AT411708B - Thermischer solarkollektor - Google Patents

Description

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   Die Erfindung betrifft einen thermischen Solarkollektor mit einem mehrschichtigen Aufbau aus flächigen Bauteilen mit einer äusseren lichtdurchlässigen Begrenzungsplatte und einem thermisch isolierten Absorberraum, welcher von einer als Absorber und Wärmeträger fungierenden Flüssig- keit durchströmbar ist. 



   Ein derartiger thermischer Solarkollektor ist beispielsweise aus der US 4,227,514 A bekannt. 



  Dieser Solarkollektor weist ein nach oben offenes, wannenförmiges Gehäuse aus einem geeigne- ten Kunststoff auf und ist mit einer äusseren lichtdurchlässigen Schicht aus Glas oder Kunststoff bedeckt. Unterhalb der äusseren Abdeckung und innerhalb des wannenförmigen Gehäuses ist eine Anzahl von parallel zueinander verlaufenden Kanälen angeordnet, welche von einer schwarzen Flüssigkeit, die gleichzeitig als Absorber und Wärmeträgermedium fungiert, durchströmt werden. 



  Die Kanäle sind von einer lichtdurchlässigen Scheibe, aus Glas oder Kunststoff dicht abgedeckt. 



  Der Wirkungsgrad dieses bekannten Solarkollektors ist zwar besser als der von sonstigen aus dem Stand der Technik bekannten Solarkollektoren mit festen Absorbern, aber immer noch verbesse- rungswürdig. 



   Die erwähnten, das auftreffende Sonnenlicht durch feststoffliche, meist metallische Bauteile mit dunkler Oberfläche absorbierende Solarkollektoren übertragen mittels ihrer Absorber die entste- hende Eigenwärme auf ein sie durchströmendes Wärmeträgermedium, welches die derart gewon- nene Wärmeenergie regelmässig in einem geschlossenen Kreislauf zu einem Wärmeverbraucher transportiert. Der mechanische Aufbau eines solchen Kollektors besteht aus einer durch festes Material gefertigten Wanne, die den flächigen Absorber samt einem an seinen der Sonne abge- wandten Seiten angebrachten Wärmedämmstoff aufnimmt und an ihrer sonnenbeschienenen Seite entweder offen oder zur Abschirmung des Absorbers gegen Umweltweinflüsse und zu dessen weiterer thermischer Isolierung mit einer lichtdurchlässigen Scheibe verschlossen ist. 



   Ein Nachteil dieser Kollektoren besteht darin, dass ihre festen Absorber hohe Eigentemperatu- ren erreichen und einen Grossteil der aufgenommenen Energie anstelle der beabsichtigten Über- tragung auf das sie durchströmende Medium in Form sonstiger Konvektion und infraroter Strahlung an ihre Umwelt verlieren. Besondere, auch mehrlagige Oberflächenbeschichtungen der Absorber sollen dies verhindern. Diese können zwar das Absorptions-Emmissions-Verhältnis, also den Wirkungsgrad des Sonnenkollektors, verbessern, aber keine Konvektions- und Abstrahlungsverlus- te in der Grössenordnung der zwischen Absorber und Wärmeträgermedium bestehenden Tempera- turdifferenz unterbinden. Als weitere Gegenmassnahme werden häufig die oben genannten licht- durchlässigen Scheiben verwendet.

   Sie schliessen in der den Absorber beinhaltenden Wanne einen Luftpolster ein, der ihn thermisch besser gegen seine Umwelt isoliert. Derartige Kollektoren neigen aber zu thermisch bedingtem Überdruck, wenn ihr besonnter Absorber entleert wird oder das in ihnen enthaltene Wärmeträgermedium stillsteht. Unter Sonnenbestrahlung führt daher jede Form des Betriebsstillstandes solcher Kollektoren früher oder später zu gerätgefährdender oder - zerstörender Überhitzung. 



   Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen thermischen Solarkollek- tor derart auszuführen, dass die solare Strahlungsenergie besser als bei herkömmlichen Solarkol- lektoren unter Hintanhaltung infraroter Abstrahlungs- und Konvektionsverluste zur weiteren ener- gietechnischen Verwendung in Form von in einem flüssigen Trägermedium enthaltender Wärme abgeleitet werden kann, bei gleichzeitiger Vermeidung hoher Leerlauftemperaturen. 



   Gelöst wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäss dadurch, dass die der Sonne zugewandte Begrenzungsplatte einen doppelwandigen, einen evakuierten Hohlraum einschliessenden Aufbau aufweist. 



   Bei einem gemäss der Erfindung ausgeführten Solarkollektor wird sichergestellt, dass die bei herkömmlichen Kollektoren eine Abstrahlungs- und Konvektionsverluste verursachende Tempera- turdifferenz zwischen Absorber und Wärmeträger von vornherein ausgeschlossen ist und dass Massnahmen zur Verringerung solcher Verluste gegenstandslos sind. Daraus folgt auch, dass der Sonnenkollektor in einem mit Wärmeträgermedium nicht befüllten Zustand kaum zu seiner Erwär- mung führende Strahlungsenergie absorbiert. Die Strahlungsabsorption kann dabei zur Gänze direkt unter Vakuumisolierung erfolgen. 



   Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Absorberraum auf der der Sonne abgewandten Seite ebenfalls mit einer doppelwandigen, einen evakuierten Hohlraum ein- schliessenden Begrenzungsplatte umgeben. Auch diese Massnahme vermindert Wärmeverluste und 

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 minimiert die Eigenerwärmung auch nach rückwärts. Dabei kann diese Platte ebenfalls aus licht- durchlässigem Material bestehen, sodass erfindungsgemässe Solarkollektoren auch bei Gebäuden als Licht einlassende Teile Verwendung finden können. 



