DE3026834A1 - Flacher sonnenkollektor zur konzentration - Google Patents

Flacher sonnenkollektor zur konzentration

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DE3026834A1 DE19803026834 DE3026834A DE3026834A1 DE 3026834 A1 DE3026834 A1 DE 3026834A1 DE 19803026834 DE19803026834 DE 19803026834 DE 3026834 A DE3026834 A DE 3026834A DE 3026834 A1 DE3026834 A1 DE 3026834A1
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Description

Anmelder:
Karl Mantinger Frazione La Mara, 123
Brixen (Bozen), Italien Stuttgart, den 1S. Juli 1980 P 3902 Ba
Vertreter:
Kohler-Schwind1ing-Späth Patentanwälte Hohentwielstraße 4-1
7000 Stuttgart 1
Flacher Sonnenkollektor zur Konzentration
030066/0779
"FLACHER SONNENKOLLEKTOR ZUR KONZENTRATION"
Der SonnenkoLLektor, Gegenstand der vorliegenden Erfindung, wird zum Auffangen und zur Konzentration der Sonnenenergie benutzt, da die Sonnenstrahlung in ihrer normalen Empfangsbedindung für den grössten Teil der technologischen und praktischen Verwendungszwecke von nicht ausreichender Stärke ist. Es ist bekannt, dass zur Zufriedenstellung dieser Anforderung an Auffangen, Sammeln und/oder Konzentration der Sonnenenergie Sonnenkollektoren benutzt werden, die allgemein in zwei Gruppen unterschieden werden können: Nicht konzentrierende Kollektoren (mit flacher auffangender Oberfläche) und Kollektoren zur Konzentration (mit reflektierender parabolischer Oberfläche). Die Kollektoren des ersten Typs (SonnenkoLLektoren) basieren auf der Eigenschaft, dass eine schwarze Oberfläche, die der Sonne ausgesetzt wird, die Sonnenstrahlen aufnimmt und in Wärme verwandelt, die an eine Flüssigkeit für den Wärmeaustausch abgegeben wird, welche in dem Kollektor selbst enthalten ist. Die Kollektoren des zweiten Typs (Kollektoren zur Konzentration), auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht, bestehen in Übereinstimmung mit der bekannten Technik aus einem Spiegel mit parabolischer Oberfläche, geeignet zur Fokussierung der Sonnenstrahlung auf eine einzige gerade Linie (oder auf einen Punkt), an der sich eine Leitung mit der zu erwärmenden Flüssigkeit befindet.
Durch diese Technik ist es möglich, erhebliche Temperaturen und
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folglich hohe Nutzungsgrade zu erreichen.
Bei der Benutzung der Sonnenkollektoren des bekannten Typs wird auf folgende schwere Nachteile gestossen:
- Was besonders die nicht konzentrierenden Sonnenkollektoren betrifft, so wird festgestellt, dass sie einen niedrigen Nutzungsgrad liefern, speziell in den Wintermonaten, da sie, wenn sie keine Konzentration der Sonnenstrahlungen bewirken, auch nicht zum Erreichen von hohen Temperaturen führen können.
- Die Sonnenkollektoren mit Fokussierung des bekannten Typs zwingen in erster Linie, da sie aus einem Parabolspiegel bestehen, der logischerweise gross ausgelegt sein muss, zu hohen Herstellungs- und Installierungskosten; in zweiter Linie bedürfen sie einer komplexen mechanischen Struktur, um so installiert zu werden, dass sie dem Wind und den Witterungseinflüssen widerstehen können; dreittens werden umfangreiche Mechanismen für die Bewegung nötig, da die Achse des Parabolspiegels stets zur Sonne hin gehalten werden muss; viertens bilden sie Probleme inrder Installierung auf Gebäuden, da sie in der Wartung schwierig und auch von unschönem Aussehen sind.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist der, die erwähnten und sich besonders auf die Sonnenkollektoren mit Fokussierung des bekannten Typs beziehenden Nachteile zu beseitigen. Das Problem, welches der Erfindung zugrunde liegt, bezieht sich auf die Überwindung der erwähnten Nachteile, indem die Verwirklichung eines flachen und festen Sonnenkollektors ermöglicht wird, jedoch vom Typ mit Fokussierung. Die vorliegende Erfindung beruht
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auf dem Konzept, dass es nicht notwendig ist, die Sonnenstrahlungen auf eine dünne Linie zu konzentrieren, wie es bei den Kollektoren mit reflektierender parabolischer Oberfläche erfolgt, da die Leitungen, welche die zu heizende Flüssigkeit transportieren, einen bestimmten Schnitt haben und es folglich ausreichend ist, die einfallenden Strahlungen auf diesen Schnitt zu konzentrieren (besonders auf den Längsschnitt in der Symmetrie der Leitung).
