DE3815751A1 - Sonnenkollektor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Sonnenkollektor, mit einem weitgehend als schwarzer Körper ausgebildeten Absorber, der in einem langgestreckten Absorbergehäuse aufgenommen ist, das mit in Längsrichtung strömender Kollektorflüssigkeit gefüllt ist und das wenigstens sonnenseitig verlustarm strahlendurchlässig ausgebildet ist sowie mit wenigstens sonnenseitig vorgesehenen, gegen Wärmeleitungs- sowie Strahlungsverluste isolierendem Abdeckgehäuse.

Bei Sonnenkollektoren der eingangs genannten Art treten Verluste verschiedener Ursache auf, die ihren Wirkungsgrad so beeinträchtigen, daß ihr Einsatz in Gegenden mit kühlem Wetter, also kühlen bzw. niedrigen Lufttemperaturen und häufig bedecktem Himmel, in Frage gestellt ist, weil es kaum noch oder über längere Zeiträume gar nicht mehr gelingt, so viel Wärme zu sammeln, daß etwa warmes Brauchwasser aufbereitet oder der Betrieb einer Wärmepumpe wirtschaftlich wäre.

Es gibt zwar viele Vorschläge, die genannten Verluste zu verringern und so den Wirkungsgrad zu erhöhen, dafür müssen aber teuere Maßnahmen und Werkstoffe eingesetzt werden, und es muß häufig auch in Kauf genommen werden, daß die Sonnenkollektoren extrem schwer werden. Ein hohes Gewicht von Sonnenkollektoren verhindert oft deren Einsatz, wenn bspw. die Anordnung auf Dächern vorgesehen ist, deren Tragfähigkeit aber für das hohe Gewicht der Sonnenkollektoren geeignet ist. Teuere Werkstoffe und andere teueren Maßnahmen führen zu hohen Anschaffungspreisen, bzw. Investitionskosten, so daß insbesondere in den Gegenden, in denen die Energieausbeute sowieso gering ist, eine Kostenamortisation in Frage gestellt wird.

Ein großer Teil der erwähnten Verluste tritt bei den bekannten Sonnenkollektoren dadurch ein, daß mit der angestrebten und erzielten Temperaturerhöhung der Kollektorflüssigkeit oder des Absorbers zwischen diesen und der Umgebung eine Temperaturdifferenz geschaffen wird. Es fließt durch unmittelbare Wärmeleitung bzw. Konvektion Wärme vom Ort höherer Temperatur in Richtung der Orte niedrigerer Temperatur ab. Diese Wärmeleitung bzw. Konvektion wirkt wie ein Leck, durch welches in Wärme umgewandelte Sonnenenergie ständig abfließt. Durch Wärmeisolierungsmaßnahmen seitlich und auf der Rückseite des Sonnenkollektors können diese Verluste zwar eingedämmt werden, jedoch wird dadurch das Bauvolumen und auch das Gewicht des Sonnenkollektors vergrößert. Sonnenseitig wird die Wärmeisolierung jedoch schwieriger, weil von dem ungehinderten, möglichst verlustarmen Eintritt des Sonnenlichtes in das Absorbergehäuse die Energieausbeute abhängt. Daher werden Abdeckgehäuse verwendet, die nach dem Prizip der Doppelglasfenster konstruiert sind. Am wirksamsten sind solche Abdeckgehäuse dann, wenn zwischen ihren beiden durchsichtigen Platten ein Vakuum herrscht; solche Abdeckgehäuse sind aber naturgemäß sehr teuer und haben ein hohes Gewicht.

Ein weiterer Verlustfaktor ist die Wärmeabgabe durch Strahlung. Jeder warme Körper verliert auch ohne Wärmeleitung Wärme durch Strahlung, d.h. Emission, die im Infrarot-Bereich liegt. Auch Gase und Flüssigkeiten strahlen Wärme ab. Solche Abstrahlungswärme ist der Grund dafür, daß sich auch Isolierungen der vorstehend erwähnten Art bei Sonnenkollektoren erwärmen, so daß bereits in Wärme umgewandelte Sonnenenergie verloren geht.

Da das Abdeckgehäuse strahlendurchlässig sein muß, damit der Sonnenkollektor arbeiten kann, treten durch das Abdeckgehause die größten Abstrahlungsverluste ein. Es sind zwar bereits Lösungen bekannt, am Abdeckgehäuse selektiv strahlendurchlässige Gläser oder Schichten zu verwenden, um diese Abstrahlungsverluste zu vermindern, jedoch sind derartige Techniken sehr teuer. Nicht selten tritt aber durch derartige selektive Strahlendurchlässigkeit im Abdeckgehäuse aber auch ein gewisser Verlust an Strahlendurchlässigkeit in der gewünschten Richtung ein, so daß weniger Sonnenenergie am Absorber bzw. in der Kollektorflüssigkeit ankommt als ohne diese selektiv durchlässigen Schichten.

Die dritte Verlustursache entsteht am Absorber selbst. Der Begriff des schwarzen Körpers oder der schwarzen Oberfläche ist eine physikalische Ideal-Vorstellung, die es in der Praxis nicht gibt. Der schwarze Körper bzw. die schwarze Oberfläche soll nämlich jegliche auftreffende Strahlung absorbieren, ohne Reflexion. Praktisch herstellbare Absorber reflektieren aber unvermeidbar, mehr oder weniger große Anteile auftreffenden Sonnenlichtes. Derart reflektiertes Sonnenlicht kann aber nicht in Wärme umgewandelt werden.

Ein Sonnenkollektor der eingangs genannten Art ist in der DE-OS 28 26 937 offenbart. Dieser bekannte Sonnenkollektor weist ein Abdeckgehäuse in Doppelglastechnik und, im Abstand darunter angeordnet, ein Absorbergehäuse auf. Als Kollektorflüssigkeit wird im wesentlichen Wasser verwendet, und der den Bedingungen eines physikalischen, schwarzen Körpers angenäherte Absorber soll von der Kollektorflüssigkeit gebildet werden. Zu diesem Zweck ist diese mit organischen oder anorganischen Farbpigmenten in löslicher Form unter feinster Verteilung versetzt.

Für eine Verminderung der genannten drei Arten von Verlusten ist dieser bekannte Flach-Kollektor weder gedacht noch geeignet. Da beide Gehäuse nämlich sowohl das Absorbergehäuse wie das Abdeckgehäuse gesteuert von Kollektorflüssigkeit durchströmbar sein sollen, kann das Abdeckgehäuse infolge dieser Benutzung nicht gegen Verluste durch Wärmeströmung und -Abstrahlung dienen. Die üblicherweise auftretenden Verluste durch Wärmeabstrahlung und Wärmeleitung auf der Rückseite der Sonnenseite sind bei diesem bekannten Flachkollektor gewissermaßen erwünscht, weil er als Dachelement zur Klimatisierung von Hallen, Gewächshäusern, Sporthallen und dergleichen dienen soll. Da diese Absorber als Dach- oder Deckenelement für Gewächshäuser, Sporthallen usw., aber zugleich auch Tageslicht durchlassen soll, versteht es sich von selbst, daß die Kollektorflüssigkeit mit den aufgenommenen, fein verteilten Pigmenten von der Wirkung als physikalisch schwarzer Körper sehr weit entfernt sein muß, weil sie sonst kein Tageslicht durchlassen könnte. Der bekannte Flachkollektor mag daher zur Klimatisierung von Hallen und Häusern zur Abschattung gegenüber grellem Sonnenlicht gute Dienste leisten, als Sonnenkollektor hat er jedoch einen recht unbefriedigenden Wirkungsgrad.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Sonnenkollektor der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß durch kostengünstige, raum- und gewichtssparende Minderung der geschilderten Verluste ein so hoher Wirkungsgrad erreicht wird, daß auch bei schlechterem Wetter Temperaturen der Kollektorflüssigkeit erreicht werden, die entweder eine direkte Wärmenutzung für Brauchwasser oder dergleichen oder für den wirtschaftlichen Betrieb einer Wärmepumpe geeignet sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich der eingangs genannte Sonnenkollektor erfindungsgemäß dadurch, daß der Absorber ein folien- oder blechartiger, fester Körper ist, der parallel zur Länge des Absorbergehäuses ziehharmonikaartig gefaltet ist, wobei die Falten sonnenseitig einander zugewandte, schwach konkav gekrümmte Flanken haben, daß der Absorber sonnenseitig und rückseitig schwarz ist, daß ein ungefalteter, flacher Absorber quer über die rückseitigen Spitzen des gefalteten Absorbers verläuft und wenigstens rückseitig schwarz ist, daß rückseitig hinter dem gefalteten Absorber eine spiegelnde bzw. strahlenreflektierende Fläche angeordnet ist, und daß hinter der spiegelnden Fläche ein wärmeisolierender Körper vorgesehen ist.

