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Solarwärme-Kollektor
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Solarwärme-Kollektor,
wie er im Oberbegriff des Anspruches 1 angegeben ist.
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Aus dem Stand der Technik sind Solarwärme-Kollektoren, die auf Dächern
und dergleichen angebracht werden, in verschiedensten Ausführungen bekannt. Weit
verbreitet sind solche Kollektoren, die einen von zwei Blechplatten begrenzten Hohlraum
für die Kollektor-Flüssigkeit haben. Die der Sonne zugewandt angeordnete Blechplatte
ist als Aufnahmefläche für die Wärme der auffallenden Sonnen strahlung geschwärzt.
Als Schutzabdeckung wird eine für die Sonnenstrahlung durchlässige Platte aus vorzugsweise
Glas, aber auch aus einem strahlungsbeständigen, sonnendurchlässigen Kunststoff
verwendet. Um den Wärmeverlust des Kollektors bei fehlender oder für die Verwertung
von Sonnenwärme unzureichend geringer Sonneneinstrahlung möglichst gering zu halten,
werden auch Doppelscheiben-Abdeckungen verwendet, die dann allerdings zu hohem Gewicht
des Kollektors führen.
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Ein ganz anderes Prinzip, Wärmeverlust bei unzureichender Sonneneinstrahlung
zu verringern, ist .,dasjenige, (Firma Dornier), in den Sonnenwärme-Kollektor ein
zusätzliches System zu integrieren, bei dem der Transport aufgenommener Sonnenwärme
über einen Verdampfungs- und Wiederkondensationsprozeß im einzelnen Kollektorelement
selbst erfolgt.-Dabei ist ein Wärmerücktransport vom Ort der betriebsmäßigen Wärmeabgabe
an das Solarsystem zurück an den Sonnenwärme
-Kollektor weitgehend
unterbunden. Dieses Prinzip erfordert aber einen zusätzlichen Anbau am jeweiligen
Sonnenwärme-Kollektor.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Solarwärme-Kollektor
anzugeben, der ohne wesentliches Leergewicht und/oder ohne Zusatzanbauten dennoch
so ausgebildet ist, daß er ein wenigstens nur noch geringes Maß an Wärmeverlust
hat, wenn nur noch geringe oder gar keine Sonnen- bzw. Wärmeeinstrahlung von außen
vorliegt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Solarwärme-Kollektor
nach dem Patentanspruch 1 gelöst und weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen
der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, eine Wärmeaufnahmeeinrichtung
für die Solarwärme zu verwenden, die von der Intensität der auffallenden Solarwärme
bzw. Sonnenstrahlung abhängig unterschiedliches Verhalten im Hinblick auf die Wärmestrahlungsaufnahme
und Wärmerückstrahlung besitzt. Für die Wärmeaufnahmeeinrichtung ist eine Platte,
eine Schicht und/oder eine Flüssigkeit aus erfindungsgemäß einem Material vorgesehen,
das bei Auftreffen intensitätsstarker Sonnenstrahlung bzw. intensitätsstarkem Lichtauffall
weitgehend dunkel und damit absorbierend ist, das aber bei nur schwachem Sonnen-
bzw. Lichteinfall eine im Hinblick auf Wärmeabstrahlung helle Farbe annimmt bzw.
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strahlungsdurchlässi isL damit gering;bstrahlend wird.
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GemäS einer ersten Variante wird für diese Wärmeaufnahmeeinrichtung
ein an sich für Sonnenstrahlen wenigstens weitgehend durchlässiges Material verwendet,
das jedoch einen Zusatz enthält, der diesem Material das voranstehend genannte intensitätsabhängige
Verhalten verleiht. Insbesondere wird hierfür ein mit silberjodid-dotiertes Glas
für
die Wärmeaufnahme verwendet, nämlich ein Glas, wie es z.
