DE3840895A1 - Solaranlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Solaranlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Solaranlage hat sich in der Praxis bereits sehr be­ währt, weil die Spiegelflächen erheblich vergrößert werden können, so daß entsprechend hohe Temperaturen mit geringem Aufwand verhält­ nismäßig schnell erzielt werden können. Als weiterer besonderer Vorteil erweist es sich, daß die Absorber und die Spiegel auf einer gemeinsamen Stütze gemeinsam von Hand zum Beispiel etwa alle 14 Tage einmal verstellt werden können. Dadurch kann eine Optimierung erreicht werden, ohne daß eine zweiachsige oder auch nur einachsige Sonnennachführung erforderlich ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Möglich­ keiten der Verstellung zu erweitern und auch zusätzliche Möglichkeiten aufzuzeigen, wie eine derartige Anlage auf einem Schrägdach mit ge­ ringer Neigung angebracht werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die kennzeichnenden Merkmale des An­ spruchs 1 vorgesehen. Dadurch kann die Anlage leicht zum Beispiel an einem Balkon angebracht und dort selbst auch verstellt werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Merkmale des An­ spruchs 2 günstig, weil hierdurch eine solche Verstellung auch Ver­ wendung finden kann, wenn nahezu gar keine zusätzliche Bodenfläche benötigt wird.

Durch die Merkmale des Anspruchs 3 ergibt sich die Möglichkeit, nur die Spiegel für sich allein an einer Fassade zu verstellen, wenn die Kollektoren oder Module ortsfest bleiben sollen.

Durch die Merkmale des Anspruchs 4 wird eine neue Möglichkeit der Anordnung auf einem Dach mit geringer Neigung angegeben.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele unter Hinweis auf die Zeichnung. In dieser zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht auf die erste Ausführungsform;

Fig. 2 eine Seitenansicht auf die Ausführungsform nach der Fig. 1, in einer anderen Stellung;

Fig. 3 eine Seitenansicht auf eine weitere Ausführungsform mit einem ortsunabhängigen Gestell;

Fig. 4 eine teilweise geschnittene Seitenansicht auf eine Fassaden- Anordnung;

Fig. 5 eine schematische Seitenansicht bei einer weiteren Ausführungs­ form;

Fig. 6 eine schematische Seitenansicht auf eine weitere Ausführungsform und

Fig. 7 eine schematische Seitenansicht auf eine darüber hinausgehende Ausführungsform.

Fig. 1 zeigt einen Balkon 45 in Seitenansicht, an dem oben mittels des Scharnieres 33 die gemeinsame Stütze 35 mit den Spiegeln 17 und den Absorbern oder Modulen 2 angeordnet ist. Im unteren Bereich der Stütze 35 greift die Stütze 14 mittels des Gelenkes 34 an. Diese Stütze 14 ist hier mittels eines Bolzens 42 arretiert, der unten am Balkon 45 fest angebracht ist. Dieser Bolzen sitzt in einem Loch der Stütze 14. Weitere Löcher sind weiter rechts 43, 44, 46 und 47 zur Verstellung der Stütze 14 angeordnet.

Die Fig. 1 zeigt eine verhältnismäßig steile Einstellung, wie sie im Winter benötigt wird.

Fig. 2 zeigt eine andere Einstellung bei der gleichen Anordnung. Hier sitzt der Bolzen 42 in dem Loch 44 der Stütze 14. Dadurch ist die gemeinsame Stütze 35 weit nach links und nach oben ausgeschwenkt, so daß sie jetzt nur noch einen sehr geringen Neigungswinkel gegen­ über der Horizontalen hat. Dieser wird benötigt, um in unseren Brei­ tengraden die diffuse Strahlung optimal aufzunehmen. In Ländern in der Nähe des Äquators ist diese Stellung unter Umständen mittags oder auch sonst am günstigsten.

Die Bauweise der für die Spiegel 1, 17 und die Absorber 2, 2 a gemein­ samen Stütze 35 ist durch das Hauptpatent bekannt und muß deshalb nicht näher erläutert worden. Bekanntlich müssen die Spiegel 1, 17 seitlich, also senkrecht zu der hier gezeichneten Ebene über die Absorber 2, 2 a hinausgehen.

Die erwähnte Verstellung in die verschiedenen Löcher kann von Hand erfolgen. Natürlich werden in der Regel zwei Stützen 14 vorgesehen sein, nämlich jeweils eine am Ende des Balkons. Zwischenstützen sind selbstverständlich bei sehr breiten Balkonen auch möglich.

Die Anordnung an einem Balkon ist ganz allgemein günstig, weil die Anlage hier zum Zwecke der erwähnten Verstellung leichter zugängig ist als zum Beispiel auf einem hoch liegenden Dach.

