DE4322848A1

DE4322848A1 - Solarkollektor

Info

Publication number: DE4322848A1
Application number: DE4322848A
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-07-08
Filing date: 1993-07-08
Publication date: 1995-01-12

Description

Die Erfindung betrifft einen Solarkollektor, welcher mit einem Sorptions aggregat oder einem Heißgasmotor, z. B. einer Stirlingmaschine verbunden ist.

Da die Thermodynamik sowohl von Sorptionsprozessen, als auch von Heißgas motoren, zur Erzeugung eines geschlossenen Zyklus neben der "heißen" stets eine "kalte" Seite erfordert, wird vorgeschlagen, gemäß Anspruch 1 die sonnen abgewandten, "kalten" Bauteile und Flächen des Solarkollektors als konstruk tive Bestandteile für diese Kühler und Kondensatoren zu verwenden.

Nicht nur ist es so, daß es keinen schattigeren Platz gibt, als die Rückseite eines stets der Sonne zugewandten Solarkollektors.

Generell werden auch alle Überlegungen zur Wirtschaftlichkeit der Sonnenener gienutzung stets von der Frage dominiert, wie mit möglichst geringem Auf wand möglichst viel Fläche zum Einsammeln der Sonnenstrahlen dargestellt werden kann.

Die kollimierenden, bzw. konzentrierenden Kollektoren können generell in zwei Gruppen eingeteilt werden, je nachdem, ob sie die Sonnenstrahlung in einem Brennpunkt, oder in einer Brennlinie konzentrieren.

Der Aufwand zur Konzentration in einem Brennpunkt ist dabei entschieden höher, auch wenn der Spiegel, welcher theoretisch die Form eines Drehpara boloids haben müßte, aus planen, natürlich möglichst kleinflächigen Einzel spiegeln zusammengesetzt wird.

Da zudem diese Spiegel in zwei Ebenen dem Sonnenstand nachge führt werden müssen, ist dieser hohe Aufwand nur für das Erreichen der maxi malen Energiedichte sinnvoll.

Um eine, auch wirtschaftlich gesehen, Dimension geringer ist der Aufwand zur Konzentration der Sonnenstrahlung in der Brennlinie einer Spiegelrinne.

Da es am billigsten ist, eine solche Spiegelrinne durch Biegen einer polier ten Blechplatte herzustellen, und da diese dann eine sehr günstige Statik aufweist, welche es wiederum erlaubt, den Aufwand für das Tragegerüst gering zu halten, wurden solche Spiegelrinnen bisher nicht aus planen Einzelspiegeln zusammengesetzt.

Das Verhältnis von wirtschaftlichem Aufwand Spiegelfläche zu -träger ändert sich aber grundlegend, wenn die erfindungsgemäße Ausbildung des Spiegelträ gers als Wärmetauscher es erlaubt, fast ohne zusätzlichen Aufwand die Spie gelrinne aus planen Einzelspiegeln zusammenzusetzen.

In der Brennlinie von Rinnenkollektoren bekannter Bauart befindet sich ein Sammlerrohr, in welchem ein flüssiger Wärmeträger entweder nur erhitzt oder auch verdampft wird.

In der deutschen Patentanmeldung Nr. 3521448.1 wird vorgeschlagen, die Solar strahlung auf ein Glasrohr zu konzentrieren, welches mit einem Adsorptions mittel gefüllt ist.

Der dort beschriebene Solarkühler wird tagsüber erhitzt, nachts wird die Zeolithfüllung durch Abstrahlung und Wärmeleitung an die Umgebung gekühlt.

Im Gegensatz zu dieser Erfindung, welche ausdrücklich ohne zusätzliche Kühlung oder Heizung der Zeolithfüllung auskommen will, wird von mir in den Ansprüche 3 und 4 vorgeschlagen, einen möglichst großflächigen Wärmetauscher in unmittelbaren Kontakt mit der Zeolithfüllung zu bringen.

Großflächig und schwarz muß dieser Wärmetauscher deshalb sein, weil der ge schlossene thermodynamische Zyklus des Sorptionsaggregates im Vakuum abläuft, ein Wärmeübergang zwischen dem Zeolith und dem Wärmetauscher also nur durch die punktförmigen Kontakte mit den Zeolith-Pellets sowie durch Wärmestrah lung möglich ist.

Wichtig ist dieser Wärmetauscher deshalb, weil sich nur durch eine möglichst schnelle Kühlung des Zeoliths die Zykluszeit abkürzen, und damit der Wirkungs grad steigern läßt.

Außerdem ist es natürlich sinnvoll, die Eigenschaften des Systems als Adsorp tionswärmepumpe zu nutzen, was nur möglich ist, wenn die Adsorptionswärme aus dem Zeolith möglichst verlustarm in einem Wärmeträger ausgetragen werden kann. Für diesen Fall, wenn also die Nutzung des Solarkollektors zur Beheizung von Brauchwasser im Vordergrund steht, oder neben der Erzeugung von Kälte gewollt ist, wird als Wärmeträger ein flüssiges Medium gewählt.