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B. für Sonnenbrillen bekanntermaßen verwendet wird. Als Lieferant
für derartiges silberjodid-dotierts Glas ist die Firma Schott & Genossen, Mainz,
bekannt. Eine Glasplatte aus derartigem Material wird als wenigstens eine der Wände
des Kollektor-Hohlraums verwendet.
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Ein erfindungsgemäß zu verwendendes Material kann gemäß einer zweiten
Variante auch als Schicht vorgesehen sein, z. B. auf wenigstens der einen der den
Kollektor-Hohlraum bekanntermaßen begrenzenden Platten, die aus Glas oder aus Kunststoff
bestehen. Diese Schicht kann z. B. zunächst in flüssiger Form aufgebrachtes Material
mit den obengenannten, von der Intensität der auffallenden Strahlung abhängigen
Eigenschaften sein. Beispielsweise ist dies eine Schicht aus eingetrockneter sympathetischer
Tinte, sogenannter Geheimtinte, bzw. ist dies z. B. Citronensäure.
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Solche Tinten sind bekannt, z. B. aus "Römpp", Lexicon der Chemie.
Eine solche Schicht ist gegebenenfalls noch zusätzlich fixiert, z. B. durch einen
schützenden, jedoch strahlungs-durchlässigen Überzug.
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Eine weitere Variante der Erfindung ist, eine Flüssigkeit mit den
erfindungsgemäß vorgesehenen intensitätsabhängigen Eigenschaften, z.B. eine solche
sympathetische Tinte, Citronensäure und dergleichen als Flüssigkeit oder als wesentlichen
Zusatz zur Flüssigkeit im Hohlraum eines jeweiligen Solarkollektors zu verwenden.
Für die Wandung dieses Hohlratms ist wenigstens für die dreX Sonneneinstrahlung
zugewandte Seite entsprechend strahlungsdurchlässiges Material zu verwenden.
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Es kann auch zweckmäßig sein, eine jeweilige Kombination einzelner
der genannten Varianten der Erfindung (eine Platte, eine Schicht und/oder eine Flüssigkeit
aus entsprechend
intensitätsabhängigem Material) vorzusehen.
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Es empfiehlt sich vorzusehen, daß die der Sonneneinstrahlung zugewandte
Rückseite bzw. rückseitige Wandung des Hohlraums des Kollektors helle bzw. wenig
wärmeabsorbierende und damit wenig wärmeabstrahlende Eigenschaft hat.
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Derartiges voranstehend definiertes und charakterisiertes Material,
wie z. B. derartiges Glas, eine solche Schicht oder entsprechende Flüssigkeit, nimmt
bei starker Licht-bzw. Sonneneinstrahlung in derartigem Ausmaß eine dunkle Färbung
an, daß dieses Material erhebliche Wärmemengen aus der auffallenden Strahlung zu
absorbieren vermag. Von diesem Material wird die absorbierte Wärmemenge aufgenommen.
Sofern es sich dabei um eine Kollektorplatte oder eine Schicht aus dem Material
handelt, wird die in der Platte bzw. Schicht aufgenommene Wärme an die Flüssigkeit
des Solarwärme-Kollektors abgegeben. Verwendet werden kann dann als Kollektorfüllung
jegliche üblicherweise vorgesehene Flüssigkeit mit vorzugsweise entsprechend hohem
Siedepunkt einerseits und Frostschutzeigenschaft andererseits.
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Fällt dagegen, z. B. auch bei vorübergehendem Wolkenaufzug, nur unzureichend
starke Licht- bzw. Sonnenstrahlung auf das erfindungsgemäß verwendete Material auf,
so wird zwar wegen der hellen Farbe bzw. Durchlässigkeit des betreffenden, beim
Kollektor erfindungsgemäß verwendeten Materials praktisch keine Strahlung mehr absorbiert,
jedoch wird" erfindungsgemäß damit verrunden auch ein wesentlich geringeres Maß
an bereits im Kollektor aufgenommener Wärme von diesem wieder abgestrahlt, nämlich
ein Maß, das wesentlich geringer ist als wäre weiterhin ein dunkles bzw. schwarzes
Material vorhanden. Bezüglich der Erfindung sei darauf hingewiesen, daß darauf zu
achten ist, daß ein erfindungsgemäßer Solarwärme-Kollektor
wenigstens
weitgehend keinerlei sonstiges, für Strahlung "schwarzes" Material besitzt, das
wesentliche Wärmeabstrahlung (bei unzureichender Einstrahlung) verursacht.
