DE3524509A1 - Sun collector composed of absorption elements - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Sonnenkollektor aus einzelnen Absorptionselementen, die einen entsprechenden Absorptions körper beinhalten, der von einem Wärmetransportmedium umströmt wird und die einfallende Sonnenenergie in Wärme und elektrischen Strom - oder wahlweise eine der beiden Energiearten - umwandelt.The invention relates to a solar collector from individual Absorbent elements that have a corresponding absorption contain body that is surrounded by a heat transfer medium and the incident solar energy in heat and electrical Electricity - or alternatively one of the two types of energy - converts.
Sonnenkollektoren werden zur Umwandlung von Sonnenenergie in Wärme oder elektrischen Strom eingesetzt.Solar panels are used to convert solar energy used in heat or electrical current.
Die Gewinnung von elektrischer Energie hat sich bis jetzt aus Kostengründen und wegen auffälliger Montagevorrichtungen nicht durchgesetzt.The generation of electrical energy has so far for cost reasons and because of conspicuous assembly devices not enforced.
Bei der Umwandlung von Sonnenenergie in Wärme durch bekannte Solarkollektoren, stehen einer weiten Verbreitung ähnliche Faktoren im Wege.When converting solar energy into heat by known Solar collectors are similar to a wide spread Factors in the way.
Dabei werden Konstruktionen verwendet, die von einem Wärme trägermedium durchflossene Absorptionskörper aufweisen, wobei die Strahlungsabsorption an deren Oberfläche stattfindet und die entstehende Wärme nach innen an das Wärmeträger medium abgegeben wird.Constructions are used that are of a heat have absorbent bodies through which the carrier medium flows, wherein the radiation absorption takes place on their surface and the heat generated inside to the heat transfer medium medium is delivered.
Um den Wirkungsgrad günstig zu halten, d.h. die Abstrahlung nach außen weitgehend zu reduzieren, ist es zwingend notwendig, die Absorptionskörper in aufwendige, optisch auffällige und teuere Gehäuse zu integrieren.To keep efficiency low, i.e. the radiation externally to a large extent, it is imperative the absorption body in elaborate, visually striking and to integrate expensive housings.
Wird auf das Gehäuse verzichtet und der Absorptionskörper z.B. wie in DE-GM 79 32 797 aus einem auf das Dach verlegten, schwarzen Rippenrohr dargestellt, so reduziert die geringe Temperaturerhöhung die Einsatzmöglichkeit auf den Nieder temperaturbereich.There is no housing and the absorption body e.g. as in DE-GM 79 32 797 from a roof shown black finned tube, so reduced the small Temperature increase the possible use on the low temperature range.
Die technischen Verbesserungen in bezug auf den Kostenfaktor und günstige Montagebedingungen bei Solarkollektoren, gehen deshalb in die Richtung, transparente Röhrenabsorptionskörper zu verwenden, die von gefärbten Absorptionsflüssigkeiten durchströmt werden. (DE-33 05 838 A1).The technical improvements in terms of the cost factor and favorable installation conditions for solar collectors therefore in the direction of transparent tube absorption body to use that of colored absorption liquids be flowed through. (DE-33 05 838 A1).
Dabei wird die Strahlungsenergie erst innerhalb des Absorp tionskörpers in Wärmeenergie umgeandelt, was eine bedeutende Steigerung des Wirkungsgrades mit sich bringt und ein Gehäuse überflüssig macht.The radiation energy is only inside the absorber tion body in heat energy, which is a significant An increase in efficiency and a housing makes redundant.
Die gleiche Wirkung wird mit transparenten Kunststoff schläuchen erzielt, die von einem gefärbten Wärmetransport medium durchflossen werden (DE-30 32 096). Trotzdem weisen die genannten Vorrichtungen erhebliche Nach teile auf.The same effect is achieved with transparent plastic hoses achieved by a colored heat transfer flow through medium (DE-30 32 096). Nevertheless, the devices mentioned have considerable evidence split up.
So ist die Absorptionsflüssigkeit bei auftretenden Lecks in der Anlage entweder aus Umweltschutzgründen, zumindest aber in bezug auf Verunreinigung des Gebäudes problematisch. Besonders bei Verwendung von Röhrenabsorbern sind Frost schäden, verursacht durch die gefrierende Absorptionsflüssig keit nicht auszuschließen. Wird zur Frostsicherung ein handels übliches Frostschutzmittel verwendet, z.B. Ethandiol, so hat dies den Nachteil der Giftigkeit zur Folge.So the absorption liquid is in when leaks occur the plant either for environmental reasons, or at least problematic in terms of pollution of the building. There is frost especially when using tube absorbers damage caused by the freezing absorption liquid cannot be excluded. Will be a trade for frost protection usual antifreeze is used, e.g. Ethanediol, has this results in the disadvantage of toxicity.
