DE2804746A1

DE2804746A1 - Sonnenkollektor

Info

Publication number: DE2804746A1
Application number: DE19782804746
Authority: DE
Inventors: Ralf Krauss
Original assignee: STEINRUECKE WALTER
Current assignee: STEINRUECKE WALTER
Priority date: 1978-02-04
Filing date: 1978-02-04
Publication date: 1979-08-09
Also published as: AT381380B; ATA44479A; DE2804746C2

Description

Sonnenkollektor
Die Erfindung bezieht sich auf einen Sonnenkollektor, bestehend aus einem von einer lichtdurchlässigen Deckplatte verschlossenen Bodenteil, in dem ein Absorber untergebracht ist.
Sonnenkollektoren dienen zur Umwandlung von Sonnenenergie in andere Energieformen, z.B. Wärme zur Warmwassergewinnung bzw. zur Energieerzeugung. Es sind bereits vielfältige Versuche unternommen worden, Sonnenkollektoren so auszubilden, daß sie mit zufriedenstellendem Wirkunasgrad gedrängte Bauform erhalten, so daß sie als Energiequelle für Wohnhäuser geeignet sind. Dies hat jedoch bisher nicht zu dem gewünschten Erfolg geführt. Bekannte Sonnenkollektoren bestehen aus einem als kastenförmiges Blechgehäuse ausgebildeten Bodenteil, dessen obere Öffnung durch eine Glasplatte verschlossen ist.
In das Blechgehäuse ist ein Absorber eingesetzt und zwischen Absorber und Boden des Blechgehäuses befindet sich Isolationsmaterial, z.B. Styropor, Glaswolle od.dgl.
Derartige Kollektoren werden als Einscheiben-Einfachkollektoren bezeichnet. Für die Verwendung auf Wohnhäusern u.dgl. sind sie ungeeignet, weil ihre Bauhöhe aufgrund der Isolationspackungen, die eine Wärmeableitung nach unten verhindern sollen, recht hoch ist und sich ohne Einbuße an Isolation auch nicht verringern läßt.
Ein weiterer Mangel ist das verhältnismäßig hohe Gewicht derartiger Einscheiben-Einfachkollektoren. Außerdem ist ihre Leistung unzureichend, weil bei schrägem Einfall des Sonnenlichts der hochstehende Rand des kastenförmigen Blechgehäuses einen großen Teil des Absorbers innerhalb des Blechgehäuses überschattet und seinen Wirkungsgrad mindert. Nur bei verhältnismäßig senkrechtem Sonnenlichteinfall wird die Sonnenenergie in Wärme ausgenutzt, wobei sich allerdings die fehlende Isolation auf der Oberseite des Kollektors einschränkend bemerkbar macht.
Ein weiterer unter dem Namen Zweischeibenkollektor bekannter Sonnenkollektor ist hinsichtlich des kastenförmigen Blechgehäuses und der erforderlichen dicken Isolationspackung entsprechend dem Einscheiben-Einfachkollektor aufgebaut, jedoch mit zwei gläsernen Deckplatten versehen.
Die beiden Deckplatten sind mit Abstand übereinander angebracht und das zwischen ihnen vorhandene Luftpolster soll den Grad des Wärmeverlustes vom Absorber nach oben verringern, um eine bessere Wärmespeicherung im Absorber zu erzielen, wenn die Sonneneinstrahlung nachläßt. Dieser Zweischeibenkollektor hat die gleichen Nachteile wie der Einscheiben-Einfachkollektor.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kollektor zu schaffen, der sich durch flache Bauweise auszeichnet, so daß er gegebenenfalls in die Dachhaut eines Gebäudes integrierbar ist, der keine Leistungsminderung durch Randüberschattungen erfährt und dessen Isolation in Anpassung an die jeweiligen Wärmestrahlungsverhältnisse regelbar ist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Bodenteil und die Deckplatte jeweils schalenförmig gewölbt ausgebildet und miteinander vakkumdicht verbunden sind und daß an diesen Doppelschalenkörper eine Vakuumpumpe angeschlossen ist.
Ein in dieser Weise ausgebildeter Sonnenkollektor hat den Vorteil, daß er frei ist von jeglichem isolierenden Packungs- material, weil das in dem Behälter aufgebaute Vakuum allseitige Isolationswirkung für den Absorber hat.