Die Maßnahmen der Erfindung zielen primär darauf ab, die Absorbtion des Sonnenlichtes zu optimieren. Ein folien- oder blechartiger, fester Körper als Absorber kann so dünn ausgebildet werden, daß der übliche, als Nachteil bewertete Temperaturunterschied zwischen Absorberoberfläche und Absorberkern vernachlässigbar wird, weil die Dicke vernachlässigbar ist. Dadurch, daß der Absorber ziehharmonikaartig gefaltet ist, kann die absorbierende Fläche über die gegebene Fläche des Absorbergehäuses hinaus vervielfacht werden. Dadurch aber, daß die Falten zusätzlich auf den sonnenseitigen, einander zugekehrten Flanken konkav gekrümmt sind, verwandeln sich die Ziehharmonikafalten zu einem Wellensumpf oder zu Wellenfallen. Das eingestrahlte Sonnenlicht wird einerseits von der schwarzen Oberflache absorbiert wodurch eine entsprechende Temperaturerhöhung des gefalteten Absorbers resultiert. Die unvermeidliche Reflexion eines Anteiles des auftreffenden Sonnenlichtes hat keine nennenswerten Verluste zur Folge, weil die konkav gekrümmten Flächen solche reflektierten Strahlen mehrfach zwischen sich reflektieren, bis sich die Energie schließlich an der tiefsten Spitze der einander treffenden, konkav gekrümmten Flanken verliert. Die konkave Krümmung garantiert, daß diese Art Reflexion des Lichtanteiles, der nicht absorbiert wird, so gut wie ausschließlich in die Tiefe des gefalteten Absorbers zwischen die Ziehharmonikafalten hinein erfolgt. Da jeder derartigen Reflexion aber prinzipiell eine Absorbtion beigeordnet ist, wird die Energie derart reflektierter Lichtanteile nach jeder Reflexion immer geringer. Dadurch, daß also der Absorber ziehharmonikaartig gefaltet ist und sonnenseitig an den aneinander zugekehrten Faltenflanken konkav gekrümmt ist, kommt er mit seiner schwarzen Oberfläche dem physikalischen schwarzen Körper weit aus näher, als alle anderern bekannten Absorber. Entsprechend hoch ist daher auch die Erwärmung. Da der gefaltete Absorber allseitig von Kollektorflüssigkeit umströmt ist - also auch an den Rückseiten der Ziehharmonikafalten - und, da er extrem dünn ist, wird die in Wärme umgewandelte Sonnenenergie unmittelbar und sofort an die strömende Kollektorflüssigkeit abgegeben.

Da die Kollektorflüssigkeit auch die Sonnenseite also die einander zugekehrten konkav gekrümmten Flanken umspült, erfolgen Reflexionen durch Kollektorflüssigkeit hindurch und haben den weiteren Effekt, daß auch die Kollektorflüssigkeit zu einem gewissen Prozentsatz erwärmt wird.

Da auch ein schwarzer Körper emittiert, d.h. Wärme durch Strahlung verliert, und zwar um so stärker, je wärmer er ist, wird von den Oberflächen des ziehharmonikaartig gefalteten Absorbers sowohl sonnenseitig, wie rückseitig Wärme abgestrahlt. Bei diesen Abstrahlungsvorgängen hält die konkave Krümmung der einander zugekehrten sonnenseitigen Faltenflanken als Wellensumpf oder Wellenfalle einen großen Teil dieser Abstrahlung zurück. Rückseitig wird aber auch Wärme abgestrahlt. Deshalb ist über die Spitzen der Rückseite des gefalteten Absorbers zusätzlich ein weiterer flacher, also nichtgefalteter Absorber ausgebreitet, der wenigstens rückseitig schwarz ist.

Diese Maßnahme führt dazu, daß die von den Rückseiten abgestrahlte Wärme an dem flachen Absorber entweder absorbiert oder gegen die Rückseiten des gefalteten Absorbers reflektiert und dort erneut absorbiert wird, also nicht verloren gehen kann. Die schwarz ausgebildete Rückseite des flachen Absorbers schafft die Möglichkeit, diejenigen Wärmeanteile soweit wie möglich zurückzugewinnen, die sich aus der Erwärmung des Absorbergehäuses der Kollektorflüssigkeit usw. ergeben könnten und die durch Strahlung verloren gehen würden.

Besonders wirksam wird die schwarze Rückseite des flachen Absorbers dann, wenn zwischen ihr und zwischen einem wärmeisolierenden Körper hinter dem Absorbergehäuse, welch letzterer gegen Wärmeleitungsverluste isoliert, eine spiegelnde Fläche vorgesehen ist. Dadurch wird alles das an Wärmeenergie, was durch Strahlung in Richtung wärmeisolierenden Körper verloren gehen könnte, optimal gegen den flachen Absorber reflektiert und in Wärme umgewandelt, die der Kollektorflüssigkeit mitgeteilt wird.

Somit ergibt sich, daß die Wirkungsgradverluste bekannter Sonnenkollektoren auf verblüffend einfache und wirksame Weise wesentlich verringert werden. Die geringe Ausbeute infolge der Reflexion des Sonnenlichtes wird durch die geschaffenen Wellenfallen bzw. Wellensümpfe vermieden. Die Verluste durch Abstrahlung werden durch Reflexion und die zugleich rückseitig schwarzen Oberflächen des Absorbers sehr gering gehalten. Das Ergebnis ist, daß der Wirkungsgrad der Umwandlung von Sonnenlicht in Wärmeenergie außerordentlich groß ist, und zwar ohne daß das Abdeckgehäuse selektivstrahlendurchlässig ausgebildet sein muß, also teuer ist. Es können sogar preiswerte Materialien wie z.B. Plexiglas für Abdeckgehäuse und das Absorbergehäuse verwendet werden. Dadurch wird der Preis eines Sonnenkollektors wesentlich reduziert, und es sinkt auch das Gewicht, worauf es bei vielen Anwendungsfällen sehr wesentlich ankommt.

Einen zick-zack-förmigen Absorber offenbart die US-PS 46 49 902. Es ist jedoch nicht näher beschrieben, ob es sich dabei um einen Wendel oder um einen gefalteten, flachen Körper handeln soll, und es liegt nur eine entfernte Anwendung vor, weil durch diesen Absorber als Kollektormedium verdampfte Flüssigkeit, also Dampf hindurchgeführt wird. Unabhängig davon, ob als Wärmeträgermedium Dampf oder Flüssigkeit verwendet wird, bietet eine zick-zack-förmig gefaltete Oberfläche zwar den Vorteil einer Flächenvergrößerung, sie vermag aber die nicht unerheblichen Verluste durch Reflexion nicht zu vermeiden, so daß der Wirkungsgrad trotz ziehharmonikaartig gefalteter Flächen unbefriedigend bleibt. Da diese Druckschrift nichts über Strahlungsverluste nach hinten aussagt und auch keine Offenbarungen enthält, wie derartige Wärmeleitungs- oder Strahlungsverluste vermieden werden sollen, vermag die Verwendung eines zick-zack-förmigen Absorbers, der eher als Heizwendel angesehen werden kann, keine Lösungshilfe für die der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe zu schaffen.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die konkav gekrümmten Oberflächen des gefalteten Absorbers schwarz und glänzend als "nichtlambertsche" Flächen ausgebildetet.

