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DE29518303U1 - Films and coatings with Fresnel lens profiles for glass panes and other translucent covers to concentrate direct sunlight for solar useful heat generation, air conditioning and daylight lighting - Google Patents

Films and coatings with Fresnel lens profiles for glass panes and other translucent covers to concentrate direct sunlight for solar useful heat generation, air conditioning and daylight lighting

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DE29518303U1
DE29518303U1 DE29518303U DE29518303U DE29518303U1 DE 29518303 U1 DE29518303 U1 DE 29518303U1 DE 29518303 U DE29518303 U DE 29518303U DE 29518303 U DE29518303 U DE 29518303U DE 29518303 U1 DE29518303 U1 DE 29518303U1
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S23/00Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
    • F24S23/30Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with lenses
    • F24S23/31Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with lenses having discontinuous faces, e.g. Fresnel lenses
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40Solar thermal energy, e.g. solar towers

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Description

Folien und Beschichtungen mit Fresnel-Linsenproflien für Glasscheiben und andere lichtdurchlässige Abdeckungen zur Konzentration der direkten Sonneneinstrahlung für solare Nutzwärme-Erzeugung, Klimatisierung und Tageslicht-BeleuchtungFilms and coatings with Fresnel lens profiles for glass panes and other translucent covers for concentrating direct sunlight for solar heat generation, air conditioning and daylight lighting

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a device according to the preamble of claim 1.

Gußglasscheiben mit eingewalzten linearen Fresnel-Zylinderlinsenprofilen als Glaseindeckungen für solare Anwendungen sind Stand der Technik. Durch die Fresnel-Zylinderlinsen wird eine Konzentration der direkten Sonneneinstrahlung in Brennlinien auf darunterliegende Absorbersysteme erreicht. Die Absorber sind in einem genügend großen Abstand voneinander angebracht und beeinträchtigen die Transparenz des Glasdaches nur geringfügig. Um die Konzentration der Sonneneinstrahlung auf die Absorber auch für Abweichungen des Sonnenstandes von der fixierten Auslegung zu garantieren, werden die Absorbersysteme mittels eines Sensor und einer einfachen Mechanik automatisch der Elevation der Sonne nachgeführt.Cast glass panes with rolled-in linear Fresnel cylinder lens profiles as glass coverings for solar applications are state of the art. The Fresnel cylinder lenses achieve a concentration of direct solar radiation in focal lines on the absorber systems below. The absorbers are installed at a sufficiently large distance from each other and only slightly impair the transparency of the glass roof. In order to guarantee the concentration of solar radiation on the absorbers even if the position of the sun deviates from the fixed design, the absorber systems are automatically adjusted to the elevation of the sun using a sensor and a simple mechanism.

Durch Streueffekte an den Fresnel-Zylinderlinsen entsteht diffuses Licht, welches zusätzlich für angenehme, blendungsfreie Tageslicht-Beleuchtung sorgt. Es kann sowohl das gesamte Dach eines Gebäudes, als auch nur ein Teil davon, mit den beschriebenen Glascheiben belegt werden. Die Glasscheiben werden anstatt einer normalen Glaseindeckung verwendet. Infolge der Konzentration der direkten Sonneneinstrahlung kann ein die Absorber durchströmendes Wärmeträgermedium in einem breiten Temperaturbereich, von Nieder- bis zur Prozeßwärme-Temperatur, erwärmt werden.Scattering effects on the Fresnel cylinder lenses create diffuse light, which also provides pleasant, glare-free daylight lighting. The entire roof of a building, or just a part of it, can be covered with the glass panes described. The glass panes are used instead of a normal glass covering. Due to the concentration of direct sunlight, a heat transfer medium flowing through the absorbers can be heated in a wide temperature range, from low to process heat temperatures.

-3-Insgesamt
lassen sich mit der vorliegenden Technologie folgende Vorteile kombinieren:
-3-Total
The following advantages can be combined with this technology:

Erhaltung der Transparenz des GlasdachesMaintaining the transparency of the glass roof

- Erzeugung von blendungsfreier Tageslicht-Beleuchtung Klimatisierung der darunterliegenden Räume
kein Beschattungssystem erforderlich
keine Beeinträchtigung der Außenansicht des Glasdaches attraktive architektonische Innengestaltung
- Generation of glare-free daylight lighting Air conditioning of the rooms below
no shading system required
no impairment of the exterior view of the glass roof attractive architectural interior design

- Umwandlung der direkten Sonneneinstrahlung in Nutzwärme Erzeugung von hohen Wärmeerträgen durch große Kollektorflächen Möglichkeit hohe Temperaturen zu erzeugen durch Strahlenkonzentration keine Witterungsprobleme, da alle Komponenten im Rauminnern einfache "Abschaltung" des Kollektors durch Verschieben aus Brennlinie.- Conversion of direct solar radiation into useful heat. Generation of high heat yields through large collector surfaces. Possibility of generating high temperatures through radiation concentration. No weather problems, as all components are inside the room. Simple "switching off" of the collector by moving it out of the focal line.

