DE2732539A1 - Solarkollektor - Google Patents

Description

• Solarkollektor
• Die Erfindung betrifft einen Solarkollektor, dessen Absorberraum seitlich von einer wärmeisolierten Rahmenkonstruktion, rwickseitig von einer wärmeisolierten RUckwand und vorderseitig von einer transparenten Scheibe begrenzt wird.
• Es sind in Jüngerer Zeit eine Anzahl von Solarkollektoren entwickelt worden, die sich im Prinzip alle des sogenannten wTrethhaus-Effektes" bedienen, wobei die einzelnen Kollektorbaueinheiten mit einer oder mehreren Leitungen arbeiten, die in unterschiedlicher Weise ausgeführt sein können.
• Es sind Leitungen runden, rechteckigen oder ähnlich gearteten Querschnitts bekannt. Nach einer bekannten Ausführungsform weist Jede Kollektorbaueinheit ein oder zwei Leitungen bzw. Kanäle aus Kunststoff für das die Wärme transportierende Fluid auf, wobei die Länge der Leitungen bzw. Kanäle nicht kleiner als die Umfangslänge der Einheitsfläche ist und wobei die Wanddicke dieser Leitungen bzw. Kanäle im Bereich des Wärmeüberganges von außen nach innen nicht mehr als 1 mm beträgt.
• Wenngleich es sich bei der vorbekannten AusfUhrungsform bereits um einen flüssigkeitsdurchströmten Absorber mit relativ geringer Wanddicke handelt, ist der Nutzeffekt dennoch nicht ausreichend. Insbesondere in solchen Breiten, in denen die Sonneneinstrahlung nicht übermäßig stark ist, ist zur Erzielung eines ausreichenden Wirkungsgrades neben einer guten Isolierung eine möglichst optimale Ausnutzung der einfallenden Sonnenwärme erforderlich. Dabei sind Anordnung und Ausführungsform des Absorbers selbst von ausschlaggebender Bedeutung.
• Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, einen Solarkollektor mit einem Absorber zu versehen, bei dem bei verhSltnismäßig geringen Außenabmessungen des Solarkollektors ein Höchstmaß an Wärmeausbeute gegeben ist.
• Dabei ist die Überlegung miteinzubeziehen, daß b1i höheren Temperaturen im Dampfbereich der Absorber einem entsprechenden Betriebsdruck ausgesetzt ist.
• Die Erfindung ist die :estel1te Aufgabe bei einem Solarkollektor der eingangs genannten Gattung dadurch, daß der flüssigkeitsdurchströmte Absorber aus einer schwarz beschichteten Kupferrohrleitung relativ geringen Durchmessers besteht, deren Kupferrohr einschichtig anei.nanderliegend oder mit nur geringem Spiel nebeneinanderliegend angeordnet ist, derart, daß sich eine Rohrleitung relativ kleinen Durchmessers und relativ großer Länge ergibt. Die Rohrleitung nach dem erfindungsgemäßen Solarkollektor besteht vorteilhaft aus einer einzigen durchgehenden Rohrschlange. Nach einer besonderen technischen Lehre der Erfindung sollte das Verhältnis zwischen dem Rohrdurchmesser und der Rohrlänge bei einer Kollektorgröße von etwa 1,5 m2 zwischen 1 : 10 000 und 1 : 40 000, vorzugsweise jedoch etwa bei 1 : 24 000 liegen.
• Im Ergebnis entsteht so bei einem Solarkollektor von etwa 1,5 m2 wirksamer Elnstrahlungsfläche eine Kupferrohrschlange von etwa 240 m, wenn man einen Durchmesser von etwa 6 mm zu Grunde legt. Bei einer Vergrößerung des Durchmessers verküzt sich entsprechend die Länge des Kupferrohres. Dabei verkürzt sich naturgemäß auch die Dauer der Durchlaufzeit; Jn Breiten mit stärkerer Sonneneinstrahirnp wird man deshalb ggf. einer Bemessungsregel den Vorzug geben, bei der das Verhältnis zwischen Durchmesser und Rohrlänge unter 1 : 10 000 liegt.
• Durch die erfindungsgemäße Lehre, nach der die entsprechend beschichteten Kupferrohre einschichtig direkt und praktisch spielfrei nebeneinander liegen, wird eine gute Wärmeausnutzung erzielt. So konnte beispielsweise bei einem Kollektor von 1,5 m2 Größe unter Verwendung eines Kupferrohres von 6 mm und etwa 240 m Länge bei durchlaufendem Leitungswasser von 150C bei maximaler Einstrahlung und einem Winkel vnn ca. 400 eine Wassermenge von 34 ] pro Stunde aiif 480C erwarmt werden. Bei maximaler Einstrahlung in der Mittagszeit können Temperaturen über 1000C erreicht werden; der vorerwähnte Solarkollektor mit den vorbeschriebenen Maßen ist infolge des geringen Durchmessers der Leitung in der Lage, einem Betriebsdruck von 70 bar bis 145 bar bei 200°C standzuhalten.
• Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind im Zwischenraum zwischen Rohrleitung und transparenter Scheibe im Bereich der größten freien Rohr1nnge wenigstens gegeniiber der Scheibe warmeisolierte Abstandshalter vorgesehen.
• Die Praxis hat gezeigt, daß die Kunferrohre infolge des günstigen Wirkungsgrades und des spezifischen Wärmeausdehnungskoeffizienten dazu neigen, sich zu kriimmen, sofern sie nicht an der Absorberplatte festgelegt sind. Dieses Festlegen ist zeit- und kostenaufwendig; die Erfindung schlägt deshalb vor, schmale, die Sonneneinstrahlrng nicht behindernde Stege zwischen der transnarenten Scheibe und den Rohrlängen als wärmeisoliprte Abstandshalter vorzusehen. Die Kupferrohre werden dadurch in ihrer Position gehalten.
• Im einzelnen kann die Erfindung so ausgestaltet sein, daß die die Absorberplatte umgebende Rahmenkonstruktion aus einem eloxierten Aluminiumblech besteht. In dieser Rahmenkonstruktion ist die transparente Scheibe spannungsfrei - vorzugsweise auf einem aus Silikon-Kautschuk gebildeten Dichtungsstreifen - gelagert. Die Rahmenkonstruktion kann im einzelne aus einem U-Profil, einem einem Flansch des U-Profils außenseitig aufgelagerten elastischen Dichtungsstreifen und einem die transparente Scheibe festlegenden Winkelprofil bestehen. Damit ist eine einfache Lösungsform zeschaffen, die eine gute Wärmeisolierung zr1läßt und andererseits die einzelnen Bauteile einfach und sicher miteinander verbindet.
• Der flüssigkeitsdurchströmte Absorber selbst kann bei rechteckiger Ausbildung des Kollektors eine unterschiedliche Form, insbesondere eine Rechteck-, eine Quadrat-, eine Ellipsen- oder eine Kreisform aufweisen. Die Rechteck- oder Quadratform füllt den Kollektorquerschnitt zwar am günstigsten aus; sie bedingt jedoch ziemlich scharfe Abwinkelungen der flüssigkeitsdurchströmten Rohre, was zu erhöhtem Widerstand fijhrt. Soweit die rechteckige oder quadratische Ausbildung bautechnisch zweckmäßig ist, schalt die Erfindung vor, daß die Rohrleitung aus geraden Abschnitten Iind vorgeformten Winkel- oder Bogenstücken besteht, die über Gewinde- oder Steckverbindungen miteinander verbunden sind.
• Im übrigen können auch die Außenabmessungen des Solarkollektors von der Rechteckform abweichen und anders gestaltet ausgebildet sein.
• fla die Ausgangstemperatur von der sich stets ändernden Sonneneinstrahlung abhnngig ist, wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgeschlagen, mittels einer automatisehen Steuerung die Durchflußgeschwindigkeit des zu erwarmenden Mediums zu regeln. Diese Steuerung kann beispielsweise durch einen Thermostat erfolgen, das heißt bei geringer Sonneneinstrahlung erfolgt der Durchfluß langsam (um die Ausgangstemperatur zu erhöhen); bei starker Sonneneinstrahlung wird die Durchflußgeschwindigkeit durch eine Pumpe erhöht (um die Ausgangstemperatur zu senken). Auf diese Weise kann die Ausgangstemperatur in etwa konstant gehalten werden.
• Zur Vermeidung plötzlicher Überhitzungen ist dem Absorber vorteilhaft ein Überdruckventil zugeordnet, so daß die den Absorber durchströmende Flüssigkeit bei unzulässig hohem Druck beispielsweise in einen Vorratsbehälter o.dgl. abfließen kann. Die vorbeschriebenen Schalt- und ReCeleinrichtungen (Überdruckventil oder Thermostat) können in Abhängigkeit von der Tageszeit silber eine entsprechende Zeit-Schalteinrichtung gesteuert werden, so daß beispielsweise bei Großbetrieben zu bestimmten Tageszeiten Wasser von bestimmter Temperatur zur Verfügung steht.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles zäher erläutert Es zeigen Figur 1 den Solarkollektor in einer Draufsicht; Figur 2 minen Schnitt durch den Solarkollektor nach der Tinie II - II nach Figur 1; Figur 3 den Ausschnitt gemäß Teil A in vergrößerter Darstellung.
• Der Solarkollektor 1 besteht in seinem wesentlichen Aufbau aus einer Rahmenkonstruktion 3, einer Rückwand 4, einer Absorberplatte 11, dem Absorber 6 und der transparenten Scheibe 5. Zwischen der transparenten Scheibe 5 und dem Absorber 6 bzw. der Absorberplatte 11 ist der Absorberraum 6 gebildet.
