DE29901376U1

DE29901376U1 - Flat solar panel

Info

Publication number: DE29901376U1
Application number: DE29901376U
Authority: DE
Original assignee: SSL MASCHINENBAU GmbH
Current assignee: SSL MASCHINENBAU GmbH
Priority date: 1999-01-27
Filing date: 1999-01-27
Publication date: 1999-04-08
Anticipated expiration: 2009-01-28

Description

SolarflachkoliektorSolar flat collector

Die Erfindung betrifft einen Solarflachkoliektor zur Brauchwassererwärmung, der auf seiner Lichteinfailseite mit einer transparenten Wärmedämmung versehen ist.The invention relates to a solar flat collector for domestic water heating, which is provided with transparent thermal insulation on its light-facing side.

Solarkollektoren zur Brauchwarmwasserbereitung in Wohn- und Gesellschaftsbauten werden in unterschiedlichen technischen Varianten, beispielsweise als aufwendige Vakuum-Flachkoilektoren mit spezialbeschichteten Absorbern angeboten und in der Praxis eingesetzt. Trotzdem haben sie sich unter mitteleuropäischen Klimaverhältnissen auf Grund hoher Investitionskosten bei zu geringem Wirkungsgrad bisher nicht in wirklich großem Umfang durchsetzen können. Der Wirkungsgrad von Flachkollektoren wird vor allem durch die Strahlungsverluste an der Deckscheibe des Kollektors begrenzt. Zur möglichen Verringerung der Wärmeabgabe wurden deshalb bereits verschiedene transparente Wärmedämmungen zwischen der Abdeckung des Kollektors und dem eigentlichen Absorber vorgeschlagen. In DE 42 22 433 ist dazu beispielsweise eine Lösung mit kleinen Glastafeln dargestellt, die eine Vielzahl von wabenförmigen Kanälen zur möglichst verlustlosen Aufnahme der Strahlungsenergie bilden. In DE 28 35 371 wurden bereits transparente Wärmedämmelemente beschrieben, die zwischen einer der Einstrahlung zugewandten Abdeckplatte und einer, über dem Absorber angeordneten zweiten Trägerplatte angeordnet sind und vorzugsweise aus sechseckigen Waben bestehen. DE 38 24 759 beschreibt ebenfalls einen Solarkoliektor, der eine, unter der Abdeckplatte angeordnete transparente Waben- oder Kanalstruktur aufweist. Diese Kollektorkonstruktion benötigt allerdings für maximale Betriebstemperaturen bis zu 200⁰C einen Hohlraum zwischen transparenter Abdeckung und Absorber, in welchem ein Unterdruck zwischen 2000 und 5000 Pa herrscht, so daß spezielle Tragringe die abdeckende Glasplatte gegen den äußeren Luftdruck abstützen müssen.Solar collectors for domestic hot water preparation in residential and public buildings are offered and used in practice in various technical variants, for example as complex vacuum flat-plate collectors with specially coated absorbers. Nevertheless, they have not yet been able to establish themselves on a really large scale in Central European climatic conditions due to high investment costs and insufficient efficiency. The efficiency of flat-plate collectors is mainly limited by the radiation losses on the cover plate of the collector. In order to possibly reduce heat emission, various transparent thermal insulations between the cover of the collector and the actual absorber have therefore already been proposed. DE 42 22 433, for example, shows a solution with small glass panels that form a large number of honeycomb-shaped channels to absorb the radiation energy with as little loss as possible. DE 28 35 371 has already described transparent thermal insulation elements which are arranged between a cover plate facing the radiation and a second support plate arranged above the absorber and which preferably consist of hexagonal honeycombs. DE 38 24 759 also describes a solar collector which has a transparent honeycomb or channel structure arranged under the cover plate. However, for maximum operating temperatures of up to 200 ⁰ C, this collector design requires a cavity between the transparent cover and the absorber in which a negative pressure of between 2000 and 5000 Pa prevails, so that special support rings must support the covering glass plate against the external air pressure.

• ··

-2--2-

In DE 43 01 863 wurde bereits vorgeschlagen, Kapillarglas als transparente Wärmedämmung zwischen zwei Glasscheiben über dem Absorber anzuordnen. Der Nachteil dieser Lösung beruht auf dem Erfordernis einer zweiten geschlossenen Glasfläche mit entsprechenden Strahlungsverlusten über dem Absorber.In DE 43 01 863 it was already proposed to arrange capillary glass as transparent thermal insulation between two panes of glass above the absorber. The disadvantage of this solution is the need for a second closed glass surface with corresponding radiation losses above the absorber.