Mit dieser Maßnahme wird eine weitere, wesentliche Steigerung des Wirkungsgrades erreicht. Diese Maßnahme erlaubt eine weitgehende Vermeidung derjenigen Verluste, die durch Abstrahlung als emittierte Wärmestrahlung von der Oberfläche des Absorbers entstehen würden. Die erfinderische Maßnahme, mit der dieser Erfolg erreicht wird, erscheint auf den ersten Blick unvernünftig und falsch, denn eine glänzende Fläche reflektiert stärker als eine matte Fläche, und zwar auch dann, wenn sie schwarz ist. Wäre der gefaltete Absorber nicht so ausgestaltet, daß die Flanken, die sonnenseitig einander zugekehrt sind konkav gekrümmt sind, so könnte die Oberfläche auch nicht schwarz-glänzend ausgebildet werden, denn dann würden erhebliche Verluste durch Reflexion entstehen. Dadurch, daß aber der Raum zwischen zwei einander zugekehrten, konkav gekrümmten Flanken als Wellensumpf oder -Falle wirkt, spielt es keine Rolle, wie häufig das eingefangene Sonnenlicht zwischen den einanderzugekehrten Flanken hin und her reflektiert wird. Die Energie des Lichtes wird auf jeden Fall in Wärme umgewandelt.

Um die Verluste zu vermeiden, die durch Wärmeabstrahlung des erwärmten Absorbers entstehen, ist es jedoch von erheblicher Bedeutung, daß die sonnenseitigen Oberflächen der konkav gekrümmten Flanken schwarz-glänzend ausgebildet sind. Der Grund dafür basiert zunächst auf dem Kirchhoffschen Strahlungsgesetz, nach dem das Verhältnis zwischen Emissionsvermögen und Absorbtionsvermögen eines Körpers für jede Wellenlänge und Temperatur gleich ist. Bezüglich der Oberflächen eines Körpers wird aber für die Abstrahlung bei einer matten Oberfläche das Lambertsche Gesetz wirksam. Bei einer Lambertschen Fläche ergibt sich eine Kugel, wenn die Lichtstärken als entsprechend lange Pfeile von einem Emissionspunkt aus in den verschiedenen Richtungen aufgetragen werden. Die Spitzen der Pfeile liegen auf der Oberfläche einer Kugel, die das Flächenelement, welches ausstrahlt, tangiert. Anders verhält sich eine sogenannte nichtlambertsche Fläche, d.h. also eine nicht matte, sondern glänzende Fläche. Bei einer solchen nichtlambertschen, also glänzenden Fläche, entsteht als Charakteristikum der Rückstrahlung oder Emission keine Kugel, sondern ein etwa ellipsoidähnlicher Körper. Die größten Abstrahlungsstärken verlaufen rechtwinklig zur abstrahlenden Oberfläche oder näherungsweise rechtwinklig während die Abstrahlungsleistung in kleinerem Winkelbereich erheblich reduziert ist.

Werden nun erfindungsgemäß die sonnenseitigen Oberflächen, d.h. die konkav gekrümmten Flächen des gefalteten Absorbers als nichtlambertsche Flächen ausgebildet, so geben sie auch Strahlungswärme ab. Aber die Hauptmenge oder Hauptenergie, die aus der eigenen Wärmestrahlung entsteht, wird im wesentlichen im rechten Winkel zur Oberfläche abgestrahlt. Das bedeutet aber, daß diese Abstrahlung auf die gegenüberliegende Flanke trifft, dort zum Teil absorbiert und zum Teil reflektiert wird. Auch für diese Wärmestrahlen gilt aber, daß die einander zugekehrten, konkav gekrümmten Flanken des gefalteten Absorbers als Wellensumpf oder -Falle wirken, d.h. es wird zwar Wärme abgestrahlt, sie wird aber wieder absorbiert und in Wärme umgewandelt.

Natürlich treten auch erfindungsgemäß noch Verluste durch Emissionen des Absorbers ein. Sie betragen jedoch nur Bruchteile derjenigen Verluste, die bei bekannten Sonnenkollektoren auftreten.

Kombiniert man den Sonnenkollektor gemäß Anspruch 1 mit der weiteren erfinderischen Ausgestaltung, so ergibt sich ein bisher unerreichbarer, fast utopischer Wirkungsgrad. Verlustwärme durch Leitung wird durch das Abdeckgehäuse in Grenzen gehalten. Die Ziehharmonikafaltung des Absorbers vervielfacht die Absorberoberfläche. Die konkav gekrümmte Ausgestaltung der sonnenseitigen Flanken des gefalteten Absorbers schafft einen Wellensumpf, mit der Folge, daß kaum noch Verluste durch Reflexion des eingestrahlten Lichtes auftreten. Die Verluste durch Wärmeabstrahlung in Richtung Sonnenseite werden durch die Ausgestaltung der konkav gekrümmten Oberflächen als nichtlambertsche Flächen auf Bruchteile des bisher üblichen reduziert. Der Effekt all dieser Maßnahmen hat zur Folge, daß sich die Sonnenseite des erfindungsgemäß ausgebildeten Sonnenkollektors erheblich weiter dem theoretischen schwarzen Körper annähert, als alle bisher bekannten Sonnenkollektoren. Dieser besondere Effekt wird darüber hinaus noch wertvoller dadurch, daß keine teueren Techniken oder hochwertigen Werkstoffe oder Volumen und Gewicht vergrößernde Maßnahmen erforderlich sind. Vielmehr erlaubt der hohe Absorbtionswirkungsgrad Zugeständnisse bei der Materialwahl und Ausgestaltungsart für das Absorbergehäuse bzw. das Abdeckgehäuse. Solche Zugeständnisse können der Volumenverkleinerung und der Gewichtsreduzierung vorteilhaft dienen. Der Erhaltung der gewonnenen Wärme dienen die Maßnahmen, die Abstrahlung und Verluste nach hinten verhindern. Dazu gehört die schwarze Rückseite des gefalteten Absorbers, die schwarze Rückseite des flachen Absorbers, die spiegelnde Fläche und wärmeisolierende Körper.

Gemäß Anspruch 3 sind die sonnenseitigen Faltenspitzen des gefalteten Absorbers quer zu ihrer Länge schwach wellenförmig profiliert.

Aufgrund dieser Profilierung entstehen in der strömenden Kollektorflüssigkeit Wirbel, die den Wärmeübergang vom Absorber an die Kollektorflüssigkeit begünstigen.

Gemäß Anspruch 4 ist vorgesehen, daß dünne, bzw. feine, schwarze Metallnetze, stumpfwinkliger als der Absorber gefaltet beidseitig zwischen die Falten des Absorbers mit zur Rückseite weisenden Faltenspitzen eingesetzt sind, und daß ein ebenes, schwarzes Metallnetz sonnenseitig über Spitzen der Falten des Absorbers verläuft.

Wie schon erwähnt wurde, können auch sogenannte nichtlambertsche Flächen alle Abstrahlungsverluste verhindern. Werden daher die schwarzen Metallnetze gemäß Anspruch 4 eingebaut, so wirken diese aufgrund ihrer Feinheit insbesondere im oberen weiten, spitzen Bereich des gefalteten Absorbers in gewissem Umfange als Hilfsabsorber für die reflektierten Lichtstrahlen und die reflektierten Wärmestrahlungen. Das flache, feine Metallnetz, das sonnenseitig über die Spitzen der Falten des Absorbers gespannt ist, wirkt gewissermaßen als letzte Hilfsabsorberfläche für Reflexions- und Strahlungsverluste. Die gefalteten, feinen Metallnetze an den Rückseiten haben für die reflektierte Wärmestrahlung in diesem Bereich den gleichen Effekt. Da sich die feinen, schwarzen Metallnetze durch die Absorbtion erwärmen, helfen sie infolge ihrer großen Oberfläche mit, den Wärmeübergang zwischen Absorber und Kollektorflüssigkeit zu verbessern.