• Auf der Absorberplatte 11 liegt der aus einer durchgehenden Kupferrohrleitung 7 gebildete Absorber 6. Die Absorberplatte 11 besteht aus einer hochwertigen Isolierung, beispielsweise Stein- oder Glaswollmatten, die an ihrer dem Absorberraum zugewandten Seite schwarz gefärbt sind. Abstandshalter 10 , die im Zwischenraum 8 zwischen Rohrleitung 7 und transparenter Scheibe 5 angeordnet sind, halten in dem mit 9 bezeichneten Bereich der größten freien Rohrlängen die Rohre in ihrer Position. Die Rahmenkonstruktion 3 selbst besteht aus einem U-Profil 12, auf dessen oberem Flansch 13 ein aus Silikon-Kautschuk gebildeter Dichtungsstreifen 14 aufliegt. Ein Winkelprofil 15 hält die spannungsfrei gelagerte transparente Scheibe 5 in ihrer Position.
• Zwischen den Abstandhaltern 10, die sich nur über eine kurze Lange erstrecken,und der Scheibe 5 können kleine Isolierkörper, die in Figur 2 mit 16 bezeichnet sind, angeordnet sein. Im übrigen ist bei 17 der Einlauf und bei 18 der Auslauf des Mediums angedeutet.

Claims (11)

1. A n s p r ii c h e : 1. Solarkollektor, dssen Absorberraum seitlich von einer warmeisolierten Rahmenkonstruktion, mickseiti von einer wärmeisolierten Rückwand und vorderseitig von einer transparenten Scheibe beCrenzt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der flüssigkeitsdurchströmte Absorber (6) alls einer schwarz beschichteten Kupferrohrleitung (7) relativ geringen Durchmessers besteht, deren Kupferrohr einschicntig aneinanderliegend oder mit nur geringem Sniel nebeneinanderliegend angeordnet ist, derart, daß sich eine Rohrleitung relativ kleinen Durchmessers und retativ großer Länge ergibt.
2. 2. Solarkollektor nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Rohrleitung (7) aus einer einzigen durchgehenden Rohrschlange besteht.
3. 3. Solarkollektor nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Verhältnis zwischen Rohrdurchmesser d und Rohrlänge 1 bei einer Kollektorgröße von etwa 1,5 m2 zwischen d : 1 = 1 : 10 000 und d : 1 = 1 : 40 000, vorzugsweise etwa bei d : 1 = 1 : 24 000 liegt.
4. 4. Solarkollektor nach Anspruch 1 und/oder einem oder mehreren der vorhergehenden, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß im Zwischenraum (8) zwischen Rohrleitung (7) und transparenter Scheibe (5) im Bereich (9) der größten freien Rohrlängen wenigstens gegenUber der Scheibe wärmeisolierte Abstandhalter (10) vorgesehen sind.
5. . Solarkollektor nach Anspruch 1 und/oder einem oder mehreren der vorheraehenden, d a d u r e h g e -k e n n z e i e h n e t , daß die die Absorberplatte (11) umSebende Rahmenkonstruktion (3) aus einem eloxierten Aluminiumblech besteht.
6. 6. Solarkollektor nach Anspruch 1 tmd/oder einem oder mehreren der vorhergehenden, d a d u r c h g e -k e n n z e i e h n e t , daß die transparente Scheibe (5) spannungsfrei in der Rahmenkonstruktion (3) gelagert ist.
7. 7. Solarkollektor nach Anspruch 1 und/oder einem oder mehreren der vorherehenden, d a d u r c h g e -k e n n z ei e h n e t , daß die Rahmenkonstruktion (3) aus einem U-Profil (12), einem einem Flansch (13) des U-Profils aussenseitiZ aufgelagerten elastischen Dichtungsstreifen (14) - vorzugsweise aus Silikon-Kautschuk - und einem die transparente Scheibe (5) festlegenden Winkelorofil (15) besteht.
8. 8. Solarkollektor nach Anspruch 1 und/oder einem oder mehreren der vorhergehenden, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der flüssigkeitsdurchströmte Absorber (6) bei rechteckiger Ausbildung des Kollektors (1) eine unterschiedliche Form, insbesondere Rechteck-, Quadrat-, Ellipsen- oder Kreisform aufweist.
9. 9. Solarkollektor nach Anspruch 1 und/oder einem oder mehreren der vorhergehenden, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Rohrleitung (7) aus geraden Abschnitten und vorgeformten Winkel- oder Bogenstficken besteht, die über Gewinde- oder Steckverbindungen miteinander verbunden sind.
10. 10. Solarkollektor nach Anspruch 1 und/oder einem oder mehreren der vorhergehenden, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß zur Bestimmung der Ausgangstemperatur des zu erwärmenden Mediums die Durchflußgeschwindigkeit über eine Pumpe, vorzugsweise automatisch, reelbar ist.
11. 11. Solarkollektor nach Anspruch 1 und/oder einem oder mehreren der vorhergehenden. d a d u r c h -k e n n z e i c h n e + , daß die dpn Absorber (6) durchströmende Flüssigkeit bei unzulässig hohem Druck über ein Uberdruckventil abf]ießen kann.