DE102011112974B3

DE102011112974B3 - Solarthermischer Kollektor

Info

Publication number: DE102011112974B3
Application number: DE102011112974A
Authority: DE
Inventors: Hans-Martin Henning; Patrick Dupeyrat; Tomas Nunez; Stefan Henninger
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2011-09-09
Filing date: 2011-09-09
Publication date: 2013-01-24
Anticipated expiration: 2031-09-10
Also published as: WO2013034593A3; EP2753885A2; WO2013034593A2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen solarthermischen Kollektor mit einem Kollektorgehäuse, das zumindest bereichsweise für Strahlung im infraroten und/oder sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums zumindest teilweise oder vollständig transparent ist, und einem im Kollektorgehäuse angeordneten Absorber zur Umwandlung von Sonnenlicht in thermische Energie sowie einer Wärmeübertragungsvorrichtung für den Abtransport der nutzbaren Wärme.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen solarthermischen Kollektor mit einem Kollektorgehäuse, das zumindest bereichsweise für Strahlung im infraroten und/oder sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums zumindest teilweise oder vollständig transparent ist, und einem im Kollektorgehäuse angeordneten Absorber zur Umwandlung von Sonnenlicht in thermische Energie sowie einer Wärmeübertragungsvorrichtung für den Abtransport der nutzbaren Wärme.
Solarthermische Kollektoren erreichen eine Betriebstemperatur, die in erster Linie von der auftreffenden Solarstrahlung und der abgeführten Wärme abhängt. Übliche Betriebstemperaturen für Anwendungen in Gebäuden liegen bei 50 bis 100°C. Bei diesen Betriebstemperaturen sollen die Kollektoren hohe Wirkungsgrade aufweisen, also möglichst geringe Wärmeverluste haben. Bei hoher Einstrahlung (z. B. 800 W/m² und darüber) und geringer oder ausbleibender Wärmeabfuhr stellt sich ein Arbeitspunkt mit sehr hoher Betriebstemperatur ein. Diese Temperatur kann für heute marktgängige Kollektoren im Stagnationsfall – also bei Ausbleiben jeglicher Wärmeabfuhr – 200°C erreichen oder auch noch deutlich darüber liegen. Ein Ausbleiben der Wärmeabfuhr kann einerseits erfolgen, wenn keine Wärmesenke zur Verfügung steht, beispielsweise weil der Wärmespeicher vollständig beladen ist, oder im Schadensfall, z. B. bei Ausfall der Pumpe im Solarkreis. Solarthermische Kollektoren und Anlagen müssen so ausgelegt sein, dass sie diesen Stagnationsfall schadlos überstehen. Dadurch ist jedoch die Auswahl von Herstellungsmaterialien und Konstruktions- und Ausführungsformen deutlich beschränkt. Beispielsweise bestehen enge Grenzen für den Einsatz von kostengünstigen Polymermaterialien, da diese keine derart hohen Temperaturen dauerhaft überleben. Auch innovative Ausführungsformen, wie z. B. thermischphotovoltaische Kollektoren, die zugleich Strom und Wärme bereitstellen, bedürfen einer Temperaturbegrenzung, da die Auflamination der Solarzellen auf den thermischen Absorber nicht hochtemperaturstabil herstellbar ist.
Zielführend sind insofern Verfahren, die es ermöglichen, den Wärmeverlust des Kollektors temperaturabhängig zu schalten. Dies kann grundsätzlich über die Kollektoroberseite oder durch die Kollektorrückseite erfolgen.
In der Vergangenheit wurden bereits vielfältige Wege untersucht, um die Temperatur von solarthermischen Kollektoren bei hoher Einstrahlung und unzureichender oder nicht vorhandener Wärmeabfuhr zu begrenzen. Dazu wurden bislang folgende Wege beschritten:
1) Schaltung der Transmission:
Es wurden Systeme untersucht und versucht zu entwickeln, bei denen die Transmission der äußeren, oberen Abdeckung eines solarthermischen Kollektors oberhalb einer Schalttemperatur abnimmt und damit der Energieeintrag, der den Absorber erreicht, begrenzt wird ( DE 20 2005 007 474 U1 ). Eine Ausführungsform einer solchen Lösung waren sog. thermotrope Schichten. Es wurde allerdings keine technische Machbarkeit erreicht.