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Für einen erfindungsgemäßen Solarwärme-Kollektor ist es von besonderem
Vorteil bzw. läßt sich ein solcher vorteilhafterweise so ausgestalten, daß größere
Kollektoren aus einzelnen Modulen zusammengesetzt, insbesondere zusammengesteckt
sind. Die Verwendung von formstabilen Glasplatten bei erfindungsgemäß ausgestalteten
Kollektoren ist für diese Weiterbildung der Erfindung von Bedeutung.
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Weitere Erläuterungen der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung
zu bevorzugten Ausführungsbeispielen hervor. Die Figuren zeigen: Fig. 1 eine Aufsicht
eines Solarwärme-Kollektors; Fig. 2 und 3 einen Abschnitt eines im Schnitt dargestellten
Kollektors zweier Ausführungsformen; Fig. 4 einen Abschnitt eines im Schnitt dargestellten
Kollektors einer zweiten Variante; und Fig. 5 eine Prinzipdarstellung zu einer Modulausführung
erfindungsgemäßer Kollektoren.
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In Fig. 1/2 hat der mit 1 bezeichnete Solarwärme-Kollektor als der
Sonne zuzuwendende Wärmeaufnahmeeinrichtung und (zugleich als obere Abdeckung) gemäß
der-ersten Variante eine aus wie erfindungsgemäß vorgesehenem Material bestehende
Platte 2, z. B. aus silberjodid-dotiertem Glas.
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Gemäß der zweiten Variante kann dies auch eine sonstige, mit der Schicht
aus erfindungsgemäß vorzusehendem Material beschichtete Platte sein. Mit 3 ist der
Hohlraum für die Aufnahme der Kollektorflüssigkeit bezeichnet. Die Rückseite
des
Hohlraums wird von einer Platte 4 gebildet, die normales Glas, Kunststoff oder auch
Metall sein kann. Mit 5 ist auf Wärmeisolationsmaterial hingewiesen, mit dem unerwünschter
rückseitiger Wärmeverlust des Kollektors 1 verhindert wird. Insbesondere für eine
solche Ausgestaltung, bei der das Material der Isolation 5 dunkle Farbe hat und
die rückwärtige Begrenzung 4 des Hohlraums 3 normal-lichtdurchlässiges Glas ist,
empfiehlt es sich, wie dargestellt, eine strahlungsreflektierende Zwischenschicht
6 vorzusehen. Es kann damit verhindert werden, daß von einer 11schwarzen" Isolationsschicht
ein unerwünschter Wärmemengenanteil dann durch die Platte 2 hindurch abgestrahlt
wird, wenn diese infolge intensitätsschwacher Einstrahlung hell bzw. lichtdurchlässig
ist.
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Mit 7 ist ein Teilstück eines Rahmens für einen erfindungsgemäßen
Solarwärme-Kollektor bezeichnet.
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Figur 3 zeigt eine für genügend lichtdurchlässige Kollektorflüssigkeit
zu verwendende zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kollektors 1, bei
dem die der Sonne zuzuwendende Aufnahmefläche, nämlich die Platte 2 aus erfindungsgemäß
intensitätsabhängig dunkel oder hellem Material im Innern des Solarwärme-Kollektors
angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform bildet diese Platte 2 die rückwärtige
Begrenzung des Hohlraums 3 und für die vordere Abdeckung ist eine Platte 4 aus strahlungsdurchlässigem
Material, insbesondee aus normalem Glas oder Kunststoff vorgesehen. Eine rückwärtige
reflektiere¢e Schicht 6, z.
