DE102008007799A1

DE102008007799A1 - Solarer Niedertemperatur Flachkollektor

Info

Publication number: DE102008007799A1
Application number: DE102008007799A
Authority: DE
Inventors: Martin Lippmann; Reiner Lippmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-02-06
Filing date: 2008-02-06
Publication date: 2009-08-13

Abstract

Es sollte erreicht werden, einen Solarkollektor zu entwickeln, der eine hohe Effektivität besitzt und gleichzeitig werthaltige Stoffe wie Kupfer (bei herkömmlichen Kollektoren für die Absorberplatte und Rohrleitungen) und Titan (als Basis für hochselektive Beschichtungen einsparen kann. Dazu wird die Konstruktion eines Kollektors vorgeschlagen, bei dem sich die Kollektorflüssigkeit in direktem Kontakt zur Absorberplatte befindet und nicht durch Rohleitungen zirkuliert. Als besonders vorteilhaft wird ein Kollektor angesehen, bei dem sich über der Bodenplatte, welche selbst absorbierend ist oder mit einer Absorberschicht versehen ist, die Kollektorflüssigkeit befindet. Diese Bodenplatte kann aus Kunststoff oder Aluminium bestehen und muss durch eine geläufige Dämmung gegen Wärmeverlust geschützt werden. Über der Kollektorflüssigkeit befindet sich eine Verglasung aus Solarglas, durch die das Sonnenlicht eindringt. Dabei ist eine Zweifachverglasung vorteilhaft, weil die Wärmeemission durch die Kollektorflüssigkeit verringert wird. Der Austausch der Wärmeenergie zwischen Kollektor und Heizkreislauf wird hier entweder durch eine Umlaufpumpe oder das Prinzip einer Schwerkraftheizung realisiert. Ein solcher Solarkollektor kann wie etablierte Modelle zur solaren Erwärmung von Brauchwasser beziehungsweise als Heizunterstützung für häusliche oder industrielle Zwecke genutzt werden.