2) Schaltung der Emission der Oberflächenschicht des Absorbers im infraroten Bereich des Strahlungsspektrums:
Es wurde versucht, Schichten zu entwickeln, die eine gezielte Erhöhung der Strahlungsemission im Bereich der Wärmestrahlung ermöglichen ( DE 10 2008 038 795 A1 ). Bislang war aber auch dieser Ansatz technisch nicht umsetzbar.
3) Schaltung der Wärmeleitung im Gasraum zwischen Absorber und Glasabdeckung:
Eine Möglichkeit, den Wärmetransport zwischen Absorber und Glasabdeckung gezielt zu beeinflussen, besteht in der Einstellung des Gasdrucks in diesem Zwischenraum (z. B. wie vorgestellt auf der Website der Firma UNIKOLL – www.unikoll.eu/beschreibung_unikoll.html). Dies bedingt eine Schaltung der Wärmeleitung. Allerdings muss ein erheblicher Unterdruck erreicht werden, um einen sichtbaren Schalthub zu erreichen. Entsprechend sind wesentliche Maßnahmen zu treffen, um den Druck auf die Glasabdeckung im evakuierten Zustand abzufangen. Dies ist grundsätzlich möglich, es gibt Vakuum-Flachkollektoren, die entsprechende Stützen aufweisen, um den Druck auf die Glasabdeckung abzufangen. Allerdings sind bislang keine technischen Umsetzungen bekannt, in denen ein solcher Lösungsansatz in Kombination mit einer gezielten Änderung des Gasdrucks im Kollektorinnenraum zur Schaltung des Wärmeverlusts erfolgreich war.
1) Regelbare Belüftung des Zwischenraums zwischen Absorber und Glasabdeckung:
Durch eine gezielte schließbare Öffnung des Zwischenraums zwischen Absorber und Glasabdeckung kann der Wärmeverlust auf der Oberseite vergrößert werden ( WO 2004/070289 A1 ). Nachteil ist die Erfordernis eines mechanischen Bauteils und die Gefahr der Verschmutzung des Innenraums. Bislang ist keine Umsetzung bekannt, die auf einem solchen Lösungsansatz basiert.
Die DE 100 37 088 A1 beschreibt einen Kollektor zur thermischen Nutzung der Sonnenenergie. Der Kollektor ist als Vakuumisolationspanel in Sandwich-Bauweise ausgeführt. Zwischen vorderseitiger transparenter und rückseitiger Folie werden granulares Aerogel, Absorber, Rohrleitungen und rückseitiges Dämmmaterial eingeschlossen und luftdicht versiegelt.
Bislang ist kein Lösungsweg bekannt, der das Ziel einer Absenkung der Stagnationstemperatur durch gezielte Einstellung der thermischen Kollektorverluste erreicht und eine technische Machbarkeit bewiesen hat. Insofern werden heute ausschließlich Materialien und Konstruktionen verwendet, die den erreichten Stagnationstemperaturen ausreichend standhalten.
Ausgehend hiervon war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen solarthermischen Kollektor bereitzustellen, mit dem der Wärmeverlust des Kollektors temperaturabhängig geschaltet werden kann.
Diese Aufgabe wird durch den solarthermischen Kollektor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die weiteren abhängigen Patentansprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen auf. In den Ansprüchen 13 bis 15 werden erfindungsgemäße Verwendungen angegeben.
Erfindungsgemäß wird ein solarthermischer Kollektor mit einem Kollektorgehäuse bereitgestellt, das zumindest bereichsweise für Strahlung im infraroten und/oder sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums zumindest teilweise oder vollständig transparent ist, und einem im Kollektorgehäuse angeordneten Absorber zur Umwandlung von Sonnenlicht in thermische Energie sowie mindestens einer Wärmeübertragungsvorrichtung für den Abtransport der nutzbaren Wärme.
Der erfindungsgemäße solarthermische Kollektor ist dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Kollektorgehäuses mindestens ein Arbeitsmittel und mindestens ein Sorbens für das Arbeitsmittel enthalten sind, wobei das Sorbens und das Arbeitsmittel so aufeinander abgestimmt sind, dass eine Erhöhung der Temperatur des solarthermischen Kollektors zu einer Desorption des Arbeitsmittels aus dem Sorbens und eine Erniedrigung der Temperatur des solarthermischen Kollektors zu einer Sorption des Arbeitsmittels durch das Sorbens führt.