Gemäß Anspruch 5 ist vorgesehen, daß die Kollektorflüssigkeit mit suspendiertem, schwarzen Farbstoff vermischt ist.

An sich könnte wegen des sehr hohen Wirkungsgrades des erfindungsgemäß ausgebildeten Sonnenkollektors auf diese, aus der eingangs zitierten DE-OS 28 26 937 bereits an sich bekannte Maßnahme verzichtet werden, jedoch vermag diese Maßnahme dann, wenn die Witterungsbedingungen außerordentlich schlecht sind, auch dann noch zum wirtschaftlichen Betrieb eines Sonnenkollektors zu verhelfen, wenn es mit den bereits genannten Maßnahmen nicht mehr befriedigend gelingen würde. Das Vermischen der Kollektorflüssigkeit mit schwarzem Farbstoff hat den Vorteil, daß dadurch weder ein hoher Preis entsteht, noch Gewicht oder Volumen des Sonnenkollektors vergrößert würden.

Der erfindungsgemäß ausgebildete Sonnenkollektor läßt sich in verschiedenen Bauvarianten verwirklichen und dabei gegebenen Bedingungen ideal anpassen.

Bei der Ausgestaltung nach Anspruch 6 sind Abdeckgehäuse und wärmeisolierende Körper als gemeinsames, im Querschnitt kreisförmiges Plexiglasrohr ausgebildet und das Absorbergehäuse ist mittig im Plexiglasrohr angeordnet. Solche rohrförmigen Sonnenkollektoren sind überall da von Nutzen, wo keine großen Flächen zur Verfügung stehen, sondern nur schmale, langgestreckte Bereiche. Zwischen zwei koaxialen Rohren kann auch bei Verwendung von Plexiglas ein Vakuum erzeugt werden. Aber infolge des enorm hohen Wirkungsgrades des erfindungsgemäß ausgebildeten Sonnenkollektors kann auch ohne Vakuumtechnik mit Luft als isolierendem Medium gearbeitet werden.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung einer solchen Ausführung kennzeichnet Anspruch 7 dadurch, daß das Absorbergehäuse als im Querschnitt kreisförmiges, inneres Plexiglasrohr ausgebildet ist, daß das Absorbergehäuse im äußeren Plexiglasrohr konzentrisch angeordnet ist, daß der flache Absorber die sonnenabgewandte Seite des inneren Plexiglasrohres innen halbschalenartig bedeckt, daß seine, dem gefalteten Absorber zugekehrte Seite spiegelnd ausgebildet ist, und daß das äußere Plexiglasrohr auf der sonnenabgewandten Querschnittshälfte innen, halbschalenartig verspiegelt ist.

Bei dieser Ausgestaltung ist das innere Plexiglasrohr zugleich Absorbergehäuse, der flache Absorber verläuft halbschalenartig über die untere Hälfte und das äußere Plexiglasrohr ist innen halbschalenartig verspiegelt. Dabei kann die Sonnenseite des flachen Absorbers im Absorbergehäuse sonnenseitig verspiegelt und die Rückseite zwecks Steigerung der Absorbtionswirkung schwarz ausgebildet sein.

Eine andere Ausgestaltung dieser Art ist gemaß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Absorbergehause als flach quaderförmiger Plexiglas-Hohlkörper ausgebildet ist und im äußeren Plexiglasrohr diametral angeordnet ist, daß die untere Wand des Plexiglas-Hohlkörpers innen verspiegelt ist, und daß der gefaltete Absorber mit den oberen Faltenspitzen im Abstand von der oberen, mit den unteren Faltenspitzen im Abstand von der unteren Wand des Plexiglas-Hohlkörpers angeordnet ist. Bei dieser Ausgestaltung ist das Absorbergehäuse ein flach quaderförmiger Plexiglas-Hohlkörper, und es ist dafür gesorgt, daß sowohl der gefaltete wie der flache Absorber Abstand von der oberen bzw. unteren Wand des Plexiglas-Hohlkörpers haben, der vorzugsweise mittels wärmeisolierender Stutzen oder dergleichen gewährleistet wird. Diese Maßnahme sichert eine einwandfreie, allseitige Umspülung des Absorbers mit Kollektorflüssigkeit und verhindert zugleich, daß Wärme durch Leitung in das Plexiglasrohr übertragen wird.

Wie schon erwähnt, kann bei der Rohrtechnik - wegen der günstigen Form des Rohres - unabhängig davon, ob in der Mitte ein Rohr oder ein Flachkörper als Absorbergehäuse angeordnet ist, die Vakuumtechnik angewandt werden, um Wärmeverluste durch Wärmeleitung nach außen zu vermeiden. Auf jeden Fall aber haben Sonnenkollektoren nach den Ansprüchen 6 bis 9 ein geringes Gewicht, geringe Abmessungen, aufgrund der benötigten Materialien einen geringen Preis aber einen hohen Wirkungsgrad.

Eine andere Ausgestaltung des erfindungsgemäß ausgebildeten Sonnenkollektors offenbart Anspruch 10. Diese Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl flach, quaderförmiger Absorbergehäuse parallel nebeneinander verlaufend und an den Enden miteinander kommunizierend in einer Plexiglas- Doppelstegplatte einstückig zusammengefaßt sind, daß die gefalteten und flachen Absorber jeweils mit Abstand von der unteren sowie oberen Wand der Doppelstegplatte in deren Hohlräume eingesetzt sind, daß die spiegelnde Fläche an der Außenseite der unteren Wand der Doppelstegplatte angeordnet ist, daß der wärmeisolierende Körper als Kunststoffisolierplatte z.B. Styroporplatte ausgebildet und an der Rückseite der spiegelnden Fläche anliegend angeordnet ist, daß die Doppelstegplatte und die Kunststoffisolierplatte von einem rechteckförmigen, aus nach innen offenen U-Profilen bestehenden Rahmen umschlossen und zusammengehalten sind, und daß der Rahmen an seinen beiden Stirnseiten, einander diagonal gegenüberliegend, je einen Anschlußstutzen für die strömende Kollektorflüssigkeit aufweist.

Diese Ausgestaltung dürfte als wirtschaftlichste, preisgünstigste Ausführung angesehen werden können, denn die sogenannten Plexiglas-Doppelstegplatten sind als stranggepreßte Artikel als Meterware im Handel erhältlich. Sie haben Formate, mit denen sich geeignete, Flachkollektoren im Sinne von Anspruch 10 verwirklichen lassen. Man braucht lediglich das Abdeckgehäuse zu verwenden und als Absorbergehäuse im mittleren Bereich die Stege so weit zu entfernen, daß die einzelnen Kanäle oder parallelen Hohlräume miteinander kommunizieren, um den Durchlauf der Kollektorflüssigkeit zu gestatten. Entsprechende Anschlußvorrichtungen an den beiden Stirnenden müssen natürlich vorgesehen werden. Man braucht alsdann lediglich die Absorber in die Hohlräume einzuschieben. Die spiegelnde Fläche wird auf der Außenrückseite des Absorbergehäuses aufgebracht und als wärmeisolierender Körper eine Kunststoffisolierplatte, z.B. eine Styroporplatte, dagegengesetzt. Der gesamte Aufbau wird in einem Rahmen aus U-Profilen unter Zwischenschaltung von Distanzelementen zwischen Abdeckgehäuse und Absorbergehäuse und durch Anwendung von Dichtungsmaßnahmen zu einem Element zusammengefaßt.

Siehe auch Anspruch 11! Aufgrund des sehr hohen, bisher nie erreichten Wirkungsgrades kann man nämlich bei einem Absorber gem. Anspruch 10 auch ohne Abdeckgehäuse arbeiten und noch befriedigende Ergebnisse erzielen, wenn es auf extrem flache Bauweise ankommt. Eine solche extrem flache Aufbauweise kann z.B. dann gewünscht werden, wenn Dachluken oder Dachfenster durch Sonnenkollektoren dieser Art ersetzt werden sollen. Wo keine Raumnot besteht, wird die Bauweise gem. Anspruch 11 mit Abdeckgehäuse verwendet, die naturgemäß den besseren Wirkungsgrad aufweist.