Description

Es ist bekannt, die elektromagnetische Strahlung der Sonne zur Gewinnung von Wärmeenergie zu nutzen, wobei eine meist auf Wasser basierende Flüssigkeit als Wärmeträger- und Speicher genutzt wird.
Die Umwandlung und Übertragung der Strahlungsenergie ist dabei generell wie folgend realisiert: Die Strahlung trifft auf eine Absorberschicht, welche mit einem Stoff mit großer Wärmeleitfähigkeit in Verbindung steht (Absorberplatte). Die Energie, welche durch die Absorberschicht in thermische Energie umgewandelt wurde, wird von der Absorberplatte an Rohre abgegeben (diese Rohre sind an der Absorberplatte befestigt). In diesen Rohren befindet sich die Kollektorflüssigkeit, von der die Wärmeenergie aufgenommen, gespeichert und aus dem Kollektor herausgeführt wird.
Diese Verfahrensweise beruht auf der großen Wärmeleitfähigkeit von Absorberplatte und den Kollektorflüssigkeit führenden Rohren. Deshalb wird in der Regel das werthaltige Metall Kupfer, welches eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit besitz, für die Absorberplatte und die Verrohrung benutzt. Des weiteren wird als Absorberbeschichtung meist eine hochselektive Absorberschicht gewählt. Diese reduziert die Emission von Wärmestrahlung, vereint aber auch große Produktionskosten und meist die Verwendung des werthaltigen Metalls Titan in sich. (Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Sonnenkollektor 19. 01. 2007 14:32)
Der in Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zu Grunde, die Verwendung von Kupfer und Titan oder anderen besonders werthaltigen Stoffen für Solarkollektoren zu minimieren.
Dieses Problem wird durch die in Patentanspruch 1 aufgeführte Konstruktionsweise, bei der sich die Kollektorflüssigkeit in direktem Kontakt zur Absorberplatte befindet, gelöst.
Bei dem neuen Kollektortyp kann auf die Verwendung von besonders werthaltigen Stoffen, wie Kupfer und Titan verzichtet werden. Dafür werden weniger werthaltige Stoffe wie Aluminium in Verbindung mit einem günstigen nicht selektiven Solarlack, oder ein Polymer vermehrt eingesetzt.
Die Verwendung dieser weniger Wärmeleitenden Stoffe ist möglich, weil sich die Kollektorflüssigkeit direkt über der Absorberschicht befindet. Durch diesen direkten Kontakt besteht generell ein sehr guter Wärmeübergang. Auf eine werthaltige, hochselektive und meist auf Titan basierende Absorberschicht kann verzichtet werden, weil die von der Absorberschicht emittierte Wärmestrahlung von der Kollektorwasserschicht sofort wieder absorbiert wird.
In Patentanspruch 2 ist eine Ausführung der Erfindung angegeben. Diese wurde mit Abbildungen (Bild 1–3) verdeutlicht und ist explizit wie folgend ausgestaltet:
Wie in den Abbildungen sichtbar, hat der Aluminiumrahmen (1) eine doppelte Funktion. Er dient als statisches Element und seine Längsstreben (2), welche mit zahlreichen Einströmungsdüsen versehen sind, ermöglichen die Zirkulation der Kollektorflüssigkeit. Somit muss je ein Ende der Längsstreben über den rechteckigen Grundriss des Kollektors hinaus verlängert werden. Zudem wird der quadratische Querschnitt zu einem kreisförmigen verjüngt und mit einem Gewinde zum Anschluss an den Heizkreislauf versehen (3). Diese Anschlüsse müssen entgegengesetzt angebracht werden, damit an jeder Einnströmungsdüse gleiche Druckverhältnisse herrschen. Die Querstreben (4) sind nicht flüssigkeitsführend.
Es wäre aber auch denkbar, anstatt von Aluminiumteilen für Rahmen und Bodenplatte (5), Kunststoffe einzusetzen. Diese müssten resistent gegen UV-Strahlung sein und den physikalischen Belastungen innerhalb eines Kollektors standhalten. Deren Einsatz würde zu Gewichtsreduktion und Ressourcenfreundlichkeit führen und wenn ein solcher Polymer noch stark absorbierend wäre, könnte auf das zusätzliche Aufbringen einer Absorberschicht (6) verzichtet werden. Da aber ein solcher Kunststoff noch gezielt entwickelt werden müsste wird zunächst die Produktion mit Aluminium vorgeschlagen.
Das Zweischeiben-Isolierglas aus Solarglas (7), welches einen beliebig zu wählenden mit Gas gefüllten Zwischenraum besitzt, wird mit geeignetem Kleber am Aluminiumrahmen befestigt. Die Verwendung eines Zweischeiben Isolierglases erscheint als notwendig, um die Emission von Wärmestrahlung durch das Kollektorwasser (8) zu minimieren.
Dabei ist es auch denkbar, dass für die untere und mit dem Kollektorwasser in Kontakt stehende Glasplatte kein Solarglas verwendet wird. Stattdessen wäre ein gering reflektierendes und absorbierendes Glas brauchbar. Das ist möglich, da die Strahlung, die hier in thermische Energie umgewandelt wird, durch den direkten Kontakt zum Kollektorwasser dem Warmwasserkreislauf zugeführt würde.
In den ersten beiden Zeichnungen wurde die notwendige Dämmung (9) an den Seiten und am Boden ausgespart. Diese würde hier das Verständnis beeinträchtigen und kann zudem, wie bei herkömmlichen Systemen, mit Mineralwolle, PU-Schaum oder ähnlichen Materialien erfolgen.
In Patentanspruch 3 ist eine weitere Ausführung der Erfindung angegeben. Diese wurde mit einer Abbildung (Bild 4) verdeutlicht und ist explizit wie folgend ausgestaltet:
Der Rahmen (I), der bei dieser Ausführung ausschließlich statische Zwecke erfüllt, besitzt zwei Anschlüsse. Der Untere Anschluss (II) dient dazu, um die Kollektorflüssigkeit (III) ein- bzw. nachzufüllen und somit den Betriebsdruck des Kollektors aufrecht zu erhalten.
Der obere Anschluss ist hingegen eine komplexere Struktur. Zunächst ein mal wird der Rahmen im oberen Bereich so gebaut, dass die Draufsicht dreieckig erscheint (siehe Abbildung). An der oberen Ecke des Dreiecks wird ein Rohr (IV) eingebaut. Durch diese baulichen Merkmale und da der Kollektor immer nach oben geneigt installiert wird, steigt die erwärmte Flüssigkeit des Kollektors in dieses Rohr auf. Am oberen Ende des Rohres muss zudem ein automatischer Selbstentlüfter (V) angebracht werden. Dieses Rohr wird von einem größerem Rohr (VI) umgeben. In dem Raum zwischen den beiden Rohren kann das Wasser eines bestehenden Heizkreislaufes zirkulieren. Dadurch wird die im Kollektor gewonnen Wärmeenergie an den bestehenden Heizkreislauf weitergegeben. Deshalb muss das größere Rohr auch zwei Anschlüsse (VII) an den bestehenden Heizkreislauf besitzen.
Die Bodenplatte mit Absorberschicht (VIII) und die Zweifachverglasung (IX) kann auf die in Patenanspruch 2 beschriebene Weise ausgeführt werden.
Diese Konstruktionsart ermöglicht es, dass im Kollektor und dem bestehenden Heizkreislauf unterschiedliche Betriebsdrücke herrschen können. Damit ist sie den Bedingungen zur häuslichen Warmwasserbereitung, bei der die Kollektoren auf einem schrägen Dach installiert werden, optimal angepasst.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

- http://de.wikipedia.org/wiki/Sonnenkollektor [0003]

Claims

Solarer Niedertemperatur Flachkollektor zur Gewinnung von erwärmten Brauchwasser bis 100°C für Industrie und Haushalt, dadurch gezeichnet, dass sich die Kollektorflüssigkeit in direktem Kontakt zur Absorberplatte befindet und nicht in Rohren geführt wird.
Solarkollektor nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass sich die Kollektorflüssigkeit über der Absorberschicht befindet und die Verglasung des Kollektors sich über der Kollektorflüssigkeit befindet. – dass die Absorberplatte mit einem Rahmen verbunden ist, der neben der statischen Funktion auch die Flüssigkeitszirkulation ermöglicht, weil seine Längsstreben an den Heizkreislauf angeschlossen werden und damit flüssigkeitsführend sind und zudem mit Einströmungsdüsen versehen sind. – dass eine Zweifachverglasung benutzt wird, welche am Rahmen befestigt wird.
Solarkollektor nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass sich die Kollektorflüssigkeit über der Absorberschicht befindet und die Verglasung des Kollektors sich über der Kollektorflüssigkeit befindet. – dass die Absorberplatte mit einem Rahmen verbunden ist und eine Zweifachverglasung benutzt wird, welche am Rahmen befestigt wird. – dass der Kollektor für den Betrieb stets in einer nach oben geneigten Lage installiert wird, damit die erwärmte Kollektorflüssigkeit in den oberen bereich aufsteigt. – dass an der Oberkante des Kollektors ein Rohr (oder ähnliches) installiert ist, in welches das am stärksten erwärmte Wasser aufsteigt. – dass dieses Rohr von dem Wasser eines bestehenden Heizkreislaufes umströmt wird, wodurch die Wärmeenergie des Kollektorwassers weitergegeben wird.