Eine erste erfindungsgemäße Variante des solarthermischen Kollektors sieht vor, dass dieser ein Flachkollektor ist, der, ausgehend von der der einfallenden Strahlung ausgesetzten Kollektoroberseite hin zur Kollektorrückseite, folgenden Aufbau aufweist:

a) die für Strahlung im infraroten und/oder sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums zumindest teilweise oder vollständig transparente Abdeckung,
b) Gasraum,
c) Absorber,
d) einer Wärmeübertragungsvorrichtung, die einen Abtransport der nutzbaren Wärme ermöglicht, sowie
e) mindestens ein thermisches Isolationspaneel, insbesondere ein Vakuum-Isolations-Paneel, sowie
f) eine rückseitige Abdeckung, die den solarthermischen Kollektor auf der der transparenten Abdeckung gegenüberliegenden Seite begrenzt,

In einer weiteren bevorzugten Variante weist der solarthermische Kollektor im Zwischenraum zwischen der für Strahlung im infraroten und/oder sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums zumindest teilweise oder vollständig transparenten Abdeckung und dem Absorber eine transparente Wärmedämmung auf.
Eine weitere erfindungsgemäße Variante sieht vor, dass der solarthermische Kollektor ein evakuierter Flachkollektor mit einer für Strahlung im infraroten und/oder sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums zumindest teilweise oder vollständig transparenten Abdeckung ist, wobei das Sorbens an beliebiger Position im Kollektorgehäuse integriert ist. Eine vorteilhafte Anordnung des Sorbens erfolgt auf der vom Gasraum abgewandten Seite des Absorbers und in einem engen thermischen Kontakt mit dem Absorber.
Eine dritte erfindungsgemäße Variante sieht vor, dass der solarthermische Kollektor ein evakuierter Röhrenkollektor ist, wobei die Röhre aus einem für Strahlung im infraroten und/oder sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums zumindest teilweise oder vollständig transparenten Material, insbesondere Glas und/oder einem Polymerwerkstoff, besteht und im Inneren der Röhre der Absorber angeordnet ist, wobei das Sorbens an beliebiger Position in der Röhre angeordnet ist und bei einer Erhöhung der Temperatur des Kollektors das Sorbens das Arbeitsmittel in das Innere der Röhre freisetzt. Eine vorteilhafte Anbringung des Sorbens erfolgt auf der vom Gasraum abgewandten Seite des Absorbers und in einem engen thermischen Kontakt mit dem Absorber.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Sorbens um ein Adsorptions- und/oder Absorptionsmaterial. Dieses ist vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Zeolithen, zeolithartigen Materialien, Aluminophosphaten, Silica-Aluminophosphaten, Metall-Aluminophosphaten (MeAPOs), zeolithischen Imidazolat-Gerüsten (Zeolitic Imidazolate Frameworks (ZiFs)), metallorganischen Gerüst- und Netzwerkverbindungen, porösen Koordinationspolymeren (porous coordination polymers (PCP)), mesoporösen Alumino- und Siliziumverbindungen, Aktivkohlen, Kohlenstoffmolekularsieben, Kohlenstoffnanotubes, Silikagelen, Hexacyanometallaten und/oder Kombinationen hieraus.
Die Zeolithe sind dabei vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Zeolith A, Zeolith 4A, Zeolith 5A, Zeolithen X (Faujasite), insbesondere Zeolith 13X, Zeolithen Y, Zeolithen der vorgenannten Gruppen mit Ausgleichskationen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H, Li, Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra und/oder den Kationen der Seltenen Erden, insbesondere La, und die Lanthanoiden sowie Actinium und die Gruppe der Actinoide.
Die Aluminophosphate sind vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus AlPO-4, AlPO-14, AlPO-18, AlPO-5, AlPO-11 oder Mischungen hiervon.
Die Metall-Aluminophosphate (MeAPOs) sind vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus FAPO-5 (Eisen-AlPO-5), MeAPO-11 oder Mischungen hiervon.