Außerdem ergeben sich nach eigenen Versuchen Schwierigkeiten mit gefärbten Absorptionsflüssigkeiten in bezug auf Farb ablagerungen und Veränderungen an den Gefäßwänden. Ist dies geschehen, so sinkt der Wirkungsgrad der Anlage und eine kaum durchführbare Reinigungsaktion wäre notwendig. Die bisher bekannten Anlagen stellen außerdem einen deutlich erkennbaren Fremdkörper auf der Dachoberfläche dar. Selbst bei Parallelführung von Schläuchen oder Röhren, die an einem Ende durch ein Übergangsstück so verbunden sind, daß Vor-und Rücklaufleitung auf einer Seite des Daches liegen, sind die Röhren oder Schläuche als solche erkennbar und werden als nicht zur Dachstruktur gehörend empfunden. Letztlich sind die beschriebenen Anlagen auf die Erzeugung von Wärme begrenzt und bei bewölkten Wetterverhältnissen nicht mehr effektiv, so daß andere Wärmequellen benützt werden müssen. In addition, difficulties arise after own experiments with colored absorption liquids in relation to color deposits and changes on the vessel walls. Is this happen, the efficiency of the system and one decreases hardly feasible cleaning action would be necessary. The previously known systems also make one clear recognizable foreign bodies on the roof surface. Even when hoses or tubes run parallel to each other one end are connected by a transition piece so that The supply and return lines are on one side of the roof, are the tubes or hoses recognizable as such and become felt as not belonging to the roof structure. Ultimately, the systems described are based on the generation of Limited heat and not in cloudy weather conditions more effective so that other heat sources are used have to.
Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, das Preis- Nutzen-Verhältnis von Solaranlagen, bei einem guten Wirkungs grad, zu verbessern, deren Einsatzmöglichkeit durch eine kombinierte Gewinnung von elektrischer Energie und Wärme energie zu erhöhen und eine Montagemöglichkeit bei minimalem technischen Aufwand und guter optischer Anpassung an die Dachstruktur zu gewährleisten.The invention is therefore based on the object of Benefit ratio of solar systems, with a good effect degree, to improve their application by a combined generation of electrical energy and heat increase energy and a mounting option with minimal technical effort and good optical adaptation to the Ensure roof structure.
Die gestellten Aufgaben werden erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das einzelne Absorptionselement aus einem transparenten, flexiblen, gegen UV-Strahlung und das Wärmeträgermedium stabilen Kunststoffschlauch besteht.The tasks are solved according to the invention by that the individual absorption element consists of a transparent, flexible, against UV radiation and the heat transfer medium stable plastic hose.
Die Besonderheit der Erfindung ist darin zu sehen, daß in den Schlauch ein streifenförmiger Absorptionskörper eingescho ben wird, wobei ein Absorptionselement entsteht, das in einen obenliegenden und einen untenliegenden Kanal aufgeteilt ist. Wird der Absorptionskörper so dimensioniert, daß er etwas breiter als der Schlauchdurchmesser ist, so wird die Schlauch hülle ellipsenförmig deformiert, die Absorptionsoberfläche des Schlauches wird bei fast gleichem Materialaufwand kosten günstig vergrößert und es tritt eine optisch günstige Ab flachung des Absorptionselements ein. Die Breite des Schlauches wird der jeweiligen Dachstruktur angepaßt.The peculiarity of the invention is the fact that in inserted a strip-shaped absorption body into the hose ben, whereby an absorption element is formed, which in one overhead and an underlying channel is divided. The absorption body is dimensioned so that it something is wider than the hose diameter, so the hose envelope deformed elliptically, the absorption surface the hose will cost almost the same amount of material favorably enlarged and there is an optically favorable flattening of the absorption element. The width of the hose is the respective roof structure customized.
