DE2920470A1 - DEVICE FOR USE OF SOLAR ENERGY - Google Patents
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Description
Patentanwälte Dipl.-Ing. H. Weickmann, DiPl1-PhYa B^AjK*i*ckePatent attorneys Dipl.-Ing. H. Weickmann, DiPl 1 -PhYa B ^ AjK * i * cke
Dipl.-Ing. F. A."Weιckmann, Dipl.-Chem. B. Hu4er Dr. Ing. H. Liska Dipl.-Ing. FA "Weιckmann, Dipl.-Chem. B. Hu4er Dr. Ing. H. Liska
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Einrichtung zur Nutzung von SonnenenergieFacility for the use of solar energy
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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a device according to the preamble of claim 1.
Die Entwicklung der Nutzung von Sonnenenergie im großen Maßstab, insbesondere für Wohnanlagen und zur künstlichen Beleuchtung von Räumen in Gebäuden, führte allgemein zu zwei verschiedenen Arten von Einrichtungen, die mindestens einen Sonnenenergieumsetzer enthalten, der normalerweise ein Gefäß ist, durch das eine Wärmetauschflüssigkeit strömt und auf das die Strahlungsenergie der Sonne auftrifft.The development of the use of solar energy on a large scale, particularly for residential complexes and for artificial lighting of rooms in buildings, generally resulted in two different types of facilities, at least one Contain solar energy converter, which is usually a vessel through which a heat exchange fluid flows and on that the radiant energy of the sun hits.
Die beiden Arten von Einrichtungen unterscheiden sich voneinander dadurch, wie die auftreffende Strahlungsenergie mit dem Gefäß in Wechselwirkung tritt. Bei einer ersten Einrichtungsart bil-"det das Gefäß eine Wärmefalle in Form eines starren Kastens, dessen Innenraum mit wärmeleitfähigem Material, beispielsweise Kupferblech, ausgekleidet ist und durch den Leitungen hindurchgeführt sind, durch die eine Wärmetauschflüssigkeit strömt. Der Kasten hat an einer Seite eine durchsichtige Fläche, durch die hindurch die Strahlung eintritt. Bei der anderen Art von Einrichtungen wird die auftreffende Strahlung jedoch durch einen Wärmekonzentrator gesammelt, der normalerweise durch einen oder mehrere Parabolspiegel und/oder Linsen gebildet ist, die die Strahlung auf ein oder mehr Gefäße konzentrieren.The two types of devices differ from each other in how the incident radiant energy interacts with the vessel interacts. In the case of a first type of facility, it forms the vessel is a heat trap in the form of a rigid box, the interior of which is covered with thermally conductive material, for example Copper sheet, is lined and through which lines are passed through which a heat exchange fluid flows. The box has a transparent surface on one side through which the radiation enters. The other kind of Facilities, however, the incident radiation is collected by a heat concentrator, which is normally used by one or more parabolic mirrors and / or lenses is formed which concentrate the radiation on one or more vessels.
Die Einrichtungen der zweiten Art können zwar die Strahlungsenergie viel wirksamer als die Einrichtungen der ersten Art ausnutzen, werden jedoch kaum für den Hausgebrauch eingesetzt, da sie relativ kostspielig und schwierig zu installieren sind. Um die Sonnenstrahlung richtig zu fokussieren, muß die Ausrichtung der Spiegel und/oder der Linsen laufend so geändert werden, daß sie der Sonnenbahn folgen. Deshalb können EinrichtungenThe devices of the second type can admittedly the radiant energy use much more effectively than the facilities of the first kind, but are rarely used for domestic use, as they are relatively expensive and difficult to install. In order to properly focus the solar radiation, the alignment must the mirror and / or the lenses are continuously changed so that they follow the path of the sun. Therefore, facilities can
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der zweiten Art nicht einen Teil der festen Konstruktion eines Gebäudes bilden, das sie speisen sollen, sondern müssen separat eingebaut werden. Die vorstehend genannten Einrichtungen der ersten Art sind jedoch durch starre Kästen gekennzeichnet, die leicht einen Teil eines Daches und/oder einer Wand von Gebäuden bilden können, die von ihnen zu speisen sind. Deshalb werden diese Einrichtungen bereits weitläufig bei modernen Bauten eingesetzt, trotzdem sie einen geringeren Wirkungsgrad haben.of the second type do not form part of the fixed structure of a building which they are intended to feed, but must be separate to be built in. However, the aforementioned devices of the first type are characterized by rigid boxes, the can easily form part of a roof and / or a wall of buildings to be fed by them. Therefore be these facilities are already widely used in modern buildings, nevertheless they have a lower efficiency.