Die Silica-Aluminophosphate sind vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus SAPO-34, SAPO-44, SAPO-18, SAPO-5, SAPO-11 oder Mischungen hiervon.
Das zeolithische Imidazolat-Gerüst (Zeolitic Imidazolate Frameworks (ZiF)) ist vorzugsweise ZiF-8.
Die metallorganischen Gerüst- und Netzwerkverbindungen bzw. die porösen Koordinationspolymere (porous coordination polymers (PCP)) sind vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus ZMOFs (zeolite like MOFs), insbesondere HKUST-1 und/oder der Gruppe der Matériaux de l'Institut Lavoisier (MILs), insbesondere MIL-53, MIL-100, MIL-110 und/oder MIL-101 sowie die Gruppe der Materialien DUT (Dresden University of Technology) insbesondere DUT-6 und die Gruppe der Materialien UiO (University of Oslo), insbesondere UiO-66 sowie ISE-1 oder Mischungen hiervon.
Vorzugsweise ist das Arbeitsmittel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wasser, Ozon, Lachgas, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Edelgasen sowie bei Temperaturen von oberhalb 80°C bei Normalbedingungen gasförmigen Kohlenwasserstoffen oder Alkoholen, insbesondere Methan, Ethan, Methanol oder Ethanol sowie Kombinationen oder Mischungen hieraus.
In einer weiteren bevorzugten Variante weist der solarthermische Kollektor mindestens eine Solarzelle auf der Oberfläche des Absorbers auf. Die Solarzellen können dabei abgeschieden, beschichtet oder geklebt sein.
Verwendung finden die erfindungsgemäßen solarthermischen Kollektoren insbesondere als Fassadenkollektoren oder Dachkollektoren. Sie können dabei zur Erzeugung von Warmwasser und/oder Warmluft eingesetzt werden. Weitere mögliche Anwendungsgebiete sind die Gebäudeheizung, Gebäudetrocknung, Bereitstellung von Prozesswärme, z. B. für Bäckereien, Galvanikbetriebe, Wäschereien oder Lackierereien sowie die Trocknung von Lebensmitteln, chemischen Produkten, Holz oder Pellets. Ebenso können die Kollektoren zum Betreiben von thermisch angetriebenen Kältemaschinen, bevorzugt sorptionsgestützte Kältemaschinen eingesetzt werden.
Anhand der nachfolgenden Figuren und Beispiele soll der erfindungsgemäße Gegenstand näher erläutert werden, ohne diesen auf die hier gezeigten spezifischen Ausführungsformen einzuschränken.
In 1 ist ein Querschnitt eines erfindungsgemäßen solarthermischen Kollektors mit Vakuumisolationspaneel dargestellt.
In 2 ist eine weitere erfindungsgemäße Variante des solarthermischen Kollektors als Flachkollektor mit Vakuumisolationspaneel im Querschnitt dargestellt.
3 zeigt einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Variante eines solarthermischen Kollektors als evakuierter Flachkollektor.
4 zeigt eine weitere Variante eines solarthermischen Kollektors als evakuierter Flachkollektor im Querschnitt.
5 zeigt eine Variante eines erfindungsgemäßen solarthermischen Kollektors als evakuiertem Röhrenkollektor anhand einer Schnittdarstellung.
6 zeigt eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen solarthermischen Kollektors als evakuierter Röhrenkollektor anhand einer Schnittdarstellung.
7 zeigt eine Variante eines erfindungsgemäßen solarthermischen Kollektors als Flachkollektor mit Vakuumisolationspaneel im Querschnitt, der auf der Oberseite des Absorbers photovoltaische Zellen enthält.
8 zeigt eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen solarthermischen Kollektors als Flachkollektors mit Vakuumisolationspaneel im Querschnitt, der eine transparente Wärmedämmung enthält.
9 zeigt anhand eines Diagramms die Kennlinien eines erfindungsgemäßen solarthermischen Kollektors im Vergleich zu einem aus dem Stand der Technik bekannten solarthermischen Kollektor.
1 zeigt einen erfindungsgemäßen solarthermischen Flachkollektor 1, der einen Absorber 2 aufweist, in den Wärmetauscherrohre 7 integriert sind. Weiterhin weist der Flachkollektor eine transparente Abdeckung 3 auf, die durch einen Gasraum 4 vom Absorber 2 beabstandet ist. Der Flachkollektor weist weiterhin ein Vakuumisolationspaneel 8 auf, in dem auf der dem Absorber 2 zugewandten Seite flächig ein Sorbens 5 angeordnet ist. Der Flachkollektor weist weiterhin eine rückseitige Abdeckung 9 auf.
