DE2502594C2

DE2502594C2 - Sonnenkollektor mit einem aus Metallblechen bestehenden Absorber mit Kanälen für eine die absorbierte Wärme abführende Flüssigkeit

Info

Publication number: DE2502594C2
Application number: DE2502594A
Authority: DE
Inventors: Eduard Prof. Dr. 3300 Braunschweig Justi
Original assignee: Bomin Bochumer Mineraloel & Co 4630 Bochum De GmbH; Bomin Bochumer Mineraloel & Co 4630 Bochum GmbH
Current assignee: Schnapka Herbert Dr 4630 Bochum De
Priority date: 1975-01-23
Filing date: 1975-01-23
Publication date: 1984-05-24
Also published as: DE2502594A1

Description

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Die Erfindung betrifft einen Sonnenkollektor mit einem aus Metallblechen bestehenden Absorber mit Kanälen für eine die absorbierte Wärme abführende Flüssigkeit, der auf seiner der Sonne zugewandten Oberfläche geschwärzt ist und auf seiner sonnenabgewandten Seite mit einer Wärmeisolierung abgedeckt ist, der auf seiner der Sonne zugewandten Seite mit wenigstens einer im Abstand über der Absorberfläche liegenden durchsichtigen Kunststoffolie als Abdeckung versehen ist.

Es ist bekannt, daß bei Sonnenkollektoren der genannten Art (FR-PS 15 77 997) der Wirkungsgrad des Kollektors dadurch gesteigert werden kann, daß die vom Absorber im Ultrarotbereich initiierte Strahlung am Austritt aus dem Absorber gehindert wird. Bei dem bekannten Sonnenkollektor wird dies bei Verwendung von Glasabdeckungen dadurch verhindert, daß das Glas mit dünnen Oxidschichten versehen ist, die so gewählt sind, daß eine hohe Reflektivität im Bereich der genannten Ultrarotstrahlung erreicht wird. Abdeckungen aus Glas sind schwer und darüber hinaus zerbrechlich und die Aufbringung der für die Reflexion der Ultrarotstrahlung erforderlichen Schichten ist aufwendig. Glas ist darüber hinaus für das sichtbare Licht nicht vollständig durchlässig.

Es ist dabei weiter bekannt, anstelle von Glas auch Quarz oder andere transparente Materialien für die Abdeckung zu verwenden. Transparente Materialien sind unter anderem auch Kunststoffolien. Bekannte Kunststoffolien reflektieren ebenso wenig wie Glas Strahlung im ultraroten Bereich und müssen daher bei ihrer Verwendung als Abdeckung für Sonnenkollektoren der genannten Art in gleicher Weise beschichtet werden wie Glasscheiben. Dje bekannten Kunststoffolien haben darüber hinaus den Nachteil, daß sie bei intensiver Sonneneinstrahlung vergilben und in relativ kurzer Zeit insbesondere durch die Ultraviolettstrahlung zerfallen. Bekannte Kunststoffolien müssen also bei Verwendung als Abdeckung von Sonnenkollektoren in relativ kurzen Abständen erneuert werden.

. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Folienabdeckung für Sonnenkollektoren zu schaffen, die bei guter thermischer und mechanischer Festigkeit eine hohe Licht- und Witterungsbeständigkeit aufweist, trti .eingestrahlten Spektrum eine hohe Durchlässigkeit und oberhalb dieses Bereiches eine scharfe Absorptionskante hat, die den Austritt der Reflexionsstrahlung im Ultrarptoereich verhindert ·

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die durchsichtige Kunststoffolie aus einem fluorierten Kunststoff besteht

Fluorierte Kunststoffe sind in Form relativ voluminöier Körper bekannt, nicht jedoch in Folienform.

In zweckmäßigen Ausführungsformen besteht die Kunststoffolie aus Polyvinylidenfluorid (PVDF), dem Mischpolymerisat Äthylen-Chlortrifiuoräthyle:; (ECT- FE) oder dem Mischpolymerisat Äthylen-Tetrafluoräthylen (ETFE).