Die Einrichtungen der ersten Art sind durch ihre Lichtundurchlässigkeit beschränkt einsatzfähig. Dadurch wird der Einsatz solcher Einrichtungen beispielsweise auf Gewächshäusern oder Industriehallen verhindert, die normalerweise Fenster in Dachoder Wandabschnitten haben, di'e der Sonnenstrahlung am meisten ausgesetzt sind. - *The devices of the first type are characterized by their opacity limited use. This makes the use of such facilities for example on greenhouses or Prevents industrial halls, which normally have windows in roof or wall sections, which the most solar radiation are exposed. - *
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Einrichtung zur Nutzung der Sonnenenergie anzugeben, die als Abdeckungselement für Gebäude einsetzbar ist und einen Wirkungsgrad in der Größenordnung hat, wie sie mit den vorstehend beschriebenen Einrichtungen der zweiten Art erreicht wird.The object of the invention is to provide a device for utilizing solar energy that can be used as a cover element for buildings and has an efficiency in of the order of magnitude achieved with the above-described devices of the second type.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved by the features of claim 1. Advantageous further developments are the subject of Subclaims.
Eine Einrichtung nach der Erfindung ermöglicht es, daß zumindest ein Teil der auftreffenden Sonnenstrahlung durch sie hindurch in den Innenraum eines Gebäudes fallen kann, auf dem die Einrichtung montiert ist.A device according to the invention makes it possible that at least part of the incident solar radiation through it can fall through into the interior of a building on which the device is mounted.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Figuren beschrieben. Es zeigen:Embodiments of the invention are described below with reference to the figures. Show it:
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Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Gebäudes mit einem Dach, in das mehrere Einrichtungen nach der Erfindung eingebaut sind,Fig. 1 is a perspective view of a building with a roof in which several facilities are installed according to the invention,
Fig. 2 einen schematischen Querschnitt eines TeilsFig. 2 is a schematic cross section of a part
des in Fig. 1 gezeigten Daches,the roof shown in Fig. 1,
Fig. 3 und 4 Draufsichten auf alternative Ausführungsbeispiele der Erfindung,3 and 4 are plan views of alternative exemplary embodiments of the invention,
Fig. 5 . den Schnitt V-V nach Fig. 3 oder 4 undFig. 5. the section V-V according to Fig. 3 or 4 and
Fig. 6 eine perspektivische Teildarstellung einerFig. 6 is a perspective partial representation of a
Einzelheit aus Fig. 2.Detail from FIG. 2.
Fig. 1 zeigt eine Halle 1, die als Fabrikhalle oder auch als Gewächshaus dienen kann. Sie hat eine Dachdeckung 2 mit Fenstern 3, die einen Durchtritt der Sonnenstrahlung in das Innere erlauben.Fig. 1 shows a hall 1, which as a factory hall or as Can serve as a greenhouse. It has a roof covering 2 with windows 3 that allow solar radiation to pass through Allow inside.
Gemäß Fig. 2 besteht jedes Fenster 3 aus mehreren flachen Tafeln, die nebeneinander in mehreren Reihen angeordnet sind. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei Reihen solcher Tafeln in Richtung der Länge des Daches angeordnet, wobei die Tafeln einer jeden Reihe mit Ausnahme der untersten Reihe die entsprechenden Tafeln der benachbarten, darunterliegenden Reihe teilweise überlappen. Fig. 3 zeigt eine Tafel 4 mit Rechteckform, und Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform einer Tafel 5 mit quadratischer Form.According to FIG. 2, each window 3 consists of several flat panels which are arranged next to one another in several rows. In the illustrated embodiment, three rows of such panels are arranged in the direction of the length of the roof, with the panels of each row, with the exception of the bottom row, the corresponding panels of the neighboring, underlying Partially overlap row. Fig. 3 shows a panel 4 having a rectangular shape, and Fig. 4 shows another embodiment a table 5 with a square shape.
