WO2010139460A2 - Solarkollektor - Google Patents

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WO2010139460A2
WO2010139460A2 PCT/EP2010/003338 EP2010003338W WO2010139460A2 WO 2010139460 A2 WO2010139460 A2 WO 2010139460A2 EP 2010003338 W EP2010003338 W EP 2010003338W WO 2010139460 A2 WO2010139460 A2 WO 2010139460A2
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trough
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Uwe Kark
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Kark Ag
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Definitions

  • the invention relates to a solar collector comprising a linear lens and an absorber in the focal line of the lens.
  • Solar collectors are known from the prior art in which incident solar radiation is focused by linear lenses on a focus line. Along this focal line an absorber device is arranged. The bundled solar radiation impinging on the absorber heats the absorber device, which in turn emits the heat by heat transfer to a heat transfer medium flowing through the absorber device. The stored energy in the heated heat transfer medium can then be harnessed for example by means of heat exchangers.
  • the known absorbers have a non-optimal efficiency in the conversion of radiant energy into usable heat energy. So u.a. a part of the incoming solar radiation is reflected and not converted into heat.
  • the invention has for its object to provide a solar collector with a linear lens and absorber, in which the efficiency of the absorber device and thus also of the entire solar collector is increased. This object is achieved by a device according to the main claim. Advantageous embodiments will be apparent from the dependent claims.
  • the invention relates to a solar collector comprising a linear lens for focusing incident on the lens solar radiation to a focus line and along the focal line of the lens extending absorber device, wherein the absorber comprises an open to the lens support profile and in the support section, an absorber is provided on its side facing the lens has a trough-shaped formation extending along the focal line and at least two flow channels for the passage of a heat transfer medium are provided parallel to the trough-shaped Ausbil- fertil.
  • the efficiency of the absorber is increased on the one hand by the provision of the trough-shaped formation, on the other hand by the provision of at least two flow channels.
  • Due to the trough-shaped configuration can be achieved that is reflected by the surface of the absorber in the trough-shaped training reflected radiation is no longer or to a lesser extent to the environment.
  • the trough-shaped formation can namely be achieved that initially reflected solar radiation impinges a second time on the absorber.
  • Solar radiation which is reflected, for example, at the lowest point of the trough-shaped formation, can impinge on the absorber a second time in the region of the side wall of the trough-shaped formation. At least part of the initially reflected solar radiation can thereby be absorbed, which increases the total amount of absorbed solar radiation.
  • the trough-shaped formation has a bulbous cross-section perpendicular to the focal line.
  • “bulging” means that the width of the trough-shaped formation at a point in the trough-shaped formation is greater than the width of the opening of the trough-shaped formation
  • the opening of the trough-shaped formation preferably has a width of 20 to 40 mm, more preferably 25 to 35 mm, further preferably 30 mm.
  • Trough-shaped design is preferably 35 to 55 mm, more preferably 40 to 50 mm, more preferably 45 mm.
  • the absorber in the area of the trough-shaped formation in a heat-absorbing manner. This can be done for example by applying black, good heat conducting color.
  • the efficiency of the absorber is further increased by providing at least two flow channels.
  • the provision of at least two flow channels with a constant (total) cross-sectional area provides a larger contact area between the heat transfer medium and the absorber.
  • the heat exchange will be improved.
  • higher flow velocities of the heat transfer medium in the flow channels can be achieved without the target temperature of the heat transfer medium, ie the temperature which the cherriesismedium after passing through the absorber, would be reduced. It is a faster heat absorption achieved by the heat transfer medium.
  • the flow channels each have a diameter of 4 to 10 mm, preferably 5 to 9 mm, more preferably 6 to 8 mm.
  • the absorber In order to ensure good heat transfer between trough-shaped formation and the flow channels, it is preferred to manufacture the absorber from the solid, wherein preferably the flow channels are then designed as bores and / or the trough-shaped design is milled.
  • an absorber made of copper is good corrosion resistant.
  • An absorber may preferably be between 6 and 10 m long.
  • the absorber is stored in a carrier profile.
  • This offers the advantage that the absorber itself does not have to absorb any structural forces, but that these can be taken over by the carrier profile. This allows the absorber solely for maximum efficiency in terms of energy conversion be optimized.
  • the carrier profile is open towards the lens, that is, on its side facing the lens, a receptacle for the absorber is provided on the carrier profile.
  • the recording can be designed as a groove.
  • the carrier profile may be, for example, a U-profile, the open side of which faces the lens and in which the absorber comes to rest.
  • insulation is preferably provided between the absorber and the carrier profile.
  • the insulation also has the consequence that less heat energy is transferred from the absorber to the carrier profile and discharged from there to the environment. Heat loss is thus prevented.
  • the insulation favors the desired heat transfer from the absorber to the heat transfer medium.
  • the absorber is preferably displaceably mounted relative to the insulation and / or the carrier profile to compensate for different thermal expansions. In the course of one
  • the temperature of the absorber varies considerably.
  • the absorber is therefore subject to large thermal expansion variations, which are different from those of the carrier profile and / or the insulation.