Die Ausführungsform gemäß 2 entspricht im Wesentlichen der Ausführungsform von 1, wobei hier jedoch das Sorbens 5 punktuell auf der dem Absorber 2 zugewandten Seite im Vakuumisolationspaneel 8 angeordnet ist.
In 3 ist eine erfindungsgemäße Variante eines evakuierten solarthermischen Kollektors 1 dargestellt. Der evakuierte Flachkollektor 1 weist einen Absorber 2 mit integrierten Wärmetauscherröhren 7 auf. Gleichzeitig besitzt der Kollektor eine transparente Abdeckung 3, die durch einen Gasraum 4 vom Absorber 2 beabstandet ist. In diesem erfindungsgemäßen evakuierten Flachkollektor ist das Sorbens 5 auf der dem Gasraum 4 abgewandten Seite des Absorbers 2 angeordnet. Der Flachkollektor 1 weist ebenso eine rückseitige Abdeckung 9 auf.
Die Ausführungsform gemäß 4 entspricht im Wesentlichen der Ausführungsform gemäß 3, wobei hier jedoch das Sorbens 5 punktuell auf der Rückseite des Absorbers 2 angeordnet ist.
In 5 ist eine weitere erfindungsgemäße Variante in Form eines evakuierten Röhrenkollektors 11 als Schnittzeichnung dargestellt. Der Kollektor 11 weist eine Röhrenwand 16 auf, die einen Absorber 12 sowie Wärmetauscherrohre 17 einschließt. Das Sorbens 15 ist gemäß dieser Ausführungsform auf der Rückseite des Absorbers 12 zwischen den Wärmetauscherrohren 17 angeordnet.
In 6 ist eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform eines evakuierten Röhrenkollektors 11 dargestellt. Der Röhrenkollektor 11 weist dabei eine äußere Röhrenwand 16 sowie eine innere Röhrenwand 13 auf. Im Bereich zwischen der inneren Röhrenwand 13 und der äußeren Röhrenwand 16 herrscht ein Vakuum. Der durch die innere Röhrenwand eingeschlossene Raum ist hingegen nicht evakuiert. In diesem ist ein zylindrischer Absorber 12 angeordnet, mit dem Wärmetauscherrohre 17 verbunden sind. Das Sorbens 15 ist im vorliegenden Fall im evakuierten Bereich zwischen der inneren Röhrenwand 13 und der äußeren Röhrenwand 16 angeordnet.
In 7 ist eine weitere erfindungsgemäße Variante eines Flachkollektors 1 dargestellt, der eine Weiterbildung gegenüber dem in 1 dargestellten Flachkollektor darstellt. Zusätzlich zu diesem weist der Flachkollektor 1 gemäß 7 Solarzellen 10 auf, die auf der dem Gasraum 4 zugewandten Seite des Absorbers 2 angeordnet sind.
In 8 ist eine weitere erfindungsgemäße Variante eines Flachkollektors 1 mit Vakuumisolationspaneel 8 dargestellt, das ebenfalls eine Weiterbildung gegenüber dem Flachkollektor gemäß 1 darstellt. Hierbei weist der Flachkollektor 1 eine transparente Wärmedämmung 11 zwischen dem Absorber 2 und der transparenten Abdeckung 3 auf.