Fig. 3 zeigt die gleiche Verstellung bei einem bekannten Gestell. Das Scharnier 33 sitzt hier an den lotrechten Stützen 10 oder in der Nähe desselben. Im untersten Bereich sind verschiedene Bohrungen 50, 51 und 52 im Abstand senkrecht übereinander angeordnet, um hier das Ende der Stütze 14 verstellen zu können.

Die Verstellung kann aber auch auf beliebige andere Art erfolgen. Zum Beispiel kann ein Getriebe vorgesehen sein, durch das das Ende der Stütze 14 nach oben oder unten verändert wird, zum Beispiel durch ein selbsthemmendes Schneckengetriebe. Das Gelenk 34 greift hier wieder an der Stütze 35 an, ähnlich wie in den Fig. 1 und 2.

Zusätzlich können hier nun noch Spiegel 17 l an den Stützen 14 ange­ bracht sein, um auf diese Weise zusätzlich Sonneneinstrahlung auf die darunter liegende Anordnung auf der Stütze 35 zu lenken. Dadurch wird der Winkel des Spiegels 17 l mit einer Änderung der Einstellung der Stütze 14 ebenfalls vorteilhaft verändert. Der oben sichtbare Ab­ stand b zwischen zwei gemeinsamen Stützen 35 muß bekanntlich so groß gewählt werden, daß eine gegenseitige Beschattung in unseren Breiten­ graden nicht eintritt.

Die Stützen 11 dienen lediglich zur Abstützung der lotrechten Stützen 10 in dem hier vorliegenden Ausführungsbeispiel. Natürlich besteht auch die Möglichkeit, die Stütze 11 nach Süden anzuordnen, auf der dann ähnlich wie im oberen Bereich die gemeinsamen Stützen 35 verstell­ bar sein können.

Fig. 4 zeigt eine teilweise geschnittene Seitenansicht durch die Fassade eines Gebäudes. Unten ist die Mauer 61 geschnitten dargestellt, an der links ein Winkeleisen 62 mit den übereinander im Abstand lie­ genden Löchern 50, 51, 52 angebracht ist, die in diesem Falle der Verstellung dienen. Im Loch 50 ist die Stütze 14 a befestigt, die oben wieder mit dem Gelenk 34 an der Halterung für die beiden Spiegel 17 f, 17 g angreift, die um das Scharnier 33 schwenkbar sind. Durch eine Einstellung in verschiedenen Löchern wird hier also lediglich die Spiegelanordnung für sich allein verstellt.

Anstelle der Absorber ist hier eine strahlungsdurchlässige Isolation 64 angeordnet, hinter der ein schwarz gefärbter Radiator 63 gemäß dem Stand der Technik vorhanden ist, der gleichzeitig geeignet ist, das Zimmer zu erwärmen. Dies ist bereits bekannt und muß daher nicht im einzelnen erläutert werden.

Anstelle dieser Anordnung kann man auch wieder entweder Kollektoren oder Fassadenmodule haben, die in diesem Falle ortsfest an der senk­ rechten Wand angeordnet sein können.

Darüber sieht man das Fenster 65 und darüber die Stütze 14 b ent­ sprechend der Stütze 14 a.

Diese verstellbaren Spiegel nach der Fig. 4 zeigen den Vorteil, daß sie auch nachträglich angebracht werden können, wenn z. B. Fassaden- Kollektoren oder Fassaden-Module in bekannter Weise schon vorhanden sind.

Fig. 5 zeigt ein Satteldach 59 mit einer verhältnismäßig geringen Neigung von z. B. nur 15°. Links ist Süden und rechts Norden, wie auch durch die großen Buchstaben angegeben ist. Man sieht, daß eine Thermosyfonanlage mit dem Kollektor 2 und dem Speicherbehälter 58 nicht wie üblich auf dem Süddach, sondern auf dem Norddach angeordnet ist. Hierzu sind Balken 53, 54, 55, 56, 57 etwa parallel zu dem Dach­ first 60 mittels der bekannten Dachhaken an dem Dach befestigt.

Im oberen Bereich unweit des Dachfirstes 60 sind sogar zwei Balken 53, 54 übereinander angeordnet, damit der Abstand zwischen dem obe­ ren Spiegel 17 f und dem Dach mit geringer Neigung etwas größer wird. Dagegen liegt der untere Spiegel 17 g in etwa parallel zu dem Dach auf demselben, wobei er unter anderem durch den Balken 56 zusammen mit dem Ende des Kollektors oder Absorbers 2 gehalten wird. Weiter unten sieht man eine etwa senkrechte Stütze 10, die durch den Balken 57 gehalten wird. In der Regel sind natürlich zwei Stützen 10 vor­ handen. Oben sieht man einen etwas verkürzten Spiegel 1 b, der sich an dem Speicherbehälter 58 bekannter Art abstützt. Die Thermosyfon­ anlagen dieser Art sind im allgemeinen bekannt und müssen daher nicht näher beschrieben werden.