Folien aus fluorierten Kunststoffen haben den zusätzlichen Vorteil, daß sie feuchtigkeits- und schmutzabweisend sind. Sonnenkollektoren gemäß der Erfindung haben damit weitgehend selbstreinigende Eigenschaften, ein wesentliches Merkmal für die Aufrechterhaltung eines hohen Wirkungsgrades im Betrieb über längere Zeiträume.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und im nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 in schematischer Darstellung den Aufbau eines erfindungsgemäßen Sonnenenergiekollektors,

F i g. 2 das Absorptionsvermögen verschiedener Materialien für die Abdeckung des Kollektors.

In F i g. 1 besteht das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kollektors aus einem ebenen Blech 2 mit integrierten Rohrleitungen 4, die miteinander verbunden sind und einen gemeinsamen Anschluß 6 für das einlaufende kalte Wärmeübertragucgsmedium und einen gemeinsamen Anschluß 8 für das ablaufende erwärmte Wärmeübertragungsmediuni besitzen. Auf der sonnenzugewandten Seite des Bleches 2 ist eine Schwarzfarbenschicht 10 aufgetragen. Zur Minderung von Wärmeverlusten sind im Ausführungsbeispiel über der Schwarzfarbenschicht 10 drei im Abstand übereinander angeordnete, für Sonnenlicht durchlässige Abdekkungen 12,14,16 vorgesehen.

Zur weiteren Minderung von Wärmeverlusten ist die sonnenabgewandte Seite des Bleches 2 mit einer Ultrarot-Strahlung verhindernden Metallschicht 18 und einer Schaumstoffisolierung 20 versehen.

^Is Material ist für das Blech 2 Aluminium vorgesehen. Es ist aber auch möglich, ein einfaches Material, wie z. B. Stahlblech, wie es im Kesselbau gebraucht wird, oder auch Kunststoff zu verwenden.

Es ist selbstverständlich und liegt auch im Rahmen der Erfindung, daß der das erwärmte Medium zum Verbraucher führende Leitungsabschnitt 8 ausreichend gegen unerwünschten Wärmeverlust isoliert ist, beispielsweise mittels Dämmschichten aus Polystyrol. Zur Schwärzung der einen Blechseite findet eine bekannte mattschwarze Farbe mit einem Absorptionsvermögen von 95—98% Verwendung. Diese Farbe hat unter anderem die Eigenschaft, selbst bei hohen Betriebstemperaturen, wie zum Beispiel 650⁰C langfristig ihr Absorptionsvermögen beizubehalten. Darüber hinaus erfüllt diese Farbe in vorteilhafter Weise auch die Forderung, daß durch deren Bindungsmittel ein äußerst minimaler

Temperaturabfall erfolgt, d. h. der Temperaturverlust von der schwarzen Farbschicht auf den Farbträger (Blech) ist vernachlässigbar klein. Auch ist die Resistenz gegen korrodierende Bestandteile der Atmosphäre gut Da sich weiterhin die Farbe nicht nur mit dem Pinsel, sondern nach Verdünnung mit einem Zusatz aufsprühen läßt, betragen die Schwärzungskosten weniger als 1% der Investition für den kompletten Absorber.

In einem gewissen Abstand von der Schwarzfarbenschicht liegt die erste Fluorkunststoff-Folie 16. Diese Folie ist spektralselektiv, d. h. sie hat eine Durchlässigkeit für Sonnenstrahlen größer 90% und ein Absorptionsvermögen für die Ultrarot-Strahiung der Schwarzfarbenschicht im Wellenlsngenbereich 7—10 μΐη größer 90%. Damit wird der Wärmeverlust des Kollekiors durch Ultrarot-Rückstrahlnng zur Sonne ohne Verwendung von Beschichtungen wesentlich gemindert. Oberhalb der Folie 16 im Ausführungsbeispiel ist eine Folie 14 angeordnet, die von ersterer mittels Halterungen im Abstand von ca. 1 — 10 mm gehalten wird, darüber befindet sich im gleichen Abstand eine weitere Folie 12. Die Folien 14 und 12 können ebenfalls aus dem erfindungsgemäßen Fluorkunststoff bestehen. Die Anordnung dieser zusätzlichen Folien 12, 14 verhindert eine Wärmeableitung durch Konvektion oder durch Wind an die Umgebung. Fluorkunststoff-Folien haben eine Temperaturbeständigkeit zwischen 0 und 150⁰C und ein spezifisches Gewicht von 1,5—2,2 g/cm³ bei hoher mechanischer Festigkeit und Unempfindlichkeit gegen Sonnenstrahlung, und zwar auch im ultravioletten Bereich.