  • stresses due to different thermal expansions of the individual components are avoided.
  • the carrier profile is designed as an extruded aluminum carrier.
  • the solar collector is pivotally mounted about an axis in the region of the lens and the flow channels of the absorber device are connected by flexible hoses.
  • the absorber and the lens are rotatably connected to each other. Now, if the sun moves in the course of a day, the solar collector can be tracked, so that the absorber device always remains in the focus line of the lens. Via the connection through the flexible hoses, the heat transfer medium can continue to be routed through the flow channels.
  • the lens and the absorber it is possible to non-rotatably connect the lens and the absorber and to provide at at least one end of the absorber a cover which has a hollow journal, the flow channels Ü over connecting tubes, which preferably have a heat balance arc, on the hollow bearing pin are connected.
  • the solar collector can be pivoted together with the absorber around the axis passing through the bearing pin.
  • a cover with a bearing journal is preferably provided at both ends of the absorber. The axis of rotation of the solar collector then passes through both journals and the solar collector can be tracked by rotation along this axis of the sun.
  • the bearing pin is made hollow, and is connected by connecting pipes with the flow channels.
  • One in the hollow The heat transfer medium introduced into the bearing journal can pass through the connection pipes into the flow channels.
  • the heat transfer medium can flow away. But it is also possible to divide the cavity in the journal, wherein one part of the feed, the other part serves the outflow of the heat transfer medium.
  • the connection of the bearing pin to a supply line and / or a drain can be done by a suitable rotary connection.
  • the linear lens is a linear Fresnel lens.
  • the heat transfer medium may preferably be heat transfer oil or steam.
  • FIG. 1 shows a section through a first solar collector according to the invention
  • FIG. 2 shows an enlarged detail of the absorber device of the solar collector from FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a section through a second embodiment of a solar collector according to the invention
  • FIG. 4 shows an enlarged detail of the absorber device of the solar collector from FIG. 3; and 5 is a partial side sectional view of the absorber of Figure 4.
  • the solar collector 1 shows a first embodiment of an inventive solar collector 1 is shown in a sectional view.
  • the solar collector 1 comprises a linear lens whose focal line is perpendicular to the plane of the drawing through the point 3.
  • the beam path of individual beams 9 is shown when the solar radiation perpendicular to the solar collector 1. These rays are all bundled in focus line 3.
  • the distance between lens 2 and focus line 3 is about 1,000 mm.
  • the linear lens 2 is designed as a Fresnel lens.
  • the linear lens 2 is detachably attached to a receiving frame 4. Due to the detachable attachment to the receiving frame 4, the linear lens 2 can be easily replaced if damaged.
  • An absorber device 10 is fixedly connected to the lens 2 via the support arms 5.
  • the absorber device 10 runs along the focal line 3 and thus likewise extends perpendicular to the plane of the drawing.
  • the absorber device 10 may have a length of 4 to 10 m.
  • the solar collector 1 is rotatably mounted about the axis 5, which is parallel to the focus line 3 in the region of the linear lens 2 and the receptacle 4 thereof.
  • the axis 5 thus runs perpendicular to the plane of the drawing. Due to the rotatable mounting, the solar collector 1 can track the sun, so that the absorber device 10 is always along the focus line 3.
  • FIG. 2 shows an enlarged view of the absorber device 10 from FIG.
  • the absorber device 10 comprises a carrier profile 11 which is configured as a U-profile which is open to the linear lens 2.
  • the carrier profile 11 is made of aluminum and may be extruded.
  • connecting pieces 13 are provided, to which the carrier arms 5 can be fastened for connection to the linear lens 2 or its attachment frame 4 (see FIG.
  • the displaceability serves to compensate for different thermal expansions of carrier profile 11, insulating material 12 and / or absorber 20. Depending on the thermal expansion coefficient of the individual components, the displaceability between carrier profile 11 and insulating material 13 or between insulating material 12 and absorber 20 may be provided.
  • the absorber 20 has a trough-shaped formation 21, which is designed bulbous. This means that the width of the opening (indicated by the double arrow 22) is less than the width 23 in the interior of the trough-shaped design.
  • the trough-shaped formation 21 extends along the focal line 3.
  • the surface of the absorber 20 can be treated in a heat-absorbing manner in this area.
  • good heat-conducting black paint can be applied there.
  • the absorber 20 is at least in the area of the opening of the trough-shaped formation 21 free of the insulation 12.
  • the absorber 20 is heated by the solar radiation 9.
  • Each of these flow channels 25 is circular in cross-section and has a diameter of 4 to 6 mm.
  • Heat transfer medium is passed through the flow channels 25, wherein heat is transferred from the absorber 20 to the heat transfer medium on the wall 26 of the flow channels 25.
  • the area actively involved in the heat transfer can be increased while maintaining the overall cross section.
  • the heat transfer is increased overall, which has a positive effect on the efficiency of the solar collector.
  • higher currents can be reach speeds of the heat transfer medium through the flow channels 25, which also has a positive effect on the heat transfer.
