DE102008036738B4

DE102008036738B4 - Folien-Flachkollektor

Info

Publication number: DE102008036738B4
Application number: DE102008036738A
Authority: DE
Inventors: Michael T. Witt; Winfried Eschle
Original assignee: WITT SOLAR AG
Current assignee: WITT, ILSE, DE
Priority date: 2008-08-07
Filing date: 2008-08-07
Publication date: 2010-12-23
Anticipated expiration: 2028-08-08
Also published as: DE102008036738A1

Abstract

Folien-Flachkollektor zur solaren Erwärmung eines Wärmeüberträgers (8), der stirnseitig zugeführt wird und großflächig den Flachkollektor durchströmt, der aus mehreren Folienschichten besteht:
• eine in einer Seitenbegrenzung (12) angeordneten Grundfolie (1), welche mit einem Egalisierungsmedium (7) gefüllt ist, das die Unebenheiten der zur Verfügung stehenden Grundfläche ausgleicht
• einer auf dem Egalisierungsmedium (7) schwimmenden Schwimmfolie (2)
• einer auf der Schwimmfolie (2) aufliegenden Wärmedämmung (9)
• einer auf der Wärmedämmung (9) angeordneten, durch das Egalisierungsmedium (7) exakt horizontal ausgerichteten Absorberfolie (3) und
• einer die Absorberfolie (3) abdeckenden transparenten Wärmedämmfolie (4).