Das Problem wird in Übereinstimmung mit der Erfindung durch einen flachen Sonnenkollektor zur Konzentration gelöst, und zwar vom Typ bestehend aus einem optischen System zur Fokussierung der Sonnenstrahlen auf einer Oberfläche zur Konzentration, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte optische System flach ist, wobei das eben genannte optische System auf einem festen Trägerrahmen montiert ist, und wobei es aus einer Mehrzahl von flachen und grundsätzlich rechteckigen, aneinanderIlegenden und untereinander gleichen Spiegelflächen besteht, die jeweils in zueinander nach vorbestimmten und konstanten Winkeln ausgerichteten Ebenen liegen; wobei die genannten flachen Spiegelflächen mit einer Drehbewegung um ihre eigenen Längsachsen beweglich sind und wobei die genannten Längsachsen parallel und auf gleicher Ebene nach einer zu ihnen selbst normal verlaufenden Geraden zueinander ausgerichtet sind.
Die hauptsächlichen Vorteile, die sich aus der Verwendung eines SonnenkolLektors nach der Erfindung ergeben, bestehen darin, einen Sonnenkollektor zur Fokussierung (also mit einem hohen
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Nutzungsrad) verwirklichen zu können, der grundsätzlich flach ist. Diese Tatsache bewirkt niedrige Herstellungs-, Installierungsund Wartungskosten. Ausserdem kann ein solcher Sonnenkollektor direkt auf Dächern von Gebäuden oder an anderen Stellen installiert werden. Ferner ermöglicht die Tatsache, dass der Trägerrahmen fest ist, eine einfache Struktur ohne schwierige Mechanismen, wobei folglich ein Drehen des gesamten Sonnenkollektors vermieden wird. Ein weiterer Vorteil ist daraus gegeben, dass die optische Oberfläche, die aus einer Mehrzahl von aneinander-I legenden Spiegelflächen besteht, dem Wind einen geringeren Widerstand bietet und folglich keine komplexen mechanischen Strukturen notwendig sind.
Die Erfindung wirJ nun ausführlicher beschrieben, und zwar unter Bezugnahme auf ein praktisches Verwirklichungsbeispiel, das in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt ist.
- Abb. 1) zeigt eine Ansicht des Sonnenkollektors im Querschnitt nach einer zu den Längsdrehachsen der Spiegelflächen lotrecht verlaufenden Ebene; '
- Abb. 2) zeigt eine Ansicht des Sonnenkollektors von vorn. Unter Bezugnahme 3uf die Abbildungen 1) und 2) ist mit (1) ein rechteckiger fester Trägerrahmen bezeichnet, der auf seiner unteren Seite mit einem querverlaufenden Stützprofil (2) versehen ist. Eine Mehrzahl von rechteckigen, aneinanderI legenden und untereinander gleichen flachen Spiegelflächen (3) ist durch eine entsprechende Anzahl von Drehhalterpaaren (4) auf der einen Seite an dem Trägerrahmen (1) und auf der anderen Seite an dem
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Stützprofil (2) befestigt. Die flachen Spiegelflächen (3), die jeweils in zueinander nach vorbestimmten und konstanten WinkeLn ausgerichteten Ebene liegen, drehen sich frei um ihre eigenen Längsachsen (A), die untereinander auf gleicher Ebene Liegen und zu denen in geometrischer Hinsicht jeweils jedes Paar dieser Drehhalterungen (4) gehört. Die Drehung um die eigene Längsachse (A) einer jeden der flachen Spiegelf Lachen (3) wird durch eine Drehvorrichtung (5) (Antriebstange) bestimmt, die mit diesen Drehhalterungen (4) durch Zahnräder (6) verbunden ist und durch einen Elektromotor (7), der über einen Getriebemotor (8) eingeschlossen ist, angetrieben wird, geregelt durch eine elektronische Vorrichtung, welche in der Lage ist, den Winkel der auf die Spiegelflächen (3) einfallenden Sonnenstrahlung zu bestimmen. Bezugnehmend auf die Abbildung 1) ist mit (9) ein Stützarm für eine grundsätzlich zylindrische Hülle (10) aus durchsichtigem Material bezeichnet, in der sich koaxial ein Leitung (11) von rechteckigem Querschnitt befindet, die eine äussere geschwärzte KonzentrationsfLache (12) aufweist, die den Spiegelflächen (3) zugewandt ist und die gleiche Form und Abmessungen hat, wie jede dieser Spiegelflächen (3).
Mit S^ ist eine erste Gerade bezeichnet, welche in der Ebene verläuft, die zu einer allgemeinen Spiegelf Lache (3) gehört und normal zu der Drehachse (A) dieser Spiegelfläche (3) ist, und die zusammen mit einer zweiten Geraden (S2), normal zu jeder der Drehachsen (A) und auf der Ebene der Drehachsen (A) liegend, einen vorbestimmten Winkel (b) bildet, der zur RefLektierung der
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Y;
einfallenden Sonnenstrahlen (R) auf die Konzentrationsfläche (12) dient.
