ) is at least partially evaporated, characterized in that the base element ( 12 ; 37 ; 42 ) and transparent element ( 14 ; 38 ; 44 ) are generally plate-like, that in the working space ( 16 ) Supporting elements ( 20 ; 39 ) are provided, on the one hand on the base element ( 12 ; 37 ; 42 ) and on the other hand on the transparent element ( 14 ; 38 ; 44 ) that the working space ( 16 ) at least in sections with a capillary absorber material ( 18 ; 35 ), which is the working fluid ( 24 ) in the liquid state and by capillary action in the working space ( 16 ) and that the absorber material ( 18 ; 35 ) is adapted to absorb sunlight. Solarflachkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorberelement (18) als textiles Element, insbesondere als Vlies, ausgebildet ist.Solar flat collector according to claim 1, characterized in that the absorber element ( 18 ) is designed as a textile element, in particular as a nonwoven. Solarflachkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorberelement (35) als offenporiger Schaumstoff ausgebildet ist.Solar flat collector according to claim 1, characterized in that the absorber element ( 35 ) is designed as an open-cell foam. Solarflachkollektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorberelement (35) einstückig mit dem Basiselement (37) ausgebildet ist.Solar flat collector according to claim 3, characterized in that the absorber element ( 35 ) in one piece with the base element ( 37 ) is trained. Solarflachkollektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente (20; 39) als mit dem Basiselement (12) einstückige Noppen und/oder Stege ausgebildet sind.Solar flat collector according to one of the preceding claims, characterized in that the supporting elements ( 20 ; 39 ) than with the base element ( 12 ) integral studs and / or webs are formed. Solarflachkollektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Transparentelement (14) als Mehrkammerprofil ausgebildet ist.Solar flat collector according to one of the preceding claims, characterized in that the transparent element ( 14 ) is designed as a multi-chamber profile. Solarflachkollektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Transparentelement (14) als thermisch isolierendes Mehrschichtelement ausgebildet ist.Solar flat collector according to one of the preceding claims, characterized in that the transparent element ( 14 ) is formed as a thermally insulating multi-layer element. Solarflachkollektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Transparentelement (14; 38; 44) als Sandwich-Laminat ausgebildet ist, wobei wenigstens eine der Laminatschichten ein Aerogel ist.Solar flat collector according to claim 7, characterized in that the transparent element ( 14 ; 38 ; 44 ) is formed as a sandwich laminate, wherein at least one of the laminate layers is an airgel. Solarflachkollektor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Aerogel mit einem transparenten Kunststoff beschichtet ist.Solar flat collector according to claim 8, characterized in that the airgel is coated with a transparent plastic. Solarflachkollektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Basiselement (12) aus mit Füllstoff verstärktem Recycling-Kunststoff gebildet ist.Solar flat collector according to one of the preceding claims, characterized in that the base element ( 12 ) is formed from filler-reinforced recycled plastic. Solarflachkollektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Basiselement (12; 42) und/oder das Transparentelement (14; 44) mittels Strangpressen von Kunststoff, mittels Stempelformpressen und/oder Kalandrieren hergestellt ist.Solar flat collector according to one of the preceding claims, characterized in that the base element ( 12 ; 42 ) and / or the transparent element ( 14 ; 44 ) is produced by extrusion of plastic, by means of stamp presses and / or calendering. Solarflachkollektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Basiselement (42) und/oder das Transparentelement (44) mehrere rinnenförmige Halbschalen aufweisen, so dass der Arbeitsraum des Solarflachkollektors mehrere rinnenförmige zylinderförmige Abschnitte aufweist.Solar flat collector according to one of the preceding claims, characterized in that the base element ( 42 ) and / or the transparent element ( 44 ) have a plurality of channel-shaped half-shells, so that the working space of the solar flat collector has a plurality of channel-shaped cylindrical sections. Solarflachkollektor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Transparentelement (44) mehrere rinnenförmige Halbschalen aufweist, die