Eine Verbindung zwischen oberem und unterem Kanal wird so hergestellt, daß der Schlauch an seinem unteren Ende etwas länger als der eingeschobene Absorptionskörper ist und nach außen verschlossen wird. Dadurch entsteht ein in sich zusam menhängender Doppelschlauch mit einer Hülle.This creates a connection between the upper and lower channel made that the hose at its lower end something is longer than the inserted absorption body and after is locked on the outside. This creates a together hanging double hose with a cover.
Die Umwandlung von Sonnenenergie in Wärme findet hier exakt in der Schlauchmitte am Absorptionskörper statt, wobei auf einfache Weise die Abstrahlung minimal gehalten wird. Vorteilhaft ist auch, daß das Wärmetransportmedium transparent ist und das Absorptionselement im Gegenstromprinzip vom unteren zum oberen Kanal, oder umgekehrt, durchströmt wird. Im einfachsten Fall wird die Anlage mit Wasser bzw. Luft betrieben. The conversion of solar energy into heat takes place exactly here in the middle of the tube on the absorbent body, taking on simple way the radiation is kept to a minimum. It is also advantageous that the heat transfer medium is transparent is and the absorption element in the countercurrent principle from flows through the lower to the upper channel, or vice versa. In the simplest case, the system is powered by water or air operated.
Mit der erfindungsgemäßen Anlage wird die Effektivität von transparenten, von gefärbten Absorptionsflüssigkeiten durchströmten Absorbern nach eigenen Versuchen übertroffen. Durch die erfindungsgemäße Konstruktion der Absorptions elemente lassen sich außerdem Vor- und Rücklaufleitung auf einer Seite des Daches, vorzugsweise am oberen Dachteil installieren. Die Vor- und Rücklaufleitung kann dabei ebenso aus einem, in zwei Kammern geteilten Doppelschlauch bestehen.With the system according to the invention, the effectiveness of transparent, colored absorption liquids flowed through absorbers after own experiments exceeded. The inventive construction of the absorption elements can also be opened on the supply and return lines one side of the roof, preferably on the upper part of the roof to install. The supply and return line can also be used consist of a double hose divided into two chambers.
Die Verbindung der Absorptionselemente mit der Vor- Rücklauf leitung wird durch flexible, transparente oder gefärbte Kunststoffschläuche hergestellt, die nach Anspruch 5 in die Absorptionselemente eingeklebt werden und über gebohrte Gummianschlußstücke kostengünstig mit der Vor- Rücklauf leitung verbunden sind.The connection of the absorption elements with the forward return Cable is made of flexible, transparent or colored Plastic hoses made according to claim 5 in the Absorbent elements are glued in and drilled over Rubber connectors inexpensively with the forward return line are connected.
Da die Verbindungsschläuche entsprechend dünn sind, können sie durch die Dachfirstelemente geführt werden, so daß sich die horizontal verlaufende Vor- Rücklaufleitung innerhalb des Daches befindet.Since the connecting hoses are correspondingly thin, they are passed through the ridge elements, so that the horizontal flow return line inside of the roof.
Damit werden nur die flachen Absorptionselemente auf dem Dach, in den Vertiefungen der Dachpfannen oder Platten verlegt. Da die meisten Dächer ebenfalls vertikale Strukturelemente aufweisen, ist eine unauffällige, optisch gut angepaßte Anordnung erreicht. Die Elemente lassen sich durch Kleben oder mit Klemmen befestigen, nahezu jedes Dach kann so kostengünstig nachgerüstet werden.So that only the flat absorption elements on the Roof, in the recesses of the roof tiles or panels relocated. Since most roofs are also vertical Having structural elements is an inconspicuous, optical well adjusted arrangement achieved. The elements can be fasten by gluing or with clamps, almost any roof can be retrofitted at low cost.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß bei allen beschriebenen Merkmalen der Anlage, eine kombinierte Gewinnung von Wärme und elektrischer Energie möglich ist. Wird der Absorptionskörper im Schlauchelement auf der Oberseite mit bekannten Photozellen beschichtet, so sind diese einmal gegen Umwelteinflüsse geschützt, die notwendigen Verkabelungen verlaufen geordnet, ohne zusätz lichen Aufwand innerhalb der Elemente und es kann Wärme und Strom gewonnen werden. A particular advantage of the invention is that that with all described features of the system, a combined heat and electrical energy production is possible. The absorption body in the hose element coated on the top with known photocells, this way they are protected against environmental influences necessary cabling runs orderly, without additional effort inside the elements and it can heat and electricity can be obtained.