Witterungsbeständigkeit und Schutz gegen Wärmeisolierung bringt die Weiterbildung gemäß Anspruch 12 dadurch, daß der Kunststoffisolierkörper bzw. Kunststoffisolierplatte auf ihrer Rückseite mit wärmeisolierender und Witterungsschutz bietender Kunststoffolie bedeckt, bspw. beklebt ist.

Die Weiterbildung gemäß Anspruch 13 nutzt die in der Doppelstegplatte bereits vorhandene Hohlraumbildung dazu aus, diejenigen Ränder des Absorbergehäuses, die im U-Rahmen Kontakt mit demselben haben, als Isolierkammern zu nutzen, so daß Wärmeleitungsverluste in den Rahmen hinein unterbunden werden. Bei aufwendigen Ausgestaltungen können diese Kammern auch mit einem Vakuum versehen werden.

Besonders preiswert wird der erfindungsgemäß ausgebildete Sonnenkollektor - gleich welcher spezifischen Ausgestaltung - dadurch, daß alle spiegelnden Flächen als Aluminiumfolien ausgebildet sind - Anspruch 14 -. Aluminiumfolien sind einseitig hochglänzend, auf der Rückseite matt und sind im Handel für geringen Preis erhältlich.

Für die Absorber - den gefalteten und den flachen Absorber - können gut Wärme leitende und leicht schwärzbare Werkstoffe verwendet werden. Gemäß Anspruch 15 ist vorgesehen, daß der gefaltete und der flache Absorber aus höchstens 1 mm vorzugsweise 0,1 bis 0,3 mm dickem Metallblech mit geschwärzter, ggfs. schwarz glänzender Oberfläche bestehen, wobei wenigstens der gefaltete Absorber in seiner Form elastisch federnd ausgebildet ist.

Für den gefalteten Absorber ist es wesentlich, daß er in seiner Form elastisch federnd ist, denn er kann sich erheblich erwärmen und aufgrund der großen Fläche, die in den Falten untergebracht wird, auch entsprechend ausdehnen. Damit er bei derartigen Wärmedehnungen Form und damit auch Wirkung behält, ist die elastisch federnde Ausbildung wichtig.

Zweckmäßig ist gemaß Anspruch 16 die Ausgestaltung der Absorber aus Kupfer. Kupfer läßt sich besonders leicht schwärzen, auch mit einer schwarzglänzenden Oberfläche versehen und hat den Vorteil, ein guter Wärmeleiter zu sein.

Alternativ zur Verwendung mit Kupfer kann gemäß Anspruch 17 auch Aluminium für die Absorber benutzt werden. Aluminium hat den Vorteil, daß es erheblich leichter als Kupfer ist. Kupfer und Aluminium zeichnen sich durch Korrosionsbeständigkeit aus, wenn entsprechende Maßnahmen ergriffen werden, so daß auch Lebensdauer und Wartungsfreiheit der Sonnenkollektoren gesichert sind.

Ausführungs- und Erläuterungsbeispiele des erfindungsgemäß ausgebildeten Sonnenkollektors sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schemaschnittansicht des prinzipiellen Aufbaues,

Fig. 2 eine Schnittansicht einer möglichen Ausgestaltung des Sonnenkollektors,

Fig. 3 eine Schemaschnittansicht einer weiteren Ausgestaltung.

Fig. 4 + 5 grafische Darstellungen zum Rückstrahlungs­ verhalten der Absorberflanken bei Ausgestaltung als lambertsche Fläche gemäß Fig. 4 und nichtlambertscher Fläche gemäß Fig. 5,

Fig. 6 ein Erläuterungsschema für die Ausgestaltung der Ziehharmonikaflanken des Absorbers als Wellensumpf oder -falle,

Fig. 7 eine Schnittansicht einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung eines Flachkollektors,

Fig. 8 eine Schemadraufsicht auf das Absorbergehäuse des Flachkollektors gemäß Fig. 7 und

Fig. 9 eine perspektifische Schema-Teilansicht des ziehharmonikaartig ausgestalteten Absorbers.

Die Fig. 1 zeigt einen Sonnenkollektor 1, der die Grundelemente der erfinderischen Ausgestaltung aufweist. Sonnenseitig ist ein Abdeckgehäuse 2 vorgesehen, das in Doppelglastechnik ausgebildet ist. Dahinter liegt ein Absorbergehäuse 3, welches von Kollektorflüssigkeit 4 in Längsrichtung durchströmt ist. Im Absorbergehäuse 3 ist ein ziehharmonikaartig gefalteter Absorber 5 aufgenommen, dessen Falten in Längsrichtung des Absorbergehäuses 3 und damit der Richtung der Strömung der Kollektorflüssigkeit 4 verlaufen. Die Besonderheit dieses gefalteten Absorbers 5 besteht darin, daß die einander zugewandten, sonnenseitigen Flanken konkave Krümmungen 6 haben, so daß sie gem. Fig. 6 einfallende Lichtstrahlen nach Art eines Wellensumpfes oder -falle in sich festhalten können, wobei Verluste durch Reflexion einfallenden Lichtes auf ein Minimum reduziert werden können.

Wie die Fig. 6 mit einem wahlweise angedeuteten Lichtstrahl 7 andeutet, wird dieser von einer konkav gekrümmten Fläche 6 reflektiert, der gegenüberliegenden konkav gekrümmten Fläche 6 entgegengerichtet, von dieser erneut reflektiert usw. Da mit jeder Reflexion aber auch eine Absorbtion verbunden ist und Energie in den Absorber 5 übergeht, wirkt der ziehharmonikaartig gefaltete Absorber 5 mit den konkaven Flächen 6 als weitgehend reflektionsfreier Sonnenabsorber mit sehr hohem Wirkungsgrad.

Da sich der Absorber 5 durch die Sonnenlichtabsorbtion erwärmt, strahlt er auch Wärme ab, insbesondere auch an den Rückseiten, die jedoch ebenfalls von Kollektorflüssigkeit umspült sind. Damit die Energie, die rückseitig als Wärme abgestrahlt wird nicht verlorengeht, ist gegen die Spitzen des gefalteten Absorbers 5 ein flacher Absorber 8 in ungefalteter Ausführung gegengesetzt, welcher wenigstens auf seiner sonnenabgewandten oder Rückseite als schwarze Fläche ausgebildet ist. Nach dem bereits geschilderten Prinzip werden Wärmestrahlungen auch vom flachen Absorber 8 reflektiert und ein Hauptteil resorbiert. Der reflektierte Teil trifft die konvexen Seiten des gefalteten Absorbers 5, wird absorbiert und zu einem Teil reflektiert. Ein Abstrahlungsverlust aus dem vom flachen Absorber 8 und den Flanken des gefalteten Absorbers 5 begrenzten Raum ist nicht möglich.

Da auch Kollektorflüssigkeit erwärmt, Wärme abstrahlt und da sich mit der Kollektorflüssigkeit 4 auch das Absorbergehäuse 3 erwärmt, vermag letzteres ebenfalls Wärme unerwünscht abzustrahlen. Um solche Verluste zu verhindern, kann auf der Innenseite einer unteren Wand 9 - siehe strichpunktierte Linie in Fig. 1 - oder auf der Außenseite einer solchen unteren Wand 9 eine spiegelnde Fläche 10 vorgesehen sein, welche Strahlungsverluste dadurch weitgehend vermeidet, daß sie Wärmestrahlungen reflektiert. Wird die spiegelnde Fläche 10 auf der Innenseite der unteren Wand 9 angeordnet, so muß die Wärmeabstrahlung des miterwärmten Absorbergehäuses in Kauf genommen werden. Wird dagegen die spiegelnde Fläche 10 außen angeordnet, so wird auch die vom Absorbergehäuse 3 ausgehende, nach hinten gerichtete Wärmeabstrahlung weitgehend vermieden.