Der Wegfall von isolierendem Packungsmaterial macht es möglich, daß der Doppelschalenkörper des Kollektors bei ausreichender Isolation sehr flach ausgebildet sein kann, so daß er gegebenenfalls in die Dachhaut eines Wohngebäudes integrierbar ist. Die Möglichkeit der flachen Ausbildung des Doppelschalenkörpers bringt außerdem mit sich, daß der Bodenteil von hochstehenden Rändern frei ist, so daß der in dem Doppelschalenkörper untergebrachte Absorber auch bei sehr schrägem Einfall der Sonnenstrahlen an jeder Stelle seiner Oberfläche von den Sonnenstrahlen voll getroffen wird und keine Uberschattungen und Rückspiegelungen stattfinden. Die Leistung des Absorbers ist daher immer optimal. Praktische Erprobungen haben gezeigt, daß der Wirkungsgrad des Sol7ektors etwa um das Doppelte besser ist als bei den bekannten Kollektoren. Der Transport und die Handhabung des Kollektors bei der Montage oder Reparatur sznd BiEfach und ungefährlich. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Vakuumpumpe immer an den Kollektor angeschlossen ist, so daß dieser bei jeder Art eines Eingriffs beluftet und anschltießend wieder evakuiert werden kann. Der Doppelschalenkörper wird als luftgefülltes Bauteil angeliefert und erst im Betrieb leer gepumpt, weshalb keine Implosionsgefahr besteht. Ein weiterer Vorteil der dauernd angeschlossenen Vakuumpumpe besteht darin, daß das Vakuum im Doppelschalenkörper jederzeit bis zur vollständigen Aufhebung verändert werden kann, so daß der Wirkungsgrad des Sonnenkollektors steuerbar ist.
Wenn beispielsweise bei starker Sonneneinstrahlung im Sommer Überschußwärme im Absorber auftritt, kann der Doppelschalenkörper belüftet werden, die Isolationswirkung des Vakuums ist aufgehoben und die Überschußwärme wird an die Außenluft abgegeben. Sobald wegen verringerter Sonneneinstrahlung wieder eine bessere Isolation erforderlich ist, wird die Pumpe in Betrieb gesetzt und der Doppelschalenkörper auf den gewünschten Wert evakuiert. Durch die Möglichkeit der abrupten Änderung der Charakteristika des Sonnenkollektors sind die Betriebsverluste außerordentlich gering. In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist die Schalenkrümmung des Bodenteils und der Deckplatte flach aehalten, wodurch einmal der erwähnte Einbau in die Dachhaut eines Wohngebäudes möglich ist und zum anderen das angelegte Vakuum gut ausgenützt wird. Wichtig ist lediglich, daß eine gewisse Wölbung immer erhalten bleibt, damit bei evakuiertem Doppelschalenkörper der von außen auf ihn wirkende Druck aufgefangen wird, selbst wenn die Schalen verhältnismäßig dünnwandig aufgebaut sind. Vorteilhaft sind der Bodenteil und die Deckplatte auf der Innenfläche mit mehreren Verstärkungsrippen ausgerüstet.
Der Bodenteil und die Deckplatte können aus Glas, insbesondere Acrylglas, bestehen. Ferner ist es möglich, den Bodenteil aus Metall zu fertigen. Bei Ausbildung des Bodenteiles aus Glas wird zweckmäßig seine Innenfläche verspiegelt. Bei einer metallischen Bodenplatte genügt das Reflexionsvermögen eines Glattschliffes.
Vorteilhaft weist der etwa rechteckig gestaltete Bodenteil an beiden Enden je eine Öffnung für den Zu- und Ablauf des Absorbers sowie neben der Zulauföffnung eine weitere öffnung zum Anschluß der Vakuumpumpe auf. Diese Öffnungen können in verstärkten Zonen des Bodenteiles ausgebildet sein.
Im Rand des Bodenteiles ist eine nach oben offene Nut ausgebildet, in die eine Umfangsrippe am Rand der Deckenplatte vakuumabgedichtet eingreift. Durch geeignete Ver- klebung wird die dichte Verbindung der beiden Schalenteile fixiert.