In 9 sind die Kennlinien eines erfindungsgemäßen solarthermischen Kollektors und eines solarthermischen Kollektors gemäß dem Stand der Technik, der keine schaltbare Wärmedämmung aufweist, dargestellt. Die Darstellung zeigt den Verlauf des Wirkungsgrads eines solarthermischen Kollektors in Abhängigkeit von der Betriebstemperatur. Der Schnittpunkt mit der Abszisse zeigt die maximale Betriebstemperatur (Stagnationstemperatur), die ein solarthermischer Kollektor erreichen kann, wenn keinerlei Nutzwärme abgeführt wird und die gesamte am Absorber erzeugte Wärme in Form thermischer Verluste an die Umgebung abgeführt wird. Die Darstellung zeigt, dass ein üblicher solarthermischer Kollektor eine hohe Stagnationstemperatur über 200°C erreichen kann. Ein erfindungsgemäßer Kollektor erreicht demgegenüber eine deutlich niedrigere Stagnationstemperatur, ohne im Bereich niedriger Betriebstemperaturen einen niedrigeren Wirkungsgrad als ein üblicher solarthermischer Kollektor aufzuweisen. Diese Absenkungen der Stagnationstemperatur wird durch die erfindungsgemäße Einbringung eines Sorbens und eines Arbeitsmittels erreicht, die bei ausreichend hoher Temperatur zu einer Desorption des Arbeitsmittels führen und damit zu einem Druckanstieg und einem korrespondierenden Anstieg der thermischen Verluste.

Claims

Solarthermischer Kollektor (1) mit einem Kollektorgehäuse, das zumindest bereichsweise für Strahlung im infraroten und/oder sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums zumindest teilweise oder vollständig transparent ist, und einem im Inneren des Kollektorgehäuses angeordneten Absorber (2) zur Umwandlung von Sonnenlicht in thermische Energie sowie mindestens einer Wärmeübertragungsvorrichtung (7) für den Abtransport der nutzbaren Wärme, dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren des Kollektorgehäuses mindestens ein Arbeitsmittel und mindestens ein Sorbens (5) für das Arbeitsmittel enthalten ist, wobei das Sorbens (5) und das Arbeitsmittel so aufeinander abgestimmt sind, dass eine Erhöhung der Temperatur des solarthermischen Kollektors zu einer Desorption des Arbeitsmittels aus dem Sorbens (5) und eine Erniedrigung der Temperatur des solarthermischen Kollektors zu einer Sorption des Arbeitsmittels durch das Sorbens (5) führt.
Solarthermischer Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der solarthermische Kollektor (1) ein Flachkollektor ist, der, ausgehend von der der einfallenden Strahlung ausgesetzten Kollektoroberseite hin zur Kollektorrückseite, folgenden Aufbau aufweist: a) die für Strahlung im infraroten und/oder sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums zumindest teilweise oder vollständig transparente Abdeckung (3), b) Gasraum (4), c) Absorber (2), d) die Wärmeübertragungsvorrichtung (7) sowie e) mindestens ein thermisches Isolationspaneel (8), insbesondere ein Vakuum-Isolations-Paneel, sowie f) eine rückseitige Abdeckung (9), die den solarthermischen Kollektor (1) auf der der transparenten Abdeckung (3) gegenüberliegenden Seite begrenzt, wobei das Sorbens (5) im thermischen Isolationspaneel auf der dem Absorber (2) zugewandten Seite des thermischen Isolationspaneels (8) als Schicht oder punktuell abgeschieden integriert ist oder wobei das Sorbens in einem separatem Kompartiment, das mit dem thermischen Isolationspaneel in Verbindung steht, integriert ist.
Solarthermischer Kollektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der solarthermische Kollektor (1) im Zwischenraum zwischen der für Strahlung im infraroten und/oder sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums zumindest teilweise oder vollständig transparenten Abdeckung (3) und dem Absorber (2) eine transparente Wärmedämmung (11) enthält.
Solarthermischer Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der solarthermische Kollektor (1) ein evakuierter Flachkollektor mit einer für Strahlung im infraroten und/oder sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums zumindest teilweise oder vollständig transparenten Abdeckung (3) ist, wobei das Sorbens (5) an beliebiger Position im Kollektorgehäuse integriert ist.
Solarthermischer Kollektor nach Ansprüchen 1 und 3 oder nach Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Sorbens (5) auf der vom Gasraum (4) abgewandten Seite des Absorbers (2) angeordnet ist.
Solarthermischer Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der solarthermische Kollektor (1) ein evakuierter Röhrenkollektor ist, wobei eine Röhre (16) aus einem für Strahlung im infraroten und/oder sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums zumindest teilweise oder vollständig transparenten Material, insbesondere Glas und/oder einem Polymerwerkstoff, besteht und im Inneren der Röhre (16) der Absorber (2) angeordnet ist, wobei das Sorbens (5) an beliebiger Position in der Röhre (16) angeordnet ist und bei einer Erhöhung der Temperatur des Kollektors das Sorbens (5) das Arbeitsmittel in das Innere der Röhre freisetzt.