  • the absorber 20 is made of the solid, wherein the flow channels 25 are designed as bores and the trough-shaped formation 21 is milled.
  • the absorber 20 is made of copper.
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of a solar collector 1 according to the invention.
  • the linear lens 2 including a receiving device 4 with the absorber device 10 via rigid support arms 6 rotatably connected.
  • the absorber device 10 extends along the focal line 3 of the linear lens 2 at a distance of about 1,000 mm.
  • the solar collector is mounted along an axis 5, which is pivotable parallel to the focus line 3 in the region of the absorber device 10 in a range of ⁇ 80 °.
  • the absorber device 10 from FIG. 3 is shown enlarged in FIG.
  • the absorber 20 of the absorber device 10 is the same as the absorber 20 of the first exemplary embodiment (compare FIGS. 1 and 2). The same applies to the
  • the carrier profile 11, the absorber 20 along with insulation 12 receives has a substantially circular cross section with a diameter of about 180 mm. Due to this circular cross section, the carrier profile 11 is particularly torsionally rigid. In addition to the U-shaped receptacle 14 for the absorber, due to which the carrier profile 11 is opened to the lens 2 out, the carrier profile 11 distributed over the circumference T-shaped recesses 15. At these recesses 15, the support arms 6 can be attached.
  • FIG. 5 shows a lateral sectional view of the absorber device 10 from FIG. 4, wherein the section extends through the axis 5 and only the end region of the absorber device 10 is shown.
  • the absorber 10 is limited by a cover 30.
  • the end cover 30 surrounds the absorber 10 with a collar 31 and is secured thereto with screws 32.
  • the screws 32 may e.g. engage in the recesses 15 on the support section 11.
  • a hollow bearing pin 33 is provided on the end cover 30. Through the bearing pin 33, the axis 5, by which the entire solar collector 1 can be pivoted extends.
  • the flow channels 25 in the absorber 20 of the absorber device 10 are connected via connecting tubes 34 with the journal.
  • the connecting tubes 34 have thermal compensation arcs 35, with which displacements of the absorber 20 relative to the carrier profile 11 or the end cover 30 due to thermal expansions are compensated can.
  • the bearing pin 33 is connected via the connecting pipes 34 with flow channels 25, the bearing pin 33 can be used to supply the heat transfer medium in the flow channels 25.
  • the bearing pin 33 is mounted in a bearing block 40, wherein the bearing block 40 is designed in two parts for ease of assembly. So that the solar collector 1 remains pivotable, a rotary coupling 41 must be provided with which the heat transfer medium from a supply line in the bearing pin 33 and thus the flow channels 25 can be introduced.
  • a toothed segment 37 is provided on the end cover 30, in which a servomotor (not shown) can engage.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Solarkollektor (1) umfassend eine lineare Linse (2) zur Bündelung von auf die -Linse (2) auftreffender Sonnenstrahlung zu einer Fokuslinie (3) und eine entlang der Fokuslinie (3) der Linse (2) erstreckte Absorbereinrichtung (10). Die Absorbereinrichtung (10) umfasst ein zur Linse (2) geöffnetes Trägerprofil (11). In dem Trägerprofil (11) ist ein Absorber (20) vorgesehen, wobei der Absorber (20) auf seiner der Linse (2) zugewandten Seite eine sich entlang der Fokuslinie (3) erstreckende muldenförmige Ausbildung (21) aufweist und parallel zur muldenförmigen Ausbildung (21) wenigstens zwei Durchflusskanäle (25) zur Durchleitung eines Wärmeträgermediums vorgesehen sind. Durch die Kombination der muldenförmigen Ausbildung mit den wenigstens zwei Durchflusskanälen ergibt sich ein gesteigerter Wirkungsgrad.

Description

Solarkollektor
Die Erfindung betrifft ein Solarkollektor umfassend eine lineare Linse und eine Absorbereinrichtung in der Fokuslinie der Linse.
Aus dem Stand der Technik sind Solarkollektoren bekannt, bei denen einfallende Sonnenstrahlung durch lineare Linsen auf eine Fokuslinie fokussiert werden. Entlang dieser Fokuslinie ist eine Absorbereinrichtung angeordnet. Die auf die Absorbereinrichtung auftreffende, gebündelte Sonnenstrahlung erwärmt die Absorbereinrichtung, die wiederum die Wärme durch Wärmeübertragung an ein durch die Absorberein- richtung strömendes Wärmeträgermedium abgibt. Die im erhitzten Wärmeträgermedium gespeicherte Energie kann dann beispielsweise mithilfe von Wärmetauschern nutzbar gemacht werden.
Die bekannten Absorbereinrichtungen weisen einen nicht- optimalen Wirkungsgrad bei der Umwandlung von Strahlungsenergie in nutzbare Wärmeenergie auf. So wird u.a. ein Teil der eintreffenden Sonnenstrahlung reflektiert und nicht in Wärme umgewandelt.