Der Vorteil der Anordnung nach der Fig. 5 besteht darin, daß die Spiegel 17 ohne große Windbeanspruchung etwa parallel zum Dach angeordnet werden können. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß überhaupt eine zusätzliche Dachfläche, nämlich das Norddach, ge­ nutzt wird. In Ländern in Äquatornähe kann die Dachneigung auch erheblich größer sein.

Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform mit einem Speicherbehälter 37, der gemäß der Erfindung nicht nur im Süden mit einem transparen­ ten Wärmedämm-Material 38, sondern auch oben mit einem Wärmedämm- Material 39 versehen ist.

In den Bereichen dieser transparenten Wärmedämm-Materialien 38, 39 ist der Behälter 37 als Absorber ausgebildet, so daß eine zu­ sätzliche Absorberfläche entfällt. Wie man sieht, ist nach links, Süden, der Behälter 37 schräg in einem Winkel von z. B. 45° aus­ gebildet, während er nach rechts Norden senkrecht ausgebildet ist.

An der Nordkante des Behälters sieht man den Spiegel 17 in einem Winkel γ 5 von z. B. 80° angeordnet, welcher Spiegel hier auch noch unterteilt ist. Außerdem ragt er nach Osten und Westen weit über den Absorber 39 hinaus. Dadurch wird besonders die niedrige Sonnenstrahlung zusätzlich auf die Absorberfläche hinter dem transparenten Wärmedämm-Material 39 gelenkt, wodurch der Behälter 37 natürlich insgesamt mindestens doppelt soviel Wärme produziert. Auch die sehr niedrige Sonnenstrahlung kurz vor Sonnenauf- und Sonnenuntergang wird durch den Spiegel 17 m noch reflektiert. Darüber hinaus besteht auch noch die Möglichkeit, die Ost- und die Westseite des Behälters mit zusätzlichen transparenten Wärmedämm-Materialien zu versehen, die hinter einer Glasscheibe oder einer transparenten Kunststoff-Folie angeordnet sind.

Auf diese Weise besteht nämlich die Möglichkeit, besonders im Winter die sehr niedrige Sonnenstrahlung frühmorgens und spät­ abends zusätzlich umzusetzen. Dies ist in der Figur nicht darge­ stellt, es ist dem Fachmann aber ohne weiteres verständlich.

Wenn alle diese Maßnahmen durchgeführt werden, ist der Behälter 37 nur mit Ausnahme der Nordwand und dem Boden nicht mit transparen­ tem Wärmedämm-Material versehen, hinter dem die Behälterwand selbst als Absorber ausgebildet ist. Der Spiegel 17 m lenkt seine Strahlung teilweise auch auf diese Seitenflächen im Osten und Westen, beson­ ders morgens und abends im Winter.

Bei der Fig. 6 handelt es sich nur um eine schematische Darstellung. Bei einer praktischen Ausführungsform sind die Ecken des Behälters 37 stark abgerundet. Es kann sich auch um einen in dieser Seiten­ ansicht im wesentlichen ovalen Behälter handeln, der etwas leichter als der dargestellte gefertigt werden kann. Es kommt lediglich darauf an, daß der Behälter eine Schrägfläche 38 nach Süden und eine etwa horizontal liegende Fläche 39 nach oben weisend hat.

Die beiden Spiegel sind unterteilt, wie zuvor.

Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform, die speziell für Länder in der Nähe des Äquators geeignet ist. Bekanntlich geht die Sonne am Äquator genau im Osten auf und genau im Westen unter, sie steigt und fällt auch genau senkrecht. Deshalb ist hier eine Ver­ stellung für die verschiedenen Jahreszeiten, wie zuvor beschrieben, nicht nötig.

Die geradlinige gemeinsame Stütze 35 liegt hier horizontal auf dem Boden oder dem Flachdach. Die Kollektoren oder Solarzellenmodule 2, 2 a sind mit einer Breite b und einem Abstand a zueinander ange­ ordnet. Hier kann der Abstand a wesentlich größer sein, weil die Gefahr der Beschattung durch die Spiegel jedenfalls am Äquator nicht vorhanden ist. Durch sehr große Abstände a muß natürlich in Kauf genommen werden, daß die diffuse Strahlung der oberen Spiegel 1 a, 17 f nur wenig reflektiert wird. Dafür ergeben sich aber höhere Konzentrationsgrade der direkten Strahlung, weil die Spiegel wesentlich größer sind.

Von links nach rechts sieht man zunächst eine Stütze 18, die die beiden gegeneinander versetzten Spiegel 17 g, 17 f abstützen. Da­ runter ist rechts das Solarzellenmodul 2 sichtbar, an das sich rechts die beiden Spiegel 1 b, 1 a anschließen, welche durch die ge­ meinsame Stütze 36 a gehalten werden, die auch die rechtsseitigen Spiegel hält. Weiter rechts sieht man das Modul 2 a, an das sich wieder die Spiegel anschließen, die durch die Stütze 36 b gehalten sind.