Die Unterseite des Randes des Bodenteils ist zur Bildung einer Auflagekante krümmungsfrei gerade gestaltet. Hierdurch vereinfacht sich die Montage des Kollektors auf einem Untergestell od.dgl.
Es zeigt: Fig. 1 eine Draufsicht der schalenförmigen Bodenplatte.
Fig. 2 eine Draufsicht der ebenfalls schalenförmigen Deckplatte.
Fig. 3 einen Längsschnitt des aus schalenförmiger Bodenplatte und schalenförmiger Deckplatte zusammeesetzten Sonnenkollektors.
Fig. 4 einen Querschnitt des Sonnenkollektors nach Fig. 3 längs der Linie IV-IV und Fig. 5 einen Querschnitt der Bodenplatte längs der Linie V-V in Fig. 3.
Eine Bodenplatte 1 aus Glas, vorzugsweise Acrylglas, oder aus Metall ist im wesentlichen rechteckig gestaltet und schalenförmig ausgebildet. Die Schalenform ist flach gehalten. In dem Rand der Bodenplatte 1 ist eine Umfangsnut 2 ausgebildet. Ferner weist der Rand eine Auflagekante 3 auf, die an den Ecken 4 zur Erleichterung der Montage des Sonnenkollektors herausgezogen ist. Auf der Unterseite ist der Auflagerand zur Bildung einer Auflagekante 5 krümmungsfrei gerade ausgebildet (Fig. 3 bis 5). Zur Ermöglichung der Verwendung einer möglichst dünnwandigen Schale für die Bodenplatte ist diese zweckmäßig auf der Innenfläche durch querverlaufende Rippen 6 verstärkt. An dem einen Ende der Bodenplatte ist in einem verdickten Teil 7 eine Öffnung 8 ausgebildet, während am anderen Ende der Bodenplatte in einem breiteren verdickten Teil 9 zwei öffnungen 1o und 11 vorgesehen sind. Durch die Öffnung 8 ist der Ablauf eines in die schalenförmige Bodenplatte 1 eingesetzten Absorbers 12 herausgeführt.
Die Öffnung 1o dient dem Durchlaß eines Zulaufes zu dem Absorber 12. An die Öffnung 11 ist eine der Deutlichkeit halber nicht gezeigte Vakuumpumpe angeschlossen.
Bei Herstellung der Bodenplatte 1 aus Glas oder Acrylglas ist es zur Erhöhung des Reflexionsvermögens zweckmäßig, sie auf der Innenfläche mit einer Verspiegelung 17 zu versehen (Fig. 3 bis 5). Bei Ausbildung der Bodenplatte 1 aus Metall genügt es, die Innenfläche glatt zu schleifen.
Die Deckplatte 13 ist gemäß Fig. 2 entsprechend der Bodenplatte 1 geformt. Auch sie ist rechteckig, flach schalenförmig und durch Querrippen 14 verstärkt. An ihrem Rand 15 befindet sich eine durchgehende Umfangsrippe 16, die in die Umfangsnut 2 der Bodenplatte 1 paßt.
Beim Zusammenfügen der beiden Platten 1 und 13 greift die Umfangsrippe 16 in die Umfangsnut 2 ein. Zur Erzielung einer vakuumdichten Verbindung der beiden Platten 1 und 13 können die zusammengreifenden Umfangsteile 2 und 16 miteinander verklebt sein.
Der als flacher Hohlkörper gestaltete Sonnenkollektor wird im belüfteten Zustand angeliefert und montiert.
Nach Anschluß der Vakuumpumpe an den Vakuumanschluß 11 ist eine beliebige Evakuierung des Sonnenkollektors zu jeder gewünschten Zeit möglich. Durch Aufheben oder Anlegen des Vakuums ist daher der Wirkungsgrad des Sonnenkollektors steuerbar und Implosionsgefahr besteht praktisch nicht.
Das Vakuum in dem vakuumdicht verschlossenen Behälter umgibt den Absorber 12 im wesentlichen allseitig und isoliert ihn allseitig. Weder nach oben noch nach unten oder nach den Seiten treten Wärmeverluste des Absorbers 12 ein.
Sein Wirkungsgrad wird hierdurch erheblich verbessert, zumal durch den flachen Aufbau des Kollektors keinerlei Randüberschattungen des Absorbers auch bei schrägem Einfall der Sonnenstrahlen auftreten. Wenn die Erwärmung des Absorbers 12 aufgrund seines guten Wirkungsgrades zu groß wird, z.B. im Sommer, wird das Kollektorgehäuse belüftet, die Isolation des Absorbers entfällt und seine überschußwärme wird an die Atmosphäre abgegeben.