Besonders erfolgsversprechende Anwendungen werden für glaseingedeckte Dachkonstruktionen in öffentlichen Gebäuden, Industriehallen, Gewerbe- und Büroräumen, Sport- und Freizeitanlagen, Ausstellungs- und Hotelhallen, Wintergärten, etc. zur Brauchwasser-Erwärmung bzw. Erzeugung von Prozeßwärme, Heizung, Klimatisierung und Tageslicht-Beleuchtung gesehen. Die Technologie erscheint besonders interessant für "Solarhäuser" in Niedrigenergie-Bauweise mit Erdspeicher und Wärmepumpen für Brauchwasser-Erwärmung, Heizung und Kühlung. Weitere interessante Anwendungen werden in der effizienteren Umwandlung der konzentrierten Solarenergie in elektrischen Strom mittels PV-Elementen gesehen.Particularly promising applications are seen for glass-covered roof structures in public buildings, industrial halls, commercial and office spaces, sports and leisure facilities, exhibition and hotel halls, winter gardens, etc. for domestic water heating or the generation of process heat, heating, air conditioning and daylight lighting. The technology appears particularly interesting for "solar houses" in low-energy construction with underground storage and heat pumps for domestic water heating, heating and cooling. Other interesting applications are seen in the more efficient conversion of concentrated solar energy into electrical current using PV elements.

In der Abb. 1 ist schematisch eine Glasscheibe 1 mit zwei an der Unterseite eingeprägten linearen Fresnel-Zylinderlinsenprofilen, entsprechend dem Stand der Technik und die resultierende Strahlenkonzentration 3 auf darunterliegende Absorber 2 dargestellt.Figure 1 schematically shows a glass pane 1 with two linear Fresnel cylinder lens profiles embossed on the underside, according to the state of the art, and the resulting radiation concentration 3 on the absorber 2 underneath.

-A--A-

In der Abb. 2 ist die gleiche Anordnung mit Vakuum-Röhrenkollektoren 2, zur Erzeugung höherer Temperaturen, dargestellt.Figure 2 shows the same arrangement with vacuum tube collectors 2 to generate higher temperatures.

Der Hauptanspruch der vorliegenden Anmeldung bezieht sich auf lichtdurchlässige Folien und Beschichtungen mit Fresnellinsenprofilen für Glasscheiben und andere lichtdurchlässige Abdeckungen, welche sowohl als Linsen zur Konzentration der direkten Sonneneinstrahlung wie auch als Bruchsicherung gegen herabfallende Glasscherben dienen. In der Abb. 3 sind verschiedene Möglichkeiten der Anbringung der Folien bzw. Beschichtungen bei Einzelbzw. Verbundscheiben, Fälle 1 bis 4, schematisch dargestellt, wobei weitere Kombinationen denkbar sind.The main claim of the present application relates to translucent films and coatings with Fresnel lens profiles for glass panes and other translucent covers, which serve both as lenses for concentrating direct sunlight and as protection against falling glass shards. Fig. 3 shows schematically various options for applying the films or coatings to single or composite panes, cases 1 to 4, whereby further combinations are conceivable.

Ein zusätzlicher Schutzanspruch wird auf das Werkzeug zur Herstellung der Folien bzw. Beschichtungen mit Fresnel-Zylinderlinsenprofllen erhoben. Die erforderliche Extrudierwalze läßt sich vorteilhaft aus einzelnen Scheiben, wie in der Abb. 4 schematisch dargestellt, zusammensetzen. Die Vorzüge liegen in der Realisierung kleinster Krümmungen und der Feinstbearbeitung der Flanken der Fresnel-Linsenprofile. Der kleinste technisch machbare Radius in den Unstetigkeitsstellen der Linse wird dabei nur von den Materialeigenschaften der Walze und der Oberflächenspannung des Folien- bzw. Beschichtungsmaterials begrenzt.An additional protection claim is made for the tool for producing the films or coatings with Fresnel cylinder lens profiles. The required extrusion roller can be advantageously assembled from individual disks, as shown schematically in Fig. 4. The advantages lie in the realization of the smallest curvatures and the precision machining of the flanks of the Fresnel lens profiles. The smallest technically feasible radius in the discontinuities of the lens is only limited by the material properties of the roller and the surface tension of the film or coating material.