Jede Tafel 4, 5 besteht vorzugsweise aus Glas oder hat eine Schichtstruktur aus Glas- und Kunststoffschichten. Jede Tafel 4, 5 hat Vertiefungen 6 mit einem sägezahnförmigen Querschnitts-Each panel 4, 5 is preferably made of glass or has one Layer structure made of glass and plastic layers. Each panel 4, 5 has depressions 6 with a sawtooth-shaped cross-sectional
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profil (Pig. 5) auf einer Seite. Auf der Tafel 4 verlaufen die Vertiefungen 6 (Fig. 3) parallel zur Tafellänge und bilden eine Fresnel-Linse 7 mit Zylindersymmetrie, während die Vertiefungen 6 auf der Tafel 5 auf konzentrischen Kreisen liegen und eine Fresnel-Linse 8 mit Kugelsymmetrie bilden. Die Vertiefungen 6 können zur Innenseite der Halle 1 oder zu deren Außenseite hin orientiert sein. Im letzteren Falle sollten sie jedoch vorzugsweise mit einer flachen Glasabdeckung geschützt sein, die nicht dargestellt ist.profile (Pig. 5) on one side. On the board 4, the depressions 6 (Fig. 3) run parallel to the board length and form a Fresnel lens 7 with cylindrical symmetry, while the recesses 6 on the panel 5 on concentric circles lie and form a Fresnel lens 8 with spherical symmetry. The depressions 6 can be oriented towards the inside of the hall 1 or towards the outside thereof. In the latter case however, they should preferably be protected with a flat glass cover, not shown.
Bekanntlich ermöglichen der Sonnenstrahlung ausgesetzte Fresnel-Llnsen einen Durchtritt der diffusen Komponente der Sonnenstrahlung praktisch unverändert, während sie die direkte Komponente fokussieren. Wenn Fresnel-Linsen des •zylindrisch-symmetrischen Typs 7 (Fig. 3) in einer festen Position montiert sind und der Sonnenstrahlung ausgesetzt werden, so wird die direkte Strahlung auf eine nicht dargestellte Linie fokussiert, die parallel zu den Vertiefungen läuft und sich parallel zu sich selbst im Raum hinter der Tafel 4 auf deren nicht der Sonne ausgesetzter Seite bewegt, und zwar abhängig von dem Änderungswinkel des Strahlungseinfalls. Ähnlich konzentriert eine Fresnel-Linse des kugelsymmterischen Typs 8 (Fig. 4), die in einer festen Position montiert ist, die direkte Komponente der einfallenden Sonnenstrahlung in einem Punkt, dessen Position sich mit dem Einfallswinkel der Sonnenstrahlung ändert.It is well known that those exposed to solar radiation allow Fresnel lenses allow the diffuse component of solar radiation to pass through practically unchanged while they are the focus on direct component. If Fresnel lenses of the • cylindrically symmetrical type 7 (Fig. 3) in a fixed Position are mounted and are exposed to solar radiation, so the direct radiation is on a not shown Focused line that runs parallel to the depressions and is parallel to itself in the space behind the Table 4 moved on the side not exposed to the sun, depending on the angle of change of the incidence of radiation. Similarly, a spherically symmetric type Fresnel lens 8 (Fig. 4) is concentrated in a fixed position is mounted, the direct component of the incident solar radiation at a point whose position varies with the angle of incidence the solar radiation changes.
Wenn jedes Fenster 3 durch Tafeln 4 (Fig. 3) gebildet wird, so wird also die direkte Komponente der einfallenden Sonnenstrahlung für jede Reihe von Tafeln 4 auf eine einzige gerade Linie fokussiert, die parallel zu den Vertiefungen 6 läuft und im Innenraum der Halle 7 angeordnet ist. WennIf each window 3 is formed by panels 4 (Fig. 3), then it becomes the direct component of the incident solar radiation for each row of panels 4 focused on a single straight line parallel to the depressions 6 runs and is located in the interior of hall 7. if
jedes Fenster 3 aus Tafeln 5 (Fig. 4) zusammengesetzt ist, so wird die direkte Komponente der Sonnenstrahlung für jede Reihe von Tafeln 5 auf eine Reihe von Punkten fokussiert, wobei jeweils ein Punkt für jede Tafel 5 auftritt. Diese Reihe von Punkten liegt auf einer geraden Linie parallel zu der Tafelreihe. Bei Änderung des Einfallswinkels der Sonnenstrahlung bewegen sich die Fokussierungspunkte, so daß die Linien, die sie miteinander verbinden, sich parallel zu sich selbst bewegen.each window 3 is composed of panels 5 (Fig. 4), the direct component of solar radiation for each Row of panels 5 focused on a series of points, one point occurring for each panel 5. This set of Points lies on a straight line parallel to the row of panels. Move when the angle of incidence of solar radiation changes move the focus points so that the lines they are connect with each other, move parallel to yourself.