auf ihrer, dem Arbeitsraum (16) abgewandten Seite mit einer transparenten Deckschicht (64) abgedeckt sind.Solar flat collector according to claim 12, characterized in that the transparent element ( 44 ) has a plurality of channel-shaped half-shells, which on their, the working space ( 16 ) facing away with a transparent cover layer ( 64 ) are covered. Solarflachkollektor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zwischenraum (66) zwischen der Deckschicht (64) und den rinnenförmigen Halbschalen evakuiert ist. Solar flat collector according to claim 13, characterized in that a gap ( 66 ) between the cover layer ( 64 ) and the channel-shaped half-shells is evacuated. Solarflachkollektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsfluid (24) eine Mischung aus mehreren, im wesentlichen unbegrenzt miteinander mischbaren Fluiden mit unterschiedlichem Siedepunkt ist.Solar flat collector according to one of the preceding claims, characterized in that the working fluid ( 24 ) is a mixture of a plurality of substantially infinitely mixable fluids having different boiling points. Solarflachkollektor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsfluid (24) eine Mischung aus Alkohol und Wasser oder Butan und Hexan ist.Solar flat collector according to claim 15, characterized in that the working fluid ( 24 ) is a mixture of alcohol and water or butane and hexane. Verfahren zum Herstellen eines Solarflachkollektors nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Bereitstellen von Bandmaterial zum Ausbilden des Basiselements (12; 37; 42) und Bereitstellen von Bandmaterial zum Ausbilden des Transparentelements und Verbinden von Basiselement und Transparentelement (14; 38; 44) in einer Durchlaufpresse, insbesondere einer Doppelbandpresse.Method for producing a solar flat collector according to one of the preceding claims, characterized by providing strip material for forming the base element ( 12 ; 37 ; 42 ) and providing tape material for forming the transparent element and connecting the base element and transparent element ( 14 ; 38 ; 44 ) in a continuous press, in particular a double belt press. Solarthermische Anlage mit einem Solarflachkollektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Solarflachkollektor (36) mit einem Wärmetauscher (70) in Strömungsverbindung steht, wobei der Solarflachkollektor (36) und der Wärmetauscher (70) wenigstens Teil eines ein gasdichten abgeschlossenen Systems bilden.Solar thermal system with a solar flat collector according to one of the preceding claims, characterized in that the solar flat collector ( 36 ) with a heat exchanger ( 70 ) is in flow communication, wherein the solar flat collector ( 36 ) and the heat exchanger ( 70 ) form at least part of a gas-tight sealed system. Solarthermische Anlage nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Solarflachkollektor (36) in einem Winkel zur Horizontalen geneigt und der Wärmetauscher (70) oberhalb des Solarflachkollektors (36) angeordnet ist.Solar thermal system according to claim 18, characterized in that the solar flat collector ( 36 ) inclined at an angle to the horizontal and the heat exchanger ( 70 ) above the solar flat collector ( 36 ) is arranged. Solarthermische Anlage nach einem der Ansprüche 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine dampfbetriebene Wärmekraftmaschine und eine Pumpe (90) vorgesehen sind, wobei im Betrieb der solarthermischen Anlage ein Kreislauf des Arbeitsfluids vom Solarflachkollektor (36) zur Wärmekraftmaschine, zur Pumpe (90) und wieder zum Solarflachkollektor (36) vorgesehen ist.Solar thermal system according to one of claims 18 or 19, characterized in that at least one steam-driven heat engine and a pump ( 90 ) are provided, wherein during operation of the solar thermal system, a cycle of the working fluid from the solar panel collector ( 36 ) to the heat engine, to the pump ( 90 ) and back to the solar flat collector ( 36 ) is provided. Solarthermische Anlage nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kreislauf zwischen der Wärmekraftmaschine und der Pumpe (90) ein Wärmetauscher (70) vorgesehen ist.Solar thermal system according to claim 20, characterized in that in the circuit between the heat engine and the pump ( 90 ) a heat exchanger ( 70 ) is provided. Solarthermische Anlage nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmekraftmaschine als Dampfturbine (82) ausgebildet ist.Solar thermal system according to claim 20 or 21, characterized in that the heat engine as a steam turbine ( 82 ) is trained.
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