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B. eine Aluminiumfolie, ist insbesondere für den Fall vorgesehen,
daß das Material der Isolation 5 eine dunkle Farbe hat. Mit 7 ist wiederum ein Anteil
eines Rahmens des Kollektors bezeichnet.
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Mit den Pfeilen 8 ist in den Figuren 2 bis 5 auf den Einfall
von
Sonnenstrahlung oder auch diffuser Strahlung des Himmels, die vom erfindungsgemäBen
Kollektor in Wärme umzusetzen ist, hingewiesen.
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Figur 4 zeigt eine Ausführungsform der zweiten Variante.
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Der Hohlraum 3 wird hier von zwei z. B. gleichen Platten 4, 4a begrenzt,
von denen wenigstens die der Sonneneinstrahlung zugewandte Platte 4 die z. B. zur
Platte 4 der Figur 3 beschriebenen Eigenschaften hat. Auf dieser Platte 4 befindet
sich eine Schicht 122 aus dem erfindungsgemäß vorgesehenen Material mit den intensitätsabhängigen
Eigenschaften. Die Schicht übernimmt die Wärmeabsorption und gibt die Wärme an die
im Hohlraum 3 befindliche Flüssigkeit ab. Mit 222 ist eine Schutzschicht bezeichnet.
Zum Beispiel ist das Material der Schicht 122 eingetrocknete Flüssigkeit, die beispielsweise
als sympathetische Tinte bekannt ist oder die Citronensäure ist. Weitere Einzelheiten
der Ausführungsform der Fig. 4 entsprechen denen der Figuren 1 bis 3.
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Es können auch Kombinationen der beschriebenen Ausführungsformen der
Figuren 2 bis 4 vorgesehen sein, z. B. daß die Platte 2 zusätzlich mit einer Schicht
122 versehen ist.
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Zu Ausführungsformen mit einer solchen Kollektorflüssigkeit 31, die
die erfindungsgemäß vorgesehenen, intensitätsabhängigen Eigenschaften hat, ist darauf
hinzuweisen, daß hierfür praktisch jegliche bekannte f Ausführung eines Kollektors
zu verwenden ist. Es kann aber auch eine der Ausführungsformen der Figuren 1 bis
5 zusammen mit einer JI solchen Flüssigkeit verwendet werden. In diesen Fällen liegt
dann eine sinngemäße Kombination der einzelnen dargestellten Ausführungen mit derjenigen
einer Kollektorfüllung mit erfindungsgemäß von der Einstrahlungsintensität abhängigem
Material vor.
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Erfindungsgemäße Solarwärme-Kollektoren (aller erfindungsgemäß er
Varianten und Ausführungen) können in üblicher Weise angeordnete und angebrachte
Zuführungen und Abführungen für die Kollektorflüssigkeit haben, die den Hohlraum
3 füllt. Eine Mehrzahl erfindungsgemäßer Kollektoren kann in üblicher Weise zu einer
Kollektor-Batterie zusammengeschaltet werden, nämlich indem man sie mit einer Sammel-Vorlaufleitung
einer Sammel-Rücklaufleitung verbindet. Erfindungsgemäße Kollektoren eignen sich
aber insbesondere auch dazu, so ausgebildet zu werden, daß sie Einzelmodule eines
jeweiligen größeren Gesamt-Kollektors sind. Insbesondere ist Steckbauweise hierfür
zu bevorzugen. Figur 5 zeigt eine Prinzipdarstellung, in welcher Weise solche erfindungsgemäß
weitergebildeten Einzelmodule für Steckbauweise ausgestaltet sein können. Mit 21
und 121 sind je ein Modul bezeichnet, von denen der Kollektormodul 21 in den Kollektormodul
121 über jeweils eine seiner Kanten hinweg eingesteckt ist.