Hinter dem Absorbergehäuse 3, und zwar entweder hinter der unteren Wand 9 oder der spiegelnden Fläche 10, befindet sich grundsätzlich ein isolierender Körper 11, der Wärmeverluste durch Wärmeleitung vermeiden soll.

Ein wesentlicher Gesichtspunkt für die Erzielung eines hohen Wirkungsgrades des Sonnenkollektors ist, wie bereits erwähnt, die Maßnahme, den gefalteten Absorber 5 mit den konkav gekrümmten, einander zugewandten Flächen zu versehen. Diese Maßnahme verhindert Energieverluste durch Reflexion des eintretenden Lichtes, weil die einander zugekehrten konkav gekrümmten Flächen 6 als Wellensumpf oder -falle wirken.

Da sich der Absorber 5 aber selbst zum Teil beträchtlich erwärmt, strahlt er selbst Wärme ab. Nach dem Kirchhoffschen Strahlungsgesetz ist das Verhältnis zwischen dieser Abstrahlung oder Emission und der Absorbtion bei einem gegebenen Körper für jede Wellenlänge und Temperatur gleich. Das bedeutet, daß man also durch den Korper selbst keinen Einfluß auf die Große der Emission oder Verluste erzeugenden Wärmeabstrahlung nehmen kann.

Andererseits gibt es aber das lambertsche Gesetz, welches auf die Oberfläche des Wärme abstrahlenden Körpers Rücksicht nimmt. Trägt man die Lichtstärken oder Strahlungsstärken, die ein lambertsches Flächenelement in die verschiedenen möglichen Richtungen ausstrahlt mit Pfeilen in den entsprechenden Richtungen derart auf, daß die Länge der Pfeile der Strahlungsstärke entspricht, so liegen die Spitzen aller derart gezogenen Pfeile auf einer Kugelschale, wenn es sich um eine lambertsche, also matte Fläche handelt. Siehe Fig. 4. Dieses Abstrahlungsverhalten hätte zur Folge, daß die Emission des gefalteten Absorbers 5 im Bereich zwischen den konkav gekrümmten Flächen in Richtung Sonne unerwünscht große Energiemengen abgibt.

Andererseits lehrt aber die Physik, daß die Emission einer nichtlambertschen, also glänzenden Fläche ein anderes Verhalten aufweist. Die nach dem gleichen Prinzip auf ein nichtlambertsches Flächenelement, aufgetragenen Pfeile liegen mit ihren Spitzen auf einem Rotationellipsoid, das mit der Spitze auf dem Flächenelement steht. Das bedeutet, daß die Hauptmenge der emitierten Energie rechtwinklig zur nichtlambertschen Fläche ausgestrahlt wird und die Hauptenergien in Richtungen, die dem rechten Winkel nahe sind. Siehe Fig. 5! Andererseits ist die Abstrahlung in Richtungen, die sehr weit von der Lotrichtung abweichen, wesentlich verkleinert. Aus diesem Grunde sind die sonnenseitigen, konkav gekrümmten Oberflächen des Absorbers 5 als nichtlambertsche, also glänzende Flächen ausgebildet, jedoch schwarz. Beim flachen Absorber 8 kann die sonnenseitige Oberfläche gegebenenfalls als nichtlambertsche Fläche, die Rückseite als lambertsche Fläche ausgebildet werden.

Mit dieser Maßnahme wird erreicht, daß der Hauptanteil der Emission, d.h., der Wärmeabstrahlung, die sich durch die Aufheizung des Absorbers 5 bzw. 8 ergibt, insbesondere beim gefalteten Absorber 5 wiederum zwischen den konkav gekrümmten Flächen 6 hin und her reflektiert wird. Da jedes Auftreffen eines Strahles auf eine Oberfläche mit einer Absorbtion von Strahlungsenergie verbunden ist und nur ein Teil der auftreffenden Energie reflektiert wird, haben die konkav gekrümmten Flächen den Vorteil, auch die Emissionsverluste in Verbindung mit ihren nichtlambertschen Oberflächen oder schwarz-glänzenden Oberflächen der Werte zu reduzieren, die mit anderen Absorbern in Kauf genommen werden müssen.

Zur weiteren Steigerung des Wirkungsgrades ist zwischen die Spitzen des ziehharmonikaartig gefalteten Absorbers 5 jeweils ein dünnes bzw. feines schwarzes Metallnetz 12, das stumpfwinkliger als der Absorber 5 gefaltet ist, mit nach unten weisender Faltenspitze zwischen die Flanken des gefalteten Absorbers 5 eingesetzt. Zusätzlich ist noch ein weiteres, ebenes, schwarzes Metallnetz 13 sonnenseitig über die Spitzen des gefalteten Absorbers ausgebreitet.

Der Effekt dieser Maßnahmen besteht darin, daß das ebene Metallnetz 13 noch einen wesentlichen Anteil derjenigen emitierten oder restlichen, geringen reflektierten Strahlungen auffängt, die zwischen den konkav gekrümmten Flächen 6 entweichen können, während die gefalteten Metallnetze 12 in der Bahn der Strahlenreflexion sowohl des einfallenden Lichtes wie des emitierten Lichtes des gefaltenen Absorbers 5 sowie des ebenen Absorbers 8 liegen und damit Strahlung in Wärmeenergie umwandeln.

Da jeder Strahlungsdurchgang zwischen dem gefaltenen Absorber 5 und dem flachen Absorber 8 durch Kollektorflüssigkeit 4 führt, wird diese sowohl durch Strahlung, insbesondere aber durch den Kontakt mit den aufgeheizten Flächen, den Absorbern 5 und 8 sowie den Metallnetzen 12 und 13 intensiv erwärmt. Da sowohl die Absorber 5 und 6 sehr dünn sind und vorzugsweise aus Metallblech, wie Kupfer oder Aluminium, bestehen, welche eine gute Wärmeleitfähigkeit haben, ergibt sich eine gute Wärmeübertragung zwischen Absorbern 5, 8 bzw. absorbierenden Metallnetzen 12, 13 und Kollektorflüssigkeit 5.

Der Wirkungsgrad dieses Absorbergehäuses 3 ist extrem hoch, weil kaum noch reflektierte Strahlung und kaum noch emitierte Strahlung verlorengehen kann.

Eine zusätzliche Verbesserung des Wirkungsgrades kann dadurch erreicht werden, daß der Kollektorflüssigkeit 4 schwarze, feinstverteilte, in Suspension gehaltene Farbpigmente (nicht dargestellt) beigegeben werden. Durch diese Maßnahme wird bei jedem Strahlendurchgang durch die Kollektorflüssigkeit 4 zusätzlich eine Absorbtionswirkung durch die Pigmente erzielt und eine unmittelbare Aufheizung erreicht.

Um Form und Stabilität des gefalteten Absorbers 5 auch dann zu gewährleisten, wenn er sich auf höhere Temperaturen erwärmt, ist es sinnvoll, dafür zu sorgen, daß die ziehharmonikaartig gefaltete Form in sich elastisch nachgiebig ist, weil sich dann Wärmedehnungen leicht kompensieren lassen.

Der Wärmeübergang vom Absorber 5, 8 auf die Kollektorflüssigkeit 4 wird durch die extreme Dünne der Absorber 5, 8 besonders begünstigt. Deswegen sollen diese, soweit möglich, Dicken um 0,1 bis 0,3 mm haben. Zusätzlich kann der Übergang an die Kollektorflüssigkeit noch dadurch verbessert werden, daß die Spitzen der Sonnenseite des gefalteten Absorbers 5 gemäß Fig. 9 quer zu ihrer Länge ein schwaches Wellenprofil 14 haben. Ein Wellenprofil an der Spitze verursacht in der in Richtung des Pfeiles 15 in Fig. 9 strömenden Kollektflüssigkeit Wirbelbildungen, die den Wärmeübergang optimieren. Praktisch läßt sich der in der Fig. 1 im Prinzip dargestellte und erläuterte Sonnenkollektor 1 auf unterschiedliche Weise, je nach Bedarf, kostengünstig verwirklichen.