Es tritt auch ein diffuses Licht innerhalb der Halle durch die diffuse Komponente der einfallenden Sonnenstrahlung auf. Dieses Licht reicht aus, um allgemein die Durchführung von Arbeiten und/oder das Wachsen von Pflanzen innerhalb der Halle zu ermöglichen.Diffuse light also occurs within the hall due to the diffuse component of the incident solar radiation. This light is sufficient to carry out work and / or grow plants within the general Hall to enable.
Wie in Fig. 2 schematisch gezeigt ist, wird ein beweglicher Rahmen 9 unter jedem Fenster 3 an der Dachdeckung 2 der Halle 1 durch Betätigungsvorrichtungen gehalten, die die Bewegung des Rahmens 9 steuern, so daß er parallel zu dem zugeordneten Fenster 3 gehalten wird. Die Betätigungsvorrichtungen können von jeder geeigneten Art sein. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind mehrere Teleskopstäbe 10 vorgesehen, von denen in Fig. 2 nur einer gezeigt ist. Jeder Teleskopstab 10 hat ein Außenrohr 14, das mit der Dachdeckung 2 über ein Kugelgelenk 11 verbunden ist, und einen Stab 12, der mit dem Rahmen 9 verbunden ist. Das Ausfahren des Teleskopstabes 10 wird durch einen umsteuerbaren Elektromotor 13 gesteuert, der an dem Außenrohr 14 befestigt ist und beispielsweise über einen Spindeltrieb (nicht dargestellt) auf den jeweiligen Stab 12 einwirkt.As shown schematically in Fig. 2, a movable frame 9 is under each window 3 on the roof covering 2 of the Hall 1 held by actuators that control the movement of the frame 9 so that it is parallel to the associated window 3 is held. The actuators can be of any suitable type. In which In the illustrated embodiment, several telescopic rods 10 are provided, only one of which is shown in FIG. 2. Each telescopic rod 10 has an outer tube 14 which is connected to the roof covering 2 via a ball joint 11, and a Rod 12 connected to frame 9. The extension of the telescopic rod 10 is carried out by a reversible electric motor 13 controlled, which is attached to the outer tube 14 and, for example, via a spindle drive (not shown) acts on the respective rod 12.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfassen die Betätigungsvorrichtungen mindestens einen weiteren umsteuerbarenIn the illustrated embodiment, the actuating devices comprise at least one other reversible
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Elektromotor 15, der in einer festen Position an der Dachdeckung 2 gehalten ist und ein Rad 16 dreht, auf dem ein Seil 17 geführt ist. Das Seil 17 ist um eine Scheibe 18 geführt und mit dem Rahmen 9 verbunden, so daß dieser in Richtung quer zu den Teleskopstäben 10 bewegt werden kann.Electric motor 15 which is held in a fixed position on the roof covering 2 and rotates a wheel 16 on which a Rope 17 is guided. The rope 17 is guided around a disc 18 and connected to the frame 9, so that this in the direction can be moved transversely to the telescopic rods 10.
Sonnenenergieumsetzer sind an dem Rahmen 9 befestigt. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind dies-Gefäße 19, die mit ihrer Längsrichtung parallel zu den Reihen von Tafeln 4, 5 ausgerichtet sind. Ihre Anzahl ist gleich der Anzahl der Tafelreihen.Solar energy converters are attached to the frame 9. In the illustrated embodiment, these are vessels 19 that are aligned with their longitudinal direction parallel to the rows of panels 4, 5. Their number is equal to the number of Rows of panels.
Wie aus Fig. 6 hervorgeht, hat jedes Gefäß 19 ein Außenrohr aus transparentem Material, vorzugsweise Glas, in dem ein Innenrohr 21 koaxial angeordnet ist und eine Wärmetauschflüssigkeit führt.As can be seen from Fig. 6, each vessel 19 has an outer tube made of transparent material, preferably glass, in which an inner tube 21 is arranged coaxially and a heat exchange fluid leads.