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Mit Hilfe von Dichtungen 29 läßt sich die jeweilige Steckverbindung
flüssigkeitsdicht abschließen. Der Hohlraum 3 der jeweiligen Module 21, 121 ist
zur Aufnahme der Kollektorflüssigkeit vorgesehen. Mit 5 ist wiederum rückseitige
Wärmeisolation der einzelnen Kollektormodule bezeichnet.
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22 ist vergleichsweise zu den Figuren 1 bis 5 die jeweilige Wärmeaufnabmeeinrichtung
(dort 2,122), die aus.
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erfindungsgemäß vorgesehenem Material mit strahlungsintensitäts-veränderlicher
Eigenschaft besteht. Mit 24 sind die jeweiligen rückwärtigen Begrenzungen der Hohlräume
3 bezeichnet. Bei einer Ausführungsform neh der Modulausführung gemäß Figure 5,
jedoch entsprechend der Ausführungsform nach Figur 2, würden die Platten 22 und
24 miteinander zu vertauschen sein, ohne daß sich am Prinzip des Modulaufbaus und
am Prinzip der erfindungsgemäßen Aufgabenlösung wesentliches ändert. Mit 23 ist
auf Stege im Inneren des jeweiligen Hohlraums 3 hingewiesen, mit
denen
die Platten 22 und 24 auf Abstand voneinander gehalten werden. Diese Stege 23 haben
für die im Hohlraum 3 befindliche Flüssigkeit Durchlaßöffnungen 123.
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Nach dem Prinzip der Figur 5 ausgebildete Module, insbesondere Steckmodule,
können so ausgestaltet sein, daß nicht nur ein Modulaufbau in einer Richtung, sondern
auch ein Modulaufbau in der Fläche ermöglicht ist. Vorzugsweise sind für den Modulaufbau
den erwähnten Rahmenteilen 7 entsprechende Rahmenteile ebenfalls der Modulbauweise
angepaßt ausgebildet.
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Erfindungsgemäße Solarwärme-Kollektoren können wie bisher übliche
Kollektoren eingesetzt und angeordnet werden.
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Durch Richtleiterwirkung infolge der Verwendung des erfindungsgemäß
vorgesehenen Materials, insbesondere des silberjodid-dotierten Glases, der Schicht
122 und/oder einer Flüssigkeit mit den erfindungsgemäß vorzusehenden Eigenschaften
für die Wärmeaufnahmeeinrichtung, ist mit der Erfindung der Vorteil erreicht, daß
höchstens minimaler Wärmerückfluß bei fehlender Sonneneinstrahlung eintreten kann.
Die Reversibilität des "Farb-" Umschlags zwischen dunkler und heller "Farbe" ist
praktisch auf die Dauer gegeben.
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Erfindungsgemäße Solarwärme-Kollektoren können in wie üblicher Weise
mit bekannten übrigen Anteilen eines Solarwärme-Systems kombiniert werden. Zum Beispiel
kann auch vorgesehen sein, bei tiefen AuBe».temperaturen eine Entleerung der Kollektoren
vorzunehmen. Erfindungsgemäße Kollektoren können zur direkten Wärmeabgabe, insbesondere
BrauchwasserErwärmung verwendet werden. Sie können aber auch in Wärmepumpen-Anlagen
benutzt werden. In diesem Falle kann die mit Hilfe erfindungsgemäßer Solarwärme-Kollektoren
gewonnene Wärmemenge auf noch höhere Temperaturen
umgesetzt werden.
Es ist auch eine Kombination einer Anlage aus erfindungsgemäßen Solarwärme-Kollektoren
mit herkömmlichen bl-, Gas-, Festbrennstoff- oder Elektroheizung möglich.
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Für die Montage eines erfindungsgemäßen Kollektors kann vorgesehen
sein, auf dem Dach als Isolierschicht normale Dachpappe oder vergleichbare Kunststoffolie
zu verwenden, auf die die Kollektoren aufgeklebt werden. Erfindungsgemäße Kollektoren
können auch an Fassaden angebracht werden.
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