   Von Vorteil ist es dabei ferner, wenn auf der zweiten Begrenzungsplatte eine Infrarotstrahlung in den Absorberraum reflektierende Schichte aufgebracht ist. Diese Massnahme erhöht den thermi- schen Wirkungsgrad ohne die Lichtdurchlässigkeit zu beeinträchtigen. 



   Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung können die evakuierten Hohlräume zwischen den flächigen Bauteilen der Begrenzungsplatten durch Abstandshalter stabilisiert sein, die somit einer Kollabierung der Platten entgegenwirken. 



   Die bevorzugte Ausführung der Abstandshalter aus faserförmigen Material hat vor allem den Vorteil der Beheizbarkeit beim Einsatz elektrisch leitfähiger Fasern. 



   Die Zeichnungsfiguren stellen den erfindungsgemässen Solarkollektor wie folgt dar : 
Fig. 1 ist ein Schnitt entlang der Line A-B der Fig. 3, Fig. 2 ist ein Schnitt entlang der Line C-D der Fig. 1, Fig. 3 ist ein Schnitt entlang der Line E-F der Fig. 

Claims (6)

1. Der mechanische Aufbau der vorliegenden Erfindung besteht aus zwei lichtdurchlässigen, je- doch gas- und wasserundurchlässigen doppelwandigen Begrenzungsplatten 1, 1' vorzugsweise aus Glas, glasartiger Keramik oder transparentem Kunststoff, die im Abstand von einem bis höchs- tens mehreren Millimetern parallel zueinander angeordnet sind und an ihren Rändern miteinander über eine umlaufende Dichtung 2, jedoch unter Aussparung von Öffnungen für Zu- und Abläufe 8, 9 eines flüssigen Mediums, verbunden sind. Innerhalb jeder Begrenzungsplatte 1,1' umschliessen deren gegeneinander durch vorzugsweise faserförmige, höchstens mehrere Millimeter starke Abstandshalter 3 abgestützte Wände 4 gemeinsam mit einer ihre Ränder umlaufenden und verbin- denden Dichtung 5 einen evakuierten Hohlraum 6. Der zwischen der Begrenzungsplatten 1,1' befindliche Hohlraum, der Absorberraum 7, ist Be- standteil eines geschlossenen Kreislaufes mit einer Abführung der Nutzwärme über Wärmetau- scher und ist gefüllt mit einer durch geeignete, gelöste, dispergierte oder suspendierte Stoffe besonders konditionierten, dunkel gefärbten Flüssigkeit. Gemäss einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung sind alle flächigen Bauteile des Solarkollektors lichtdurchlässig. Die den jeweiligen Absorberraum 7 durchströmende Flüssig- keit fungiert gleichzeitig als Absorber und Wärmeträgermedium. Damit wird die bei herkömmlichen Solarkollektoren Abstrahlungs- und Konventionsverluste verursachende Temperaturdifferenz zwischen Absorber und Wärmeträgermedium von vornherein ausgeschlossen und es werden Massnahmen zur Verringerung solcher Verluste gegenstandslos gemacht. Daraus folgt auch, dass der Flachkollektor in einem nicht mit Wärmeträgermedium befüllten Zustand kaum zu seiner Er- wärmung führende Strahlungsenergie absorbiert. Neu ist ferner, dass die Strahlungsabsorption zur Gänze direkt unter Vakuumisolierung erfolgen kann. Gemäss einer Ausführungsvariante können die faserförmigen Abstandshalter 3 aus elektrisch leitfähigem und dadurch als Widerstandsheizung einsetzbarem Material bestehen. Hierdurch kann der Kollektor bei Bedarf enteist werden. Bei einer weiteren Ausführungsvariante können die der Sonne abgekehrten flächigen Bauteile lichtundurchlässig, mit einer in das Kollektorinnere reflektie- renden Schicht oder ohne thermisch isolierende Vakuumschicht ausgeführt werden. PATENTANSPRÜCHE : 1. Thermischer Solarkollektor mit einem mehrschichtigen Aufbau aus flächigen Bauteilen mit einer äusseren lichtdurchlässigen Begrenzungsplatte sowie mit einem thermisch isolierten Absorberraum, welcher von einer dunkel gefärbten, als Absorber und Wärmeträger fungie- renden Flüssigkeit durchströmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die äussere Begrenzungsplatte (1 ) einen doppel- wandigen, einen evakuierten Hohlraum (6) einschliessenden Aufbau aufweist.

2. Thermischer Solarkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Absorber- raum (7) auf der der Sonne abgewandten Seite von einer doppelwandigen, einen evakuier- ten Hohlraum einschliessenden zweiten Begrenzungsplatte (1') umgeben ist.

3. Thermischer Solarkollektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die der Son- <Desc/Clms Page number 3> ne abgewandte zweite Begrenzungsplatte (1') aus lichtdurchlässigem Material besteht.

4. Thermischer Solarkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf der zweiten Begrenzungsplatte (1') eine Infrarotstrahlung reflektierende Schicht aufgebracht ist.

5. Thermischer Solarkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die evakuierten Hohlräume (6) zwischen den flächigen Bauteilen der Begrenzungs- platten (1, 1') durch, vorzugsweise faserförmige Abstandshalter (3) stabilisiert sind.

6. Thermischer Solarkollektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ab- standshalter (3) aus elektrisch leitfähigem, eine elektrische Widerstandsheizung bildendem Material bestehen.