Description

Es ist vorgesehen, den Erfindungsgegenstand vorwiegend als großflächigen Folien-Flachkollektor für solarthermische Kraftwerke einzusetzen. Der Folien-Flachkollektor weist mehrere Folienschichten auf. Die Folien sind übereinander angeordnet und haben unterschiedliche Aufgaben und Eigenschaften.
Es sind Mittel vorgesehen, die es ermöglichen, den Kollektor großflächig und absolut horizontal zu betreiben.
Ein Wärmeträger fließt zwischen den Folien durch den Flachkollektor. Zur optimalen Nutzung der Sonneneinstrahlung wird der Wärmeträger durch eine Zwangsführung mit geringem Druckverlust zwangsgeführt.
Flachkollektoren dienen in der Regel dazu, um bei möglichst kleiner Fläche aus der Solarstrahlung einen möglichst großen Anteil in nutzbare Wärme umzuwandeln. Dabei wird das Trägermedium in gängigen Systemen durch Kupferrohre geführt, auf welche der Absorber zur optimalen Wärmeübertragung angelötet ist. Eine andere Bauform sind miteinander verlötete profilierte Kupferplatten, deren Profilzwischenraum vom Trägermaterial direkt durchströmt wird. Diese so genannten Streifenabsorber werden aber immer seltener eingesetzt – vorwiegend in Selbstbaukollektoren oder wenn es um spezielle geometrische Flächen geht.
Ein Sonnenkollektor mit innen liegendem Absorber ist aus der DE 29603275 U1 bekannt. Durch die Nutzung von Bauformen wie Doppelstegplatten, ist der spezifische Materialaufwand sehr hoch.
Ein Einfachkollektor, bei dem der Speicher sich direkt unterhalb des Kollektors befindet, ist aus der DE 9012422 U1 bekannt. Da bei diesem System eine aufwendige Regelung sowie viel Verrohrungsaufwand erforderlich ist, ist diese Erfindung für großtechnische Anwendungen weniger geeignet.
Aus der EP0029565 A1 ist ein Folienkollektor bekannt, bei dem die zu erwärmende Flüssigkeit zwischen zwei Kunststoff-Folien durch ein Glasfaservlies oder durch eine poröse Kunststoffmatte fließt. Für Kollektorlängen über ca. 10 m muß mit einem hohen Druckverlust gerechnet werden, der zu unzulässig hohen Spannungen in der Folienkonstruktion und zu hohem Pumpenergiebedarf führt.
All diese Flachkollektoren sind daher für einen großflächigen Einsatz ungeeignet bzw. unwirtschaftlich.
Im Handel werden auch so genannte Schwimmbadabsorber angeboten. Bei Schwimmbadabsorbern handelt es sich meist um Matten aus Hitze- und UV-beständigen schwarzem Kunststoff, die meistens auf Dächern von Umkleidekabinen ausgelegt sind. In diese Matten sind Schläuche eingebettet, durch die das Schwimmbadwasser direkt hindurchgepumpt wird. Im Vergleich zu Flach- und Vakuumröhrenkollektoren erreichen solche Kollektoren aber nur geringe Temperaturen, die allerdings für die Unterstützung der Erwärmung eines Schwimmbeckens ausreichend sind.
Auch wenn mit den bekannten Vorrichtungen gute Ergebnisse erzielt werden, so haftet ihnen doch der Nachteil an, dass sie für einen großflächigen Einsatz entweder aufgrund ihrer Konstruktion, ihrer technischen Eigenschaften oder wegen der hohen Anschaffungskosten nicht geeignet sind.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen eingangs genannten Flachkollektor derart auszubilden, dass dessen großflächiger Einsatz auch auf unebenem Untergrund ermöglicht wird und die Kosten pro m² Kollektorfläche wesentlich niedriger als die von herkömmlichen Flachkollektoren sind. Dadurch ist es möglich, genügend preiswerte Energie für solarthermische Kraftwerke zur Verfügung zu stellen, um diese mit geringen Stromerzeugungskosten betreiben zu können.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Gemäß der Erfindung sind Mittel vorgesehen, durch die der im Flachkollektor befindliche Wärmeträger den Flachkollektor auf einer sehr ebenen Fläche gleichmäßig durchfließt. Die Füllhöhe des Wärmeträgers kann dadurch gleichmäßig gering gehalten werden, so dass die Vorteile eines Flachkollektors, einer geringen Wärmeüberträgermenge, eine große Einstrahlfläche zur Verfügung zu stellen, größtmöglich erfüllt wird. Die Absorberfolie und die Zwangsführung mit den zusätzlichen Absorberflächen liegen auf einer Wärmedämmung. Diese wird durch die Egalisierungsflüssigkeit eben gelagert. Durch die Wärmedämmung unten und die auf dem Wärmeträger schwimmende transparente Wärmedämmfolie werden die Wärmeverluste reduziert. Dieser Effekt wird durch die darüber befindliche Luftisolationsschicht unterstützt.
Der Wärmeträger durchfließt den Kollektor der Länge nach und erhitzt sich entsprechend der eingestellten Durchflussgeschwindigkeit.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines besonderen Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung
Es zeigt:
1 einen schematischen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Folien-Flachkollektor.
Wie aus der Zeichnung zu entnehmen ist, sieht eine Ausführungsform der Erfindung vor, dass die Grundfläche, auf die der Kollektor aufgelegt werden soll, grob eingeebnet wird. Nach dem Anbringen der Seitenbegrenzung (12) wird die Grundfolie (1) verlegt, auf die anschließend das Egalisierungsmedium (7) eingeleitet wird bis die gesamte Fläche mit dem Egalisierungsmedium aufgefüllt ist. Auf die dadurch gebildete ebene Oberfläche wird die Schwimmfolie (2) gelegt, auf die wiederum eine schwimmfähige Wärmedämmung (9) installiert wird. Auf diese wird die Absorberfolie (3) aufgebracht. Die Zwangsführungen (10) werden auf die Absorberfläche aufgelegt und fixiert. Der Wärmeträger (8) wird bis zu einer bestimmten Füllhöhe eingefüllt. Ist die Füllhöhe erreicht, wird die transparente Wärmedämmfolie (4) auf den Wärmeträger aufgelegt. Darüber wird die Zwischenfolie (5) angebracht, wodurch eine Luftzwischenschicht (11) entsteht, die als zusätzliche Isolation dient. Alle aufgeführten Folien werden an der Seitenbegrenzung (12) befestigt. Im Anschluss werden die Dachstreben montiert und die Deckfolie (6) aufgelegt, die ebenfalls an den Seitenbegrenzungen (12) befestigt wird.
Die Wärmeträgerzufuhr erfolgt auf einer der beiden Stirnseiten des Kollektors mittels einer Zuführpumpe. Die Zuführmenge wird durch die aktuelle Solarstrahlung und die gewünschte Temperatur an der Ausgangsseite des Kollektors geregelt. Bei bestimmten Wärmeträgern und Temperaturen entstehen an der Oberfläche des Wärmeträgers (8) Gase, die abgeführt werden müssen. In diesem Fall wird die Wärmedämmfolie (4) leicht perforiert ausgeführt. Durch eingebaute Ventilatoren werden Luftfeuchtigkeit und Lufttemperatur zwischen den Folien reguliert. Dies kann ebenfalls dadurch erreicht werden, dass die Zwangsführung (10) Öffnungen und Hohlräume aufweist, durch die bei der Erwärmung des Wärmeträgers (8) auftretende Gase abgeführt werden können.