Eine Nachrüstung einer schon bestehenden Anlage mit Photozellen ist jederzeit möglich.Retrofitting an existing system with Photocells are possible at any time.
Die durch Sonneneinstrahlung auftretende Wärme an den Photo zellen wird durch ein Wärmeträgermedium abgeführt.The heat from the sun on the photo cells are discharged through a heat transfer medium.
In diesem Zusammenhang wird am günstigsten mit einem transparenten, gasförmigen Medium gearbeitet, im einfachsten Fall mit Luft. Bei einem offenen System wird z.B. durch Sonneneinstrahlung vorgewärmte Luft aus dem Dachinnenraum angesaugt, über den Absorptionskörper geleitet und dem Verbraucher zugeführt. Als günstige Nebenerscheinung tritt ein Kühleffekt an den Photozellen auf, ein problematischer Wärmestau an den elektrischen Elementen wird so vermieden und ein Absinken der elektrischen Leistung verhindert. Soll bei einer kombinierten Strom- und Wärmegewinnung die Wärmeproduktion gesteigert werden, so kann das Absorptions element auf kurzen Abstandshaltern verlegt und die Dach oberfläche im Bereich des Elements mit einer farblich an das Dach angepaßten Reflexionsschicht belegt werden. Auf diese Weise wird eine Bestrahlung der Unterseite des Absorptionselements erreicht.In this context, the cheapest is with one transparent, gaseous medium worked, in the simplest Case with air. With an open system e.g. by Pre-warmed air from the roof interior sucked in, passed over the absorption body and the Fed to consumers. As a favorable side effect occurs a cooling effect on the photocells, a problematic one This prevents heat build-up on the electrical elements and prevents a drop in electrical power. Should the combined generation of electricity and heat Heat production can be increased, so the absorption element laid on short spacers and the roof surface in the area of the element with a color reflective layer adapted to the roof. In this way, irradiation of the underside of the Absorption element reached.
Die Wärmeabgabe an das Wärmetransportmedium wird noch erhöht, wenn der untere Schlauchkanal luftdurchlässig mit einem dunkel gefärbten Absorptionsgranulat gefüllt wird.The heat transfer to the heat transport medium is increased if the lower hose duct is air-permeable with a dark colored absorption granulate is filled.
Bei einer kombinierten Gewinnung von Wärme und elektrischer Energie wird der Einsatzbereich von Solaranlagen zukunfts trächtig erweitert und die Nutzungsmöglichkeit auf nahezu das ganze Jahr erhöht.With a combined heat and electrical generation Energy will be the area of application for solar systems in the future pregnant expanded and the possibility of use almost increased all year round.
Letztlich kommt bei einer erfindungsgemäßen Anlage der Vorteil zum Tragen, daß im Bedarfsfall Arbeiten an der Anlage leicht ausgeführt werden können, da das Dach an den erhabenen Stellen der Dachpfannen nach wie vor begehbar ist. Ultimately, in a system according to the invention Advantage to bear that if necessary work on the system can be carried out easily because the roof on the raised The roof tiles can still be walked on.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigenAn embodiment of the invention is in the drawing shown and is described in more detail below. Show it
Fig. 1: Eine perspektivische Draufsicht auf einen montierten Sonnenkollektor aus Absorptionselemen ten Fig. 1: A top perspective view of an assembled solar panel from Absorptionselemen th
Fig. 2: Eine perspektivische Darstellung zweier ange schlossener Absorptionselemente Fig. 2: A perspective view of two connected absorption elements
Fig. 3: Ein, mit Photozellen bestücktes Absorptionselement a, in seiner Seitenansicht b, in einer perspektivischen Darstellung Fig. 3: An, with photocells absorption element a , in its side view b , in a perspective view
Fig. 1 zeigt einen, auf das Dach montierten Sonnenkollektor aus einzelnen Absorptionselementen, bei dem ein an geschlossener Verbraucher nicht mit dargestellt ist. Die Absorptionselemente (1) verlaufen in den Ver tiefungen der Dachpfannen. Fig. 1 shows a, mounted on the roof solar collector from individual absorption elements, in which a closed consumer is not shown. The absorption elements ( 1 ) run in the recesses in the roof tiles.
Die Verbindungsschläuche (6) zwischen den Absorptions elementen und der Vor- Rücklaufleitung (7) werden durch den Dachfirst geführt und an die, im Dach inneren befindliche Vor- Rücklaufleitung angeschlos sen.The connecting hoses ( 6 ) between the absorption elements and the pre-return line ( 7 ) are passed through the ridge and connected to the pre-return line inside the roof.