Der Erfindung liegt somit das Problem zugrunde, zwischen Kollektorabdeckung und Absorber eine transparente Wärmedämmung so anzuordnen, daß die aufgenommene Wärmeenergie dem Absorber nahezu verlustlos zugeführt wird, ohne daß in dem, zwischen Wärmedämmung und Absorber verbleibenden Zwischenraum Unterdruck herrschen muß.The invention is therefore based on the problem of arranging a transparent thermal insulation between the collector cover and the absorber in such a way that the absorbed thermal energy is fed to the absorber with almost no loss, without negative pressure having to prevail in the space remaining between the thermal insulation and the absorber.

Das Problem wird durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst. Die
weiteren Ansprüche zeigen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.The problem is solved by the features mentioned in claim 1. The
Further claims show advantageous embodiments of the invention.

Wie in der beigefügten Zeichnung dargestellt ist, sind unter der, den Kolllektor nach außen abdeckenden Glasscheibe in dichtest möglicher Packung nach unten offene Glasröhrchen derart angeordnet, daß die Fläche der Glasscheibe von den kreisförmigen Querschnitten der Röhrchen vollständig ausgefüllt ist. Während die Glasröhrchen fest unter der Glasplatte befestigt sind, enden sie frei in einem geringen Abstand über dem Absorber. Ihre Abmessungen sind erfindungsgemäß so gewählt, daß sich aus dem Verhältnis zwischen Durchmesser und Länge eines jeden Röhrchens insgesamt ein Wert für die Wärmedurchgangszahl von k < 1,0 W/m²K ergibt, da in den Röhrchen auf Grund ihres kleinen Querschnitts keine Luftbewegung und damit auch kein Wärmetausch stattfinden kann. Die einfallende Strahlungsenergie wird durch die Röhrchen zwangsweise und ohne weitere Verluste direkt zum Absorber geführt, so daß sie als "Strahlenfalle" wirken. Im Zwischenraum zwischen Röhrchen und Absorber herrscht Normaldruck. Die Ausrichtung der Röhrchen kann je nach Lichteinfall und/oder Verwendungszweck wahlweise senkrecht oder in einem definierten Neigungswinkel zur Glasplatte erfolgen.As shown in the attached drawing, glass tubes that are open at the bottom are arranged in the tightest possible packing under the glass pane that covers the collector from the outside, so that the surface of the glass pane is completely filled by the circular cross-sections of the tubes. While the glass tubes are firmly attached under the glass plate, they end freely at a small distance above the absorber. Their dimensions are selected according to the invention so that the ratio between the diameter and length of each tube results in a total value for the heat transfer coefficient of k < 1.0 W/m ² K, since no air movement and thus no heat exchange can take place in the tubes due to their small cross-section. The incident radiation energy is guided through the tubes directly to the absorber without any further losses, so that they act as a "radiation trap". Normal pressure prevails in the space between the tubes and the absorber. Depending on the incidence of light and/or intended use, the tubes can be aligned either vertically or at a defined angle to the glass plate.

In dem an Hand beigefügter Zeichnung dargestellten Beispiel haben die Röhrchen aus Spezialgas bei einer Länge von ca. 80mm einen DurchmesserIn the example shown in the attached drawing, the tubes made of special gas have a length of approx. 80mm and a diameter

• ·■·■

-3--3-

von ca. 10 mm und eine Wandstärke von 0,1 - 0,2 mm, so daß sich ein optimaler k-Wert von < 1,0 ergibt. Die Röhrchen sind mit Hilfe eines, im Bereich der jahreszeitlich bedingten Außentemperaturschwankungen (zwischen min. -40⁰C und max. +50⁰C) temperaturbeständigen Spezialklebers mit der Kollektorabdeckung verbunden, wobei die Klebeverbindung in einem beliebigen, dem jeweiligen Einbaufall optimal entsprechenden Winkel fixiert werden kann. In dem geringen Zwischenraum zwischen Abdeckung und Absorber, der im Beispiel ca. 10 mm beträgt, herrscht Normaldruck.of approx. 10 mm and a wall thickness of 0.1 - 0.2 mm, resulting in an optimal k-value of < 1.0. The tubes are connected to the collector cover using a special adhesive that is temperature-resistant in the range of seasonal outside temperature fluctuations (between min. -40 ⁰ C and max. +50 ⁰ C), whereby the adhesive connection can be fixed at any angle that best suits the respective installation case. In the small gap between the cover and the absorber, which in the example is approx. 10 mm, there is normal pressure.

Bei Einsatz der erfindungsggemäßen Lösung ergeben sich gegenüber den bekannten Flachkollektoren mit transparenten Wärmedämmelementen folgende Vorteile:When using the solution according to the invention, the following advantages arise compared to the known flat collectors with transparent thermal insulation elements:

- Die Dimensionierung und Packung der Glasröhrchen sind erfindungsgemäß so gewählt, daß die einfallende Strahlungsenergie ausschließlich durch diese unmittelbar und nahezu verlustlos zum Absorber geführt wird;- The dimensions and packing of the glass tubes are chosen according to the invention so that the incident radiation energy is guided exclusively through them directly and almost without loss to the absorber;

- Durch Einsatz hochtemperaturbeständiger Materialien können Betriebstemperaturen von bis zu 500 ⁰C realisiert werden, ohne daß zwischen der transparenten Wärmedämmung und dem Absorber Vakuum bzw. Unterdruck herrschen müssen, so daß Herstellungs-, Montage- und Wartungsaufwand weiter gesenkt werden können. - By using high-temperature-resistant materials, operating temperatures of up to 500 ⁰ C can be achieved without the need for a vacuum or negative pressure between the transparent thermal insulation and the absorber, so that manufacturing, assembly and maintenance costs can be further reduced.