Selbstverständlich kann die gemeinsame Stütze 35 auch wie zuvor oder durch das Hauptpatent beschrieben verstellbar sein. Je näher man am Äquator ist, desto kleiner ist bekanntlich der Neigungswinkel einzu­ stellen. Außerdem ist die Verstellung umso weniger erforderlich, je näher man an dem Äquator ist.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsformen be­ schränkt. Der Fachmann hat vielmehr die Möglichkeit, abgewandelte Ausführungsformen im Rahmen der Ansprüche zu schaffen.

Claims (7)

1. Solaranlage mit ebenflächigen Absorbern und/oder Solarzellen in einem Kollektorfeld, an deren Rändern zumindest teilweise ein oder mehrere ebenflächige Spiegelflächen in einem Winkel zu den Absorbern und/oder Solarzellen angeordnet sind, wobei die auf die Spiegelflächen auftreffende Sonnenstrahlung zumindest teilweise auf die Absorber und/oder Solarzellen fällt und die Spiegelflächen und die Absorberflächen und/oder Solarzellen starr auf dem Dach eines Gebäudes oder auf Tragelementen angeordnet sind, während die Spiegelflächen in einer nach Norden und/oder nach Süden sich erstreckenden, zur Absorberebene geneigt verlaufenden Ebene be­ festigt sind und die Spiegelflächen sich hinsichtlich der Absorber beschattungsfrei seitlich über die Absorberflächen hinaus aus­ dehnen, wobei die Spiegelflächen mit zugehörigen Tragelementen an einer der nach Norden oder nach Süden sich erstreckenden Ebe­ nen in mindestens zwei ebene Spiegelflächen unterteilt sind, deren Neigungen mit größerem Abstand von den Absorbern gegenüber der Horizontalen zunehmen, nach Patent P 36 00 881 und Patent (Patentanmeldung P 37 91 099), dadurch gekennzeichnet, daß die starre Stütze (35), die zur gemeinsamen Aufnahme der Spiegel (1, 17) und der Kollektoren oder Modulen (2, 2 a) dient, mit einem Scharnier (33) an einem starren Gebäude (45) schwenkbar und durch eine Stütze (14) verstellbar angeordnet ist.

2. Solaranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ge­ meinsame Stütze (35) an lotrechten Masten (10) im Abstand (b) übereinander angeordnet sind und daß die Stützen (14) hierfür mit Spiegeln (17 l) versehen sind.

3. Solaranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollek­ toren, Module oder dergleichen (63, 64) an einer Gebäude-Fassade (61) ortsfest angeordnet sind und die Spiegel (17 f, 17 g) durch die Stützen (14 a) gehalten und für sich an der Fassade winkelver­ stellbar sind.

4. Solaranlage mit ebenflächigen Absorbern und/oder Solarzellen in einem Kollektorfeld, das zusammen mit Spiegeln auf dem Schrägdach eines Gebäudes angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektoren oder Solarzellenmodule (2) und die Spiegel (17 f, 17 g) bei geringer Dachneigung auf dem Norddach angeordnet sind, wobei die Spiegel (17 g) z. T. auf dem Norddach, parallel zu demselben, angeordnet sind.

5. Solaranlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollek­ toren und die Spiegel durch Balken (53, 54, 55, 56, 57) auf dem Norddach befestigt sind, die mittels Dachhaken parallel zum Dach­ first (60) auf dem Dach befestigt sind.

6. Solaranlage, bei der das Kollektorfeld in einem Speicherbehälter mit transparentem Wärmedämm-Material angeordnet ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mehrere Absorberflächen mit Dämm-Material (38, 39) angeordnet sind, von denen eine (39) etwa horizontal liegt, der ein etwa senkrechter Spiegel (17 m) zugeordnet ist.

7. Solaranlage mit im wesentlichen ebenflächigen Absorbern und/oder Solarzellen in einem Kollektorfeld, das nicht nachführbar auf dem Dach eines Gebäudes oder auf Tragelementen befestigt ist, wobei die Spiegelflächen sich hinsichtlich der Absorber beschattungsfrei seitlich über die Absorberflächen hinaus ausdehnen, und die Spie­ gelflächen in mindestens zwei Spiegelflächen unterteilt sind, deren Neigungen mit größerem Abstand von den Absorbern oder Solar­ zellen gegenüber der Horizontalen zunehmen, dadurch gekennzeichnet, daß einstückige Tragelemente (36 a, 36 b) für die Spiegel (1, 17) auf der gemeinsamen Stütze (35) angeordnet sind.