Ausgehend von dem Eingangs genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einem Solarkollektor mit linearer Linse und Absorbereinrichtung zu schaffen, bei der der Wirkungsgrad der Absorbereinrichtung und damit auch der des gesamten Solarkollektors erhöht ist. Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung gemäß dem Hauptanspruch. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Demnach betrifft die Erfindung ein Solarkollektor umfassend eine lineare Linse zur Bündelung von auf die Linse auftreffende Sonnenstrahlung zu einer Fokuslinie und eine entlang der Fokuslinie der Linse erstreckender Absorbereinrichtung, wobei die Absorbereinrichtung ein zur Linse geöffnetes Trägerprofil umfasst und in dem Trägerprofil ein Absorber vorgesehen ist, der auf seiner der Linse zugewandten Seite eine sich entlang der Brennlinie erstreckende muldenförmige Ausbildung aufweist und parallel zur muldenförmigen Ausbil- düng wenigstens zwei Durchflusskanäle zur Durchleitung eines Wärmeträgermediums vorgesehen sind.
Der Wirkungsgrad des Absorbers wird zum einen durch das Vorsehen der muldenförmigen Ausbildung, zum anderen durch das Vorsehen wenigstens zweier Durchflusskanäle erhöht.
Durch die muldenförmige Ausbildung kann erreicht werden, dass von der Oberfläche des Absorbers im Bereich der muldenförmigen Ausbildung reflektierte Einstrahlung nicht mehr oder in geringerem Maße an die Umgebung abgegeben wird.
Durch entsprechende Ausgestaltung der muldenförmigen Ausbildung kann nämlich erreicht werden, dass zunächst reflektierte Sonnenstrahlung ein zweites Mal auf den Absorber auftrifft. Sonnenstrahlung, die beispielsweise am tiefsten Punkt der muldenförmigen Ausbildung reflektiert wird, kann im Bereich der Seitenwand der muldenförmigen Ausbildung ein zweites Mal auf den Absorber auftreffen. Wenigstens ein Teil der zunächst reflektierten Sonnenstrahlung kann dabei absorbiert werden, womit sich die Gesamtsumme der absorbierten Sonnenstrahlung erhöht.
Um diesen Effekt zu verstärken ist es bevorzugt, wenn die muldenförmige Ausbildung einen bauchigen Querschnitt senkrecht zur Brennlinie aufweist. „Bauchig" im Sinne dieser Erfindung bedeutet, dass die Breite der muldenförmigen Ausbildung an einem Punkt in der muldenförmigen Ausbildung größer ist, als die Breite der Öffnung der muldenförmigen Ausbildung. Die Wahrscheinlichkeit, dass von der Linse kommende Sonnenstrahlung nach einer ersten Reflektion innerhalb der muldenförmigen Ausbildung ein zweites Mal auf die Wand der muldenförmigen Ausbildung auftrifft, wird dadurch erhöht. Die Öffnung der muldenförmigen Ausbildung weist vorzugsweise eine Breite von 20 bis 40 mm, weiter vorzugsweise 25 bis 35 mm, weiter vorzugsweise 30 mm auf. Die maximale Breite der bauchigen, muldenförmigen Ausbildung beträgt vorzugsweise 35 bis 55 mm, weiter vorzugsweise 40 bis 50 mm, weiter vorzugsweise 45 mm.
Um den Wirkungsgrad weiter zu erhöhen, kann vorgesehen sein, den Absorber im Bereich der muldenförmigen Ausbildung wärmeabsorbierend zu behandeln. Dies kann beispielsweise durch das Aufbringen schwarzer, gut wärmeleitender Farbe geschehen.
Erfindungsgemäß wird der Wirkungsgrad des Absorbers weiter erhöht, indem wenigstens zwei Durchflusskanäle vorgesehen sind. Gegenüber einem einzigen Durchflusskanal, wie er im Stand der Technik Verwendung findet, bietet das Vorsehen wenigstens zweier Durchflusskanäle bei gleich bleibender (Gesamt-) -Querschnittsfläche eine größere Kontaktfläche zwischen Wärmeträgermedium und Absorber. Der Wärmeaustausch wird dadurch verbessert. Außerdem lassen sich höhere Strömungsgeschwindigkeiten des Wärmeträgermediums in den Durchflusskanälen erreichen ohne das die Zieltemperatur des Wärmeträgermediums, d.h. die Temperatur die das Wärmeträgerme- dium nach durchlaufen des Absorbers aufweist, reduziert werden müsste. Es wird eine schnellere Wärmeaufnahme durch das Wärmeträgermedium erreicht.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die Durchflusskanäle je- weils einen Durchmesser von 4 bis 10 mm, vorzugsweise 5 bis 9 mm, weiter vorzugsweise 6 bis 8 mm aufweisen.
Um eine gute Wärmeübertragung zwischen muldenförmiger Ausbildung und den Durchflusskanälen zu gewährleisten, ist es bevorzugt, den Absorber aus dem Vollen zu fertigen, wobei vorzugsweise die Durchflusskanäle dann als Bohrungen ausgeführt sind und/oder die muldenförmige Ausbildung gefräst ist .
