DE2511740A1 - Reflektorsystem zur gewinnung von sonnenenergie - Google Patents

Description

• RSFLEKORSYST4 ZUR GnirNfUNG VON SONNENENERGIE .
• Die Erfindung betrifft ein Reflektorsystem zur Gewinnung von Sonnenenergie, vorzugsweise einsetzbar zur Hausheizung und Warmwasserbereitung.
• Bei der Gewinnung von Sonnenenergie zur Rausheizung und Warmwasserbereitung mussen folgende Voraussetzungen erfüllt sein: - Die Energie muß auf einem Temperaturniveau von über 80 ° C gewonnen werden - Die Energiegewinnung mup das ganze Jahr hindurch, insbesondere im Winter gewahrleistet sein.
• - Die Auffangeinrichtungen ( hier Reflektorsystem ) müssen ohne wesentliche Beeinträchtigung der Umwelt am Ort des Energiebedarfs installiert werden können.
• Es ist bekannt zur Erfüllung dieser Erfordernisse schwarze Kollektorflachen, welche direkt von der Sonne bestrahlt werden, auf den Dachflachen zu installieren (VDI-Nachrichten vom 23.8.74, Seite 1). Diese direkt bestrahlten Kollektoren strahlen trotz wärmedämmender Abdeckung mit Glas oder anderen durchsichtigen Materialien einen Grobteil der aufgefangenen Warme wieder ab. Dadurch wird ihre Effektivität stark reduziert und es ist insbesondere in den Wintermonaten nicht moglich nennenswerte Energiemengen auf dem gewünschten Temperaturniveau zu gewinnen. Andere Lösungsmöglichkeiten (Umwelt 2/74 Seite 28bis 32) sind entweder zu teuer (Solarzellen) oder zu sperrig (Parabolspiegel).
• Letztere stören beim Einsatz zur Hausheizung das Gesamtbild einer Siedlung und werfen zusätzlichen Schatten , der die Nachbarn beeinträchtigt. Sie müssen zur Aufnahme der Windkräfte stabil (und teuer) ausgelegt sein und sind schwer zu reinigen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einerseits Energieausbeute und Temperaturniveau zu Zeiten niedrigen Sonnenstandes zu erhohen, andererseits eine praktische, billige und umweltfreundliche Anordnung des Auffangsysteis zu ermöglichen.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Anzahl steifenformiger Relektorlamellen. parallel zueinander im Dachstuhl eingebaut, die Sonnenstrahlung auf eine parallel über den Reflektorlamellen liegende, streifenförmige Kollektorfläche bündelt Die Kollektorfläche ist verglichen mit der Gesamtflache der Reflektorlamellen klein, sodap die von der warmen Hollektorflache zurückgestrahlte Wärme klein ist gegenüber der eingestrahlten Wärme. So können übermäßige Wärmeverluste vermieden werden. Die Reflektorlamellen liegen in ihrer Langsachse parallel zur Dachneigung, vorzugsweise nach Süden.Sie sind derart in der Längsachse , kippbar, dap die Sonnenstrahlung beim Lauf der Sonne von Osten nach Westen stets auf die Eollektorfläche reflektiert wird. Änderungen des Höhenstandes der Sonne wirken sich dadurch aus, daß das reflektierte, streifenförmige Strahlenbündel entlang der Längsachse der Kollektorfläche verschoben wird. Die Verschiebung ist umso größer, je weiter der Abstand zwischen Kollektorfläche und Reflektorlamelle ist.Die Kollektorflache muß deshalb zur Ausnutzung der gesamten reflektierten Strahlung bei jeder Sonnenhöhe länger sein als die Reflektorlamellen. Die zusatzliche Kollektorlange bedingt zusätzliche Wärmeverluste. Um die zusatzliche Kollekborlänge gering zu halten soll der Abstand zwischen Kollektorfläche und Reflektorlamellen gering sein im Verhältnis zu der Länge derselben.
• Die Reflektorlamellen sind zum Schutz vor Witterungseinflüssen (Windlast, Schneelast. Verschmutzung) erfindungsgemaa mit durchsichtigen Platten abdeckbar. So ist es möglich die Reflektorlamellen und ihren Verstellmechanismus schwach auszulegen und billig zu erstellen. Außerdem ist hierbei nur die äußere glattflächige Abdeckung zu reinigen, was mit einer mechanischen Sprüh- und Wischeinrichtung leicht zu automatisieren ist. Die durchsichtige Abdeckung ersetzt die normalerweise ubliche Dachabdeckung mit Dachziegeln oder Ähnlichem.
• Die Reflektorlamellen können gerade sein oder quer zur Längsachse derart gewölbt, dap eine Brennlinie etwa auf Höhe der Kollektorfläche entsteht. Im ersteren Falle muR die einzelne Reflektorlamelle schmaler sein als die Eollektorfläche und im zweiten Falle kann sie breiter sein.