Die Spiegelflächen (3) liegen in Ebenen, die wechselseitig nach während der Drehung konstanten Winkeln (a) geschwenkt sind, aber natürlich unterschiedlich bei Veränderung der betreffenden Spiegelflächenpaare (3).
Bei Veränderung des Einfallwinkels der Sonnenstrahlen (R) sind die Veränderungen der Winkel (b) tatsächlich für alle Spiegelflächen (3) gleich. Sind also zu Anfang die Winkel (b) der einzelnen Spiegelflächen einmal eingestellt, um die Sonnenstrahlen (R) auf die Konzentrationsfläche (12) zu reflektieren, ist ein einziger Reguliermechanismus (durch den Elektromotor (7) angetriebene Drehvorrichtung (5)) ausreichend. Im Falle von Hagel oder für den Fall, dass man den Kollektor nicht benutzen will, genügt es, die Spiegelflächen (3) nach einem gewünschten Winkel zu drehen, um den Sonnenkollektor vor Witterungseinflüssen zu schützen.
Natürlich können an der vorliegenden Erfindung zahlreiche Änderungen struktureller oder praktischer Art angebracht werden, ohne deshalb jedoch aus dem Schutzbereich herauszugehen.
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ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen flachen Sonnenkollektor zur Konzentration, bestehend aus einem optischen System, das zur Fokussierung der Sonnenstrahlen (R) auf eine Konzentrationsfläche (12) dient, und dass auf einem festen Trägerrahmen (1) montiert ist.
Dieses optische System ist flach und besteht aus einer Mehrzahl von grundsätzlich rechteckigen, aneinanderllegenden und untereinander gleichen flachen Spiegelflächen (3), jede in zueinander nach vorbestimmten und konstanten Winkeln (a) ausgerichteten Ebenen liegend. Diese flachen Spiegelflächen (3) sind einzeln mit einer Drehbewegung um ihre eigenen Längsachsen (A) beweglich, welche paralLel und auf gleicher Ebene zueinander liegen, und sie folgen der scheinbaren Bewegung der Sonne und reflektieren die Strahlen (R) auf die Konzentrationsfläche (12), welche eine Nutzfläche hat, die genau einer jeden dieser Spiegelflächen (3) entspricht.
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Claims (6)

  1. PATENTANSPRÜCHE
    Π.) Flacher Sonnenkollektor zur Konzentration vom Typ bestehend aus einem optischen System zur Fokussierung der Sonnenstrahlen (R) auf eine Konzentrationsfläche (12), dadurch gekennzeichnet, dass das genannte optische System flach ist, wobei das eben genannte optische System auf einem festen Tra'gerrahmen (1) montiert ist; wobei das genannte optische System aus einer Mehrzahl von grundsätzlich rechteckigen, aneinanderLiegenden und untereinander gleichen Spiegelflächen (3) besteht, jede in zueinander nach vorbestimmten und konstanten Winkeln (a) ausgerichteten Ebenen liegend; wobei die genannten flachen Spiegelflächen (3) mit einer Drehbewegung um ihre eigenen Längsachsen (A) beweglich sind; wofcei die genannten Längsachsen (A) parallel und auf'gleicher Ebene nach einer zu ihnen selbst normal verlaufenden Geraden (S2) ausgerichtet sind.
  2. 2. Flacher Sonnenkollektor zur Konzentration nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine einzige Drehvorrich-
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    tung (5) für die genannten flachen SpiegelfLachen (3) vorgesehen ist, wobei die genannte Drehvorrichtung (5) zur Bestimmung der Winkelveränderung selbst für jede der genannten Spiegelflächen (3) zur Konzentration der Sonnenstrahlen (R) auf die genannte KonzentrationsfLache (12) dient.
  3. 3. Flacher Sonnenkollektor zur Konzentration nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Konzentrationsfläche (12) von grundsätzlich verlängerter und gerader Form mit dem genannten Trägerrahmen (1) verbunden ist und eine flache Nutzfläche aufweist, die dem genannten optischen System zugewandt ist und in ihren Abmessungen genau einer jeden der genannten flachen Spiegelflächen (3) entspricht.
  4. 4. Flacher Sonnenkollektor zur Konzentration nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Konzentrationsfläche (12) aus Fotozellen besteht, die zur Herstellung von elektrischem Strom dienen.
  5. 5. Flacher Sonnenkollektor zur Konzentration nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Konzentrationsfläche (12) aus einer schwarzen Oberfläche besteht, die zur Aufnahme der genannten reflektierten Strahlung (R) zur Erzeugung von Wärme dient.
  6. 6. Flacher Sonnenkollektor zur Konzentration nach den vorstehenden Patentansprüchen und nach dem, was beschrieben und in.den beiliegenden Zeichnungen dargestellt wurde.
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