Die Fig. 2 zeigt einen Sonnenkollektor 1, bei dem ein äußeres Plexiglasrohr 16 und ein koaxial innen angeordnetes Plexiglasrohr 17 vorgesehen sind. Beide sind koaxial ineinander und im Abstand gehalten. Zwischen beiden kann Luft als wärmeisolierender Stoff vorhanden sein. Es kann aber auch ein luftleerer Raum vorgesehen sein. In beiden Fällen bildet aber das innere Plexiglasrohr 17 zugleich das Absorbergehäuse 3. Zusammen mit dem äußeren Plexiglasrohr bildet es das Abdeckgehäuse 2, und beide gemeinsam bilden im rückseitigen Bereich das Äquivalent eines wärmeisolierenden Körpers 11. Der gefaltete Absorber 5 ist in diesem Fall in das innere Plexiglasrohr 17, d.h. das Absorbergehäuse 3, querschnittsfüllend eingesetzt, und der flache Absorber 8 bedeckt die Innenseite des inneren Plexiglasrohres 17 im unteren, rückseitigen Bereich halbschalenförmig. Er ist auf der Sonnenseite verspiegelt, auf der Rückseite schwarz, so daß er alle von der Rückseite kommenden Wärmestrahlungen durch Absorbtion in nutzbare Wärmeenergie umwandeln kann. Um diese Wirkung zu vergrößern, ist das äußere Plexiglasrohr 18 auf der rückwärtigen Hälfte mit einer halbschalenartigen, spiegelnden Fläche 18 versehen.

Wegen der sehr hohen Wirkung der bereits beschriebenen Absorber 5 und 8, kann bei dieser Ausgestaltung auf die Metallnetze 12, 13 verzichtet werden.

Die Fig. 3 zeigt einen Sonnenkollektor 1 mit dem bereits erwähnten, äußeren Plexiglasrohr 16, das den Platz des Abdeckgehäuses 2 einnimmt. Bei diesem ist diametral in der Mitte ein Absorbergehäuse 3 eingebaut, dessen Aufbau dem Prinzip gem. Fig. 1 einspricht, wenn der wärmeisolierende Körper 11 weggelassen wird. Dieser wärmeisolierende Körper 11 wird durch den Abstand des Absorbergehäuses 3 vom Plexiglasrohr 16 ersetzt. Auch in diesem Fall kann der Raum zwischen Absorbergehäuse 3 und außerem Plexiglasrohr 16 evakuiert werden.

Als besonders praktisch und preiswert erweist es sich, wenn alle spiegelnden Flächen 18, 10 aus Aluminiumfolie bestehen.

Die Fig. 7 und 8 zeigen eine besonders preiswerte Ausgestaltung eines Sonnenkollektors 1 in Einzelheiten. Gemäß Fig. 8 ist zu erkennen, daß als Absorbergehäuse 3 ein Abschnitt geeigneter Länge einer handelsüblichen, als Meterware käuflichen Plexiglas-Doppelstegplatte 19 verwendet wird. Durch die Doppelstegplatte bzw. ihre Stege 20 wird die Doppelstegplatte 19 in eine Mehrzahl parallel zueinander verlaufender langgestreckter flachquaderförmiger Hohlräume 21 aufgegliedert. Wenn der Abschnitt der Doppelstegplatte 19 an den Enden so behandelt wird, daß die mittleren Stege 20 an den Enden entfernt und die Stirnseiten der Doppelstegplatte 19 verschlossen werden und die verschlossenen Enden mit Anschlußstutzen 22 für das Hindurchtreten von Kollektorflüssigkeit 4 versehen werden, dann liegt gewissermaßen eine Mehrfach-Absorbergehäuseplatte vor. In die Hohlräume 21 werden nun gefaltete Absorber 5, flache Absorber 8, ggfs. auch Netze 12, 13, von den Stirnenden her eingeschoben und mittels wärmeisolierender Distanzstücke 23 im Abstand von der oberen Wand 24 und der unteren Wand 9 des Absorbergehäuses bzw. der Doppelstegplatte 19 gehalten. Als Kollektorflüssigkeit kann klare Flüssigkeit oder schwarz pigmentierte Flüssigkeit verwendet werden. Gegen die Rückseite der unteren Wand 9 wird außen eine Aluminiumfolie als spiegelnde Fläche 10 aufgelegt und dahinter eine isolierende Kunststoffplatte 11, bspw. eine Styroporplatte, gesetzt, die auf ihrer Rück- oder Außenseite mit witterungsschutzgewährender und zugleich wärmeisolierender Kunststoffolie 25 bedeckt, bzw. beklebt ist. Auf die Oberseite des Absorbergehäuses 3 bzw. die Doppelstegplatte wird randseitig ein vorzugsweise elastischer, wärmeisolierender Randstreifen 26 außen ringsherum aufgelegt und ein endseitig verschlossener, gleichgroßer Abschnitt einer weiteren Doppelstegplatte 27 aufgesetzt, dessen Hohlräume ggfs. luftleer sein können. Die Kunststoffisolierplatte 11, die als Absorbergehäuse 3 dienende Doppelstegplatte 19, die als Abdeckgehäuse 2 dienende weitere Absorberplatte 27 einschließlich des Distanzstreifens 26 und eines zusätzlichen auf die Oberseite des Abdeckgehäuses 2 aufgelegten weiteren gleichartigen Distanzstreifens 28, werden in einem Rahmen 29 zusammengefaßt, der aus nach innen offenen U-Profilen, bspw. aus Aluminium, besteht und der so bemessen ist, daß er alle genannten Bauteile des Sonnenkollektors 1 zusammenhält. Zusätzlich kann an den Enden der U-Schenkel Dichtungsmasse 30 gegen Witterungsfeuchte eingebracht sein.

Um Wärmeverluste des Absorbergehäuses 3, d.h. der mittleren Doppelstegplatte 19 an den metallischen Rahmen 29 zu verhindern, sind die jeweils links und rechts äußersten Stege 20 nicht, wie die mittleren, ausgespart, so daß der jeweils äußere Hohlraum 20 auf beiden Seiten der Doppelstegplatte 19 bzw. des Absorbergehäuses 3 - soweit er in oder unter dem Rahmen 29 liegt - frei von Absorbern und Kollektorflüssigkeit ist und so - entweder mit Luft gefüllt oder evakuiert - der Wärmeisolation als Wärmeisolierkammer 31 dient.

Der Sonnenkollektor 1 gem. Fig. 7 kann sehr flach sein, er ist preiswert und sehr leicht. Da er aufgrund der bereits beschriebenen Eigenschaften einen hohen Wirkungsgrad hat, kann in Sonderfällen auf das Abdeckgehäuse 2 verzichtet werden. Diese Maßnahme ist dann von Vorteil, wenn es auf besonders geringe Bauhöhe ankommt, d.h. wenn etwa Dachfenster, Luken o.dgl. durch Sonnenkollektoren 1 ersetzt werden sollen. Die hohe Wirksamkeit des Sonnenkollektors gestattet dieses Weglassen des Abdeckgehäuses in vielen Fällen.

Wo es besonders auf preissparende Ausgestaltung ankommt, kann auch der flache Absorber 8 weggelassen werden, denn die spiegelnde Fläche 10 führt abgestrahlte Wärme gegen die Rückseiten der konkav gekrümmten Flächen 6 des gefalteten Absorbers 5 und hält damit Abstrahlungsverluste nach hinten in Grenzen. Allerdings ist mit dem Weglassen des flachen Absorbers 8 eine Verringerung der wärmeübertragenden Flächen verbunden, so daß das Temperaturgefälle zwischen Absorbertemperatur und KollektorflüssigkeitsTemperatur etwas größer wird.