1: Grundfolie
2: Schwimmfolie
3: Absorberfolie
4: Wärmedämmfolie
5: Zwischenfolie
6: Deckfolie
7: Egalisierungsmedium
8: Wärmeträger
9: Wärmedämmung
10: Zwangsführung
11: Luftzwischenschicht
12: Seitenbegrenzung
13: Luftisolationsschicht

Claims

Folien-Flachkollektor zur solaren Erwärmung eines Wärmeüberträgers (8), der stirnseitig zugeführt wird und großflächig den Flachkollektor durchströmt, der aus mehreren Folienschichten besteht: • eine in einer Seitenbegrenzung (12) angeordneten Grundfolie (1), welche mit einem Egalisierungsmedium (7) gefüllt ist, das die Unebenheiten der zur Verfügung stehenden Grundfläche ausgleicht • einer auf dem Egalisierungsmedium (7) schwimmenden Schwimmfolie (2) • einer auf der Schwimmfolie (2) aufliegenden Wärmedämmung (9) • einer auf der Wärmedämmung (9) angeordneten, durch das Egalisierungsmedium (7) exakt horizontal ausgerichteten Absorberfolie (3) und • einer die Absorberfolie (3) abdeckenden transparenten Wärmedämmfolie (4).
Folien-Flachkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllhöhe des Wärmeträgers (8) veränderbar ist, wobei die transparente Wärmedämmfolie (4) automatisch dem Wasserstand folgt.
Folien-Flachkollektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Absorberfolie (3) und der Wärmedämmfolie (4) eine Zwangsführung (10) angeordnet ist, durch welche der Durchfluss durch den Kollektor zwangsgeführt wird.
Folien-Flachkollektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwangsführung (10) Öffnungen und Hohlräume aufweist, die bei der Erwärmung des Wärmeträgers (8) auftretende Gase nach oben abgeführt werden können.
Folien-Flachkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich in der transparenten Wärmedämmfolie (4) eine spezielle Perforation befindet, die bei der Erwärmung des Wärmeträgers (8) auftretende Gase nach oben abführt.
Folien-Flachkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieser im Wesentlichen rechteckig ausgebildet ist und die Länge ein Vielfaches der Breite beträgt.
Folien-Flachkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Luftzwischenschicht (11) durch eine zusätzliche Zwischenfolie (5) gebildet wird.
Folien-Flachkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine den Folien-Flachkollektor abdeckende transparente Deckfolie (6) so auf Streben aufgelegt wird, dass Wasser und loses Material abfließen bzw. abgewaschen werden können.
Folien-Flachkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einer der Stirnseiten des Kollektors ein oder mehrere Ventilatoren angebracht sind, die die eventuell auftretende Luftfeuchtigkeit in einer durch die Deckfolie (6) gebildeten Luftisolationsschicht (13) und einer zwischen Wärmedämmfolie (4) und der Zwischenfolie (5) liegenden Luftzwischenschicht (11) gezielt ableiten und die Temperatur regulieren.
Folien-Flachkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenbegrenzung (12) direkt auf dem Boden aufliegt.