• Je nach Himmelsrichtung des Dachabfalles, Dachneigungswinkel und Jahreszeit ändert sich die zu einer bestimmten Tageszeit erforderliche Stellung der Reflektorlamellen. Obwohl sich die genaue zeitliche Stellungsänderung huber den Tages- und Jahresablauf für jeden Einsatzfall exakt berechnen läßt, ist eine rein zeitgesteuerte Regelung der Reflektorstellung nicht sinnvoll. Der hierzu erforderliche Regelmechanismus müßte für jeden neuen Einsatzfall neu angepasst werden, er wäre komplisiert und würde intensiver Wartung bedürfen (z.B. Nachstellung bei Zeitabweichung, Stromausfall): Außerdem würde er höhere Anforderungen bei der Einhaltung der Baumaße (Dachneigung) und bezüglich der Verzugsfreiheit der Dach- und Reflektorstruktur bedingen.
• Eine Regelung durch direkte Einwirkung der Sonnenstrahlung wird durch den Umstand erschwehrt, daß die Steuerung bei Sonnenbedeckung unterbrochen wird. Beim Aufklaren ist dann die Iststellung so weit von der Sollstellung entfernt, daß ein für die Steuerung ausreichendes Licht-oder Wärmesignal schwer bestimmbar ist und zum Nachstellen der Reflektorlamellen eine lange Zeit benötigt wird.
• Die Aufgabe der Regelung wird erfindungsgemä dadurch gelöst, da eine Zeitsteuerung für die ungefäre Einhaltung der Soll stellung der Reflektorlamellen sorgt. Eine übergeordnete, direkt von-der Sonnenstrahlung gelenkte Steuerung regelt die genaue Position der Reflektorlamellen und stellt die Zeitsteuerung nach, das heist sie bewirkt den jahreszeitlichen Angleich der Zeitsteuerung.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Folgenden beschrieben: Abb.l zeigt einen Ausschnitt aus einem nach Süden geneigten Dach in dem ein erfindungsgemäßes Reflektorsystem eingebaut ist. Die Reflektorlamellen (2) sind zwischen den Dachsparren (1) angeordnet.
• Die Reflektorlamellen sind jeweils so gekippt, daß die auf sie fallende Sonnenstrahlung auf die rohrförmig ausgebildete gollektorflache (7) reflektiert wird. Die in Abb.l gezeigte Stellung der Reflektorlsmellen entspricht der für 9 Uhr Tageszeit am Tag der Tag- und Nachtgleiche erforderlichen Stellung. Die einzelnen Reflektorlamellen sind durch ein Gestänge (3) derart verbunden, daß eine änderung der Eippstellung nur für alle Reflektorlamellen gleichzeitig um den gleichen Betrag möglich ist. Der Antieb (4) kippt die Reflektorlamellen mit einer durch die Zeitsteuerung bedingten Geschwindigkeit von 715 grad pro Stunde von der 9-Uhr-Stellung bis zur 15-Uhr-Stellung.
• Scheint während dieser Zeit die Sonne, so wird die Sonnenstrahlung bei richtiger Stellung der Reflektorlamellen auf die rohrförmige Kollektorflache reflektiert. Weicht die Stellung der Reflektorlamellen etwa bedingt durch jahreszeitliche Einflüsse, oder durch Ungenauigkeiten in der Zeitsteuerung von der richtigen Stellung ab, so fallt die reflektierte Strahlung auf einen der beiden Sensoren (9undlO). Je nachdem auf welchen Sensor die Srahlung fällt wird der Antrieb vor oder zurückgestellt und zwar so lange, bis beide Sensoren gleiche Signale liefern. Wird eine derartige Nachstellung zwischen 11.55 Uhr und 12.05 mir notwendig, so wird gleichzeitig die Zeitsteuerung nachgestellt, sodaß die neue Stellung zur gleichen Zeit des folgenden Tages wieder erreicht wird. Nach Erreichen der 15-Uhr-Stellung werden die Reflektorlamellen in die 9-Uhr-Stellung zurückgekippt.Heizt sich der an der Kollektorflache befestigte Temperatursensor (11) durch die auftreffende Sonnenstrahlung auf, so wird Kühlwasser durch das Kollektorrohr (7) geschickt. Kühlt sich der Temperatursensor auf unter 900C ab, so wird das Kühlwasser abgeschaltet und das Rohrsystem entleert sich wieder. Durch das Entleeren des Rohrsystems wird ein Einfrieren in Kälteperioden vermieden. Dasym Kollektorrohr erwarmte Wasser wird gespeichert und zu Zeiten des Wärmebedarfs in den Heizeinrichtungen des Hauses abgekühlt. Die durchsichtige Abdeckung (5) schutzt die Reflektorlamellen vor Witterungseinflüssen.
• Abb.2 zeigt ein Haus mit JsODachneigung, in dessen Dach 3 Sektionen gemaß Abb.l eingebaut sind. Die Kollektorrohre (7) werden uber Stützen(8} gehalten, Uber die auch das Kühlwasser zu- und abgefuhrt wird. Die Strahlengang¢ für die extremen Sonnenstande des Jahres sind fur 50°nördliche Breite eingetragen. Bei Xnderung des Sonnenstandes zwischen diesen Extremstellungen verschiebt sich der Punkt des Strahlungseinfalles von (12) nach (13). Der Abstand zwischen (12)-und (13) ist klein gegenüber der Gesamtiange des Kollektorrohres. Um diesen Abstand mufr das Kollektorrohr langer sein als die Reflektorlamellen.