Es ist bevorzugt, wenn der Absorber aus Kupfer gefertigt ist. Kupfer weist gute Wärmeleitfähigkeiten auf und ist aufgrund einer Warmfestigkeit bzw. Streckgrenze bei 350 0C von bis zum RPO,2 = 240 μ/mm2 für die zu erwartenden Temperaturen ausreichend wärmebeständig. Außerdem ist ein Absor- ber aus Kupfer gut korrosionsbeständig. Ein Absorber kann bevorzugt zwischen 6 und 10 m lang sein.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Absorber in einem Trägerprofil gelagert wird. Dies bietet den Vorteil, dass der Absorber selbst keine strukturellen Kräfte aufnehmen muss, sondern diese vom Trägerprofil übernommen werden können. Damit kann der Absorber einzig und allein für einen maximalen Wirkungsgrad in Bezug auf die Energieumwandlung optimiert werden. Das Trägerprofil ist zur Linse hin geöffnet, d.h. auf seiner der Linse zugewandten Seite ist am Trägerprofil eine Aufnahme für den Absorber vorgesehen. Die Aufnahme kann als Nut ausgeführt sein. Bei dem Trägerprofil kann es sich beispielsweise um ein U-Profil handeln, dessen offene Seite der Linse zugewandt ist und in dem der Absorber zu liegen kommt.
Damit die Temperaturbelastung des Trägerprofils möglichst gering gehalten wird, ist vorzugsweise zwischen Absorber und Trägerprofil eine Isolierung vorgesehen. Die Isolierung hat weiterhin zur Folge, dass weniger Wärmeenergie vom Absorber an dem Trägerprofil übertragen und von dort an die Umgebung abgegeben wird. Ein Wärmeverlust wird so verhin- dert. Durch die Isolierung wird die gewünschte Wärmeübertragung von Absorber zum Wärmeträgermedium begünstigt.
Der Absorber ist vorzugsweise gegenüber der Isolierung und/oder dem Trägerprofil zum Ausgleich unterschiedlicher Wärmeausdehnungen verschiebbar gelagert. Im Laufe eines
Tag-Nacht-Zyklus variiert die Temperatur des Absorbers erheblich. Der Absorber unterliegt daher großen Wärmedehnungsschwankungen, die ungleich denen des Trägerprofils und/oder der Isolierung sind. Indem der Absorber verschieb- bar gelagert ist, werden Spannungen aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungen der einzelnen Bauteile vermieden.
Für eine kostengünstige Herstellung ist es bevorzugt, wenn das Trägerprofil als stranggepresster Aluminiumträger aus- geführt ist.
Es ist bekannt, dass Solarkollektoren mit einer Linse und einem Absorber der Sonne nachgeführt werden müssen. Ansons- ten ist nicht sichergestellt, dass sich der Absorber in der Fokuslinie der Linse befindet und tatsächlich Energie gewonnen werden kann.
Es ist möglich, der Solarkollektor um eine Achse im Bereich der Linse schwenkbar gelagert ist und die Durchflusskanäle der Absorbereinrichtung durch flexible Schläuche angebunden sind. Die Absorbereinrichtung und die Linse sind dabei drehfest miteinander verbunden. Wenn nun die Sonne im Ver- lauf eines Tages wandert, kann der Solarkollektor nachgeführt werden, so dass die Absorbereinrichtung immer in der Fokuslinie der Linse bleibt. Über die Anbindung durch die flexiblen Schläuche kann weiterhin das Wärmeträgermedium durch die Durchflusskanäle geleitet werden.
Alternativ ist es möglich, die Linse und den Absorber drehfest zu verbinden und an wenigstens einem Ende der Absorbereinrichtung einen Abschlussdeckel vorzusehen, der einen hohlen Lagerzapfen aufweist, wobei die Durchflusskanäle ü- ber Anschlussrohre, die vorzugsweise einen Wärmeausgleichs- bogen aufweisen, an dem hohle Lagerzapfen angeschlossen sind. Bei dieser Ausführungsform lässt sich der Solarkollektor zusammen mit der Absorbereinrichtung um die Achse, die durch den Lagerzapfen verläuft, schwenken. Dazu ist vorzugsweise an beiden Enden der Absorbereinrichtung je ein Abschlussdeckel mit einem Lagerzapfen vorgesehen. Die Drehachse des Solarkollektors verläuft dann durch beide Lagerzapfen und der Solarkollektor kann durch Drehung entlang dieser Achse der Sonne nachgeführt werden.
Zur Anbindung der Durchflusskanäle ist vorgesehen, dass der Lagerzapfen hohl ausgeführt ist, und durch Anschlussrohre mit den Durchflusskanälen verbunden ist. Ein in den Hohl- räum des Lagerzapfens eingebrachtes Wärmeträgermedium kann durch die Anschlussrohre in die Durchflusskanäle gelangen. Durch den vorzugsweise vorgesehenen vergleichbaren Anschlussdeckel am anderen Ende der Absorbereinrichtung kann das Wärmeträgermedium abfließen. Es ist aber auch möglich, den Hohlraum im Lagerzapfen zweizuteilen, wobei der eine Teil der Zuführung, der andere Teil dem Abfluss des Wärmeträgermediums dient. Die Anbindung des Lagerzapfens an eine Zuleitung und/oder einen Abfluss kann durch eine geeignete Drehverbindung erfolgen.