Claims

Ansprüche Sonnenkollektor, bestehend aus einem von einer lichtdurchlässigen Deckplatte verschlossenen Bodenteil, in dem ein Absorber untergebracht ist, d a d u r c h -g e k e n n z e i c h n e t, daß der Bodenteil (1) und die Deckplatte (13) jeweils schalenförmig gewölbt ausgebildet und vakuumdicht miteinander verbunden sind uiid daß an diesen uffioppelschalenkörper (1,13) eine Vakuum pumpe angeschlossen ist
2. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Schalenkrümmung des Bodenteils (1) und der Deckplatte (13) flach gehalten ist.
3. Sonnenkollektor nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Doppelschalenkörper (1,13) im Schnitt angenähert symmetrische Lanzettform aufweist.
4. Sonnenkollektor nach den Ansprüchen 1 bis 3, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Bodenteil (1) und die Deckplatte (13) aus Glas, insbesondere Acrylglas, bestehen.
5. Sonnenkollektor nach den Ansprüchen 1 bis 3, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Bodenteil (1) aus Metall und die Deckplatte (13) aus Glas, insbesondere Acrylglas, bestehen.
6. Sonnenkollektor nach den Ansprüchen 1 bis 4, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Bodenteil (1) auf der Innenfläche verspiegelt ist.
7. Sonnenkollektor nach den Ansprüchen 1 bis 6, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Bodenteil (1) und die Deckplatte (13) auf der Innenfläche mehrere Verstärkungsrippen (6,14) aufweisen.
8. Sonnenkollektor nach den Ansprüchen 1 bis 7, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Unterseite des Randes (3) des Bodenteiles (1) zur Bildung einer Auflagekante (5) krümmungsfrei gerade gestaltet ist.
9. Sonnenkollektor nach den Ansprüchen 1 bis 8, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß im Rand (3) des Bodenteiles (1) eine nach oben offene Nut (2) ausgebildet ist, in die eine Umfangsrippe (16) am Rand der Deckplatte (13) vakuumabgedichtet eingreift.

lo. Sonnenkollektor nach den Ansprüchen 1 bis 9, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Bodenteil (1) an beiden Enden je eine öffnung (8,10) für den Zu- und Ablauf des Absorbers (12) sowie neben der Zulauföffnung (10) eine weitere Öffnung (11) zum Anschluß der Vakuumpumpe aufweist.