Diese Anordnung zeigt den Vorteil einer guten optischen Anpassung bei einer einfachen und billigen Montage. Die Absorptionselemente werden aufgeklebt oder durch Klemmhalterungen (16) befestigt.This arrangement shows the advantage of a good optical adjustment with a simple and inexpensive installation. The absorption elements are glued on or fastened by clamping brackets ( 16 ).
Fig. 2 zeigt ausschnittweise zwei angeschlossene Absorp tionselemente (1) aus transparenten, flexiblen Kunststoffschläuchen (4) in die jeweils ein Absorptionskörper (2) eingeschoben ist, der die Elemente in einen oberen und einen unteren Kanal (3) teilt. Fig. 2 shows sections of two connected Absorp tion elements ( 1 ) made of transparent, flexible plastic tubes ( 4 ) in each of which an absorption body ( 2 ) is inserted, which divides the elements into an upper and a lower channel ( 3 ).
Der Schlauch ist an diesem Ende etwas länger als der Absorptionskörper und nach außen verschlossen (5), so daß eine Verbindung zwischen den Kanälen hergestellt wird. Die Verbindungsschläuche (6) zwischen den Absorptionselementen (1) und der Vor- Rücklaufleitung (7) sind in die Absorptionselemente nach außen ab dichtend eingeklebt (8).At this end, the hose is somewhat longer than the absorption body and is closed off from the outside ( 5 ), so that a connection is established between the channels. The connecting hoses ( 6 ) between the absorption elements ( 1 ) and the forward return line ( 7 ) are glued into the absorption elements from the outside ( 8 ).
Der Anschluß an die Vor- Rücklaufleitung erfolgt durch gebohrte Gummistöpsel (9), die in die Verbindungs schläuche eingeklebt sind und in Bohrungen der Vor- Rücklaufleitung (10) eingepreßt oder eingeklebt werden.The connection to the pre-return line is made by drilled rubber plugs ( 9 ), which are glued into the connecting hoses and pressed or glued into the holes in the pre-return line ( 10 ).
Die Vor- Rücklaufleitung wird ebenfalls durch einen, in zwei Kammern (17) geteilten Doppelschlauch darge stellt.The forward return line is also represented by a double hose divided into two chambers ( 17 ).
Durch die Tatsache, daß die Sonnenstrahlung die Schlauch hülle durchdringt und die Absorption in der Mitte des Schlauches am dunkel gefärbten Absorptionskörper stattfindet, wird die Abstrahlung nach außen auf einfache Weise gering gehalten. Für den Wärmetrans port wird ein unproblematisches, transparentes Medium (13) verwendet, das den Absorptionskörper von unten nach oben im Gegenstromprinzip durchfließt.Due to the fact that the solar radiation penetrates the tube cover and the absorption takes place in the middle of the tube on the dark colored absorption body, the radiation to the outside is kept low in a simple manner. An unproblematic, transparent medium ( 13 ) is used for the heat transfer, which flows through the absorption body from bottom to top in the countercurrent principle.
Im einfachsten Fall wird mit Wasser oder Luft gear beitet.In the simplest case, water or air is used works.
Fig. 3 zeigt ein Absorptionselement zur kombinierten Ge winnung von Wärme und elektrischem Strom. Fig. 3 shows an absorption element for the combined Ge win of heat and electrical current.
Zur Stromerzeugung wird der Absorptionskörper mit bekannten Photozellen (15) beschichtet. Um die Wärme abgabe an das vorzugsweise gasförmige, transparente Medium zu erhöhen, wird der untere Schlauchkanal mit einem dunkel gefärbten Absorptionsgranulat (14) gefüllt. To generate electricity, the absorption body is coated with known photocells ( 15 ). In order to increase the heat output to the preferably gaseous, transparent medium, the lower tube channel is filled with dark-colored absorption granules ( 14 ).
Der Schlauch kann zur Bestrahlung von unten auf kurzen Abstandshaltern (18) über eine reflektierende Dach beschichtung (19) montiert werden. Das Wärmeträger medium kühlt gleichzeitig die Photozellen, wodurch sich deren Wirkungsgrad verbessert.The hose can be mounted for radiation from below on short spacers ( 18 ) via a reflective roof coating ( 19 ). The heat transfer medium cools the photocells at the same time, which improves their efficiency.
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