Es ist aufgrund der geschilderten Ausgestaltungen des erfindungsgemäß ausgebildeten Sonnenkollektors 1 möglich, mit verhältnismäßig geringem finanziellen Aufwand leistungsfähige Sonnenkollektoren zu bauen. Wird der Aufwand etwas vergrößert, aber eben immer noch im Rahmen wirtschaftlicher Amortisierbarkeit, so besteht die Möglichkeit, in Klimazonen, für die ein Sonnenkollektor 1 bisher undenkbar war, auf diese Weise Wärmeenergie zu gewinnen. Außerdem bietet die Erfindung die Möglichkeit, mit geringem Gewicht und mit extrem kleinen Abmessungen Sonnenenergie in Wärme umzuwandeln.

Alle in den Ansprüchen, der Beschreibung und/oder den Zeichnungen dargestellten Einzel- und Kombinationsmerkmale werden als erfindungswesentlich angesehen.

Der Schutzumfang der Erfindung erstreckt sich nicht nur auf die Merkmale der einzelnen Ansprüche, sondern auch auf deren Kombination.

Es versteht sich von selbst, daß die Erfindung nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt werden soll. Vielmehr stellen diese nur vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Erfindungsgedankens dar.

Claims (16)

1. Sonnenkollektor, mit einem weitgehend als schwarzer Körper ausgebildeten Absorber, der in einem langgestreckten Absorbergehäuse aufgenommen ist,
das mit in Längsrichtung strömender Kollektorflüssigkeit gefüllt ist und das wenigstens sonnenseitig verlustarm strahlendurchlässig ausgebildet ist sowie mit wenigstens sonnenseitig vorgesehenen, gegen Wärmeleitungs- sowie Strahlungsverluste isolierendem Abdeckgehäuse,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Absorber (5) ein folien- oder blechartiger, fester Körper ist, der parallel zur Länge des Absorbergehäuses ziehharmonikaartig gefaltet ist, wobei die Falten sonnenseitig einander zugewandte, schwach konkav gekrümmte Flanken (6) haben,
daß der Absorber (5) sonnenseitig und rückseitig schwarz ist,
daß ein ungefalteter, flacher Absorber (8) quer über die rückseitigen Spitzen des gefalteten Absorbers (5) verläuft und wenigstens rückseitig schwarz ist,
daß rückseitig hinter dem gefalteten Absorber eine spiegelnde bzw. strahlenreflektierende Fläche (10) angeordnet ist,
und daß hinter der spiegelnden Fläche ein wärmeisolierender Korper (11) vorgesehen ist.

2. Sonnenkollektor insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die konkav gekrümmten Oberflächen (6) des gefalteten Absorbers (5) schwarz und glänzend als "nichtlambertsche" Flächen ausgebildet sind.

3. Sonnenkollektor nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die sonnenseitigen Faltenspitzen des gefalteten Absorbers (5) quer zu ihrer Länge schwach wellenförmig profiliert sind. (Pos. 14) 4. Sonnenkollektor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dünne, bzw. feine, schwarze Metallnetze (12), stumpfwinkliger als der Absorber gefaltet, beidseitig zwischen die Falten des Absorbers (5) mit zur Rückseite weisenden Faltenspitzen eingesetzt sind, und daß ein ebenes, schwarzes Metallnetz (13) sonnenseitig über Spitzen der Falten des Absorbers (5) verläuft.

5. Sonnenkollektor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorflüssigkeit (4) mit suspendiertem, schwarzen Farbstoff vermischt ist.

6. Sonnenkollektor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Abdeckgehäuse (2) und der wärmeisolierende Körper (11) als gemeinsames, im Querschnitt kreisförmiges Plexiglasrohr (16) ausgebildet sind, und daß das Absorbergehäuse (3) mittig im Plexiglasrohr (16) angeordnet ist.

7. Sonnenkollektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß das Absorbergehäuse (3) als im Querschnitt kreisförmiges, inneres Plexiglasrohr (17) ausgebildet ist,
daß das Absorbergehäuse (3, 17) im äußeren Plexiglasrohr (16) konzentrisch angeordnet ist, daß der flache Absorber (8) die sonnenabgewandte Seite des inneren Plexiglasrohres (17) innen halbschalenartig bedeckt,
daß seine, dem gefalteten Absorber (5) zugekehrte Seite spiegelnd ausgebildet ist, und daß das äußere Plexiglasrohr (16) auf der sonnenabgewandten Querschnittshälfte innen, halbschalenartig verspiegelt ist (Pos. 18).

8. Sonnenkollektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß das Absorbergehäuse (3) als flach quaderförmiger Plexiglas-Hohlkörper ausgebildet ist und im äußeren Plexiglasrohr (16) diametral angeordnet ist,
daß die untere Wand (9) des Plexiglas-Hohlkörpers innen verspiegelt ist,
und daß der gefaltete Absorber (5) mit den oberen Faltenspitzen im Abstand von der oberen, mit den unteren Faltenspitzen im Abstand von der unteren Wand (9) des Plexiglas-Hohlkörpers angeordnet ist.

9. Sonnenkollektor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen dem Absorbergehäuse (3) und dem äußeren Plexiglasrohr (16) luftleer ist.

10. Sonnenkollektor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Mehrzahl flach, quaderförmiger Absorbergehäuse (3) parallel nebeneinander verlaufend und an den Enden miteinander kommunizierend in einer Plexiglas-Doppelstegplatte (19) einstückig zusammengefaßt sind,
daß die gefalteten und flachen Absorber (5, 8) jeweils mit Abstand von der unteren sowie oberen Wand (9, 19) der Doppelstegplatte (19) in deren Hohlräume (20) eingesetzt sind,
daß die spiegelnde Fläche (10) an der Außenseite der unteren Wand (9) der Doppelstegplatte (19) angeordnet ist,
daß der wärmeisolierende Körper als Kunststoffisolierplatte (11), z.B. Styroporplatte, ausgebildet und an der Rückseite der spiegelnden Fläche (10) anliegend angeordnet ist,
daß die Doppelstegplatte (19) und die Kunststoffisolierplatte (11) von einem rechteckförmigen, aus nach innen offenen U-Profilen bestehenden Rahmen (29) umschlossen und zusammengehalten sind,
und daß der Rahmen (29) an seinen beiden Stirnseiten, einander diagonal gegenüberliegend, je einen Anschlußstutzen (22) für die strömende Kollektorflüssigkeit (4) aufweist.

11. Sonnenkollektor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Rahmen (29) sonnenseitig im Abstand von der Doppelstegplatte (19) eine weitere, obere Doppelstegplatte (29) als Abdeckgehäuse (2) aufgenommen ist.

12. Sonnenkollektor nach Anspruch 10 und/oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Außen- bzw. Rückseite der Kunststoffisolierplatte (11) mit einer Witterungsschutz gewährleistenden und wärmeisolierenden Kunststoffolie (25) bedeckt ist.

13. Sonnenkollektor nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden unter, bzw. teilweise in den U-Profilen des Rahmens (29) liegenden, äußeren Hohlräume (20) der als Mehrfachabsorbergehäuse (3) ausgebildeten Doppelstegplatte (19) als Wärmeisolierkammern (31) gegen die strömende Kollektorflüssigkeit (4) abgeschottet und frei von Absorbern (5, 8) ausgebildet sind.

14. Sonnenkollektor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die spiegelnden Flächen (10) als Aluminiumfolien ausgebildet sind.

15. Sonnenkollektor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der gefaltete und der flache Absorber (5, 8) aus höchstens 1 mm vorzugsweise 0,1 bis 0,3 mm dickem Metallblech mit geschwärzter, ggfs. schwarz glänzender Oberfläche bestehen, wobei wenigstens der gefaltete Absorber (5) in seiner Form elastisch federnd ausgebildet ist.

16. Sonnenkollektor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorber (5, 8) aus Kupfer bestehen.

17. Sonnenkollektor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorber (5, 8) aus Aluminium bestehen.