Die Position der Gefäße 19 relativ zu den Tafeln 4,5 wird durch eine Steuereinheit 22 gesteuert, die in Fig. 2 schematisch dargestellt ist und den Betrieb der Elektromotore 13 und 15 abhängig von Steuersignalen steuert, die ihr von mindestens einem Sensor 23 zugeführt werden, der am Rahmen 9 befestigt und vorzugsweise, wie dargestellt, einem der Gefäße zugeordnet ist. Jeder Sensor 23 umfaßt ein für Sonnenlicht empfindliches Element, das elektrische Signale abgibt, durch die die Steuereinheit 22 die Elektromotore 13 und 15 so steuert, daß sie die Gefäße 19 in Positionen halten, die mit den geraden Linien zusammenfallen, auf denen die direkte Komponente der Sonnenstrahlung durch die Tafeln 4 bzw. 5 fokussiert wird.The position of the vessels 19 relative to the panels 4.5 is controlled by a control unit 22, which is shown schematically in FIG. 2, and the operation of the electric motors 13 and 15 controls depending on control signals that you receive from at least a sensor 23, which is attached to the frame 9 and preferably, as shown, to one of the vessels assigned. Each sensor 23 includes a sunlight sensitive element that emits electrical signals through which the control unit 22 controls the electric motors 13 and 15 so that they hold the vessels 19 in positions with the straight lines coincide on which the direct component of solar radiation through panels 4 and 5 is focused.
Gemäß einer nicht dargestellten Variante können die Steuereinheit 22 und der bzw. jeder Sensor 23 durch einenAccording to a variant not shown, the control unit 22 and the or each sensor 23 by a
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programmierbaren Rechner ersetzt sein, der ggf. mit einem äußeren Steuersensor verbunden ist.be replaced by a programmable computer, which may be connected to an external control sensor.
Es sei bemerkt, daß die Gefäße 19 durch jeden anderen Sonnenenergieumsetzer ersetzt sein können und daß die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele zur Verstellung der Sonnenenergieumsetzer relativ zu den Tafeln 4, 5 entsprechend den Positionen der geraden Linien und/oder der Punkte, an denen die direkte Komponente der Sonnenstrahlung fokussiert wird, durch jede andere geeignete Vorrichtung ersetzt sein können.It should be noted that the vessels 19 by any other solar energy converter can be replaced and that the embodiments described above for adjusting the Solar energy converter relative to panels 4, 5 accordingly the positions of the straight lines and / or the points where the direct component of solar radiation focuses may be replaced by any other suitable device.
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Claims (7)
Komponente dieser Sonnenstrahlung in einem Bereich konzentriert, dessen Position sich mit dem Winkel der Sonne relativ zu dem transparenten Element (4, 5) ändert und der auf der nicht der Sonnenstrahlung ausgesetzten Seite des transparenten Elementes (4, 5) liegt, durch mindestens
einen Sonnenenergieumsetzer (19) auf der genannten Seite des transparenten Elements. (4, 5), durch Halterungen (10) zur Verbindung des Sonnenenergieumsetzers (19) mit dem transparenten Element (4, 5), die Betätigungsvorrichtungen (13, 15) zur Verstellung des Sonnenenergieumsetzers (19) relativ zu dem transparenten Element (4, 5) aufweisen,und durch eine Steuervorrichtung (22) zur Steuerung der Betätigungsvorrichtungen (19, 15) derart, daß der Sonnenenergieumsetzer (19) in einer festen Position relativ zu dem Bereich der Strahlungskonzentration gehalten wird.C 1.) Device for using solar energy, characterized by at least one transparent element (4, 5) which is arranged in a fixed position and which allows the diffuse component of incident solar radiation to pass through and the direct one
Component of this solar radiation concentrated in an area whose position changes with the angle of the sun relative to the transparent element (4, 5) and which is on the side of the transparent element (4, 5) not exposed to solar radiation, by at least
a solar energy converter (19) on said side of the transparent element. (4, 5), through brackets (10) for connecting the solar energy converter (19) to the transparent element (4, 5), the actuating devices (13, 15) for adjusting the solar energy converter (19) relative to the transparent element (4, 5), and by a control device (22) for controlling the actuating devices (19, 15) in such a way that the solar energy converter (19) is held in a fixed position relative to the area of radiation concentration.
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JPS558589A (en) | 1980-01-22 |
| FR2430577A1 (en) | 1980-02-01 |
| IT1159879B (en) | 1987-03-04 |
| IT7868574A0 (en) | 1978-07-05 |
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