- Der Einbau der Flachkollektoren kann je nach Sonneneinstrahlung sowohl auf beliebig geneigten Dächern als auch in Form senkrechter Fassadenelemente erfolgen, da die Glasröhrchen in einem beliebigen Winkel unter der Abdeckung befestigt werden können.- Depending on the level of solar radiation, the flat collectors can be installed on roofs with any incline or as vertical facade elements, since the glass tubes can be attached at any angle under the cover.

- Durch seinen hohe Wirkungsgrad ist der erfindungsgemäße Flachkollektor sowohl für die Brauchwassererwärmung als auch für den Einsatz in solaren Klimatisierungsanlagen, zur Erzeugung von Prozeßwärme für Industrieprozesse und zur Umsetzung von Wärmeenergie in mechanische Energie geeignet.- Due to its high efficiency, the flat collector according to the invention is suitable both for domestic water heating and for use in solar air conditioning systems, for generating process heat for industrial processes and for converting thermal energy into mechanical energy.

&idigr; ·&id; ·

-4-In der beigefügten Zeichnung ist der Solarflachkollektor in-4-In the attached drawing, the solar flat collector is in

. Fig. 1 in schräger Einbaulage . Fig. 2 in senkrechter Einbaulage. Fig. 1 in inclined installation position . Fig. 2 in vertical installation position

dargestellt. Die verwendeten Bezugszahlen bedeuten:The reference numbers used mean:

1 Abdeckung1 cover

2 Klebeverbindung2 Adhesive bond

3 Glasröhrchen3 glass tubes

4 Luftspalt (Normaldruck)4 Air gap (normal pressure)

5 Absorber5 absorbers

Claims

SchutzansprücheProtection claims

1. Solarflachkollektor mit einer transparenten Wärmedämmung aus isolierenden Glas- oder Kunststoffelementen zwischen Abdeckung und Absorber, dadurch gekennzeichnet, daß unter der, den Kollektor nach außen abdeckenden Glasscheibe (1) in dichtest möglicher Packung nach unten offene Glasröhrchen (3) derart angeordnet sind, daß eine Wärmedurchgangszahi k < 1,0 und Betriebstemperaturen von bis zu 500⁰C realisiert werden können.1. Solar flat collector with a transparent thermal insulation made of insulating glass or plastic elements between cover and absorber, characterized in that glass tubes (3) open at the bottom are arranged in the tightest possible packing under the glass pane (1) covering the collector on the outside in such a way that a heat transfer coefficient k < 1.0 and operating temperatures of up to 500 ⁰ C can be achieved.

2. Solarflachkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasröhrchen (3) mit der Abdeckung (1) in einem definierten Winkel fest verbunden sind.2. Flat solar collector according to claim 1, characterized in that the glass tubes (3) are firmly connected to the cover (1) at a defined angle.

3. Soiarflachkoilektor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasröhrchen (3) mit der Abdeckung (1) durch Klebeverbindung (2) verbunden sind.3. Solar flat coil according to claim 1 and 2, characterized in that the glass tubes (3) are connected to the cover (1) by an adhesive connection (2).

4. Solarflachkollektor nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasröhrchen (2) in einem geringen Abstand (4) über dem Absorber (5) frei enden.4. Flat solar collector according to claim 1 to 3, characterized in that the glass tubes (2) end freely at a small distance (4) above the absorber (5).

5. Solarflachkollektor nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Zwischenraum (4) zwischen Glasröhrchen (3) und Absorber (5) Normaldruck herrscht.5. Flat solar collector according to claims 1 to 4, characterized in that normal pressure prevails in the space (4) between the glass tube (3) and the absorber (5).

6. Soiarflachkoilektor nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasröhrchen (3) Abmessungen im Verhältnis von Länge : Durchmesser = 8:1 aufweisen.6. Solar flat coil according to claims 1 to 5, characterized in that the glass tubes (3) have dimensions in the ratio of length: diameter = 8:1.

7. Soiarflachkoilektor nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (4) zwischen den Röhrchen (3) und dem Absorber (5) ca. 10 mm beträgt.7. Solar flat coil according to claims 1 to 6, characterized in that the distance (4) between the tubes (3) and the absorber (5) is approximately 10 mm.

- Hierzu 1 Blatt Zeichnung -- 1 sheet of drawing -