Aufgrund ihrer ausgezeichneten Spektralselektivität werden vorzugsweise Folien aus folgenden Fluorkunststoffen als Abdeckung für Sonnenenergiekollektoren vorgeschlagen:

Polyvinylidenfluorid (PVDF), das Mischpolymerisat Äthylen-Chlortrifluoräthylen (ECTFE) und das Mischpolymerisat Äthylen-Tetrafluoräthylen (ETFE).

Auf der sonnenabgewandten Seite des Bleches 2 ist die Metallschicht 18 aufgebracht, nämlich eine Al-Folie, deren Oberseiten eine Ayib-Schicht mit einer Oberflächenrauhigkeit von weniger als 0,7 μπι besitzen. Diese Metallschicht verhindert eine Wärmeabstrahlung in Richtung der sonnenabgewandten Seite des Kollektors.

Für die Schaumstoffisolierung wird vorzugsweise extrudiertes Polystyrol verwendet. Extrudiertes Polystyrol ist witterungsbeständig, insbesonde-e wasserabstoßend, und hat eine sehr niedrige Wärmeleitzahl.

Bedingt durch die Folie 16, die hohe Absorptionsfähigkeit der schwarzen Farbe 12, der Anordnung der Ultrarot-Strahiung verhindernden Metallschicht 18 auf der anderen Blechseite, sowie die isolierende Abschirmung 20 durch Schaumstoff, erfolgt eine intensive Wärmekop.zentration im Blech 2. Es wurden bei halbbewölktem Januarhimmel und 8⁰C im Schatten Temperaturen am Kollektürblech von 75° C erzielt. Dabei betrug das Gewicht eines Quadratmeters Absorbierfläche nur 15,5 kg.

In F i g. 2 ist auf der linken Ordinate das Absorptionsvermögen für elektromagnetische Strahlung in %, auf der rechten Ordinate die spektrale Strahldichte eines strahlenden Körpers in Wm-³Sr-¹ und auf der Abszisse die Wellenlänge in μπι aufgetragen. Die Kurve 50 zeigt die ausgezeichnete Spektralselektivität einer ETFE-Folie, d. h. Durchlässigkeit im sichtbaren Bereich (A = 0,3—0,7 μπη) größer 90% und Absorptionsvermögen größer 90% \n, Bereich der Ultrarot-Strahiung von A = 7—10 μπι. Zum Vergleich ist in Kurve 52 das Absorptionsvermögen einer Glasplatte und in Kurve 54 das Absorptionsvermögen der Polyvinylfluorid (PVF)-FoHe dargestellt Aus Kur/e 52 und 54 geht hervor, daß Glas und PVFeine Durchlässigkeit im sichtbaren Bereich und ein Absorptionsvermögen im Bereich 7—10 μπι kleiner 90% haben und damit weniger gut als ETFE zur Abdeckung von Sonnenenergiekollektoren geeignet sind.

Als Beispiel für die Ultrarot-Strahiung schwarzer Flächen ist mit Kurve 56 die spektrale Strahldichte eines schwarzen Körpers mit einer Temperatur von 400 K (= 127°C) aufgezeichnet

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

". ·. . . Patentansprüche:

1. Sonnenkollektor mit einem aus Metallblechen bestehenden Absorber mit Kanälen für eine die absorbierte Wärme abführende .Flüssigkeit, der auf seiner der Sonne zugewandten Oberfläche geschwärzt ist und auf seiner sonnenabgewandten Seite mit einer Wärmeisolierung abgedeckt ist, der auf seiner der Sonne zugewandten Seite mit wenigstens einer im Abstand über der Absorberfläche liegenden durchsichtigen Kunststoffolie als Abdeckung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die durchsichtige Kunststoffolie aus einem fluorierten Kunststoff besteht

2. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffolie aus Polyvinylidenfluorid (PVDF) besteht

3. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Kunststoffolie aus dem Mischpolymerisat Äihvlen-Chlortriiluoräthylen (ECTFE) besteht

4. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffolie aus einem Mischpolymerisat Äthylen-Tetrafluoräthylen (ET- FE) besteht