Claims (13)

- 5 -Ansprüche- 5 -Claims 1) Lichtdurchlässige Folien und Beschichtungen mit Fresnel-Linsenprofilen, linear und nichtlinear, welche auf Glasscheiben und andere lichtdurchlässige Abdeckungen aufgebracht werden, zur Konzentration der direkten Sonneneinstrahlung.1) Translucent films and coatings with Fresnel lens profiles, linear and non-linear, applied to glass panes and other translucent coverings to concentrate direct solar radiation. 2) Anspruch nach 1)2) Claim under 1) dadurch gekennzeichnet, daß Klebe- oder Haftfolien mit Fresnel-Linsenprofilen aufgebracht sind.characterized in that adhesive or cling films with Fresnel lens profiles are applied. 3) Anspruch nach 1) dadurch gekennzeichnet, daß die Fresnel-Linsenprofile in einem Beschichtungsverfahren auf die Glasscheiben bzw. anderen lichtdurchlässigen Abdeckungen aufgebracht sind.3) Claim according to 1), characterized in that the Fresnel lens profiles are applied to the glass panes or other light-permeable covers in a coating process. 4) Anspruch nach 1) bis 3) dadurch gekennzeichnet, daß die Fresnellinse die direkte Sonneneinstrahlung in einer Brennlinie, einer Folge von Brennpunkten auf einer Linie oder in einem Brennpunkt konzentriet.4) Claim according to 1) to 3), characterized in that the Fresnel lens concentrates the direct solar radiation in a focal line, a sequence of focal points on a line or in a focal point. 5) Anspruch nach 1) bis 4) dadurch gekennzeichnet, daß die Glasscheiben oder lichtdurchlässigen Abdeckungen als Einzel- oder Verbundscheiben ausgeführt sind.5) Claim according to 1) to 4), characterized in that the glass panes or translucent covers are designed as single or composite panes. 6) Anspruch nach 1) bis 5) dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Glasscheiben oder lichtdurchlässige Abdeckungen in Sicherheits-, Isolier- oder Wärmeschutzqualität ausgeführt sind.6) Claim according to 1) to 5), characterized in that one or more glass panes or translucent covers are designed in safety, insulation or heat protection quality. 7) Anspruch nach 1) bis 6) dadurch gekennzeichnet, daß in den Brennlinien bzw. im Brennpunkt der Fresnellinsen nachfuhrbare Absorber angeordnet sind.7) Claim according to 1) to 6), characterized in that adjustable absorbers are arranged in the focal lines or in the focal point of the Fresnel lenses. 8) Anspruch nach 7) dadurch gekennzeichnet, daß die Absorber einseitig gedämmt (isoliert) sind, mit oder ohne selektive Beschichtungen auf der ungedämmten Seite.8) Claim according to 7) characterized in that the absorbers are insulated on one side, with or without selective coatings on the uninsulated side. 9) Anspruch nach 7)9) Claim under 7) dadurch gekennzeichnet, daß die Absorber als Vakuum-Röhrenkollektoren ausgeführt sind.characterized in that the absorbers are designed as vacuum tube collectors. 10) Anspruch nach 7)10) Claim under 7) dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der vorher beschriebenen Absorber PV-Elemente aufgebracht sind.characterized in that PV elements are applied instead of the previously described absorbers. 11) Anspruch nach 7) dadurch gekennzeichnet, daß die Absorber aus einer Kombination der Ansprüche 8), 9) und 10) bestehen.11) Claim according to 7) characterized in that the absorbers consist of a combination of claims 8), 9) and 10). 12) Anspruch nach 1) bis 3) dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug zur Herstellung der Folien bzw. der Beschichtungen mit den Fresnel-Zylinderlinsenprofilen aus einzelnen Scheiben zusammengesetzt ist.12) Claim according to 1) to 3), characterized in that the tool for producing the films or coatings with the Fresnel cylinder lens profiles is composed of individual disks. 13) Anspruch nach 12) dadurch gekennzeichnet, daß Folien größerer Dicke mit Fresnel-Zylinderlinsenprofilen auch ohne Glasscheiben und andere lichtdurchlässige Abdeckungen hergestellt und verwendet werden.13) Claim according to 12) characterized in that films of greater thickness with Fresnel cylinder lens profiles are also produced and used without glass panes and other translucent covers.
DE29518303U 1995-11-23 1995-11-23 Films and coatings with Fresnel lens profiles for glass panes and other translucent covers to concentrate direct sunlight for solar useful heat generation, air conditioning and daylight lighting Expired - Lifetime DE29518303U1 (en)

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