Steht nur die Kühlung im Vordergrund, wenn also die Wärme aus dem Zeolith als reine Abwärme lediglich ausgetragen werden muß, ist es sinnvoll, diesen mit Umgebungsluft zu kühlen, z. B. in einem offenen System, welches durch Konvek tion in Gang gehalten wird.

In beiden Fällen ist es möglich und auch wirtschaftlich, einen baugleichen Wärmetauscher zu verwenden.

Die Nutzung der erhitzten Luft zum Betreiben eines Heißgasmotors, z. B. einer Stirlingmaschine erlaubt die Umsetzung der Solarenergie in mechanische Arbeit bzw. elektrischen Strom.

Bei Nutzung des erfindungsgemäßen Kollektors zum Betreiben eines Sorptions aggregates wird in Anspruch 6 vorgeschlagen, mindestens zwei mit Zeolith be füllte Sammler abwechselnd in die Brennlinie ein und derselben Spiegelrinne zu bringen. Der Wirkungsgrad des Gesamtsystems, bezogen auf die Solareinstrah lung, wird damit wesentlich gesteigert, in der Praxis wohl vervielfacht.

Eine transparente Abdeckung für die Spiegelrinne, wie in Anspruch 7 vorgeschlagen, ist vor allem in Gegenden mit hoher Luftverschmutzung wichtig. Neben der Abdeckung mit einer Glasscheibe ist es auch möglich, eine Kunst stoffolie über die Spiegelrinne zu spannen. Um ein Durchhängen dieser Folie, vor allem aber die Verschmutzung der Spiegelflächen durch eindringenden Staub zu verhindern, wird vorgeschlagen, mit einem Gebläse einen leichten Überdruck in der Spiegelrinne zu erzeugen.

Erläuterung der Abbildungen

Abb. 1 zeigt einen Solarkollektor, bestehend aus einem Wärmetauscher 1, auf welchem plane Streifen aus Spiegelglas 2 angebracht sind.

Das Sammlerrohr 3 wird in Abb. 2 geschnitten dargestellt.

Zwischen der Innenwand des Sammlerrohrs a.) und dem Wärmetauscher b.) befin det sich eine Zeolithfüllung d.)

Wenn diese den Wärmetauscher nur zum Teil bedeckt, kann das Verhältnis Heiz leistung zu Kühlleistung des Solarkollektors beliebig eingestellt werden.

In Detail c.) wird eine zweckmäßige Ausführung des Wärmetauschers b.) dar gestellt. Kupferrohre mit einem Durchmesser v. ca. 10 mm werden mit Draht zu einer Art Matte verwebt.

Claims

1. Solarkollektor, bestehend aus flächigen Bauteilen, welche die ein fallende Sonnenstrahlung reflektieren, bzw. konzentrieren, dadurch gekennzeichnet, daß die sonnenabgewandte Rückseite dieser flächigen Bauteile, bzw. die sie tragenden oder stützenden Vorrichtungen als Wärmetauscher ausgebildet sind, bzw. mit zusätzlichen Kühlrippen, Wärme trägerrohren oder ähnlichen Bauteilen versehen sind, welche geeignet sind, Wärme aus einem Wärmeträgerkreislauf auszutragen.

2. Solarkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß seine reflektierende Fläche aus planen Einzelspiegeln besteht, welche so in einer sie tra genden Konstruktion gelagert sind, daß sie in einer Richtung des Raumes parallel zueinander liegen und dadurch eine Spiegelrinne, bzw. ein System gestaffelter Einzelspiegel bilden, welches das einfallende Sonnenlicht auf einen langgestreckten, geraden Sammler konzentriert.

3. Solarkollektor nach vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der langge streckte Sammler so ausgebildet ist, daß in ihm ein gasförmiges Wärmeträger medium mit möglichst gutem Wirkungsgrad durch die Solarstrahlung erhitzt werden kann.

4. Solarkollektor nach den vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der langgestreckte Sammler mit einem Adsorptionsmittel, z. B. Zeolith ganz oder teilweise gefüllt ist, und dadurch, daß er einen Wärmetauscher zur Wärmeabführung aus der Zeolithfüllung enthält, oder als solcher ausgebildet ist.

5. Solarkollektor nach vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammler ganz oder teilweise den Zylinder eines Heißgasmotors, z. B. einer Stirlingma schine bildet.

6. Solarkollektor nach den vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder meh rere Sammler vorgesehen sind, welche mittels einer geeigneten Vorrichtung abwechselnd in die Brennlinie gebracht werden, bzw. aus dieser entfernt werden können.

7. Solarkollektor nach vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß eine transparente Abdeckung vorgesehen ist, welche die reflektierenden Flächen und den Sam mler vor Verschmutzung schützt.