Solarthermischer Kollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sorbens (5) aus einem Adsorptions- und/oder Absorptionsmaterial ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Zeolithen, zeolithartigen Materialien, Aluminophosphaten, Silica-Aluminophosphaten, Metall-Aluminophosphaten (MeAPOs), zeolithischen Imidazolat-Gerüsten (Zeolitic Imidazolate Frameworks (ZiFs)), metallorganischen Gerüst- und Netzwerkverbindungen, porösen Koordinationspolymeren (porous coordination polymers (PCP)), mesoporösen Alumino- und Siliziumverbindungen, Aktivkohlen, Kohlenstoffmolekularsieben, Kohlenstoffnanotubes, Silikagelen, Hexacyanometallaten und/oder Kombinationen hieraus besteht oder diese im Wesentlichen enthält.
Solarthermischer Kollektor nach dem vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass a) die Zeolithe ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Zeolith A, Zeolith 4A, Zeolith 5A, Zeolithen X (Faujasite), insbesondere Zeolith 13X, Zeolithen Y, Zeolithen der vorgenannten Gruppen mit Ausgleichskationen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H, Li, Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra und/oder den Kationen der Seltenen Erden, insbesondere La und die Lanthanoiden sowie Actinium und die Gruppe der Actinoide oder Mischungen hiervon, b) die Aluminophosphate ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus AlPO-4, AlPO-14, AlPO-18, AlPO-5, AlPO-11 oder Mischungen hiervon, c) die Metall-Aluminophosphate (MeAPOs) ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus FAPO-5 (Eisen-AlPO-5), MeAPO-11 oder Mischungen hiervon, d) die Silica-Aluminophosphate ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus SAPO-34, SAPO-38, SAPO-44, SAPO-18, SAPO-5, SAPO-41 oder Mischungen hiervon, e) das zeolithische Imidazolat-Gerüst (Zeolitic Imidazolate Framework (ZiF)) ZiF-8 ist, f) die metallorganischen Gerüst- und Netzwerkverbindungen bzw. die porösen Koordinationspolymere (porous coordination polymers (PCP)) ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus ZMOFs (zeolite like MOFs), insbesondere HKUST-1 und/oder der Gruppe der Matériaux de l'Institut Lavoisier (MILs), insbesondere MIL-53, MIL-100, MIL-110 und/oder MIL-101 sowie die Gruppe der Materialien DUT (Dresden University of Technology) insbesondere DUT-6 und die Gruppe der Materialien UiO (University of Oslo), insbesondere UiO-66 sowie ISE-1, oder Mischungen hiervon.
Solarthermischer Kollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Wasser, Ozon, Lachgas, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Edelgasen sowie bei Temperaturen von oberhalb 80°C bei Normalbedingungen gasförmigen Kohlenwasserstoffen oder Alkoholen, insbesondere Methan, Ethan, Methanol oder Ethanol sowie Kombinationen oder Mischungen hieraus.
Solarthermischer Kollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungsvorrichtung einen flüssigen Wärmeträger oder mindestens ein Wärmerohr aufweist.
Solarthermischer Kollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der solarthermische Kollektor (1) mindestens eine Solarzelle (10) auf der Oberfläche des Absorbers (2) aufweist.
Solarthermischer Kollektor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Solarzelle (10) auf dem Absorber (2) abgeschieden, beschichtet oder geklebt sind.
Verwendung eines solarthermischen Kollektors nach einem der vorhergehenden Ansprüche als Fasadenkollektor und/oder Dachkollektor.
Verwendung eines solarthermischen Kollektors nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Erzeugung von Warmwasser oder zur Erwärmung einer anderen Flüssigkeit und/oder Warmluft.
Verwendung eines Kollektors nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Gebäudeheizung, Gebäudetrocknung, Bereitstellung von Prozesswärme, z. B. für Bäckereien, Galvanikbetrieben, Wäschereien oder Lackierereien, Trocknung von Lebensmitteln, chemischen Produkten, Holz und/oder Pellets, zum Betreiben von thermisch angetriebenen Kältemaschinen, bevorzugt sorptionsgestützte Kältemaschinen.