Es ist bevorzugt, wenn es sich bei der linearen Linse um eine lineare Fresnel-Linse handelt. Bei dem Wärmeträgermedium kann es sich bevorzugt um Wärmeträgeröl oder Wasser- dampf handeln.
Die Erfindung wird nun anhand vorteilhafter Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beispielhaft beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein Schnitt durch einen ersten erfindungsgemäßen Solarkollektor;
Fig. 2 eine Detailvergrößerung der Absorbereinrichtung des Solarkollektors aus Figur 1;
Fig. 3 ein Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Solarkollektors;
Fig. 4 eine Detailvergrößerung der Absorbereinrichtung des Solarkollektors aus Figur 3; und Fig. 5 eine teilweise seitliche Schnittansicht der Absorbereinrichtung aus Figur 4.
In Figur 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfin- dungsgemäßen Solarkollektors 1 in einer Schnittansicht dargestellt. Der Solarkollektor 1 umfasst eine lineare Linse, deren Fokuslinie senkrecht zur Zeichnungsebene durch den Punkt 3 verläuft. In Figur 1 ist der Strahlengang einzelner Strahlen 9 beim senkrechten Auftreffen der Sonnenstrahlung auf den Solarkollektor 1 dargestellt. Diese Strahlen werden alle in der Fokuslinie 3 gebündelt. Der Abstand zwischen Linse 2 und Fokuslinie 3 beträgt ca. 1.000 mm.
Die lineare Linse 2 ist als Fresnel-Linse ausgeführt. Die lineare Linse 2 ist lösbar an einem Aufnahmerahmen 4 befestigt. Aufgrund der lösbaren Befestigung an dem Aufnahmerahmen 4 lässt sich die lineare Linse 2 bei Beschädigung einfach ersetzen.
Mit der Linse 2 über die Tragarme 5 fest verbunden ist eine Absorbereinrichtung 10. Die Absorbereinrichtung 10 verläuft entlang der Fokuslinie 3 und erstreckt sich somit ebenfalls senkrecht zur Zeichnungsebene. Die Absorbereinrichtung 10 kann eine Länge von 4 bis 10 m aufweisen.
Der Solarkollektor 1 ist um die Achse 5, die parallel zur Fokuslinie 3 im Bereich der linearen Linse 2 bzw. deren Aufnahme 4 verläuft, drehbar gelagert. Die Achse 5 verläuft also senkrecht zur Zeichnungsebene. Aufgrund der drehbaren Lagerung lässt sich der Solarkollektor 1 der Sonne nachführen, so dass sich die Absorbereinrichtung 10 immer entlang der Fokuslinie 3 befindet. In Figur 2 ist eine vergrößerte Darstellung der Absorbereinrichtung 10 aus Figur 1 wiedergegeben. Die Absorbereinrichtung 10 umfasst ein Trägerprofil 11, das als zur linearen Linse 2 geöffnetes U-Profil ausgestaltet ist. Das Trä- gerprofil 11 ist aus Aluminium gefertigt und kann strangge- presst sein. An der Außenseite des Trägerprofils 11 sind Anschlussstücke 13 vorgesehen, an die die Tragarme 5 zur Verbindung mit der linearen Linse 2 bzw. deren Befestigungsrahmen 4 (vgl. Figur 1) befestigt werden können.
In dem Trägerprofil 11 ist der von Isoliermaterial 12 teilweise umgebene Absorber 20 verschiebbar gelagert. Die Verschiebbarkeit dient dem Ausgleich unterschiedlicher Wärmeausdehnungen von Trägerprofil 11, Isoliermaterial 12 und/oder Absorber 20. Je nach Wärmeausdehnungskoeffizienten der einzelnen Komponenten kann die Verschiebbarkeit zwischen Trägerprofil 11 und Isoliermaterial 13 oder zwischen Isoliermaterial 12 und Absorber 20 vorgesehen sein.
Der Absorber 20 weist eine muldenförmige Ausbildung 21 auf, die bauchig ausgeführt ist. Das bedeutet, dass die Breite der Öffnung (angedeutet durch den Doppelpfeil 22) geringer ist, als die Breite 23 im Inneren der muldenförmigen Ausbildung. Die muldenförmige Ausbildung 21 erstreckt sich entlang der Fokuslinie 3.
Ein beispielhaft dargestellter durch die lineare Linse 2 abgelenkte Sonnenstrahl 9' trifft im Bereich der muldenförmigen Ausbildung 21 auf den Absorber 20 auf und wird dort teilweise absorbiert, teilweise reflektiert. Der reflektierte Strahl 9'' trifft noch ein zweites Mal im Bereich der muldenförmigen Ausbildung 21 auf den Absorber 20 und kann dort wenigstens teilweise absorbiert werden. Indem der Strahl 9', 9'' „zweimal" absorbiert wird, ist der Absorptionsgrad insgesamt erhöht und es geht bei der erwünschten Energiewandlung von Strahlungsenergie zu Wärmeenergie weniger Energie durch VerlustStrahlung verloren. Bereits hier- durch wird eine Steigerung des Wirkungsgrades des gesamten Solarkollektors 1 erreicht.