Claims (7)

Patentansprüche.

1. Reflektorsystem zur Gewinnung von Sonnenenergie vorzugsweise einsetzbar zur Hausheizung und zur Warmwas serbereiturgi dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl streifenförmiger Reflektorlamellen, in ihrer Längsachse kippbar, vorwiegend nach Süden ausgerichtet die Sonnenstrahlung auf eIne streifenförmige Kollektorfläche bündelt.

2. Reflektorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daS die Reflektorlamellen in ihrer Längsachse vorwiegend nach Süd Ost bis Süd-West ausgerichtet sind.

3. Reflektorsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, das die Reflektorlamellen in ihrer Längsachse parallel zur Dachneigung in Dächern eingebaut sind, die nach Süd-Ost bis Süd-West abfallen.

4. Reflektorsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, da die Reflektorlamellen mit einer durchsichtigen Abdeckung abgedeckt sind.

5. Reflektorsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daS der Abstand zwischen Kollektorfläche und Reflektorlamellen klein ist gegenüber der Länge derselben.

6. Reflektorsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Reflektorlamellen uber eine zeitabhangige Steuerung und über eine ubergeordnete von der Sonnenstrahlung gelenkte Steuerung bewerkstelligt wird.

7. Reflektorsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, da die zeitabhängige Steuerung von der durch die Sonnenstrahlung gelenkten Steuerung nachgestellt wird.