Um den Absorptionsgrad im Bereich der muldenförmigen Ausbildung 21 weiter zu erhöhen, kann die Oberfläche des Ab- sorbers 20 in diesem Bereich wärmeabsorbierend behandelt sein. Beispielsweise kann dort gut wärmeleitende, schwarze Farbe aufgetragen sein.
Damit die von der Linse 2 kommende Strahlung auf den Absor- ber 20 treffen kann, ist der Absorber 20 zumindest im Bereicht der Öffnung der muldenförmigen Ausbildung 21 frei von der Isolierung 12. Der Absorber 20 wird durch die Sonnenstrahlung 9 aufgeheizt.
Durch den Absorber 20 verlaufen parallel zur Fokuslinie 3 bzw. zur muldenförmigen Ausbildung 21 vier Durchflusskanäle 25. Jeder dieser Durchflusskanäle 25 ist kreisrund im Querschnitt und weist einen Durchmesser von 4 bis 6 mm auf. Durch die Durchflusskanäle 25 wird Wärmeträgermedium gelei- tet, wobei es zu einem Wärmeübergang vom Absorber 20 zum Wärmeträgermedium an der Wand 26 der Durchflusskanäle 25 kommt. Indem - anders als im Stand der Technik - nicht nur ein Durchflusskanal vorgesehen ist, kann bei gleich bleibendem Gesamtquerschnitt die an der Wärmeübertragung aktiv beteiligte Fläche (die Wand 26 der Durchflusskanäle 25) vergrößert werden. Damit wird die Wärmeübertragung insgesamt erhöht, was sich positiv auf den Wirkungsgrad des Solarkollektors auswirkt. Außerdem lassen sich höhere Strö- mungsgeschwindigkeiten des Wärmeträgermediums durch die Durchflusskanäle 25 erreichen, was sich ebenfalls positiv auf die Wärmeübertragung auswirkt.
Der Absorber 20 ist aus dem Vollen gefertigt, wobei die Durchflusskanäle 25 als Bohrungen ausgeführt sind und die muldenförmige Ausbildung 21 gefräst ist. Der Absorber 20 besteht aus Kupfer.
Zur Anbindung der einzelnen Durchflusskanäle 25 an eine Zuleitung oder einen Abfluss sind flexible Schläuche (nicht dargestellt) vorgesehen. Aufgrund dieser flexiblen Schläuche ist die Schwenkbarkeit des Solarkollektors 1 (vgl. Figur 1) gegeben.
In Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Solarkollektors 1 dargestellt. Wiederum ist hierbei die lineare Linse 2 inklusive einer Aufnahmevorrichtung 4 mit der Absorbereinrichtung 10 über starre Trag- arme 6 drehfest verbunden. Die Absorbereinrichtung 10 erstreckt sich entlang der Fokuslinie 3 der linearen Linse 2 in einem Abstand von ca. 1.000 mm. Der Solarkollektor ist entlang einer Achse 5, die parallel zur Fokuslinie 3 im Bereich der Absorbereinrichtung 10 schwenkbar in einem Be- reich von ±80° gelagert.
Die Absorbereinrichtung 10 aus Figur 3 ist in Figur 4 vergrößert dargestellt. Der Absorber 20 der Absorbereinrichtung 10 ist gleich dem Absorber 20 aus dem ersten Ausfüh- rungsbeispiel (vgl. Figur 1 und 2). Gleiches gilt für die
Lagerung des Absorbers 20 im Trägerprofil 11 sowie das Vorsehen einer Isolierung 12. Es wird daher auf die obigen Ausführungen verwiesen. Das Trägerprofil 11, der Absorber 20 mitsamt Isolierung 12 aufnimmt, weist einen im Wesentlichen kreisrunden Querschnitt mit einem Durchmesser von ca. 180 mm auf. Aufgrund dieses Kreisquerschnittes ist das Trägerprofil 11 besonders verwindungssteif . Neben der U-förmigen Aufnahme 14 für den Absorber, aufgrund derer das Trägerprofil 11 zur Linse 2 hin geöffnet ist, weist das Trägerprofil 11 über den Umfang verteilte T-förmige Einbuchtungen 15 auf. An diesen Ein- buchtungen 15 können die Tragarme 6 befestigt werden.
In Figur 5 ist eine seitliche Schnittansicht der Absorbereinrichtung 10 aus Figur 4 dargestellt, wobei der Schnitt durch die Achse 5 verläuft und lediglich der Endbereich der Absorbereinrichtung 10 dargestellt ist.
Die Absorbereinrichtung 10 wird durch einen Abschlussdeckel 30 begrenzt. Der Abschlussdeckel 30 umgreift die Absorbereinrichtung 10 mit einem Bund 31 und ist an diesem mit Schrauben 32 befestigt. Die Schrauben 32 können z.B. in die Einbuchtungen 15 am Trägerprofil 11 eingreifen.
Weiterhin ist am Abschlussdeckel 30 ein hohler Lagerzapfen 33 vorgesehen. Durch den Lagerzapfen 33 verläuft die Achse 5, um die der gesamte Solarkollektor 1 geschwenkt werden kann.
Die Durchflusskanäle 25 im Absorber 20 der Absorbereinrichtung 10 sind über Anschlussrohre 34 mit dem Lagerzapfen verbunden. Die Anschlussrohre 34 weisen dabei Wär- meausgleichsbögen 35 auf, mit dem Verschiebungen des Absorbers 20 gegenüber dem Trägerprofil 11 bzw. dem Abschlussdeckel 30 aufgrund von Wärmeausdehnungen ausgeglichen werden können. Indem der Lagerzapfen 33 über die Anschlussrohre 34 mit Durchflusskanälen 25 verbunden ist, kann der Lagerzapfen 33 zur Zuleitung des Wärmeträgermediums in den Durchflusskanälen 25 verwendet werden.
Der Lagerzapfen 33 ist in einem Lagerbock 40 gelagert, wobei der Lagerbock 40 zur einfacheren Montage zweiteilig ausgeführt ist. Damit der Solarkollektor 1 schwenkbar bleibt, muss eine Drehkupplung 41 vorgesehen sein, mit der das Wärmeträgermedium von einer Zuleitung in den Lagerzapfen 33 und somit die Durchflusskanäle 25 eingebracht werden kann.
Zur automatischen Nachführung des Solarkollektors 1 ist an dem Abschlussdeckel 30 ein Zahnsegment 37 vorgesehen, in den ein Stellmotor (nicht dargestellt) eingreifen kann.
Am gegenüberliegenden Ende der Absorbereinrichtung 10 ist eine ähnliche Konstruktion mit Abschlussdeckel 30 und hoh- lern Lagerzapfen 33 vorgesehen. Diese dient dann dem Abfluss des Wärmeträgermediums.

Claims

Patentansprüche
1. Solarkollektor (1) umfassend eine lineare Linse (2) zur Bündelung von auf die Linse (2) auftreffender Sonnen- Strahlung zu einer Fokuslinie (3) und eine entlang der Fokuslinie (3) der Linse (2) erstreckte Absorbereinrichtung (10), dadurch gekennzeichnet, dass die Absorbereinrichtung (10) ein zur Linse (2) geöffnetes Trägerprofil (11) umfasst und in dem Trägerprofil (11) ein Absorber (20) vorgesehen ist, wobei der Absorber (20) auf seiner der Linse (2) zugewandten Seite eine sich entlang der Fokuslinie (3) erstreckende muldenförmige Ausbildung (21) aufweist und parallel zur muldenförmigen Ausbildung (21) wenigstens zwei Durchflusskanäle (25) zur Durchleitung eines Wärmeträgermediums vorgesehen sind.
2. Solarkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die muldenförmige Ausbildung (21) einen bauchigen Querschnitt aufweist.
3. Solarkollektor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Absorber (20) im Bereich der muldenförmigen Ausbildung (21) wärmeabsorbierend behandelt ist.
4. Solarkollektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflusskanäle (25) jeweils einen Durchmesser von 4 bis 10 mm, vorzugsweise 5 bis 9 mm, weiter vorzugsweise 6 bis 8 mm aufweisen.
5. Solarkollektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Absorber (20) aus dem Vollen gefertigt ist, wobei vorzugsweise die Durchflusskanäle (25) als Bohrungen ausgeführt sind und/oder die muldenförmige Ausbildung (21) gefräst ist.
6. Solarkollektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Absorber (20) aus Kupfer ist.
7. Solarkollektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerprofil (11) ein
U-Profil ist.
8. Solarkollektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Trägerprofil (11) und Absorber (20) eine Isolierung (12) vorgesehen ist.
9. Solarkollektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Absorber (20) gegenüber der Isolierung (13) und/oder dem Trägerprofil (11) zum Ausgleich unterschiedlicher Wärmeausdehnungen verschiebbar gelagert ist.
10. Solarkollektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerprofil (11) als stranggepresster Aluminiumträger ausgeführt ist.
11. Solarkollektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Solarkollektor (1) um eine Achse im Bereich der Linse (2) schwenkbar gelagert ist und zur Anbindung der Durchflusskanäle (25) flexible Schläuche vorgesehen sind.
12. Solarkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (2) gegenüber dem Absorber (20) drehfest ist und an wenigstens einem Ende der Absorbereinrichtung (10) ein Abschlussdeckel (30) vorgesehen ist, der einen hohlen Lagerzapfen (33) aufweist, wobei die Durchflusskanäle (25) über Anschlussrohre (34), die vorzugsweise einen Wärmeausgleichsbogen (35) aufweisen, an dem hohlen Lagerzapfen (33) angeschlossen sind und der Solarkollektor (1) um die Achse (5) durch den Lagerzapfen (33) drehbar gelagert ist.
13. Solarkollektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die lineare Linse (2) eine Fresnel-Linse ist.
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